电源设备 |
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申请号 | CN200880014296.5 | 申请日 | 2008-05-26 | 公开(公告)号 | CN101675578A | 公开(公告)日 | 2010-03-17 |
申请人 | ABB技术有限公司; | 发明人 | L·安格奎斯特; | ||||
摘要 | 提出一种电源设备,包括:其第一端布置为接地的耦合电容器;包括初级绕组和次级绕组的 变压器 ;与该次级绕组并联连接的第一 整流桥 ;以及负载被布置为与之相连接的 能量 存储器 。该初级绕组在其第一端连接到该耦合电容器的第二端,且该初级绕组的第二端布置为连接到高压输电线路。该能量存储器布置为通过流经该第一整流桥的 电流 充电。而且该电源设备还包括旁路装置。还提出相应的三相设备。 | ||||||
权利要求 | 1.一种电源设备(1),包括: 耦合电容器(2),布置为在其第一端接地; 变压器(5),包括初级绕组(15)和次级绕组(16); 第一整流桥(6),与所述次级绕组(16)并联连接;以及 能量存储器(7),负载被布置为与该能量存储器(7)相连接; 其中所述初级绕组(15)在其第一端连接到所述耦合电容器(2)的第二端,且所述初级绕组(15)的所述第二端布置为连接到高压输电线路(10); 所述能量存储器(7)布置为通过流经所述第一整流桥(6)的电流充电;以及 所述电源设备(1)还包括旁路装置。 |
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说明书全文 | 电源设备技术领域本发明 一般涉及电源设备,且更具体地涉及用于位于对地高电 势上的负载的电源。 背景技术 在输电网中,装置通常连接到对地高电势。例如,当设置有与 高压输电线路串联的电容器时使用平台。 存在用于保护、控制和监控目的的典型的平台上装置。例如, 电流测量系统可用于将模拟测量数据转换成数字形式且通过经由光 纤的数据传输将其传输到地面。其他装置用于当线路电流由于输电 系统中的短路而变得太高时旁路电容器组。用于致动器或类似装置 的辅助电力被要求。 用于仅要求几分之 一 瓦的测量系统的辅助电力可以通过光纤从 接地电势上的激光器供给。然而,包括用于保护目的的快速动作致 动器的装置必须需要存储在高电势的相当数量的能量。如果必须在 合适的时间(分钟)执行能量存储器的充电,必须提供相当的电力 (成百上千瓦)。 因此,需要改善对地高电势的平台上的负载供电的方式。 发明内容本发明的 一个目的是简化对地高电势平台上负载的电源。 根据本发明,提供一种电源设备,包括:耦合电容器,布置为 在其第一端接地;变压器,包括初级绕组和次级绕组;第一整流桥, 与该次级绕组并联连接;以及能量存储器,负载被布置为与该能量 存储器相连接。初级绕组在其第一端连接到耦合电容器的第二端, 且初级绕组的第二端布置为连接到高压输电线路。能量存储器布置 6为通过流经第一整流桥的电流充电。而且,电源设备包括旁路装置。 通过这种布置,对地高电势平台上的辅助设备能够通过对地电 压差供电。旁路装置防止辅助设备从变压器提供的相对刚性的电流 源过度供电。 电源设备可以布置为与线路间具有110kV至765kV rms的额定 线路电压的高压输电线路相连接。 耦合电容器可以布置为直接连接到地。 能量存储器可以与第 一整流桥并联连接。 旁路装置可以包括所述变压器,当以饱和模式操作时,所述变 压器限制对所述变压器的次级绕组的供电。因此,相对筒单的构造 保护了任意相连接的辅助设备。 旁路装置可以包括布置为双向旁路电路的受控半导体组件。例 如,旁路装置可以包括:与初级绕组并联连接的第二整流桥;集电 极和发射极与第二整流桥并联连接的第一晶体管;以及控制器。半 导体组件允许使用简单或高级控制结构实现旁路的逻辑控制。例如, 离散逻辑元件或中央处理单元(CPU)可用作控制器。 控制器可以布置为连续地控制第一晶体管。换句话说,旁路装 置可以在每半个周期期间接通和关断。 