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CN115378111A - 电力供应组件和开关组件 - Google Patents

电力供应组件和开关组件 Download PDF

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CN115378111A CN202210526316.9A CN202210526316A CN115378111A CN 115378111 A CN115378111 A CN 115378111A CN 202210526316 A CN202210526316 A CN 202210526316A CN 115378111 A CN115378111 A CN 115378111A
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Abstract

本申请公开了一种电力供应组件和一种开关组件。该电力供应组件包括初级源连接(41)、次级源连接(42)、负载连接(71)、初级电流供应路线(457)、供应开关系统(5)和转换器系统(8)。供应开关系统(5)电气地位于初级电流供应路线(457)中，并适用于将初级源连接(41)与负载连接(71)断开，该供应开关系统(5)包括并联连接的多个供应开关单元(51)，供应开关单元(51)中的每个都包括可控半导体开关。电力供应组件包括串联阻抗系统，其具有至少一个串联阻抗构件(61)，并适于为供应开关系统(5)的并联连接的供应开关单元(51)中的每一个提供平衡电压降，其中，该平衡电压降与相应的供应开关单元(51)串联。

Description

电力供应组件和开关组件
技术领域
本发明涉及电力供应组件，并且涉及开关组件。
背景技术
众所周知，为不间断电力供应组件提供转换器系统和旁路开关系统，该旁路开关系统适用于旁路转换器系统，并在节能模式下将电力从初级交流电供应直接供应至负载。旁路开关系统包括多个并联连接的可控半导体开关。在公开US2017366041中描述了这种已知的不间断电力供应组件的示例。在公开US2019/190311、XP055843768和US2020/186147中描述了已知的开关组件的示例。
与上述已知的电力供应组件相关联的问题之一是在旁路开关系统的并联连接的可控半导体开关之间共享电流。通常在旁路开关系统中使用的可控半导体开关是自然换向的，并且具有负的电阻温度系数。
与具有较高正向传导电压的并联连接的可控半导体开关相比，具有较低正向传导电压的可控半导体开关将传导更多电流。由于较高的电流，具有较低正向传导电压的可控半导体开关将变得更热，并且由于负的电阻温度系数，将传导总电流的更大的电流份额。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力供应组件以便解决上述问题。本发明的另一个目的是提供一种开关组件用于电力供应组件，也可用在电流在并联连接的可控半导体开关之间共享的其他类型的组件中。
本发明的目的通过在下文中描述的电力供应组件和开关组件来实现。
本发明基于串联阻抗系统，其适于为并联连接的可控半导体开关中的每一个提供平衡电压降，其中，该平衡电压降与相应的可控半导体开关串联，并且由至少一个串联阻抗构件提供。当通过可控半导体开关的电流增加时，平衡电压降会自动增加。
本发明的优点是，并联连接的可控半导体开关之间的电流不平衡由串联阻抗系统补偿，该串联阻抗系统是被动系统，并为半导体开关中的每一个提供可预测的平衡电压降，并将半导体开关中的每一个的电流保持为低于预定义的安全操作最大值。
在根据本发明的开关组件中，并联连接的可控半导体开关容纳在多个供应开关模块中。
附图说明
在下文中，将参照附图，通过优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的电力供应组件的简化连接图；
图2示出了根据本发明的实施方式的开关组件；
图3示出了安装在机架中的图1的电力供应组件的供应开关模块；以及
图4示出了根据本发明的替选实施方式的开关组件的后视图。
具体实施方式
图1示出了电力供应组件101的简化连接图，该电力供应组件101包括初级源连接41、次级源连接42、负载连接71、初级电流供应路线457、供应开关系统5、串联阻抗系统、供应开关模块系统、转换器系统8、测量系统、和控制系统909。
初级源连接41适于电气连接至初级交流电供应301。次级源连接42是直流电连接，并适于电气连接至次级电流供应461。负载连接71适于电气连接至交流电负载707。初级电流供应路线457将初级源连接41导电地连接至负载连接71，并适用于在电力供应组件101的节能模式下将电力从初级源连接41供应至负载连接71。在替选实施方式中，初级电流供应路线还适用于在转换器系统过载的情况下将电力从初级源连接供应至负载连接。
