專利名稱：交流-直流變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流-直流(AC-DC)變換系統(tǒng)，例如DC輸電系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)等，尤其涉及一種AC-DC電力變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可安全地停止AC-DC變換系統(tǒng)的操作。
例如，在DC輸電系統(tǒng)中，DC輸電線的兩端都裝有AC-DC變換系統(tǒng)。其中一個系統(tǒng)起整流器的作用，將交流電力變換成直流電力，而另一個系統(tǒng)起逆變器的作用，將直流電力變換成交流電力。圖20示出了用如此安裝的變換器構(gòu)造的DC輸電系統(tǒng)的一例，而圖21示出了控制AC-DC變換器的控制和保護(hù)系統(tǒng)。
圖20示出了與DC輸電線L1和L2相連的第一AC系統(tǒng)AL1和第二AC系統(tǒng)AL2的一例。在AC系統(tǒng)AL1與DC輸電線L1和L2的一端之間，是一換流變電站，該站配備了由三相斷路器1AR、1AS和1AT組成的斷路器1A、換流變壓器2A、由可控硅換流器組成的電力變換器3A，以及DC電抗器4A。在AC系統(tǒng)AL2與DC輸電線L1和L2另一端之間，是一換流變電站，該站配備了DC電抗器4B、由可控硅換流器組成的電力變換器3B、換流變壓器2B，以及由三相斷路器1BR、1BS和1BT組成的斷路器1B。
另外，變換器3A由6個可控硅閥U、V、W、X、Y和Z組成，而變換器3B也由6個可控硅閥U’、V’、W’、X’、Y’和Z’組成，并且DC輸電線L2接地。在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，在兩個AC系統(tǒng)AL1和AL2之間電力不僅能沿某一方向從一端傳輸至另一端，而且該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可在需要時沿反方向傳輸電力。因此，應(yīng)這樣構(gòu)造變換器3A和3B，從而使它們在該系統(tǒng)中能夠分別起到整流器或逆變器的作用，并且根據(jù)電流方向，使電源側(cè)的變換器起整流器的作用，而負(fù)載側(cè)的變換器起逆變器的作用。
在圖21中，5A和5B為變換器控制系統(tǒng)(下文稱控制系統(tǒng))；6A和6B為門脈沖發(fā)生器(下文稱PG)，為可控硅換流器3A和3B產(chǎn)生門脈沖；而7A和7B分別為AC-DC變換器3A和3B的保護(hù)系統(tǒng)。
8A和8B分別是DC電壓變換器(DC voltage transformer)(DC-PT)；9A和9B分別是DC變流器(DC current transformer(DC-CT)；10A和10B分別是AC電壓檢測器(AC-VD)；而11A和11B分別是用于測量換流變壓器電流的AC電流互感器(AC-CT)。由這些裝置檢測到的DC電壓信號Vdc1和Vdc2、DC電流信號Idc1和Idc2、AC電壓信號Vac1和Vac2，以及AC電流信號Iac1和Iac2分別被輸入至控制系統(tǒng)5A和5B以及保護(hù)系統(tǒng)7A和7B。
控制系統(tǒng)5A配備了相位控制器50A、相位檢波器51A、控制器52A和保護(hù)序列(protection sequence)53A，而控制系統(tǒng)5B配備了相位控制器50B、相位檢波器51B、控制器52B和保護(hù)序列53B，它們分別具有以下所述的功能。
也就是說，在穩(wěn)定狀態(tài)下，控制器52A分別進(jìn)行恒流控制和恒壓控制兩者，恒流控制是將DC-CT 9A檢測到DC電流Idc1控制為恒定的大小，而恒壓控制是將DC-PT 8A檢測到DC電壓Vdc1控制為恒定的大小。在兩種受控輸出值中，在整流器工作的情形下，控制器52A輸出經(jīng)恒流控制的輸出值，而在逆變器工作的情形下，控制器52A輸出經(jīng)恒壓控制的輸出值，輸出值作為相位控制角α輸出至相位控制器50A。
在穩(wěn)定狀態(tài)下，控制器52B也分別進(jìn)行恒流控制和恒壓控制兩者，恒流控制是將DC-CT 9B檢測到DC電流Idc2控制為恒定的大小，而恒壓控制是將DC-PT 8B檢測到DC電壓Vdc2控制為恒定的大小。在這兩種受控輸出值中，在整流器工作的情形下，控制器52B輸出經(jīng)恒流控制的輸出值，而在逆變器工作的情形下，控制器輸出經(jīng)恒壓控制的輸出值，輸出值作為相位控制角α輸出至相位控制器50B。這里，在整流器工作的情形下，可將相位控制角α設(shè)定為例如20°，而在逆變器工作的情形下，可將其設(shè)定為例如135°。
當(dāng)從本側(cè)的保護(hù)系統(tǒng)7A發(fā)出一保護(hù)命令信號(protection order signal)時，保護(hù)序列53A向它側(cè)的控制系統(tǒng)5B輸出該保護(hù)命令信號，同時將這些脈沖操作的定時取作門移相(gate shift)(下文稱為GS)、旁通對(下文稱為BPP)、門阻斷(gate block)(下文稱為GB)和斷路器開路指令(下文稱為CBT)，并且當(dāng)從它側(cè)的控制系統(tǒng)5B發(fā)出一保護(hù)命令信號時，保護(hù)序列53A取定時GS、BPP和GB。在兩種情況下，保護(hù)序列53A都將這些脈沖操作信號作為GS、BPP和GB輸出給相位控制器50A。
當(dāng)從本側(cè)的保護(hù)系統(tǒng)7B發(fā)出一保護(hù)命令信號時，保護(hù)序列53B向它側(cè)的控制系統(tǒng)5A輸出該保護(hù)命令信號，同時將這些脈沖操作的定時取作GS、BPP、GB和CBT，并且當(dāng)從它側(cè)的控制系統(tǒng)5A發(fā)出一保護(hù)命令信號時，保護(hù)序列53B取定時GS、BPP和GB。在兩種情況下，保護(hù)序列53B都將這些脈沖操作信號作為GS、BPP和GB輸出至相位控制器50B。
相位檢波器51A輸入AC-PT 10A檢測到的AC系統(tǒng)AL1的AC電壓Vac1，并輸出一相位信號用以同步AC電壓Vac1。相位檢波器51B輸入AC-PT 10B檢測到的AC系統(tǒng)AL2的AC電壓Vac2，并輸出一相位信號，用以同步AC電壓Vac2。
相位控制器50A具有這樣的功能，即能夠根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下來自相位檢波器51A的相位信號，依照來自控制器52A的相位控制角α，將相位控制脈沖PHS輸出至PG 6A。當(dāng)根據(jù)來自保護(hù)序列53A的信號GS、BPP和GB停止保護(hù)時，相位控制器50A還具有以下功能。即，在信號GS情況下，它輸出門移相的相位控制脈沖PHS，例如120°，在信號BPP情況下，它將BPP脈沖作為相位控制脈沖PHS輸出，而在信號GB情況下，它阻斷相位控制脈沖PHS。相位控制器50B具有這樣的功能，即能夠根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下來自相位檢波器51B的相位信號，依照來自控制器52B的相位控制角α，將相位控制脈沖PHS輸出至PG 6B。當(dāng)根據(jù)來自保護(hù)序列53B的信號GS、BPP和GB停止保護(hù)時，相位控制器50B還具有以下功能。即，在信號GS情況下，它輸出門移相的相位控制脈沖PHS，例如120°，在信號BPP情況下，它將BPP脈沖作為相位控制脈沖PHS輸出，而在信號GB情況下，它阻斷相位控制脈沖PHS。
