换流器阀制造技术

换流器阀单元，包括多个并联连接的半导体元件（１）、续流二极管（２）和控制单元（６）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力换流器。本专利技术特别涉及包括多个串联连接的换流器阀单元的换 流器阀。更准确而言，本专利技术涉及包括多个半导体元件的换流器阀单元。本专利技术还涉及用 于控制这种阀和阀单元的方法。特别地，本专利技术涉及用于将高压交流电转换成高压直流电 的电力换流器的阀单元和用于控制换流器中的电功率流的方法。应该将半导体元件或半导体这样的表述理解为用于高功率和高电压应用的任何 种类的半导体元件。这种半导体特别包括可熄灭型或可关断型半导体。可关断型功率半导 体的实例是门极可关断(GTO)晶闸管，以及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
技术介绍
一种包括具有半导体元件的多个单元的电路经常构成电力换流器的一个整体部 分，其中它们被用作为功率电子开关。以串联连接的方式来设置这些开关，其中每个开关能 够保持在换流器上所施加的电压的一部分。公知的功率半导体能够维持1至6kV的电压。 通过串联连接多个这种开关，换流器可以维持10至500kV范围内的电压。每个开关包括可 以串联连接和/或并联连接以获得所需要的性能的多个半导体元件。串联连接将增加电压 维持值，串联连接将增加电流容量。在电压源型换流器(VSC)中，电子功率开关包括关断型半导体。这种换流器经常 被用于高压直流(HVDC)应用中，以便将直流电变换成交流电或将交流电变换成直流电。这 种换流器还被用于静态无功功率补偿器(SVC)和无功功率补偿(RPC)设施(plants)中，以 便平衡电网内的电力传输。诸如GTO晶闸管和IGBT的半导体适合于高功率应用。后一类型的半导体经常是更 可取的，因为它们将良好的功率处理能力与使得它们很适合于串联连接的特性相结合。它 们可以被高精确地关断。在这种组合体中，多个IGBT形成电压源型换流器中的阀以便处理 高达500kV的电压。在半导体电路中，可能发生短路情况。在这种情况中，需要能够处理短路的影响。 当半导体由于过流或过压被击穿时，该半导体不再能够保持电压。损坏的半导体不能够被 控制。它仅能保持小的电压差，并且传导时，将只有低电阻。一种令人不悦的性能是热产 生。令电流流过损坏的半导体将产生压降大约为10-20V的电弧，所述电弧将产生大量的功 率消耗。这可以发展成组件的熔化或发展成毁坏整个阀的火。换流器阀包括串联连接的多个半导体阀单元。这些阀单元中的每个设计成处理所 述阀的全部电压的确定部分，并且传输阀的总电流。每个阀单元包括多个并联连接的半导 体元件。每个并联连接的半导体元件于是设计成传输通过阀单元的总电流的一部分。现在， 如果这些半导体元件中的一个失效，那么那个阀单元将不再能够保持电压差。当将整个阀控制成闭合电路时，所述电流的一部分或总电流将通过有故障的半导体，因此导致热产生。为了避免这种情况，现今所使用的半导体元件包括在严重的击穿已经发生之后呈 现闭合电路的特殊特点。通过呈现闭合电路，将不会有热在有故障的半导体中产生。因此， 在所描述的情形中，在一个阀单元中的半导体元件还能够传输与当所有的半导体元件有效 时传输的电流相同的电流。因此，当阀单元中的半导体中的一个失效时，控制该单元中的其 它半导体以呈现稳定的闭合电路。这将导致该单元不再能够保持电压，但是仍然能够传导 电流而没有热产生。然而，从电压方面，失效单元将不承受任何电压，因为至少一个半导体单元总是短 路的。这具有的影响是阀上施加的通常由多个开关单元分担的电压现在只能由除了一个以 外的相同数目来分割。因为串联连接的单元的数目通常在100至500的范围内，所以电压 超载在0. 2至10%的范围内。这完全在半导体元件的电压超载容限内。使用针对这些情形而特别设计的半导体元件的技术起到了非常好的作用。然而， 生产这些半导体元件是非常昂贵的。因此，需要在仍然实现相同性能的情况下降低该换流 器的成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供包括半导体元件、能够应付故障半导体的影响的换流器阀单元。