用于光触发晶闸管的控制电路、晶闸管级、晶闸管阀、换流器、无功补偿装置的制作方法

本实用新型涉及高压直流输电领域，尤其涉及用于光触发晶闸管的控制电路、包含光触发晶闸管及其控制电路的晶闸管级、包含晶闸管级的晶闸管阀、以及包含晶闸管阀的换流器和无功补偿装置。

背景技术：

在配电网系统中，高压直流输电(HVDC)技术因其在输电过程中的电能损耗低，需要的传输线缆少，占地少等因素而极具优势。晶闸管阀是HVDC技术的关键元件。晶闸管是晶闸管阀中最昂贵的部件。在现有技术中，晶闸管阀可以采用电触发晶闸管(ETT)，也可以采用光触发晶闸管(LTT)。在采用光触发晶闸管的晶闸管阀中，光触发晶闸管由于其直接光触发等优点使得晶闸管阀的可靠性大大提高、维护量明显降低，成本显著减少。在包含大量采用光触发晶闸管的晶闸管阀的阀厅中，每个光触发晶闸管需要配备相应的光触发晶闸管控制电路。然而，现有技术中，尚无利用电触发晶闸管控制电路来控制光触发晶闸管的技术。

技术实现要素：

为此，本实用新型的目的在于提供一种利用电触发晶闸管控制电路控制光触发晶闸管的技术，以便弥补现有技术中的空缺。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于光触发晶闸管的控制电路，其包括：电触发晶闸管控制单元，其具有第一输出端，并且被配置为经由所述第一输出端提供电控制信号；以及电-光转换单元，其具有输入端和输出端，所述输入端与所述电触发晶闸管控制单元的第一输出端电耦接，所述输出端与所述光触发晶闸管的控制极光耦接，所述电-光转换单元被配置为经由所述输入端从所述电触发晶闸管控制单元接收所述电控制信号并将所接收的电控制信号转换为光控制信号，所述电-光转换单元还被配置为经由所述输出端将所述光控制信号提供给所述光触发晶闸管的控制极，以控制所述光触发晶闸管导通。

根据本实用新型的控制电路，采用电-光转换单元来将电触发晶闸管控制单元提供的电信号转变为光信号，并利用该光信号来控制光触发晶闸管的导通。由此，提供了新的用于控制光触发晶闸管的电触发型控制电路，至少为本技术领域提供了一种新的选择。

根据上述技术构思，本实用新型可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。

在某些可选形式中，所述控制电路还包括：检测单元，所述检测单元与所述光触发晶闸管的阳极和阴极连接，所述检测单元被配置为检测所述阳极与所述阴极之间的电压，并将表征所述阳极与所述阴极之间的电压的检测信号提供给所述电触发晶闸管控制单元。

在某些可选形式中，所述检测单元包括作为取样电阻的第一电阻，所述第一电阻与所述电触发晶闸管控制单元中的第二电阻串联连接，并且所述第一电阻的一端与所述光触发晶闸管的阳极连接，所述第一电阻的另一端经由所述第二电阻与所述光触发晶闸管的阴极连接。

在某些可选形式中，所述电触发晶闸管控制单元还包括输入端和第二输出端，所述电触发晶闸管控制单元通过所述输入端和所述第二输出端与位于所述控制电路外部的控制系统光耦接，所述电触发晶闸管控制单元被配置为：在确定为所述检测信号所表征的电压达到所述光触发晶闸管能够正常导通的正向电压时，经由所述第二输出端向所述控制系统提供表示正常触发的第一指示信号；经由所述电触发晶闸管控制单元的所述输入端从所述控制系统接收基于所述第一指示信号的触发信号；以及响应于所述触发信号，经由所述电触发晶闸管控制单元的所述第一输出端向所述电-光转换单元提供所述电控制信号，以通过所述电-光转换单元控制所述光触发晶闸管正常触发。

在某些可选形式中，所述电触发晶闸管控制单元还被配置为：

在确定为所述检测信号所表征的电压达到所述光触发晶闸管在没有正常导通情况下的最大承受电压的第一耐受电压时，向所述电-光转换单元提供所述电控制信号，以通过所述电-光转换单元控制所述光触发晶闸管保护触发；以及经由所述第二输出端向所述控制系统提供表示所述保护触发的第二指示信号。