PG 6A由一正向/反向電壓檢測器61A和一門脈沖發(fā)生器60A組成，其中正向/反向電壓檢測器61A檢測變換器3A的正向/反向電壓，而門脈沖發(fā)生器60A則由相位控制脈沖PHS和正向/反向電壓產(chǎn)生要加至變換器3A的門脈沖。門脈沖發(fā)生器60A根據(jù)從控制系統(tǒng)5A接收到的相位控制脈沖PHS為變換器3A的每個可控硅產(chǎn)生120°寬的脈沖，并且如果從控制系統(tǒng)5A接收到GB指令，就將該120°寬的脈沖復(fù)位。門脈沖發(fā)生器60A根據(jù)120°寬的脈沖和正向/反向電壓檢測器61A檢測變換器3A之正向/反向電壓所得的正向電壓信號的“與”條件，產(chǎn)生要加至可控硅換流器3A的門脈沖。門脈沖發(fā)生器60A還具有強迫觸發(fā)功能，即如果關(guān)斷期間加至可控硅的反向電壓不足，則當(dāng)檢測到正向電壓時，門脈沖發(fā)生器60A再次向可控硅輸出門脈沖。
PG 6B由一正向/反向電壓檢測器61B和一門脈沖發(fā)生器60B組成，其中正向/反向電壓檢測器61B檢測變換器3B的正向/反向電壓，而門脈沖發(fā)生器60B則由相位控制脈沖PHS和正向/反向電壓產(chǎn)生要加至變換器3B的門脈沖。門脈沖發(fā)生器60B根據(jù)來自控制系統(tǒng)5B的相位控制脈沖PHS為變換器3B的每個可控硅產(chǎn)生120°寬的脈沖，并且如果從控制系統(tǒng)5B接收到GB指令，就將該120°寬的脈沖復(fù)位。門脈沖發(fā)生器60B根據(jù)120°寬的脈沖和正向/反向電壓檢測器61B檢測變換器3B之正向/反向電壓所得的正向電壓信號的“與”條件，產(chǎn)生要加至可控硅換流器3B的門脈沖。門脈沖發(fā)生器60B還具有強迫觸發(fā)功能，即如果關(guān)斷期間加至可控硅的反向電壓不足，則當(dāng)檢測到正向電壓時，門脈沖發(fā)生器60B再次向可控硅輸出門脈沖。
保護(hù)系統(tǒng)7A監(jiān)視AC-DC變換系統(tǒng)中AC電流Iac1、AC電壓Vac1、DC電流Idc1和DC電壓Vdc1的值等；由這些電壓和電流檢測諸如短路、接地故障等變換器的故障；并且將一保護(hù)命令信號輸出至本側(cè)的控制系統(tǒng)5A。保護(hù)系統(tǒng)7B監(jiān)視AC-DC變換系統(tǒng)中AC電流Iac2、AC電壓Vac2、DC電流Idc2和DC電壓Vdc2的值等；由這些電壓和電流檢測諸如短路、接地故障等變換器的故障；并且將一保護(hù)命令信號輸出至本側(cè)的控制系統(tǒng)5B。
在如上所述的AC-DC變換系統(tǒng)的常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)中，整流器側(cè)和逆變器側(cè)的變換器相互協(xié)同工作。當(dāng)檢測到任何故障時，本側(cè)的控制系統(tǒng)不僅保護(hù)本側(cè)的變換器，而且將保護(hù)命令信號發(fā)送給它側(cè)的控制系統(tǒng)，并且為處理DC電路的能量，停止AC-DC變換系統(tǒng)以與它側(cè)控制系統(tǒng)協(xié)同工作。
接下來，將參照圖22說明控制系統(tǒng)5A的保護(hù)序列。盡管為了便于說明，這里省略了對控制系統(tǒng)5B的描述，但控制系統(tǒng)5B之保護(hù)序列53B的結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)5A的保護(hù)序列53A的結(jié)構(gòu)相同。
另外，將描述常規(guī)的保護(hù)序列的例子，其中圖23所示定時圖中給出的GS-BPP-CBT-GB保護(hù)序列是逆變器情況下的舉例，而圖24所示定時圖中給出的GS-GB-CBT保護(hù)序列是整流器情況下的舉例。由于用上述保護(hù)序列構(gòu)造AC-DC變換系統(tǒng)之控制和保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)是眾所周知的，所以我們將省略對以下保護(hù)序列的描述，它們是缺少GS的瞬時BPP-CBT-GB或缺少GS的瞬時GB-CBT，這種序列是在因故障中包含過電壓/過電流而沒有時間分給門移相的情況下進(jìn)行的。
現(xiàn)在，假設(shè)在變換器3A側(cè)已發(fā)生一些故障(例如，接地故障和短路等)，并且AC電壓Vac1、AC電流Iac1、DC電壓Vdc1和DC電流Idc1中至少有一個不正常。其時，正在監(jiān)視這些電壓/電流的保護(hù)系統(tǒng)7A中的保護(hù)繼電器70A檢測到此不正常狀態(tài)，并通過數(shù)字接口電路71A和54A將一保護(hù)命令信號輸出至控制系統(tǒng)5A。
在控制系統(tǒng)5A中，保護(hù)命令信號被輸入至本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A。保持電路531A根據(jù)該保護(hù)命令信號和整流器指令REC用“與”電路531a和“與”電路531b判斷變換器3A是處于逆變器狀態(tài)還是處于整流器狀態(tài)，并且通過觸發(fā)電路531c和和531d保持各自的狀態(tài)。也就是說，在逆變器工作時，觸發(fā)電路531c保持保護(hù)命令信號，而在整流器工作時，觸發(fā)電路531d保持保護(hù)命令信號。觸發(fā)電路531c和531d的輸出信號輸出至本側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A，并且還通過“或”電路531e和數(shù)字接口電路59A作為保護(hù)命令信號輸出至它側(cè)的控制系統(tǒng)5B。
在本側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A中，在逆變器狀態(tài)下，通過“或”電路532a輸出信號GS，經(jīng)過接通延遲時間繼電器TH1后輸出信號BPP，并且在將信號BPP輸出至相位控制器50A后，經(jīng)過接通延遲時間繼電器TH2后輸出信號GB。在輸出信號BPP的同時，通過“或”電路532c和數(shù)字接口電路57A將信號CBT輸出至AC斷路器1A。信號GB還通過數(shù)字接口電路58A輸出至PG6A。
另外，在整流器狀態(tài)下，通過“或”電路532a輸出信號GS，并且經(jīng)過接通延遲時間繼電器TH3后將信號GB輸出至相位控制器50A。在輸出信號GB的同時，通過“或”電路532c和數(shù)字接口電路57A將信號CBT輸出至AC斷路器1A。在相位控制器50A中，將保護(hù)操作指令GS和GB輸入至相位控制脈沖發(fā)生器501A，在該發(fā)生器中，在信號GS的情況下，輸出相位控制脈沖PHS，等價于相位控制角120°，而在信號GB的情況下，鎖定相位控制脈沖PHS。
另一方面，將指令BPP輸入至BPP選擇電路502A，并且例如根據(jù)某種判斷某閥處于BPP相位的方法來選擇BPP相位，其中所述閥與相位控制脈沖PHS最終輸出所至的可控硅閥串聯(lián)連接。BPP選擇電路502A根據(jù)判斷結(jié)果將信號BPP-R、BPP-S和BPP-T中的一個信號輸出至相位控制脈沖發(fā)生器501A。