供应开关系统5电气地位于初级电流供应路线457中，并适用于可控地将初级源连接41连接至负载连接71，并将初级源连接41与负载连接71断开。
转换器系统8包括负载供应转换器82、DC链接2、直流电转换器84和源侧转换器81。DC链接2包括DC链接电容，并电气连接在源侧转换器81与负载供应转换器82之间。负载供应转换器82电气连接在DC链接2与负载连接71之间，负载供应转换器82适于将电力从DC链接2供应至负载连接71。源侧转换器81电气连接在初级源连接41与DC链接2之间。直流电转换器84电气连接在次级源连接42与DC链接2之间。
转换器系统8电气连接在次级源连接42与负载连接71之间，使得转换器系统8适用于在第一转换器供应模式下，通过直流电转换器84和负载供应转换器82将电力从次级源连接42供应至负载连接71。
测量系统适于提供与电力供应组件101的电气幅度相关的信息。电力供应组件101的电气幅度包括存在于负载连接71处的电压和电流，以及存在于初级电流供应路线457处的电压和电流。在替选实施方式中，通过测量系统测量的电力供应组件的电气幅度包括存在于负载连接处的电压和电流，或者存在于初级电流供应路线处的电压和电流。
控制系统909适于控制供应开关系统5和转换器系统8。控制系统909适于提供对供应开关系统5的集中控制。在替选实施方式中，控制系统是分布式控制系统，该分布式控制系统的部件位于电力供应组件的不同模块中。
控制系统909适于提供用于从节能模式转移到第一转换器供应模式的第一供应转变操作。在节能模式下，转换器系统8处于即时待机状态，在该即时待机状态下，转换器系统8适于在不到一毫秒内开始向负载连接71供应电力。此外，在电力供应组件101的第一转换器供应模式下，供应开关系统5处于非传导状态。
供应开关系统5包括并联连接的三个供应开关单元51。供应开关单元51中的每个都是双向开关单元，该双向开关单元包括彼此反并联连接的第一半导体开关构件521和第二半导体开关构件522。第一半导体开关构件521和第二半导体开关构件522是适于由控制系统909单独控制的可控开关构件。
第一半导体开关构件521和第二半导体开关构件522是晶闸管。在替选实施方式中，供应开关系统的可控半导体开关包括IGCT、GTO或FET，或者其他自然或栅极换向开关。
在实施方式中，每个供应开关单元都包括与供应开关单元的可控半导体开关并联连接的机械断路器。控制系统适于独立于可控半导体开关控制机械断路器。
串联阻抗系统具有针对每个供应开关单元51的串联阻抗构件61，使得串联阻抗构件61与供应开关单元51串联地连接。可以说，串联阻抗系统与供应开关系统5串联地连接。
串联阻抗系统适于为供应开关单元51中的每一个提供平衡电压降。平衡电压降与相应的供应开关单元51串联，并且由与供应开关单元51串联连接的串联阻抗构件61提供。
串联阻抗构件61中的每个都包括串联电感构件。串联电感构件中的每个的电感都处于2μH至40μH的范围内。在替选实施方式中，串联阻抗构件中的每个都包括串联电阻构件。在另一个替选实施方式中，每个供应开关单元的串联阻抗构件都包括将供应开关单元电气连接至初级源连接和负载连接的导体。当然，除了超导体之外，每个真正的导体都具有一定的电阻和电感，并且这些自然的电阻和电感可以用作串联阻抗系统的一部分。
在实施方式中，在供应开关单元的标称电流下，平衡电压降处于30mV至400mV的范围内。在另一个实施方式中，在供应开关单元的标称电流下，平衡电压降处于75mV至400mV的范围内。在其他替选实施方式中，在供应开关单元的标称电流下，平衡电压降处于100mV至300mV的范围内。最佳平衡电压降的幅度取决于可控半导体开关的类型，因为不同类型的开关具有不同的正向传导电压。
供应开关模块系统包括三个供应开关模块11、12和13，使得供应开关模块中的每个都容纳供应开关单元51和相应的串联阻抗构件61。供应开关模块11、12和13中的每个都包括供应开关单元51和串联阻抗构件61位于其内的壳体。供应开关模块11、12和13彼此相同。
在替选实施方式中，供应开关模块系统包括多个供应开关模块，并且供应开关系统容纳在多个供应开关模块中。在另一个实施方式中，串联阻抗系统容纳在多个串联阻抗模块中。
转换器模块系统包括容纳转换器系统8的转换器模块801。在替选实施方式中，电力供应组件包括多个并联连接的转换器模块。
图2示出了根据本发明的实施方式的开关组件260'。开关组件260'包括输入汇流条201'、输出汇流条202'、三个供应开关模块11'、12'和13'、以及三个耦合电感器606'。开关组件260'的供应开关系统5'包括三个并联连接的供应开关单元51'，使得供应开关模块11'、12'和13'中的每个都容纳一个供应开关单元51'。
除了供应开关单元51'之外，供应开关模块11'、12'和13'中的每个都包括与供应开关单元51'串联连接的后馈开关152'、保险丝154'、电流测量构件156'和串联电阻构件158'。后馈开关152'是机械断路器。串联电阻构件158'是串联阻抗系统的一部分。
