用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法,尤其涉及FACTS(《柔性交流输电系统》)。本发明的领域是与基于晶闸管的阀设计有关的电力电子领域。
【背景技术】
[0002]在该领域中,HVDC (高压直流输电)和FACTS都使用电力电子变换器进行电力变换和电力品质控制。数十年来,大功率晶闸管一直用作HVDC和FACTS变换器中的主要部件,并且目前仍然在被进一步开发以用于更高的额定功率。与专门设计的辅助机械系统和电子系统一起串行连接的晶闸管构成了所谓的晶闸管阀,该晶闸管阀形成HVDC和FACTS变换器。
[0003]FACTS晶闸管阀为工业市场和公用事业市场服务。这种应用可能需要两种不同的分支拓扑结构:TCR(晶闸管受控电抗器)和TSC(晶闸管开关电容器)。基于开关(打开和关闭)原理,针对每个晶闸管级上的门极驱动单元中的每个单元,TCR和TSC拓扑结构可能需要不同的能量传输系统。以下是将能量或电源提供给门极驱动单元的关键方法。
[0004]?来自主电源电路:
[0005]a.利用缓冲拾取方法论使用在晶闸管关断状态期间穿过阻尼/分级电路的电压的方法;
[0006]b.使用经由暴露于双向AC电流波形的电流变换器的主电源电路中的电流的方法;
[0007]?来自地面:
[0008]a.经由如图1所示的高压隔离变压器而磁性实现的方法;
[0009]b.经由激光和光纤的光学方法。
[0010]如图1所示,由已知的地面电源供给方法论示出的能量传输系统包括以下组件:
[0011]-晶闸管10,具有门极驱动单元11,
[0012]-两个感应线圈14,
[0013]-基于地面的逆变器13(《地面电源供给》或者GLPS),
[0014]-高压隔离变压器12。
[0015]最后这两个组件12和13具有以下缺陷:
[0016]-它们体积非常庞大,因此增加了阀的总尺寸,且迫使阀厅的尺寸也要大。基于地面的逆变器庞大、复杂并且设计有必然的电压不可靠方案。生产这样的设备昂贵且阀厅内需要有大量的地产空间。此外,地面电源供给系统通常位于与晶闸管阀极为靠近的地板平面上。任何重大的冷却液泄漏都将导致特定的晶闸管分支关断。
[0017]-它们是整体上反映SVC(静态无功补偿器)系统的可靠性和可用性的关键组件。为了实现期望的可靠性和长寿性,它们被设计成具有高水平的额定裕度(ratingmargins)。这个事实直接反映在它们非常高的生产成本上,并且需要维护。
[0018]-逆变器13作为直接影响系统可靠性的有源装置,被设计成具有非常昂贵的磁性组件,因此进一步抬高了整个系统的成本。
[0019]因此,这种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的电流能量传输系统是昂贵的,难以维护且难以测试。
[0020]本发明的目的是提供一种能够消除上述缺陷的、用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统。
【发明内容】
[0021]本发明涉及一种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统,其特征在于,所述能量传输系统包括位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器。
[0022]有利地,所述基于晶闸管的阀包括一堆组件,该一堆组件为:
[0023]-层叠的散热器,
[0024]-晶闸管,以及
[0025]-电流变换器线圈,
[0026]该一堆组件被布置在支承结构中,并且配有馈送线。
[0027]在一优选实施例中,所述基于晶闸管的阀为FACTS阀。
[0028]有利地,每个电流变换器线圈均合并在改进的晶闸管散热器中。
[0029]有利地,晶闸管阀级上的每个晶闸管都被指定了单独的电流变换器线圈。
[0030]本发明还涉及一种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输方法,其特征在于,从位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器来完成能量收集。[0031 ] 有利地,还使用缓冲拾取能量传输方法。
[0032]有利地,本发明的能量传输方法被积极地用在晶闸管阀的两种操作状态中:
[0033]-耐压:所述晶闸管处于与导通状态相反的关断状态,并且没有电流流经所述阀的主电路和所述晶闸管时,使用所述缓冲拾取能量传输方法。
[0034]-导通的晶闸管:所述晶闸管处于导通状态,电流流经所述晶闸管和整个所述阀时,放置在所述主电流中的所述电流变换器产生能量,该能量被提供给所述门极驱动单元。
[0035]本发明系统具有以下优势:
[0036]无源电流变换器线圈没有耐高压需求。该无源电流变换器线圈位于与晶闸管阴极电位靠近的位置。与当前的地面电源设计不同,本发明系统不需要任何相关的地面设备。此夕卜,本发明系统便宜、易于制造且非常可靠。
[0037]此外,作为无源装置的电流变换器线圈给系统带来了非常高的可靠性和可用性。本发明方法不需要额外的地面处的设备,继而淘汰了非常昂贵的高压变压器和地面电源。与当前使用的方法相比,本发明系统的生产成本微不足道。
[0038]本发明加强了基于晶闸管的阀的供应。由于可靠性提高、无需维护以及性价比非常高,能量传输系统阀在FACTS市场上变得更加具有竞争力。根据对单向电流变换器线圈拾取的使用的初步概念性测试,本发明方法用在最终产品阀中是完全可行的。
【附图说明】
[0039]图1示出了现有技术装置。
[0040]图2示出了本发明系统。
[0041]图3A和图3B示出了电流变换器。
【具体实施方式】
[0042]在电力工程和电力输送领域,SVC(静态无功补偿器)用于工业和公共设施应用中以增加配电