然后，當(dāng)在變換器3B終端發(fā)生故障并被保護(hù)系統(tǒng)7B檢測到時，控制系統(tǒng)5B以與控制系統(tǒng)5A相同的保護(hù)序列將保護(hù)命令信號輸出至控制系統(tǒng)5A。在控制系統(tǒng)5A中，通過數(shù)字接口電路55A將該保護(hù)命令信號輸入至另一側(cè)保護(hù)命令信號保持電路533A。保持電路533A根據(jù)該保護(hù)命令信號和整流器指令REC，用“與”電路533a和“與”電路533b判斷變換器3A是處于逆變器狀態(tài)還是處于整流器狀態(tài)，并且分別通過觸發(fā)電路533c和533d保持各自的狀態(tài)。也就是說，在逆變器工作時，觸發(fā)電路533c保持保護(hù)命令信號，而在整流器工作時，觸發(fā)電路533d保持保護(hù)命令信號。
觸發(fā)電路533c和533d的輸出信號被輸入至另一側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路534A，與本側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A類似，該電路由“或”電路534a、534b、534c以及接通延遲時間繼電器TH1’、TH2’和TH3’構(gòu)成。在逆變器狀態(tài)下，實行GS-BPP-CBT-GB保護(hù)序列，而在整流器狀態(tài)下，實行GS-GB-CBT保護(hù)序列，并且與本側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A一樣，將保護(hù)操作指令GS、BPP、GB和CBT輸出至相位控制器50A、PG 6A和斷路器1A。
嚴(yán)格地說，本側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A輸出帶有尾標(biāo)1的信號GS1、BPP1、GB1和CBT1，而它側(cè)保護(hù)操作定時協(xié)作電路534A輸出帶有尾標(biāo)2的信號GS2、BPP2、GB2和CBT2。保護(hù)序列53A還配備了“或”電路535A、536A、537A和538A。信號GS1和GS2被輸入至“或”電路535A，而“或”電路535A將信號GS輸出至相位控制脈沖發(fā)生器501A。信號BPP1和BPP2被輸入至“或”電路536A，而“或”電路536A將信號BPP輸出至BPP選擇電路502A。信號GB1和GB2被輸入至“或”電路537A，而“或”電路537A通過數(shù)字接口電路58A將信號GB輸出至相位控制脈沖發(fā)生器501A。信號CBT1和CBT2被輸入至“或”電路538A，而“或”電路538A通過數(shù)字接口電路57A將信號CBT輸出至斷路器1A。
圖25示出了另一例常規(guī)的保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A和534A，并且圖26示出了圖25的定時圖。在圖25中，與上述常規(guī)例子中的功能相同，在整流器狀態(tài)下，保護(hù)序列定時取為GS-GB-CBT，在逆變器狀態(tài)下，保護(hù)序列定時取為GS-BPP-CBT-GB。與上述常規(guī)例子不同的是，無論在整流器狀態(tài)還是在逆變器狀態(tài)，接通延遲時間繼電器TH3和TH3’都工作，并且在逆變器狀態(tài)下，接通延遲時間繼電器TH3和TH3’與接通延遲時間繼電器TH1和TH1’相結(jié)合，而系統(tǒng)以與圖26分別所示的定時圖(GS-BPP-CBT-GB)相似的序列工作。
也就是說，保護(hù)操作定時協(xié)作電路532A、534A取這樣的定時，即在逆變器狀態(tài)下，在輸出信號GS后某一固定時刻(TH1)輸出信號BPP，在輸出信號BPP的同時輸出信號CBT，并在輸出信號BPP后某一固定時刻(TH2)產(chǎn)生信號GB，而在整流器狀態(tài)下，在輸出信號GS后某一固定時刻(TH3)輸出信號GB，并在輸出信號GB的同時輸出信號CBT。用上述這些保護(hù)序列構(gòu)造AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)是一項已知技術(shù)。
1978年10月14日公布的日本專利公開昭53-117727(Hiroshi Ikeda)揭示了上述常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)。
在上述AC-DC變換系統(tǒng)的常規(guī)控制和保護(hù)系統(tǒng)中，整流器側(cè)的變換器和逆變器側(cè)的變換器會停止工作，只要它們不僅在正常工作期間而且在因故障而停止工作時相互協(xié)作。特別地，當(dāng)停止工作時，在來自控制系統(tǒng)5A和5B的指令BPP使逆變器側(cè)的變換器處于BPP狀態(tài)后由門阻斷信號使其停止工作。這是防止逆變器發(fā)生瞬時門阻斷的保護(hù)功能。
以下將說明該逆變器門阻斷?，F(xiàn)在考慮這樣的情況，即當(dāng)運行AC-DC變換系統(tǒng)(其中變換器3A起逆變器的作用，而變換器3B起整流器的作用)時，在變換器3A側(cè)發(fā)生故障，在逆變器側(cè)的保護(hù)序列中沒有BPP。同時，如果因某種原因控制系統(tǒng)5B未從控制系統(tǒng)5A接收到保護(hù)命令信號，那么變換器3A阻斷門，而起整流器作用的變換器3B因未接收到保護(hù)命令信號而繼續(xù)工作。
因此，由于變換器3B繼續(xù)作為整流器而工作，所以DC電流在AC-DC變換系統(tǒng)中連續(xù)流動。另一方面，由門阻斷阻斷了至變換器3A的觸發(fā)脈沖，并且由于不進(jìn)行換向，所以電流連續(xù)流過在門阻斷時刻導(dǎo)通的可控硅閥，結(jié)果是基波電壓進(jìn)入DC電路。
另外，由于在DC電流變零時關(guān)斷了變換器3A的可控硅閥，所以從作為整流器而工作的變換器3B流出的電流對DC輸電線L1和L2充電，結(jié)果是DC電壓過電壓。
圖27示出了逆變器在瞬時門阻斷時的電壓和電流波形圖，并示出了V相和X相可控硅閥在門阻斷時導(dǎo)通的情況。如圖所示，在逆變器瞬時門阻斷時，DC電壓Vdc、DC電流Idc、R相AC電流IacR、S相AC電流IacS、和T相AC電流IacT分別變成圖27中(a)、(b)、(c)、(d)和(e)的波形。在這種情況下，不能安全停止變換器，并且還會損壞它。另外，AC斷路器會使DC斷路進(jìn)而遭到損壞。
由此，在常規(guī)系統(tǒng)中，用逆變器保護(hù)序列在停止操作中進(jìn)行BPP操作可以防止該逆變器的瞬時門阻斷。但是，在這種AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)故障的情況BPP操作會進(jìn)一步擴大故障。
以下將說明一例故障的情況。為了便于說明，假設(shè)當(dāng)變換器3A作為逆變器工作而變換器3B作為整流器工作時在換流變壓器2A之DC繞組的R相上發(fā)生接地故障。另外，對于變換器，閥短路也是AC電壓兩相的短路現(xiàn)象，并且發(fā)生與此處描述的接地故障類似的不良現(xiàn)象。
圖28示出了電壓/電流波形，而圖29示出了變換器的工作模式以及此時的三相閥電流。保護(hù)系統(tǒng)7A的保護(hù)繼電器70A檢測DC繞組接地故障，并且當(dāng)變換器3A處于逆變器狀態(tài)時，控制系統(tǒng)5A起動相應(yīng)于逆變器工作的GS-BPP-CBT-GB保護(hù)序列。當(dāng)接地故障是AC電壓R相的一線接地故障時，R相變?yōu)榱汶妷海琒相電壓的相位比故障前相位超前30°且其量值變?yōu)楣收锨傲恐档?倍，而T相電壓的相位滯后30°且其量值變成故障前量值的 倍。在GS期間，輸出相位角為120°的PHS脈沖。
但是，由于R相為零電壓，所以組成R相閥的U相和X相可控硅閥不導(dǎo)通，由于在正向電壓期間沒有PHS脈沖，所以組成T相的W相和Z相可控硅閥也不導(dǎo)通。結(jié)果，只有組成S相的V相可控硅閥導(dǎo)通，能夠與接地點構(gòu)成一個電流環(huán)路。
