[其他]可控硅變流器的保護電路

無效

• 申請號: 86108210
• 申請日: 1986-12-10
• 公開（公告）號: CN86108210A
• 公開（公告）日: 1987-07-01
• 發明（設計）人: 高橋忠
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 余剛

本發明涉及的是可控硅變流器的保護電路，這類可控硅變流器的單元橋臂是由一組互相串聯連接的可控硅元件構成的。

高壓可控硅變流器用于各種應用場合，例如：直流輸電系統以及無功功率補償裝置。這類變流器通過采用許多可控硅元件的串聯連接方式或串聯-并聯混合連接方式來達到額定值。因此，這類可控硅變流器的一個技術問題就是：在此可控硅元件組導通和關斷的時刻，如何使其中每個獨立的可控硅元件承受相同的電壓和電流強度。為此而采取了許多措施。在這些重要的技術問題中，有一個問題是在關斷時刻，由于部分關斷而引起的過壓問題（即電壓只由一部分處于關斷狀態的串聯連接的可控硅元件所承受）。更詳細地說，當要使許多可控硅元件關斷時，就要在這些相應的可控硅元件上加上一個反向電壓，并且這個反向電壓還要能夠維持足夠長的時間間隔，才能使所有這些可控硅元件承受而后所加的正向電壓。如果反向電壓維持的時間間隔不夠長，在正向電壓加到這些可控硅元件上時，就只有部分可控硅元件能夠承受這一正向電壓，而其余的可控硅元件則不能恢復正向阻斷能力，即不能恢復承受正向電壓的特性，結果是它們仍然處于導通狀態，這一現象就是所謂的部分關斷現象。當部分關斷現象發生時，橋臂的全部電壓就加到那部分已經恢復正向阻斷能力的可控硅元件上。因此，當加到相應的可控硅元件上的電壓近似等于或高于相應的可控硅元件的額定電壓值時，在沒有任何觸發脈沖的情況下，就會使這部分可控硅元件擊穿導通，從而使可控硅元件本身或變流器遭到損壞。先有技術中采取的保護措施是：當導通后的反向電壓時間間隔（裕度角）△t小于某一預定值（設定時間ts）時，為了避免過電壓加到其中一部分可控硅元件上，就向全部可控硅元件強制發出觸發指令（強制觸發），以便對它們實現同時觸發。用以與之比較從而確定反向電壓時間間隔（裕度角）△t是否足夠長的時間預定值，與可控硅元件的關斷時間t_f有關。另一方面，由于此關斷時間t_f受到以下因素影響：可控硅元件的結溫，在反向電壓時間間隔之前可控硅元件的電流衰減率，可控硅元件的正向電壓增長率，加在可控硅元件上的正向電壓值等等，因此通常考慮最差工作條件，即取最大值作為關斷時間t_f。

預先準備好保護觸發指令信號，在反相電壓時間間隔△t小于設定時間ts的情況下，向所有的可控硅元件發出此信號，強制對其觸發。在這種情況下，由于變流器作為逆變器工作，所以從整個系統的觀點來看，可以說，強制觸發迫使變流器發生換相失敗。因此對系統產生不利影響。也就是說，采用強制觸發的可控硅保護措施對整個系統來說，不是非常理想的方案。

通常根據處于最差工作條件下的可控硅關斷時間t_f（約為400us）來確定設定時間ts。即在考慮到由于電壓不平衡以及設定的裕度 等因素而引起的相位差的情況下，以關斷時間t_f的最大值為基礎，可以確定設定時間約為600至800us（在頻率為50H_z的情況下，為10.8至14.4度電角度）。在這方面，當直流電流及其衰減率不大時，即當換相條件不太惡劣時，關斷時間t_f約為200至300us。

上述先有技術存在以下缺點：

（1）由于根據最差工作條件來確定反相電壓設定時間ts，所以即使在不需要采取強制觸發保護措施的情況下，例如，當結溫比較低或可控硅元件電流衰減率比較小時，也會對可控硅元件進行強制觸發，從而使變流器發生換相失敗，導致對系統的擾亂。

（2）由于反向電壓設定時間ts通常比較大;即為600至800us（在頻率為50Hz的情況下，電角度為10.8至14.4度），而在逆變器中，通常是由把控制超前角設定為大于反向電壓設定時間ts的值來完成對控制超前角γ的恒定控制。例如，為了防止頻繁發出保護性選通信號，在頻率為50Hz的情況下，使其控制超前角為15至17電角度。如此之大的控制超前角將增加變流器的無功功率，以致此無功功率大于此系統所必須的無功功率。