控制器可以布置为使用占空比接入和断开第一晶体管,该占空 比是电网频率的若千周期。 控制器可以位于次级绕组侧,且命令信号可以经由光耦合器从 控制器传送到第一晶体管。 光耦合器提供次级绕组侧和初级绕组侧之间的隔离。 电源设备可以包括过压限制装置,该装置与至第 一晶体管的命 令信号无关。该第二限制允许附加的安全性措施。 过压限制装置可包括齐纳二极管。 电源设备还可以包括多个变压器。该多个变压器其中每一个可 以包括:包括初级绕组、第二整流桥和第一晶体管的初级绕组电路; 以及包括次级绕组、第一整流桥和能量存储器的次级绕组电路。该多个变压器的所有初级绕组可以以串联连接的方式连接。 电源设备还可以包括:与初级绕组的串联连接并联连接的电容 的串联连接之间的变阻器。变阻器可以连接到耦合电答器,升且哭 阻器可以布置为连接到高压输电线路。 电阻器可以布置为连接到高压输电线路且电容器可以连接到耦 合电容器。 电阻器可以连接到耦合电容器且电容器可以布置为连接到高压 输电线路。电源设备还可以包括: 一个初级绕组电路,包括初级绕 组、第二整流桥和第一晶体管;以及多个次级绕组电路,其中每个 次级绕组电路包括次级绕组、第一整流桥和能量存储器。第一初级 绕组电路可以耦合到变压器中的所有的次级绕组电路。 旁路装置可以包括:集电极和发射极与第一整流桥并联连接的 第二晶体管;以及连接在第二晶体管和能量存储器之间的二极管。 电源设备还可以包括第二耦合电容器,且所述两个耦合电容器 均可以经由第二变压器连接到地且经由第三变压器连接到初级绕 组。 本发明的第二方面是一种设备,其包括:根据第一方面的电源 设备,其中耦合电容器的第 一端连接到地且初级绕组的第二端连接 到高压输电线路。 本发明的第三方面是一种三相电源设备,其包括:三个根据第 一方面的电源设备,其中三个电源设备的每一个布置为连接到三相 中相应一个的输电线3各。 应当注意,只要合适,第一方面、第二方面或第三方面的任意 特征可应用于任意其他方面。 应当注意,除非明确指定,此处术语"连接"将被理解为电流 地连接(galvanically connected )。 一般地,除非此处明确限定,权利要求中使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通意义解释。除非明确声明,对于"一/一个/ 元件、设备、组件、装置、步骤等"的所有引用将开放地理解为引 用元件、设备、组件、装置、步骤等其中至少一个实例。除非明确 声明,此处公开的任意方法步骤不必以公开的确切顺序执行。 附图说明 现在参考附图以示例的方式描述本发明,附图中: 图1是说明可以实施本发明的典型环境的示意图, 图2是说明本发明的实施例的示意图, 图3是说明本发明的第二实施例的示意图, 图4是说明本发明的第三实施例的示意图, 图5a和图5b是说明本发明的第四和第五实施例的示意图, 图6是说明本发明的实施例的保护电路的示意图,以及 图7是说明可以应用本发明的实施例的环境的示意图。 具体实施方式此后参考附图更充分地描述本发明,附图中示出了本发明的某 些实施例。不过,本发明可以以任意不同形式实施且不应^皮理解为 限制于此处提及的实施例;而是,以示例的方式提供这些实施例, 使得本公开将透彻和完整且将完全向本领域技术人员表达本发明的 范围。贯穿说明书,相同的标号表示相同的元件。 在图1中,插入与输电线路10串联连接的串联电容器17。主电 容器组17物理地位于连接到电容器组17的一端的平台18 (每相一 个)上。平台18是绝缘的,用于可应用于线路10的完整基本绝缘 水平(BIL)。输电线路10的额定线路电压范围为线路间110kV至 765kV rms。 一些平台18上装置用于保护、控制和监控目的。典型地,电流 观'J量系统用于将模拟测量的数据转换成数字形式且通过经由光纤的 数据传输将其传输到地面。其他装置用于当线路电流由于输电系统 9中的短路而太高时旁路电容器组17。这要求用于致动器和类似设备 的辅助电力。 只要线路被激励,在平台18和地0之间存在高电势差。