但是，由于構(gòu)造了由V-相電壓、換流變壓器的漏磁電抗和V相可控硅閥組成的單相半波整流器，所以大約2倍于換流變壓器的漏磁電抗所確定的額定值的電流流入V相可控硅閥。該狀態(tài)在GS期間連續(xù)發(fā)生，每個AC電壓周期一次。
另外，當(dāng)保護(hù)序列進(jìn)行并且根據(jù)BPP指令將T相確定為BPP相時，輸出T相的PHS脈沖，而其他相的PHS脈沖不被BPP脈沖輸出。因此，由PG保持W相控制脈沖PHS，并且當(dāng)把正向電壓加至W相(即，相位控制角α＝0°)上時，導(dǎo)通W相。因此，流至W相可控硅閥的電流變成一過電流，它大于觸發(fā)相0°時由換流變壓器的漏磁電抗所確定的額定電流值的3倍。
保持該狀態(tài)，直至斷路器1A開路。不用說，流至可控硅閥的電流隨BPP相而不同。圖30示出了當(dāng)把S相確定為BPP相時的方框圖和流至可控硅閥的波形圖，而圖31示出了當(dāng)把R相確定為BPP相時的方框圖和流至可控硅閥的波形圖。
由這些電流波形可見，如果將接地故障相之外的相(這里為S相和T相)選作BPP相并且變換器處于BPP狀態(tài)時，那么不能安全地停止變換器，并且變換器的電流為過電流，在最壞情況下會損壞保變換器。
如上所述，在AC-DC變換系統(tǒng)的常規(guī)控制和保護(hù)系統(tǒng)中，要通過降低正常保護(hù)操作中的電流和電壓達(dá)到安全停止變換器的目的。但是，在某些情況下，保護(hù)序列的BPP操作會產(chǎn)生過電流，并且在最壞情況下可能損壞變換器。
因此，本發(fā)明的一個目的是，為AC-DC變換系統(tǒng)提供一種控制和保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)所具有的保護(hù)序列能安全地停止變換器，且不削弱逆變器的瞬時門阻斷保護(hù)功能。
本發(fā)明的這些和其他目的可以通過提供一種在兩個AC電力系統(tǒng)間交換電力的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)來實現(xiàn)。AC-DC變換系統(tǒng)由DC側(cè)相互連接的兩個電力變換器和分別連接在兩個電力變換器AC側(cè)和兩個AC電力系統(tǒng)之間的兩個斷路器組成。每個電力變換器由門信號控制的多個開關(guān)器件組成，并且將AC電力變換成DC電力，或者將DC電力變換成AC電力?？刂坪捅Ｗo(hù)系統(tǒng)由兩套控制和保護(hù)裝置組成，每套裝置分別為一個電力變換器配備。每套控制和保護(hù)裝置包括一個保護(hù)裝置和一個相位控制裝置，其中保護(hù)裝置用于檢測電力變換器的故障，用以當(dāng)檢測到故障時產(chǎn)生第一保護(hù)命令信號，而相位控制裝置用于連續(xù)向電力變換器的開關(guān)器件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。每套控制和保護(hù)裝置還包括一個與保護(hù)裝置相連的保護(hù)序列裝置，用于接收第一保護(hù)命令信號，保持第一保護(hù)命令信號，對斷路器產(chǎn)生開路指令，并對另一側(cè)的控制和保護(hù)裝置產(chǎn)生用于停止另一側(cè)電力變換器的第二保護(hù)命令信號，同時將觸發(fā)脈沖提供給電力變換器的開關(guān)器件。
依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于在兩個AC電力系統(tǒng)間交換電力的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)。AC-DC變換系統(tǒng)由DC側(cè)相互連接的兩個電力變換器和分別連接在兩個電力變換器AC側(cè)和兩個AC電力系統(tǒng)之間的兩個斷路器組成。每個電力變換器由門信號控制的多個開關(guān)器件組成，并且將AC電力變換成DC電力，或者將DC電力變換成AC電力?？刂坪捅Ｗo(hù)系統(tǒng)由兩套控制和保護(hù)裝置組成，每套裝置分別為一個電力變換器配備。每套控制和保護(hù)裝置包括一個保護(hù)裝置和一個相位控制裝置，其中保護(hù)裝置用于檢測電力變換器的故障，以便當(dāng)檢測到故障時產(chǎn)生第一保護(hù)命令信號，而相位控制裝置用于向電力變換器的開關(guān)器件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。每套控制和保護(hù)裝置還包括一個與保護(hù)裝置相連的保護(hù)序列裝置，用于接收第一保護(hù)命令信號，保持第一保護(hù)命令信號，產(chǎn)生門移相指令，對斷路器產(chǎn)生開路指令，并對另一側(cè)的控制和保護(hù)裝置產(chǎn)生用于停止另一側(cè)電力變換器的第二保護(hù)命令信號。連接相位控制裝置用來從保護(hù)序列裝置接收門移相指令，并在接收到門移相指令后向電力變換器的開關(guān)器件產(chǎn)生門移相的觸發(fā)脈沖。
依照本發(fā)明，由于不由保護(hù)序列進(jìn)行旁通對操作，所以即使產(chǎn)生了變換器接地故障，電壓和電流也不會因旁通對操作而大得損壞變換器。另外，門信號控制的開關(guān)器件可通過對變換器連續(xù)提供觸發(fā)脈沖的相位控制裝置繼續(xù)換向，并且在該期間通過保護(hù)序列裝置斷開A斷路器。變換器因以下兩個主要的電路現(xiàn)象而處于旁通對狀態(tài)，即在變換器的換向期間AC電流過零點，以及當(dāng)AC電流處于零點時斷開AC斷路器。因此，即使當(dāng)正常側(cè)的控制系統(tǒng)因某種原因不能從故障側(cè)的控制系統(tǒng)接收保護(hù)命令信號時，變換器也不處于逆變器瞬時門阻斷狀態(tài)，因而不會產(chǎn)生這種損壞變換器的故障。
依照本發(fā)明，除了上述功能之外，可在斷路器開路之前將觸發(fā)脈沖的相位轉(zhuǎn)變成門移相相位，從而可以快速降低DC電流，并防止換向失敗。
本發(fā)明的更完全的評價和其它附加的優(yōu)點將由于參見下面結(jié)合附圖進(jìn)行的敘述而變得易于理解，其中

圖1是表示按照本發(fā)明第一實施例的一種AC-DC變換系統(tǒng)控制和保護(hù)系統(tǒng)主要部分的方框圖；圖2是表示本發(fā)明第一實施例的工作的時序圖；圖3是說明本發(fā)明第一實施例從斷路器開路狀態(tài)到變換器旁通對狀態(tài)的模式的工作的圖；圖4是表示按照對本發(fā)明第一實施例一種變化的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)基本部分的方框圖；圖5是表示按照本發(fā)明第一實施例另一種變化的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖6是表示按照本發(fā)明第二實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的主要部分的方框圖；圖7是表示本發(fā)明第二實施例工作的時序圖；圖8是表示按照本發(fā)明第三實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖9是表示本發(fā)明第三實施例工作的時序圖；圖10是表示按照本發(fā)明第四實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖11是表示本發(fā)明第四