开关组件260'包括三个供应开关单元对。第一供应开关单元对包括供应开关模块11'和12'的供应开关单元51'。第二供应开关单元对包括供应开关模块12'和13'的供应开关单元51'。第三供应开关单元对包括供应开关模块13'和11'的供应开关单元51'。
在一般情况下，可以由以下等式计算供应开关单元对的数目Tn：
Figure BDA0003644627940000051
在等式中，n是并联连接的供应开关单元的数目。
开关组件260'的串联阻抗系统包括三个供应开关单元对中的每一个的耦合电感器606'，使得耦合电感器606'中的每个都包括与供应开关单元对的一个供应开关单元51'串联连接的第一串联电感构件601'、以及与该供应开关单元对的另一个供应开关单元51'串联连接的第二串联电感构件602'。在第一串联电感构件601'与第二串联电感构件602'之间存在电感耦合。可以说，串联阻抗系统与供应开关系统5'串联连接。
第一串联电感构件601'与第二串联电感构件602'之间的电感耦合由为第一串联电感构件601'和第二串联电感构件602'共用的磁芯提供。第一串联电感构件601'和第二串联电感构件602'的电感、以及第一串联电感构件601'与第二串联电感构件602'之间的耦合系数k12被选择使得获得期望的平衡电压降。
开关组件260'包括阻抗模块166'，在阻抗模块166'中容纳串联阻抗系统的三个耦合电感器606'。
图1的电力供应组件的供应开关模块系统可以替换为图2的开关组件260'。在这种情况下，输入汇流条201'连接至初级源连接41，而输出汇流条202'连接至负载连接71。在一些实施方式中，如图1中所示的串联阻抗构件与如图2中所示的耦合电感器一起使用。
图3示出了安装在机架888中的图1的电力供应组件的供应开关模块11、12和13。机架888安装在机柜899中。机架888包括四对滑轨87。供应开关模块11、12和13中的每个都安装在一对滑轨87上。机架888具有一对空的滑轨。在替选实施方式中，还在机架中安装其他模块，例如转换器模块和/或阻抗模块。
图4示出了包括四个供应开关模块11”、12”、13”和14”的开关组件260”的后视图。存在两个模块子集——包括供应开关模块11”和12”的第一模块子集，以及包括供应开关模块13”和14”的第二模块子集。输入汇流条系统211”和输出汇流条系统222”两者都分为两个部分，使得其均包括彼此电气隔离的第一子系统和第二子系统。
供应开关模块11”和12”的输入端连接至输入汇流条系统211”的第一子系统，并且供应开关模块13”和14”的输入端连接至输入汇流条系统211”的第二子系统。因此，供应开关模块11”和12”的输入端与供应开关模块13”和14”的输入端电气隔离。
供应开关模块11”和12”的输出端连接至输出汇流条系统222”的第一子系统，并且供应开关模块13”和14”的输出端连接至输出汇流条系统222”的第二子系统。输出汇流条系统222”的第一子系统和第二子系统由耦接器构件265”彼此电气连接。耦接器构件265”是适于通过螺钉连接至汇流条的可移除构件。耦接器构件265”使得能够为不同的模块集配置输入汇流条系统211”和输出汇流条系统222”。
对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以以各种方式实现本发明的构思。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (12)

1.一种电力供应组件，包括：
初级源连接(41)，其适于电气连接至初级交流电供应(301)；
次级源连接(42)，其适于电气连接至次级电流供应(461)；
负载连接(71)，其适于电气连接至交流电负载(707)；
初级电流供应路线(457)，其将所述初级源连接(41)导电地连接至所述负载连接(71)，其中，所述初级电流供应路线(457)适用于将电力从所述初级源连接(41)供应至所述负载连接(71)；
供应开关系统(5)，其电气地位于所述初级电流供应路线(457)中，并适用于将所述初级源连接(41)与所述负载连接(71)断开，所述供应开关系统(5)包括并联连接的多个供应开关单元(51)，所述供应开关单元(51)中的每一个都包括可控半导体开关；
转换器系统(8)，其电气连接在所述次级源连接(42)与所述负载连接(71)之间，并适用于在第一转换器供应模式下将电力从所述次级源连接(42)供应至所述负载连接(71)；以及
控制系统(909)，其适于控制所述供应开关系统(5)和所述转换器系统(8)，
其中，所述电力供应组件包括串联阻抗系统，所述串联阻抗系统具有至少一个串联阻抗构件(61)，并适于为所述供应开关系统(5)的并联连接的供应开关单元(51)中的每一个提供平衡电压降，其中，所述平衡电压降与相应的供应开关单元(51)串联，并且在所述供应开关单元(51)的标称电流下处于30mV至400mV的范围内，以及
其中，所述至少一个串联阻抗构件包括至少一个串联电感构件，