在某些可选形式中，所述电触发晶闸管控制单元还被配置为：在确定为所述检测信号所表征的电压达到在所述光触发晶闸管处于恢复保护期的最大承受电压的第二耐受电压时，向所述电-光转换单元提供所述电控制信号，以通过所述电-光转换单元控制所述光触发晶闸管恢复保护触发，所述第二耐受电压小于所述第一耐受电压；以及经由所述第二输出端向所述控制系统提供表示所述恢复保护触发的第三指示信号。

在某些可选形式中，所述电触发晶闸管控制单元经由第一光导构件从所述控制系统接收所述触发信号；所述光-电转换单元经由第二光导构件向所述光触发晶闸管的控制极提供所述光控制信号；以及所述电触发晶闸管控制单元经由第三光导构件向所述控制系统发送所述指示信号。

在某些可选形式中，所述第一光导构件、所述第二光导构件和所述第三光导构件是光纤。

在某些可选形式中，所述控制电路还包括阻尼单元，其与所述光触发晶闸管的阳极和阴极连接，所述阻尼单元包括串联连接的电阻和电容，所述阻尼单元被配置成为所述光触发晶闸管提供阻尼和过冲保护。

在某些可选形式中，所述电-光转换单元所提供的所述光控制信号的功率大于触发所述光触发晶闸管导通所需的功率，并且所述电-光转换单元包括发光二极管，并由所述发光二极管给所述光触发晶闸管的控制极提供所述光控制信号。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种晶闸管级，所述晶闸管级包括：光触发晶闸管；以及如上所述的控制电路，其与所述光触发晶闸管耦接，并控制所述光触发晶闸管的导通。

根据本实用新型的又一个方面，提供了一种晶闸管阀，所述晶闸管阀包括：串联连接的多个如上所述的晶闸管级，所述晶闸管阀被配置为在多个晶闸管级中的所有晶闸管级的光触发晶闸管被同时导通的情况下而被正常导通。

根据本实用新型的又一个方面，提供了一种换流器，所述换流器包括由如上所述的晶闸管阀构成的桥电路，以进行换流。

在某些可选形式中，所述换流器包括以下中的一项或多项：整流器、逆变器、变频器、斩波器。

根据本实用新型的又一个方面，提供了一种无功补偿装置，所述无功补偿装置包括如上所述的晶闸管阀。

附图说明

本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的实施方式更好地理解，附图中相同的标记标识相同或相似的部件，其中：

图1是根据本实用新型一种实施方式的用于光触发晶闸管的控制电路的示意性框图；

图2示出了根据本实用新型一种实施方式的晶闸管阀的示意性框图。

具体实施方式

现将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。

如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。

术语“约”当与数值变量并用时，通常指该变量的数值和该变量的所有数值在实验误差内(例如对于平均值95％的置信区间内)或在指定数值的±10％内，或更宽范围内。

在本实用新型中，术语“电触发晶闸管控制单元”是指针对电触发晶闸管(ETT)的控制单元，例如，包括但不限于，市售的电触发晶闸管控制板，针对电触发晶闸管而专门定制的控制单元。

下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一种实现方式的用于光触发晶闸管20的控制电路10。如图1所示，控制电路10包括电触发晶闸管控制单元11和电-光转换单元12。

电触发晶闸管控制单元11具有输入端11A、第一输出端11B和第二输出端11C。电-光转换单元12具有输入端12A和输出端12B。电-光转换单元12的输入端12A与电触发晶闸管控制单元11的第一输出端11B电连接。电-光转换单元12的输出端12B与光触发晶闸管20的控制极21光耦接。电触发晶闸管控制单元11为电-光转换单元12提供电控制信号并经由第一输出端11B输出至电-光转换单元12的输入端12A。电-光转换单元12将所接收的电控制信号转换为光控制信号并经由其输出端12B将光控制信号提供给光触发晶闸管20的控制极21，以控制光触发晶闸管20的导通。

