[发明专利]用于控制基于晶闸管开关元件的开关模块的方法

说明书

本发明涉及一种用于控制基于晶闸管半导体开关元件的开关模块的方法。特别是本发明涉及一种用于控制至少一个开关模块的方法，其中，所述开关模块由第一换向单元和第二换向单元组成，第一换向单元和第二换向单元分别通过第一端子和第二端子配置给调节变压器的调节绕组。每个开关模块配设有馈入线和导出线。

技术领域

本发明涉及一种用于控制基于晶闸管半导体开关元件的开关模块的方法。特别是本发明涉及一种用于控制至少一个开关模块的方法，其中，所述开关模块包括第一换向单元和第二换向单元，所述第一换向单元和第二换向单元分别通过第一端子和第二端子配置给调节变压器的调节绕组。每个开关模块设有馈入线和导出线。

背景技术

在IEEE Energy Conversion Congress und Exposition(Raleigh,NC,USA,Sept.2012)范畴中公开的文献“Control of Thyristor-Based Commutation Cells”描述一种用于控制换向单元的方法。所描述的系统设备包括变压器，所述变压器包括由主干绕组和调节绕组组成的初级侧和带有次级绕组的次级侧。初级侧的调节绕组可以借助于由四个半导体开关元件组成的布置结构通过三种不同方式与主干绕组连接。在第一开关模式下，调节绕组可以与主干绕组串联连接。在第二开关模式下，调节绕组可以反向于主干绕组连接。在第三开关模式下，调节绕组可以从电路连接出来，亦即没有电流流经调节绕组。相应地，四个半导体开关元件和调节绕组共同形成一个开关模块。开关模块包括两个换向单元。每个换向单元包括上和下电流路径。两个电流路径可以分别通过反并联连接的晶闸管对连接成“导通”或“关断”状态。根据晶闸管对位于在何种状态，要么上路径要么下路径持久地电流流经。

所述文献描述两种可能的换向策略用以将电流由最初导通的路径换向到最初关断的路径中。按照第一换向策略，只要对于换向存在适宜的条件，则等待之前限定的换向时刻。如果达到该换向时刻，那么停用之前导通的晶闸管对并且等待延迟时间，所述延迟时间确保晶闸管不出现不希望的反向点火。在经过延迟时间之后，激活之前关断的晶闸管对，实现电流由之前导通的路径到之前关断的路径的换向，并且结束换向。如果不满足对于换向适宜的条件，那么按照第二换向策略开始换向，也称为强制换向或通过短路的换向。

US 3,619,765描述一种用于对在电气网络之内变压器的绕组抽头接线的调节设备以及方法。变压器连接交流电压源与负载。变压器的每个绕组抽头配置有半导体开关元件，所述半导体开关元件由分别两个反并联设置的晶闸管组成。

按照该方法，如果显示出交流电压源到负载的功率流，那么仅仅允许提高负载电压的切换动作。如果显示出由负载到交流电压源的功率流，那么仅仅允许降低负载电压的切换动作。附加地，在负载电流与交流电压的交零附近抑制切换动作。通过这种方式防止在由第一绕组抽头转换到第二绕组抽头时各绕组抽头的短路。

在现有技术中已知的用于控制换向单元的方法在此不考虑歪曲的、特别是快速变化的负载电流。歪曲的负载电流可能在已知的方法中基于不希望的流向变化导致要接通的绕组部分的不希望的短路。

晶闸管众所周知是功率半导体，其在功率电子技术中设计为用于切换大电流和电压。在下文中结合晶闸管应用如下术语：

》主电压《是在晶闸管的阳极与阴极之间的电压；

》主电流《是流经晶闸管的阴极的电流；

》控制电压《是在晶闸管的门极与阴极之间的电压，如果门极相比于阴极具有更高的电位，那么控制电压是正的；

》控制电流《是通过晶闸管的门极的电流；

》点火电流《是流入到门极中的控制电流，于是晶闸管的控制电流是正的；

》前向方向《是由阳极到阴极的方向；

》前向电压《是沿前向方向极化的主电压，于是主电压是正的；