實施例工作的時序圖；圖12是表示按照本發(fā)明第四實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)基本部分的方框圖；圖13是表示本發(fā)明第五實施例的工作的時序圖；圖14是按照本發(fā)明第六實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖15是表示本發(fā)明第六實施例的工作的時序圖；圖16是表示按照本發(fā)明第七實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖17是表示本發(fā)明第七實施例工作的時序圖；圖18是表示按照本發(fā)明第八實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的基本部分的方框圖；圖19是表示本發(fā)明第八實施例工作的時序圖20是表示一種常規(guī)的AC-DC變換系統(tǒng)的主電路系統(tǒng)的例子的方框圖；圖21是表示一種AC-DC變換系統(tǒng)的常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的例子的方框圖；圖22是表示圖21中控制和保護(hù)系統(tǒng)中常規(guī)的保護(hù)序列的例子的方框圖；圖23是表示如圖21所示常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)在逆變器工作狀態(tài)下工作的時序圖；圖24是表示如圖21所示常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)在整流器工作狀態(tài)下工作的時序圖；圖25是表示圖22所示常規(guī)保護(hù)序列中保護(hù)操作定時電路的另一例子的方框圖；圖26是表示如圖25所示常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)在逆變器工作狀態(tài)下工作的時序圖；圖27是表示常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)在在逆變器瞬時門阻斷時每一部分電流/電壓的波形圖；圖28是表示常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)在逆變器DC繞組接地故障情形下工作的時序圖；圖29是用來說明當(dāng)T相為BPP相位時在R相變換器DC繞組接地故障情形下常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)工作的圖；圖30是用來說明當(dāng)S相為BPP相位時在R相DC繞組接地故障情形下常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)工作的圖；圖31用來說明當(dāng)R相為BPP相位時在R相變換器DC繞組接地故障情形下常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)工作的圖。
參見附圖，在各圖中同樣的標(biāo)號總是表示同一或相應(yīng)的部件，下面詳細(xì)敘述本發(fā)明。
圖1表示按照本發(fā)明第一實施例的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的電路方框圖，其時序圖如圖2所示，其在AC斷路器開路后直到變換器變?yōu)榕酝▽Γ瑺顟B(tài)的模式圖(modediagram)如圖3所示。而且，與圖22中同樣部件有著同樣標(biāo)號。在本實施例中，如圖22所示常規(guī)的控制系統(tǒng)5A由圖1所示的控制系統(tǒng)5A代替。
在圖1中，7A是檢測變換器3A有無任何故障的保護(hù)系統(tǒng)，其組成包括監(jiān)視AC電流Iac1、AC電壓Vac1、DC電流Idc1和DC電壓Vdc1時檢測變換器3A任何故障的保護(hù)繼電器70A，以及對控制系統(tǒng)5A輸出保護(hù)命令信號的數(shù)字接口電路71A。
控制系統(tǒng)5A從保護(hù)系統(tǒng)7A經(jīng)數(shù)字接口電路54A接收保護(hù)命令信號，控制系統(tǒng)5A包括保護(hù)序列53A，作為保護(hù)序列裝置，按照保護(hù)序列的保護(hù)操作進(jìn)行定時，控制系統(tǒng)5A根據(jù)保護(hù)命令信號控制器52A計算用于控制變換器3A的DC電流和DC電壓為恒定值的相位控制角α，控制系統(tǒng)5A還包括相位控制器50A作為相位控制裝置。控制系統(tǒng)5A進(jìn)一步包括數(shù)字接口電路56A以輸出PHs脈沖至PG6A，包括數(shù)字接口電路57A以輸出開路指令CBT至斷路器1A，以及包括數(shù)字接口電路59A以輸出保護(hù)命令信號至它側(cè)控制系統(tǒng)5B。按照本實施例的另一側(cè)控制系統(tǒng)5B與圖1所示控制系統(tǒng)5A同樣構(gòu)成。
若變換器3A發(fā)生任何故障，并且一個保護(hù)命令信號從保護(hù)系統(tǒng)7A輸入，則控制系統(tǒng)5A由數(shù)字接口電路54A接收這一信號，并將其用觸發(fā)電路531C保持在本側(cè)的保護(hù)命令信號保持電路531A中。被保持的這一保護(hù)命令信號分別從數(shù)字接口電路57A、59A輸入到另一側(cè)的斷路器1A和控制系統(tǒng)5B，作為開路指令CBT和保護(hù)命令信號。此時相位控制器50A未從保護(hù)序列53A接收保護(hù)操作指令，繼續(xù)按控制器52A輸出的相位控制角α輸出PHS脈沖。
結(jié)果，斷路器1A在觸發(fā)脈沖被輸出到變換器3A時開路，所以，變換器3A成為圖2所示旁通對狀態(tài)。
當(dāng)來自它側(cè)控制系統(tǒng)5B的保護(hù)命令信號輸入到控制系統(tǒng)5A的數(shù)字接口電路55A時，該信號保持在它側(cè)保護(hù)命令信號保持電路533A的觸發(fā)電路533C中。它側(cè)保護(hù)命令信號保持電路533A也執(zhí)行同樣操作，類似于本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A中的本側(cè)保護(hù)操作。
下面由圖3說明此時變換器3A的主電路的工作。圖3中，模式(1)表示當(dāng)觸發(fā)脈沖加到可控硅W、電流流經(jīng)可控硅X和V并且電流從可控硅V換向到可控硅W后變換器3A的工作情況。此時，S相AC電流降低到零，而T相電流逐漸從零增加到DC電流大小。
隨后，模式(2)表示當(dāng)電流流經(jīng)可控硅X和W的工作情況。
假定開路指令CBT到達(dá)圖3中模式(2)的斷路器1A。模式(3)是電流從可控硅X模向到可控硅Y的模式。在該模式(3)中，當(dāng)R相AC電流類似于模式(1)下降到零時，R相斷路器IR在電流為零時刻開路。當(dāng)R相斷路器1R在模式(3)結(jié)束時開路，即使其后對可控路U給出觸發(fā)脈沖，可控硅U也由為AC電壓為零而不觸發(fā)，而電流繼續(xù)流過可控硅Y和W。
另一方面，S相和T相AC斷路器1S和1T不開路，因為AC電流不為零點，該狀態(tài)如圖3中模式(4)所示。然后，如圖3中模式(5)所示，為觸發(fā)脈沖送到可控硅Z，而電流從可控硅Y換向到可控硅Z的狀態(tài)。此時，由于S相和T相AC電流降為零，S相和T相斷路器1S和1T在模式(5)結(jié)束時開路。
