專利名稱：控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在輸電線中控制的功率通量的設(shè)備以及方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)輸電線的控制電路的方法以及裝置。該電路包括至少一個(gè)包含有電感器和半導(dǎo)體元件的單元。本文中的半導(dǎo)體元件應(yīng)該廣義理解為包括所有具有半導(dǎo)體特性的器件并因此包括二極管以及半導(dǎo)體開關(guān)元件如晶閘管或IGBT。本文中的電感器應(yīng)該理解為包括一個(gè)或多個(gè)包含有電感特性的單元。因此電感器也包括元件的組合，它們之中有些具有半導(dǎo)體特性，其形成了一個(gè)表現(xiàn)出電感特性的單元。
背景技術(shù)：
用于控制輸電系統(tǒng)中的功率通量的電路通常包含有半導(dǎo)體元件。在有些情況下這些電路還包括電感器元件。這種元件必須被保護(hù)以免受到傳輸線中出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的電流突然沖擊。故障狀態(tài)下電流在大約幾毫秒之內(nèi)增加到很高的電平。通常故障狀態(tài)因斷路器而終止，斷路器在大約50-150ms之內(nèi)斷開電路。
包括有彼此并聯(lián)連接的電感器和半導(dǎo)體元件的電路被用于控制傳輸線中的功率通量。這種電路的元件通常被保護(hù)以免遭受由與電路并聯(lián)連接的電涌放電器引起的過電壓。該元件還被保護(hù)以免遭受由形成為一個(gè)或多個(gè)電路的旁路的閉合開關(guān)引起的異常電流。該閉合開關(guān)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于斷路器的動(dòng)作。故障電流衰減或者斷路器將主電路斷開之后，閉合開關(guān)將恢復(fù)到正常的打開位置。
為了保護(hù)電感器，半導(dǎo)體元件和電涌放電器，閉合開關(guān)必須在第一次電流峰值之前閉合以形成旁路。這需要閉合開關(guān)具有小于四分之一基波頻率諧波周期的工作時(shí)間。因此控制電路將在電流達(dá)到過零點(diǎn)之前被旁路。
只要有電流流入電感器，電感器中就將建立起磁能。交流電路中磁能將隨著電流的變化而改變，并且因此當(dāng)電流過零時(shí)將沒有磁能存儲(chǔ)在電感器中。當(dāng)流入電流因例如旁路連接而改變方向時(shí)所存儲(chǔ)的磁能將引起旁路電路中的電流。這將有直流電流，其存在一直到因電路中的阻抗效應(yīng)而被衰減。因此當(dāng)電路中的阻抗很低時(shí)電流將持續(xù)一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
當(dāng)包括有電感器的電路遭受故障狀態(tài)下電流的突然沖擊時(shí)電路中的直流電流會(huì)因此“被阻斷(trapped)”。由于該電流將持續(xù)流動(dòng)所以電感器本身或者電路中的其它元件(如半導(dǎo)體元件)可能會(huì)受損。阻斷電流還會(huì)阻止旁路中閉合開關(guān)斷開直到電流減小到零。在這段時(shí)間內(nèi)旁路控制將被阻止。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于控制電路的保護(hù)裝置，通過該保護(hù)裝置將降低阻斷電流的有害影響。本發(fā)明的次要目的在于保護(hù)輸電系統(tǒng)中含有電感器的控制電路中的元件。
本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求1特征部分的特征以及獨(dú)立權(quán)利要求6所要求保護(hù)的方法來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求記載了優(yōu)選實(shí)施例。
在包括有并聯(lián)連接的電感器和半導(dǎo)體元件并且遭受電流的突然沖擊的電路中，所采取的第一動(dòng)作是使該電流旁路通過所述電路。因此引入與該電路并聯(lián)連接的閉合開關(guān)。閉合開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間越短，電路中元件就越受到保護(hù)。目的在于，在四分之一的基波頻率的諧波周期之內(nèi)提供旁路。
即使在四分之一周期之內(nèi)實(shí)現(xiàn)旁路，當(dāng)電流在該四分之一周期之內(nèi)迅速增加時(shí)也可能出現(xiàn)狀況。如果電感器中電流迅速增加到正常電流的好幾倍并且然后由于旁路的引入突然中斷，那么將在電感器中建立起阻斷磁能。因此故障電流(其為交流電流)將被電路旁路，而由于電感器中的磁能所引起的直流電流將仍然在控制電路中流動(dòng)。該直流電流將損壞電路中的電感器或半導(dǎo)體元件。
根據(jù)本發(fā)明，控制電路中的阻斷能量將因在控制電路中引入能量吸收裝置而停止。在電路中會(huì)有能夠通過熱轉(zhuǎn)換吸收電能的電阻元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，該裝置包括與閉合開關(guān)串聯(lián)連接的電阻器。故障狀態(tài)下當(dāng)閉合開關(guān)閉合時(shí)這將導(dǎo)致電阻器必須承載故障交流電流和阻斷直流電流。因此電阻器必須承受很高的電流。