电触发晶闸管控制单元11通过输入端11A和第二输出端11C与位于控制电路10外部的控制系统(未示出)光耦接。

继续参见图1，控制电路10还包括检测单元13。检测单元13与光触发晶闸管20的阳极22和阴极23连接，以对光触发晶闸管20的阳极22与阴极23之间的电压进行检测，并将表征阳极22与阴极23之间的电压的检测信号提供给电触发晶闸管控制单元11。在一些实施例中，检测单元11包括作为取样电阻的第一电阻R1。第一电阻R1与电触发晶闸管控制单元11中的第二电阻(未示出)串联连接，以构成分压电路。第一电阻R1的一端13A与光触发晶闸管20的阳极22连接，并且第一电阻R1的另一端13B经由第二电阻与光触发晶闸管20的阴极23连接。

应当理解，在检测单元13中，作为取样电阻的第一电阻R1不限于图1中例示的单个电阻的形式，也可以实现为其他形式，例如，可以采用两个或更多个电阻串联连接的形式。

在一种可选实施例中，检测单元13检测到晶闸管20的阳极22与阴极23之间的正向电压达到或超过能够使得光触发晶闸管20正常导通的正向电压(例如，约30V)，并将该检测信号提供给电触发晶闸管控制单元11，则电触发晶闸管控制单元11向控制系统提供表示正常触发的第一指示信号IP，并从控制系统接收基于第一指示信号IP的触发信号FP。接着，电触发晶闸管控制单元11基于触发信号FP生成电控制信号，并向电-光转换单元12提供该电控制信号。电-光转换单元12在接收到该电控制信号后，将该电控制信号转换为光控制信号，并将光控制信号提供给光触发晶闸管20的控制极21，以控制光触发晶闸管20正常触发，即光触发晶闸管20被正常导通。由此，实现了对光触发晶闸管20的正常触发(正常导通)。

在另一种可选实施例中，检测单元13检测到晶闸管20的阳极22与阴极23之间的正向电压达到或超过光触发晶闸管20在没有正常导通情况下的最大承受电压的第一耐受电压。例如，光触发晶闸管20在工作过程中没有被导通且由于异常情况而承受过电压，这会导致光触发晶闸管20的损坏，由此严重影响了采用光触发晶闸管20的装置的安全稳定运行。因此，需要对光触发晶闸管20执行在异常情况下的紧急触发，以避免光触发晶闸管20的过电压损坏。在该实施例中，光触发晶闸管20没有被正常导通，当检测单元13检测到光触发晶闸管20的阳极22与阴极23之间的电压达到或超过该光触发晶闸管20的第一耐受电压(例如，约7KV)时，电触发晶闸管控制单元11向电-光转换单元12提供电控制信号。电-光转换单元12在接收到该电控制信号后，将该电控制信号转换为光控制信号，并将光控制信号提供给光触发晶闸管20的控制极21，以控制光触发晶闸管20保护触发，即光触发晶闸管20被保护触发而导通。在光触发晶闸管20导通之后，电触发晶闸管控制单元11向控制系统提供表示保护触发的第二指示信号IP’。由此，实现了在光触发晶闸管20没有正常导通情况下的保护触发。

在又一种可选实施例中，检测单元13检测到晶闸管20的阳极22与阴极23之间的正向电压达到或超过在所述光触发晶闸管20处于恢复保护期的最大承受电压的第二耐受电压，该第二耐受电压小于第一耐受电压。例如，包含光触发晶闸管20的设备的故障或一些操作可能导致光触发闸管20的关断，光触发晶闸管20在关断后的很短时间内(例如，1ms)处于反向恢复期。当光触发晶闸管20处于反向恢复期时，在光触发晶闸管20两端出现很陡的正向暂态电压，可能引起光触发晶闸管20的损坏，由此严重影响了采用光触发晶闸管20的装置的安全稳定运行。因此，需要对光触发晶闸管20执行反向恢复期的保护触发。在该实施例中，光触发晶闸管20处于恢复保护期，当检测单元13检测到光触发晶闸管20的阳极22与阴极23之间的电压达到或超过该光触发晶闸管20的第二耐受电压(例如，约2KV)时，电触发晶闸管控制单元11向电-光转换单元12提供电控制信号。电-光转换单元12在接收到该电控制信号后，将该电控制信号转换为光控制信号，并将光控制信号提供给光触发晶闸管20的控制极21，以控制光触发晶闸管20恢复保护触发，即光触发晶闸管20被恢复保护触发而导通。在光触发晶闸管20导通之后，电触发晶闸管控制单元11向控制系统提供表示恢复保护触发的第三指示信号IP”。由此，实现了在光触发晶闸管20处于恢复保护期间的恢复保护触发。