此后，由于流過直流電流，電流通過T相可控硅Z和W，而變換器3A變?yōu)閳D3所示模式(6)中旁通對狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)5B的作用與控制系統(tǒng)5A相同，這樣可略去對其說明。
圖3中，說明T相處于旁通對狀態(tài)的例子?？墒?，顯然當(dāng)斷路器開路指令CRT到達(dá)斷路器1A并在觸發(fā)脈沖時刻，R相和S相分別按照這一時刻成為旁通對狀態(tài)，可略去對其說明。這樣，即使出現(xiàn)在正常側(cè)的控制系統(tǒng)未從故障側(cè)收到保護(hù)命令信號的故障，觸發(fā)脈沖仍然繼續(xù)送到變換器，在此期間AC斷路器開路，所以，變換器成為旁通對狀態(tài)，不會出現(xiàn)逆變器瞬時門阻斷。而且，盡管在未進(jìn)行常規(guī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)中的旁通對操作時變換器成為旁通對狀態(tài)，當(dāng)變換器處于任何故障中時由旁通對操作不產(chǎn)生過電流和過電壓。這樣，系統(tǒng)有著完成安全停止變換器而不損壞它的操作功能。
若嚴(yán)格地說，本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A輸出有著尾標(biāo)1的信號CBT1，而它側(cè)保護(hù)命令信號保持電路533A輸出帶尾標(biāo)2的輸出信號CBT2。保護(hù)序列53A進(jìn)一步具有“或”電路538A。信號CBT1和CBT2輸入到“或”電路538A，后者經(jīng)數(shù)字接口電路57A輸出信號CBT到斷路器1A。
圖4和5表示對上述第一實施例的修改。
圖4表示的修改中，執(zhí)行保護(hù)序列以便將開路指令CBT輸出到斷路器1A，同時僅當(dāng)從保護(hù)系統(tǒng)7A收到保護(hù)命令信號和當(dāng)保護(hù)命令信號從它側(cè)的控制系統(tǒng)5B收到時，繼續(xù)輸出觸發(fā)脈沖，執(zhí)行類似于圖22所示的常規(guī)的保護(hù)序列。
而且，圖5表示另一種修改，其中執(zhí)行保護(hù)序列以輸出開路指令CBT至斷路器1A，同時僅當(dāng)變換器3A處在逆變器狀態(tài)和從保護(hù)系統(tǒng)7A收到保護(hù)命令信號時繼續(xù)輸出觸發(fā)脈沖。
在這一修改中，當(dāng)變換器3A處于整流器狀態(tài)并且保護(hù)命令信號從保護(hù)系統(tǒng)7A收到，或保護(hù)命令信號從它側(cè)的控制系統(tǒng)5B收到時，執(zhí)行類似于圖22所示常規(guī)的保護(hù)序列。
如上所述，本發(fā)明尤其在保護(hù)操作時具有特點，當(dāng)產(chǎn)生本側(cè)保護(hù)命令信號(即，當(dāng)本側(cè)產(chǎn)生故障時)此時系統(tǒng)工作在逆變器狀態(tài)。
至于當(dāng)系統(tǒng)工作在整流器狀態(tài)并產(chǎn)生本側(cè)保護(hù)命令信號的情形，或是當(dāng)保護(hù)命令信號在它側(cè)產(chǎn)生的情形，由上述本發(fā)明第一實施例的保護(hù)序列構(gòu)成的系統(tǒng)有著與圖22所示常規(guī)的保護(hù)序列構(gòu)成的系統(tǒng)同樣作用。
而且，在圖1所示實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是保護(hù)命令信號保持電路531A和533A設(shè)置在控制系統(tǒng)5A中，但是顯然，即使當(dāng)它們設(shè)置在保護(hù)系統(tǒng)7A或PG6A中時也能得到同樣的作用。
圖6是表示本發(fā)明第二實施例結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，本實施例中也有可能提供如圖4和5第一實施例的變化的方框圖所示的結(jié)構(gòu)，這里略去對其敘述以簡化說明。
在第二實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是除圖1所示第一實施例結(jié)構(gòu)以外，新增加了作為門阻塞裝置的斷路器狀態(tài)檢測器551A和數(shù)字接口電路552A。本側(cè)保護(hù)命令信號保護(hù)電路531A保持保護(hù)命令信號，隨后，開路指令CBT輸出到斷路器1A。此后，當(dāng)開路狀態(tài)信號以斷路器1A接收到時，在開路狀態(tài)信號收到后，門阻斷指令GB從接通延遲時間繼電器551B在接通延遲時刻(On-delay time)TH10輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖7所示。
由此，若系統(tǒng)如第二實施例那樣構(gòu)成，則得到與第一實施例同樣動作和作用。此外，斷路器開路狀態(tài)信號使觸發(fā)脈沖被門阻斷，甚至在斷路器不必要地接通時，變換器也不會工作。
圖8是表示本發(fā)明第三實施例結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在本實施中盡管有可能提供如圖4和5所示第一實施例的變化的方框圖所示的結(jié)構(gòu)，這里也略去以使敘述簡化。
在第三實施例中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是這樣的，除了圖1所示第一實施例中結(jié)構(gòu)之外，新增加了DC電流狀態(tài)檢測器553A和數(shù)字接口電路554A。本例保護(hù)命令信號保持電路531A保持保護(hù)命令信號，隨后，開路指令CBT輸出到斷路器1A其后在DC電流Idc1下降到低于電平檢測器553a設(shè)定的電流值的條件下，門阻塞指令GB輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖9所示。
由此，若系統(tǒng)如第三實施例那樣構(gòu)成，則得到與第一實施例同樣動作和作用。此外，由于在DC電流變得小于一固定值后觸發(fā)脈沖被門阻塞，即使在電路斷路器不必要地接通時變換器也不會工作。而且，由于門在電流變得足夠小時被阻塞，并且組成變換器的可控硅關(guān)斷，可更安全地停止變換器。
圖10是表示本發(fā)明第四實施例結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在該實施例中，盡管有可能提供如表示在對圖4和5所示第一實施例的變化的方框圖中的所示的結(jié)構(gòu)，這里也將其略去以簡化說明。
在第四實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是除了圖1中第一實施例的結(jié)構(gòu)之外，新增加了旁通對狀態(tài)檢測器555A作為旁通對檢測裝置，本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A保持一保護(hù)命令信號，然后，開路指令CBT輸出到斷路器1A。此后，當(dāng)斷路器1A處于開路狀態(tài)時，在DC電壓Vdc1為電平檢測器555d設(shè)定的零電壓和DC電流Idc1下降到低于電平檢測器555c設(shè)定的電流值的條件下，由檢測到變換器3A處于旁通對狀態(tài)，門阻斷指令BG輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖11所示。而且，作為旁通對狀態(tài)檢測器555A的另一實施例，有這樣一種方法來檢測旁通對狀態(tài)，即根據(jù)檢測流經(jīng)變換器的可控硅閥的電流，檢測電流同時流經(jīng)串聯(lián)連接的可控硅閥。