其特征在于，所述供应开关系统(5')包括至少一个供应开关单元对，所述至少一个供应开关单元对中的每一对都包括所述供应开关系统(5')的两个并联连接的供应开关单元(51')，并且所述串联阻抗系统包括针对所述至少一个供应开关单元对中的每一对的耦合电感器(606')，使得所述耦合电感器(606')中的每一个都包括与所述供应开关单元对的一个供应开关单元(51')串联连接的第一串联电感构件(601')、以及与所述供应开关单元对的另一个供应开关单元(51')串联连接的第二串联电感构件(602')，其中，在所述第一串联电感构件(601')与所述第二串联电感构件(602')之间存在电感耦合。
2.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述电力供应组件包括：
供应开关模块系统，其包括多个供应开关模块(11，12，13)，使得所述供应开关系统(5)容纳在所述多个供应开关模块(11，12，13)中；以及
转换器模块系统，其包括至少一个转换器模块(801)，使得所述转换器系统(8)容纳在所述至少一个转换器模块(801)中。
3.根据权利要求2所述的电力供应组件，其中，所述供应开关模块系统包括针对每个供应开关单元(51)的供应开关模块(11，12，13)，使得每个供应开关单元(51)容纳在相应的供应开关模块(11，12，13)中。
4.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述控制系统(909)适于提供对所述供应开关系统(5)的集中控制。
5.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述至少一个串联电感构件的电感处于2μH至40μH的范围内。
6.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述第一串联电感构件(601')与所述第二串联电感构件(602')之间的所述电感耦合由为所述第一串联电感构件(601')和所述第二串联电感构件(602')共用的磁芯提供。
7.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述电力供应组件包括包含至少一个阻抗模块(166')的阻抗模块系统，并且所述串联阻抗系统的耦合电感器(606')容纳在所述至少一个阻抗模块(166')中。
8.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述至少一个串联阻抗构件包括针对每个供应开关单元(51)的串联阻抗构件(61)，使得每个供应开关单元(51)与相应的串联阻抗构件(61)串联连接。
9.根据权利要求8所述的电力供应组件，其中，针对每个供应开关单元(51)的所述串联阻抗构件都包括将所述供应开关单元(51)电气连接至所述初级源连接(41)和所述负载连接(71)的导体。
10.根据权利要求1所述的电力供应组件，其中，所述供应开关单元(51)中的每一个的可控半导体开关都具有负的电阻温度系数。
11.一种开关组件，包括：
供应开关系统(5')，其具有输入端和输出端，并且适于可控地提供在所述输入端与所述输出端之间的导电连接，以及断开所述导电连接，所述供应开关系统(5')包括并联连接的多个供应开关单元(51')，所述供应开关单元(51')中的每一个都包括可控半导体开关；
串联阻抗系统，其具有至少一个串联阻抗构件，并适于为所述供应开关系统(5')的并联连接的供应开关单元(51)中的每一个提供平衡电压降，其中，所述平衡电压降与相应的供应开关单元(51)串联，并且在所述供应开关单元(51')的标称电流下处于30mV至400mV的范围内；以及
多个供应开关模块(11'，12'，13')，其使得所述供应开关系统(5')容纳在所述多个供应开关模块(11'，12'，13')中，
其中，所述至少一个串联阻抗构件包括至少一个串联电感构件，
其特征在于，所述供应开关系统(5')包括至少一个供应开关单元对，所述至少一个供应开关单元对中的每一对都包括所述供应开关系统(5')的两个并联连接的供应开关单元(51')，并且所述串联阻抗系统包括针对所述至少一个供应开关单元对中的每一对的耦合电感器(606')，使得所述耦合电感器(606')中的每一个都包括与所述供应开关单元对的一个供应开关单元(51')串联连接的第一串联电感构件(601')、以及与所述供应开关单元对的另一个供应开关单元(51')串联连接的第二串联电感构件(602')，其中，在所述第一串联电感构件(601')与所述第二串联电感构件(602')之间存在电感耦合。
12.根据权利要求11所述的开关组件，其中，所述多个供应开关模块(11'，12'，13')包括针对每个供应开关单元(51')的供应开关模块，使得每个供应开关单元(51')容纳在相应的供应开关模块中。
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