旁路通路中電阻器的阻值選擇很精確。當(dāng)采用較高阻值時(shí)很大一部分外部流入的故障電流將流過旁路電路。選擇很高的阻值存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)仍然是損壞控制電路中的元件。
本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該裝置包括濾波器裝置。該濾波器這樣構(gòu)成使得交流電流在無電阻的情況下通過，而直流電流必須通過并聯(lián)連接到濾波器的電阻器。
本實(shí)施例的第一裝置中，濾波器與閉合開關(guān)串聯(lián)連接并因此與控制電路并聯(lián)連接。本實(shí)施例的第二裝置中，濾波器與控制電路串聯(lián)連接并因此與閉合開關(guān)并聯(lián)連接。
本發(fā)明第二方面的目的通過在控制電路中引入能量吸收的方法來實(shí)現(xiàn)。


結(jié)合附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過下面的詳細(xì)描述更清楚地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是本發(fā)明的電路，圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電路，圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的電路，圖4是包括兩個(gè)控制電路單元的本發(fā)明另一實(shí)施例的電路，以及圖5是變壓器裝置中本發(fā)明另一實(shí)施例的電路。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為包括有用于控制輸電線中的功率通量的控制電路1的裝置?？刂齐娐钒ㄅc半導(dǎo)體元件3并聯(lián)連接的電感器2。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件包括雙極性晶閘管或兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管裝置。通過控制晶閘管，流過電路的電流通過電感器或者由晶閘管旁路。控制電路還包括第一旁路通路4，其包含有用于過電壓保護(hù)的電涌放電器5。保護(hù)控制電路以免遭受包括閉合開關(guān)7的第二旁路通路6的過電流。在與圖1中的電路類似的電路中，包括電感而且需要將電路旁路以在短路電流(Isc)時(shí)進(jìn)行保護(hù)，在這種情況下可能出現(xiàn)阻斷電流。當(dāng)旁路是由沒有電流中斷能力的設(shè)備產(chǎn)生時(shí)，通過閉合開關(guān)7或晶閘管3，電流將被阻斷，直到得到正常電流零點(diǎn)。由于故障電流和作為直流電流的阻斷電流加入，所以因阻斷電流只是慢慢衰減而不可能立即出現(xiàn)正常電流零點(diǎn)。
旁路情況下電感器中存儲(chǔ)的磁能將循環(huán)通過旁路通路，并且伴隨著取決于電路損耗的指數(shù)衰減。
I=I^e1τ]]>τ=Lr]]>由于電力系統(tǒng)設(shè)備中電路損耗一般很低，品質(zhì)因素一般在200-500的范圍內(nèi)。阻斷電流衰減的時(shí)間常數(shù)為0.6s-1.6s。
q=ωLr⇒τ=qω]]>
阻斷電流將導(dǎo)致兩種有害結(jié)果1.晶閘管(TY)，電感器(L)和電路(X)的應(yīng)力(stress)2.裝置X的損耗可控性根據(jù)本發(fā)明，該問題的解決方案是在電路中設(shè)置電阻。該電阻必須以如下方式連接，使得在正常工作中不會(huì)引入損耗。電阻器也可以包括在正常工作中不會(huì)引入損耗的這種特性。圖1的第一實(shí)施例中串聯(lián)電阻器8被包括在包含有閉合開關(guān)的第二旁路6中。電阻器將縮短阻斷電流的衰減時(shí)間常數(shù)。串聯(lián)電阻器8必須根據(jù)相應(yīng)于旁路間隔期間短路電流(Isc)的能量來計(jì)算。
在圖2的本發(fā)明另一實(shí)施例中，串聯(lián)濾波器9設(shè)置在第二旁路通路6中。串聯(lián)濾波器包括串聯(lián)連接的電容器10和第二電感器11以及與該電容器和第二電感器并聯(lián)連接的電阻器8。串聯(lián)濾波器設(shè)計(jì)為具有低或者零基波頻率阻抗(XCf＝-XLf)和足夠的直流阻抗以縮短阻斷電流的衰減時(shí)間常數(shù)。圖2的實(shí)施例中串聯(lián)電阻器的能量額定值與圖1的實(shí)施例相比被減少到與電感器中阻斷能量相應(yīng)的值。其它濾波器元件(Cf和Lf)應(yīng)該根據(jù)旁路間隔期間的短路電流(Isc)來計(jì)算。
圖3所示的另一實(shí)施例中，串聯(lián)濾波器12與控制電路1串聯(lián)設(shè)置。串聯(lián)濾波器12包括串聯(lián)連接的電容器10和第二電感器11以及與該電容器和第二電感器并聯(lián)連接的電阻器8。串聯(lián)濾波器12具有低基波頻率阻抗和足夠的直流阻抗以縮短阻斷電流的衰減時(shí)間常數(shù)。借助這種裝置，主電路(X)被將承載短路電流(Isc)的閉合開關(guān)7有效旁路。濾波電阻器8只需要根據(jù)第一電感器中的阻斷能量進(jìn)行計(jì)算。其它濾波器元件(Cf和Lf)應(yīng)該根據(jù)正常負(fù)載電流來計(jì)算。