這樣，若系統(tǒng)如第四實施例那樣構(gòu)成，可獲得與第一實施例同樣動作和作用。此外，由于在用檢測變換器為旁通對狀態(tài)的裝置檢測到旁通對狀態(tài)后觸發(fā)脈沖被門阻斷，即使當(dāng)斷路器不必要地接通時變換器也不會工作。而且，由于在變換器成為旁通對狀態(tài)后出現(xiàn)門阻斷，有可能更可靠地防止逆變器門阻斷。
圖12是表示本發(fā)明第五實施例結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在本實施例中，盡管有可能提供如圖4和5中所示第一實施例的變化的方框圖中所示的結(jié)構(gòu)，這里也略去以簡化說明。
在第五實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)里，除了圖1所示第一實施例的結(jié)構(gòu)之外，從作為保護(hù)序列裝置的保護(hù)序列53A輸出門移相指令GS到相位控制器50A。保護(hù)命令信號由本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A保持，然后，開路指令CBT輸出到斷路器1A，同時門移相指令GS輸出到相位控制器50A，由于這一門移相操作而使DC電流下降。該狀態(tài)的時序圖如圖13所示。
這樣，若系統(tǒng)如第五實施例那樣構(gòu)成，則可得到與第一實施例同樣動作和作用。此外，由于在開路斷路器之前觸發(fā)脈沖的相位成為門移相相位，有可能迅速減小DC電流并防止換向故障。
圖16是表示本發(fā)明第六實施例結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在本發(fā)明中，盡管有可能提供圖4和5中第一實施例的變化的方框圖中所示之結(jié)構(gòu)，這里也略去以簡化說明。
在第六實施例中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是這樣的，除了圖12中第5實施例所示的結(jié)構(gòu)之外，新增加了斷路器狀態(tài)檢測器551A和數(shù)字接口電路552A。本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A保持保護(hù)命令信號，然后，斷路器開路指令CBT輸出到斷路器1A。此后，當(dāng)從斷路器1A收到開路狀態(tài)信號時，從接通延遲時間繼電器551b在收到開路狀態(tài)信號后的接通延遲時刻TH10，門阻斷指令GB輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖15所示。
這樣，若系統(tǒng)如第六實施例那樣構(gòu)成。可得到與第五實施例同樣動作和作用。此外，斷路器開路狀態(tài)信號使觸發(fā)脈沖被門阻斷，即使當(dāng)斷路器不必要地接通時變換器也不會工作。
圖16是表示本發(fā)明第六實施例的結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在本實施例中，可以提供如圖4和5所示第一實施例的變化的方框圖中所示的結(jié)構(gòu)，這里略去以使敘述簡化。
在第七實施例中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是這樣的，除圖12中第五實施例結(jié)構(gòu)之外，新增加了DC電流狀態(tài)檢測器553A和數(shù)字接口電路554A。本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A保持保護(hù)命令信號，然后，斷路器開路指令CBT輸出到斷路器1A。此后，在DC電流Idc1下降到低于電平檢測器53a設(shè)定的電流值的條件下，門阻斷指令GB輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖17所示。
這樣，若系統(tǒng)如第七實施例那樣構(gòu)成，可得到與第五實施例同樣動作和作用。此外，由于在DC電流減小到小于固定值后觸發(fā)脈沖被門阻斷，即使當(dāng)斷路器不必要地接通時，變換器也不會工作。而且，由于門在電流變得足夠小后阻斷，并且組成變換器的可控硅關(guān)斷，故可更安全地停止變換器。
圖18是表示本發(fā)明第八實施例的結(jié)構(gòu)的方框圖。
不用說，在本實施例中盡管有可能提供圖4和5中第一實施例的變化的方框圖中所示的結(jié)構(gòu)，這里也略去以簡化說明。
在第八實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，除了圖12所示第5實施例結(jié)構(gòu)之外，新增加了旁通對狀態(tài)檢測器555A。本側(cè)保護(hù)命令信號保持電路531A保持保護(hù)命令信號，然后，斷路器開路指令CBT輸出到斷路器1A。此后，當(dāng)斷路器1A在開路狀態(tài)時，在DC電壓Vdc1為電平檢測器555d設(shè)定的零電壓和DC電流Idc1下降到小于電平檢測器555e設(shè)定的電流值的條件下，通過檢測到變換器3A處于旁通對狀態(tài)，門阻斷指令GB輸出到相位控制器50A。該狀態(tài)的時序圖如圖17所示。而且，作為旁通對狀態(tài)檢測器555A的另一實施例，有著這樣一種方法來檢測旁通對狀態(tài)，即根據(jù)檢測流經(jīng)變換器可控硅閥的電流，檢測電流同時流經(jīng)串聯(lián)連接的可控硅閥。
這樣，若系統(tǒng)如第八實施例那樣構(gòu)成，可得到與第五實施例同樣動作和作用。此外，由于在用于檢測變換器處于旁通對狀態(tài)的裝置檢測旁通對狀態(tài)后，觸發(fā)脈沖被門阻斷，當(dāng)斷路器不必要地接通時，變換器不會工作。而且，由于變換器在變?yōu)榕酝▽顟B(tài)后出現(xiàn)門阻斷，有可能更可靠地防止逆變器門阻斷。
如上所述，按照本發(fā)明的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)變換器中發(fā)生接地故障、可控硅閥短路等故障時，旁通對操作中不會產(chǎn)生過電流，因為旁通對操作不是由保護(hù)序列裝置執(zhí)行的。這樣，有可能保護(hù)系統(tǒng)而不損壞變換器。而且，在常規(guī)的系統(tǒng)中，在例如正常側(cè)控制系統(tǒng)由于某種原因不能從故障側(cè)控制系統(tǒng)接收保護(hù)命令信號的情形下，出現(xiàn)例如逆變器瞬時門阻斷等缺陷。在本發(fā)明中，甚至對于這些情形，也可能防止損壞變換器，因為在變換器的換向操作期間由AC斷路器開路使變換器處于旁通對狀態(tài)。
顯然，從上面的做法來看，本發(fā)明可作出許多修改和變化。所以，應(yīng)理解本發(fā)明可在所附的權(quán)利要求書而不是說明書的范圍內(nèi)實行。
權(quán)利要求