为了能够触发光触发晶闸管20，电-光转换单元12所提供的光控制信号的功率大于触发光触发晶闸管20导通所需的功率。例如，该光控制信号的功率为光触发晶闸管20的导通所需的功率的1000倍或以上。在一些实施例中，电-光转换单元包括发光二极管，并由发光二极管给光触发晶闸管20的控制极21提供光控制信号，该光控制信号的功率足够大，以触发光触发晶闸管20的导通。在一些实施例中，发光二级管可以采用英飞凌公司的激光二极管SPL-PL90。

在一些实施例中，电触发晶闸管控制单元11经由第一光导构件15从控制系统接收触发信号FP。光-电转换单元12经由第二光导构件16向光触发晶闸管20的控制极21提供光控制信号。电触发晶闸管控制单元11经由第三光导构件17向控制系统发送指示信号IP。第一光导构件15、第二光导构件16和第三光导构件17例如是光纤。在一些实施例中，第一光导构件15、第二光导构件16和第三光导构件17可以采用英飞凌公司的产品光缆LWL R10LR87。

继续参见图1，控制电路10还包括阻尼单元14，其与光触发晶闸管20的阳极22和阴极23连接，以便为光触发晶闸管20提供阻尼和过冲保护。阻尼单元14包括串联连接的电阻和电容。在一些实施例中，阻尼单元14包括依次串联连接的电阻R2、电容C1和C2、以及电阻R3。应当理解，阻尼电路14还可以采用其他形式电路来实现，例如，电阻R2和R3分别由两个并联的电阻构成等，不限于此。

在一些实施例中，控制电路10还包括连接在阻尼电路14与电触发晶闸管控制单元11之间的电容C3和电阻R4。电容C3起到隔离直流的作用，并且电阻R4起到限流的作用。

在不脱离本实用新型基本原理的前提下，可以对上面描述的控制电路10的细节作出修改。

根据本实用新型，还提供了一种晶闸管级。该晶闸管级包括光触发晶闸管和控制电路，控制电路与光触发晶闸管耦接，并控制所述光触发晶闸管的导通。控制电路为根据本实用新型的包括电触发晶闸管控制单元和电-光转换单元的控制电路。在该实施例中，光触发晶闸管例如采用上述光触发晶闸管20来实现，控制电路例如采用上述控制电路10来实现。因此，以上关于光触发晶闸管和控制电路的描述也适用于此。

图2示出了根据本实用新型的一种实施方式的晶闸管阀200，其包括串联连接的多个如上所述晶闸管级。如图2所示，多个光触发晶闸管T1、T2…Tn串联连接，多个控制电路200-1、200-2…200-n中的每一个分别控制一个与其连接的光触发晶闸管T1、T2…Tn。晶闸管阀200被配置为在所有的光触发晶闸管T1、T2…Tn被同时导通的情况下而被正常导通。在一些实施例中，多个控制电路200-1、200-2…200-n与晶闸管阀200的控制系统(未示出)光耦接。多个控制电路中的每一个分别通过向控制系统发送指示信号IP1、IP2…IPn以及从控制系统接收触发信号FP1、FP2…FPn来控制光触发晶闸管T1、T2…Tn的正常导通。

根据本实用新型，还提供了一种换流器，其包括由如上所述的晶闸管阀200构成的桥电路，以进行换流。例如，换流器包括由如上所述的晶闸管阀200构成的3相6脉桥电路，其包括6个如图2中示出的晶闸管阀200。当然，换流器也可以包括其他形式的用于换流的电路，不限于此。

在一些实施例中，换流器包括以下中的一项或多项：整流器、逆变器、变频器、斩波器。

根据本实用新型，还提供了一种无功补偿装置，其包括上述的晶闸管阀200。

以上已揭示本实用新型的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本实用新型的保护范围由权利要求所确定。