如果耦 合电容器2连接在平台18和地0之间,正比于电力系统的相对地电 压的电流将经过。根据本发明,该电流用作辅助电源1中的电流源。 耦合电容器2是用于电压从130kV到最高电压电平800kV的所 有正常输电线路的商业可用组件。其满足输电系统的制定的绝缘要 求。电容是毫微法范围的。典型地,正常电压处的电流小于1安培。 图2-图4、图5a及图5b说明了根据本发明的电源的各个实施例。 本发明的实施例的原理是让经过耦合电容器2的刚性电流馈入 高电势的辅助电源23。为此,电流可以经过变压器5的初级绕组15, 该变压器5具有对整流桥6供电的次级绕组16,该整流桥6为诸如 电容器、超电容或电池这样的电能存储器7充电。因为变压器5的 初级绕组15从电流源馈电,因而电力控制将通过在下面部分描述的 某种旁路控制实施。 可以预见很多不同的旁路装置的实施。 一些案例在图2-图4中 示出。 在图2中,变压器5被设计为使得它在已经到达存储设备中的 所需电压水平时变得饱和。在这种情况下,旁路装置或旁路元件是 变压器激磁电感。 在图3中,提供与变压器的初级绕组15并联的双向受控旁路分 支。旁路可以被控制,使得它连续受控(在每半个周期期间开/关) 或者使得它使用占空比接入/断开,该占空比是电网频率的若干周期。 双向旁路分支包括整流桥11和晶体管12。 用于晶体管12的控制器可以位于辅助负载侧,且至旁路设备的 命令信号可以经由提供隔离的光耦合器传送。 旁路设备可以通过使用齐纳二极管打开旁路实施与命令无关的 过压限制。 图4说明结构类似于图3所示实施例的实施例,但是其中旁路装置位于次级绕组侧。此处,受控旁路分支与次级绕组并联布置, 如上所述地连续或间歇地受控。于是,提供与整流桥6并联的晶体 管13。而且,在晶体管13和能量存储器7之间提供二极管。 图5a-图5b示出了若干相互隔离的负载被供电的两个实施例。 依赖于电力要求和可用的初级电流,变压器的初级绕组可以串联或 并联连接。 在图5a所示的串联连接中,电流源19是当激励时流经耦合电容 器2的电流的符号表示。此处包括晶体管12a、 12b和整流桥lla、 lib的旁路装置位于初级侧,与相应变压器5a、 5b的初级绕组15a、 15b并联。存在具有整流桥6a、 6b和用于每个相应电源的能量存储 器7a和7b的次级绕组16a、 16b。通过使用串联连接,准许对于不 同负载的输出电压的独立控制。 图5b说明公共初级绕组15和若干次级绕组16a、16b的实施例。 并联连接假设所有的负载通过公共旁路设备控制。应当注意,旁路 装置可以如图所示位于初级侧或位于任意次级绕组中。 图6示出本发明的实施例中的瞬时保护电路高频保护器。当电 力线路被激励时,耦合电容器上的电压突变。流经电容器2的电流 则包括极高的毛刺和高频成分。为了保护变压器和旁路设备,可以 使用如图6所示的电路。 链并联的变阻器21得以限制。变阻器21的膝电压被选择为使其高 于在稳定状态出现的电压。 电阻器20限制流经旁路元件的电流。而且,保护电容器22限 制旁路设备和变压器上派生的电压。 应当注意,电阻器20与保护电容器22和变压器绕组23的并联 连接可以转换位置。换句话说,电阻器可以与图6所示等同地连接 到下面的耦合电容器2,且保护电容器22 (与变压器绕组23并联) 可以连接到电力线路。 图7是说明可以应用本发明的实施例的环境的示意图。瑞典专利0203374-4 (7>开号525006 )描述了 一种辅助电力系统,该辅助电 力系统基于通过耦合电容器从地到高压平台的高频电源。 在这种情况下,使用两个耦合电容器31、 32。它们通过接地变 压器30、 33在每一端相连接,承载50或60 Hz的电流到公共中间 点。该电流可以以上述相同的方式^f吏用。图7说明连^^的示例。 不同类型的半导体器件可以代替此处示出的晶体管。例如,可 以使用包括半导体晶闸管、可关断晶闸管或绝缘栅双极晶体管的双 向旁路开关。 上面主要参考一些实施例描述了本发明。然而,本领域技术人 于如所附专- 'j权利要求书所限定的本发明的范围内。 |