1.一種在兩個AC電力系統(tǒng)間交換電力的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述AC-DC變換系統(tǒng)由DC側(cè)相互連接的兩個電力變換器和分別連接在所述兩個電力變換器AC側(cè)和所述兩個電力系統(tǒng)之間的兩個斷路器組成，每個所述電力變換器由門信號控制的多個開關(guān)器件組成，并且將AC電力變換成DC電力，或者將DC電力變換成AC電力，所述控制和保護(hù)系統(tǒng)由兩套控制和保護(hù)裝置組成，每套裝置分別為一個所述電力變換器配備，所述每套控制和保護(hù)裝置包括保護(hù)裝置，用于檢測所述電力變換器的故障，以便當(dāng)檢測到所述故障時產(chǎn)生第一保護(hù)命令信號；相位控制裝置，用于連續(xù)向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；以及與保護(hù)裝置相連的保護(hù)序列裝置，用于接收所述第一保護(hù)命令信號，保持所述第一保護(hù)命令信號，向所述斷路器產(chǎn)生開路指令，并向另一側(cè)的所述控制和保護(hù)裝置產(chǎn)生用于停止另一側(cè)所述電力變換器的第二保護(hù)命令信號，同時將所述觸發(fā)脈沖提供給所述電力變換器的所述開關(guān)器件。
2.如權(quán)利要求1所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測所述斷路器是否開路，并在所述斷路器開路之后產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，連接所述相位控制裝置用以從所述門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
3.如權(quán)利要求1所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測流過所述電力變換器的DC電流是否低于某預(yù)定電流值，并且在所述DC電流低于所述預(yù)定電流值之后，產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，連接所述相位控制裝置用以從所述門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
4.如權(quán)利要求1所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測所述斷路器開路后所述電力變換器是否處于旁通對狀態(tài)，并且在所述電力變換器變成所述旁通對狀態(tài)后，產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，連接所述相位控制裝置用以在所述電力變換器變成所述旁通對狀態(tài)后，從所述門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
5.如權(quán)利要求1所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)序列裝置還與所述另一側(cè)的所述控制和保護(hù)裝置相連，用于接收所述第二保護(hù)命令信號，保持所述第二保護(hù)命令信號，并向所述斷路器產(chǎn)生所述開路指令，同時將所述觸發(fā)脈沖提供給所述電力變換器的所述開關(guān)器件。
6.一種在兩個AC電力系統(tǒng)間交換電力的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述AC-DC變換系統(tǒng)由DC側(cè)相互連接的兩個電力變換器和分別連接在所述兩個電力變換器AC側(cè)和所述兩個電力系統(tǒng)之間的兩個斷路器組成，每個所述電力變換器由門信號控制的多個開關(guān)器件組成，并且將AC電力變換成DC電力，或者將DC電力變換成AC電力，所述控制和保護(hù)系統(tǒng)由兩套控制和保護(hù)裝置組成，每套裝置分別為一個所述電力變換器配備，所述每套控制和保護(hù)裝置包括保護(hù)裝置，用于檢測所述電力變換器的故障，以便當(dāng)檢測到所述故障時產(chǎn)生第一保護(hù)命令信號；相位控制裝置，用于向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；和與保護(hù)裝置相連的保護(hù)序列裝置，用于接收所述第一保護(hù)命令信號，保持所述第一保護(hù)命令信號，產(chǎn)生門移相指令，對所述斷路器產(chǎn)生一開路指令，并對所述另一側(cè)的所述控制和保護(hù)裝置產(chǎn)生用于停止另一側(cè)所述電力變換器的第二保護(hù)命令信號；連接所述相位控制裝置用以從所述保護(hù)序列裝置接收所述門移相指令，并在接收到所述門移相指令后向所述開關(guān)裝置產(chǎn)生門移相的所述觸發(fā)脈沖。
7.如權(quán)利要求6所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測在門移相期間所述斷路器是否開路，并在所述斷路器開路之后產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，還連接所述相位控制裝置用以從所述門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
8.如權(quán)利要求6所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測在門移相期間流過所述電力變換器的DC電流是否低于某預(yù)定電流值，并且在所述DC電流低于所述預(yù)定電流值之后，產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，還連接所述相位控制裝置用以從門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
9.如權(quán)利要求6所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括門阻斷裝置，用于檢測在門移相期間在所述斷路器開路后所述電力變換器是否處于旁通對狀態(tài)，并且在所述電力變換器變成所述旁通對狀態(tài)后，產(chǎn)生一門阻斷指令；其中，還連接所述相位控制裝置用以在所述電力變換器變成所述旁通對狀態(tài)后，從所述門阻斷裝置接收所述門阻斷指令，并且阻斷以向所述電力變換器的所述開關(guān)器件產(chǎn)生所述觸發(fā)脈沖。
10.如權(quán)利要求6所述的AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)序列裝置還與所述另一側(cè)的所述控制和保護(hù)裝置相連，用于接收所述第二保護(hù)命令信號，保持所述第二保護(hù)命令信號，產(chǎn)生所述門移相指令，并向所述斷路器產(chǎn)生所述開路指令。
全文摘要
一種AC-DC變換系統(tǒng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)。AC-DC變換系統(tǒng)由兩個電力變換器和兩個連于兩個AC電力系統(tǒng)的斷路器組成。每個電力變換器由多個開關(guān)器件組成，進(jìn)行交流電力和直流電力的相互轉(zhuǎn)換?？刂坪捅Ｗo(hù)系統(tǒng)由兩套控制和保護(hù)裝置組成，每套包括一保護(hù)裝置和一相位控制裝置，保護(hù)裝置用于檢測電力變換器的故障并產(chǎn)生第一保護(hù)命令信號，相位控制裝置用于連續(xù)向開關(guān)器件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。控制和保護(hù)裝置還包括與保護(hù)裝置相連的保護(hù)序列裝置。
文檔編號H02M5/45GK1151626SQ9610824
公開日1997年6月11日 申請日期1996年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月12日
發(fā)明者森浦康友 申請人:東芝株式會社