圖4的實(shí)施例中，控制電路包括兩個(gè)電路單元1a，1b，每個(gè)包括電感器2，半導(dǎo)體器件3和電涌放電器5。兩個(gè)電路單元由包括閉合開關(guān)7的單個(gè)旁路6保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明圖4的控制電路還包括濾波器，該濾波器具有用于吸收直流能量的阻抗但是使交流電流通過的零阻抗。如前面實(shí)施例所示包含有濾波器9或?yàn)V波器12的旁路都與控制單元1串聯(lián)連接。
本實(shí)施例中可能出現(xiàn)特殊情況。如果在故障時(shí)刻第一晶閘管元件3a閉合而第二晶閘管元件3b打開就將出現(xiàn)這種情況。閉合開關(guān)7將為主要的電流流動(dòng)迅速形成旁路6。阻斷電流將形成包括第一晶閘管3a，第二電感器2b和旁路6的第二通路。因此這種情況下阻斷電流損壞的不僅僅是第二電感器還有第一晶閘管。
圖5的另一實(shí)施例中控制電路通過變壓器13連接到電力系統(tǒng)。本實(shí)施例中控制單元包括串聯(lián)連接的多個(gè)電路單元1a，1b，1c，1d和濾波器12。多個(gè)控制電路單元的每一個(gè)都包括電感器，晶閘管和電涌放電器。圖5的實(shí)施例中控制電路包括一條包含有閉合開關(guān)7的旁路6，其旁路所有的多個(gè)電路單元和濾波器。
雖然本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)并不限于形成所示實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說其它實(shí)施例也包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其中設(shè)置電阻以吸收來自阻斷電流的能量。因此包括有多個(gè)由電感器組成的串聯(lián)連接電路單元組并且由包括有閉合開關(guān)的公共旁路通路保護(hù)的控制電路也是本發(fā)明的一部分。由并聯(lián)晶閘管開關(guān)控制的具有串聯(lián)電抗器的的功率通量控制裝置典型地在保護(hù)旁路期間遭受阻斷電流。用于優(yōu)化晶閘管額定值的最重要的先決條件也是采用快速旁路開關(guān)作為給出的旁路延遲小于5ms的閉合開關(guān)7。
權(quán)利要求
1.用于控制輸電系統(tǒng)中的功率通量的裝置，包括控制電路(1)和與其并聯(lián)連接的第二旁路通路(6)，控制電路(1)包括并聯(lián)連接的第一電感器(2)和半導(dǎo)體開關(guān)元件(3)以及包括有電涌放電器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括閉合開關(guān)(7)，特征在于，該裝置還包括電阻器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中電阻器(8)被包括在第二旁路通路(6)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中電阻器(8)與控制電路(1)串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的裝置，其中該裝置包括與電阻器(8)并聯(lián)連接的電容器(10)和第二電感器(11)，用于形成對(duì)基波頻率具有低阻抗的濾波器(9，12)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中控制電路(1)包括多個(gè)電路單元(1a-1d)。
6.用于保護(hù)控制電路(1)不受阻斷電流的方法，控制電路(1)包括第一電感器(2)，半導(dǎo)體開關(guān)元件(3)和包括有并聯(lián)連接的電涌放電器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括閉合開關(guān)(7)，特征在于，通過熱傳遞吸收來自阻斷電流的電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中吸收包括在交流電流被濾波器旁路的同時(shí)吸收直流電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一的裝置或者根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法在變壓器連接中的應(yīng)用，用于控制輸電系統(tǒng)中的功率通量。
全文摘要
一種用于控制輸電線中的功率通量的裝置，包括控制電路(1)和第二旁路通路(6)，控制電路(1)包括并聯(lián)連接的第一電感器(2)和半導(dǎo)體開關(guān)元件(3)以及包括有電涌放電器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括閉合開關(guān)(7)。
文檔編號(hào)H02H9/00GK1725592SQ200510087828
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者T·榮松 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司