[发明专利]电力系统的电力变换器保护装置

说明书

本发明涉及一种电力变换器保护装置，用以保护与电力系统串联或并联的电力变换器不受系统故障和/或短路故障的影响而使其保持稳定。

为了更好地理解本发明，现简要地回顾一下背景技术。图14是传统的电力变换器的示意性电路图，它与电力系统串联连接，这种结构在例如“日本电气工程师协会工业应用部门全国大会会刊”(1993)No.103第444页上有所揭示。参见附图，一自激励型SVC(下文称为电力变换器)连接到串联变压器2的次级绕组上，串联变压器2的原绕组连接到电力系统1的相线上。电力变换器3构成三相电桥电路的形式，它包含诸如可控硅等的控制极关断开开关元件(下文称为GTO开关元件)3c1至3c6，在每个GTO开关元件3c1至3c6上分别逆向并联连接一个二极管D，在直流(DC)输入线之间连接一个DC电容器6，以提供DC电压同时把交流(AC)输出线连接到串联变压器2的次级绕组上。

一般，电力变换器3并联连接到电力系统1上，来产生其无功功率和能耗，以便确保电力系统的稳定性。除此之外，还有把电力变换器3串联连接到电力系统1上，这有可能改变电力系统1的阻抗。因此，电力变换器可以作为非常有效的稳定电力系统的手段。

更具体地说，电力变换器用于恒定地产生与流过电力系统的系统电流正交的AC电压。因此，通过改变AC电压的幅度可以改变电力系统的视在阻抗，在功能上等效于连续地控制与电力系统1串联连接的电容器，所以它能确保非常高效地实现电力系统的稳定。此外，因为电力变换器3总是产生与系统电流成正交的AC电压，所以可以不必在电力变换器3的DC侧提供有效的电源。

在公知的具有上述结构的电力变换器装置中，电力变换器与电力系统串联连接对于稳定电力系统来说是非常有效的。然而，由于电力变换器与电力系统串联连接，所以一旦在电力系统中出现故障，或者在电力变换器装置中出现故障，或者电力变换器发生断路，因而造成系统电流的中断时，在电力系统内就可能出现有害的过电压。因此，在对已知的电力变换器装置的保护和控制方面遇到了非常大的困难。

根据上述的现有技术的状况，本发明总的目的是提供一种电力变换器保护装置，它能控制与电力系统串联连接的电力变换器，使系统电流即使电力系统出现故障时也连续地流动。

鉴于将随着描述变得明显的上述和其它目的，根据本发明的一个方面，提供一种电力变换器保护装置，它包括变压器，分别连接到电力系统的相线上；电力变换器，分别连接到变压器的次级绕组上；第一电流检测装置，检测流过相线的系统电流；第二电流检测装置，分别检测从次级绕组流到电力变换器的变换器电流；故障判定装置，在根据系统电流判定出出现系统故障时输出判定信号；输出电压命令装置，在接收到故障判定信号时发出零输出电压命令；以及，控制信号输出装置，响应于在出现系统故障期间检测到的变换器电流下降到低于允许的电力变换器断路电流时的零输出电压命令，向电力变换器提供控制信号，把电力变换器的输出设置成零。

采用上述的电力变换器保护装置的结构，能这样控制输出与系统电流成正交的AC电压的电力变换器的输出电压，在根据流过输电线的系统电流检测出电力系统内发生故障时，通过使电力变换器的变换电流转向流入电力变换器中按传统方式设置的续流二极管，使该输出电压基本上为零，所以变换器电流流过续流二极管而为电流变换器的开关元件设置了旁路。因此，能保护电力变换器不因系统发生故障产生的大电流而损坏或遭受危险。再者，故障电流能绕过构成电力变换器的开关元件，无需为此而另外提供一个专门设计的装置。而且，在系统故障消除后能立即再次启动电力变换器运作。因此，根据本发明的第一方面，提供了一种能以低成本实现高可靠性的电力变换器保护装置。

在实现本发明的较佳的方式中，电力变换器可以进一步包括与每个变压器次级绕组并联连接的断路器和一旦在预定的时间间隔内从故障判定装置连续地接收到故障判定信号就向断路器输出闭合信号的延时电路。

在上述的电力变换器保护装置中，把电力变换器的输出电压控制成当系统故障持续存在，超过构成电力变换器的开关元件允许的导电时间时设置为零，同时闭合与变压器的次级绕组并联的断路器，从而通过旁路电力变换器使变换器电源流过断路器。由于这种结构，即使系统故障长时间持续存在，仍能保护电力变换器不受大的故障电流的损坏。因此，能进一步提高电力变换器保护装置的可靠性。