第二目的是提供感测系统以检测有故障的半导体元件。本专利技术的第一方面提供了一种换流器阀单元，该换流器阀单元包括半导体元件， 每个半导体元件与一续流二极管反并联连接并且由一控制单元控制。本专利技术的第二方面提 供了一种用于控制上述换流器阀单元的方法。根据本专利技术，通过感测通过阀单元的半导体的电流来检测阀单元的故障半导体。 当检测到故障半导体时，该阀单元的其余半导体被控制为呈现闭合电路。在本专利技术的一个 实施例中，每个阀单元中的每个半导体元件的电流都被感测。在第二实施例中，设置单个传 感器在每个阀单元中检测该单元中的任何半导体元件的故障。优选地，阀的每个单元的半 导体被设置成两组。优选地，每组包括相等数量的半导体。在本专利技术的实施例中，第一组半导体的导线设置成以第一方向通过感测装置。第 二组半导体的导线设置成以第二方向通过感测装置。设置第二方向与第一方向相反。当所 有半导体起作用时，以第一方向通过该感测装置的电流总和与以第二方向通过该感测装置 的电流总和将是相等的。然而，当半导体中的一个失效时，第一方向的电流总和将不同于第 二方向的电流总和。因此，可以通过感测两组导线之间的电流平衡来检测失效半导体。根据本专利技术，感测系统和控制系统的使用使换流器阀单元能够由共同“闲置”型的 多个半导体元件来设计。这样，当感测到有缺陷的半导体时，该阀单元的所有半导体被控制 成导通级(stage)。这导致该阀单元短路，而不承受任何电压。在这种情形中，其余的串联 连接的阀单元将必须保持阀上的电压。结果，每个仍然起作用的阀单元必须保留整个阀电 压的更多部分。设置感测单元来感测电流。第一类型的传感器是电流路径中的小电阻器，确定在 其上电压。第二类型的传感器是能够感测由电流所产生的磁通量改变的器件。一个这样的 传感器是诸如铁氧体这样的可磁化材料的环，其包括围绕所述环部分的电线圈以便感测穿过所述环的电流。另一传感器只是由绝缘的导体形成的电线圈，其感测流过线圈的电流。还 有另一传感器是罗柯夫斯基(Rogowski)线圈，其是围绕该导体设置的空心的环形线圈。在所有半导体元件都起作用的状态中，来自第一组半导体的、以第一方向流动的 电流总和等于来自第二组半导体的、以第二方向流动的电流总和。由第一方向的电流所产 生的磁通量将与由第二方向的电流所产生的磁通量相等。因此，第二类型的传感器在这种 情形中将感测不到什么。在第一组的一个半导体被损坏因而只能带电阻传导电流，而不能 保持电压差的情况下，由第一组所传导的电流将小于由第二组所传导的电流。因此，只通过 一个第二类型的传感器即可快速地检测到有故障的半导体。传感器还检测两组中的哪组包 含有故障的元件。当该阀被停止时可以使用这个信息以便维修。 在本专利技术的第一方面中，通过包括多个并联连接的半导体元件的换流器阀单元实 现该目的，其中该换流器阀单元包括用于感测半导体电流的电流感测装置和用于当检测到 有故障的半导体时将该单元的所有半导体控制成为导通级的控制装置。在这个方面的实施 例中，所述半导体元件包括具有以第一方向通过该感测装置的导线的第一组和具有以第二 方向通过该感测装置的导线的第二组。在这个方面的又一实施例中，所述第一方向与所述 第二方向相反。在本专利技术的第二方面，通过用于检测换流器阀单元中的半导体元件的方法来实现 所述目的，其中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换流器阀单元，包括多个并联连接的半导体元件（１），每个所述半导体元件（１）与一续流二极管（２）反并联连接并且由一控制单元（６）控制，其特征在于：每个所述并联连接的半导体元件（１）包括用于感测每个所述半导体元件（１）的电流的电流感测装置（１２），且所述阀单元进一步包括用于比较所述电流的微分器（２１），所述微分器（２１）当检测到所述电流存在不平衡时向所有控制单元（６）发送接通信号（２２），用于控制所述阀单元的所有所述半导体元件呈现闭合的电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯彼得尼，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]