[發(fā)明專利]一種高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)用的控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010172132.4
• 申請(qǐng)日: 2010-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN101860017A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱海濱;王平;李耀華;李子欣;勝曉松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H02H7/20
• 分類號(hào): H02H7/20;G01R19/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)的控制裝置，特別涉及一種高壓系統(tǒng)中信號(hào)隔離傳輸裝置和隔離電源。

背景技術(shù)

隨著高壓大功率電力電子裝置的不斷發(fā)展，信號(hào)的檢測(cè)必須要進(jìn)行隔離傳送，以免受到干擾，同時(shí)也是系統(tǒng)安全性的一種要求。一旦系統(tǒng)主電路部分發(fā)生的故障，要及時(shí)的產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)要將故障信息傳送到上位機(jī)進(jìn)行顯示，方便故障判斷和處理。比如在高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)中，采用的主電路拓?fù)渲饕校憾O管鉗位式多電平變換器、飛跨電容式多電平變換器、級(jí)聯(lián)H橋型變換器和模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是針對(duì)模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種高壓電力電子系統(tǒng)的控制裝置。

目前現(xiàn)有的類似裝置中，都是針對(duì)某一部分功能進(jìn)行的，有專門針對(duì)大功率電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路裝置，但這樣還要單獨(dú)的外配一個(gè)電源，系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)；還有專門針對(duì)大功率電力電子系統(tǒng)用的控制電源裝置，有不同的方法，但系統(tǒng)比較分散，可靠性降低，抗干擾性不理想。本裝置使用在高壓大功率電力電子系統(tǒng)中，針對(duì)模塊化系統(tǒng)，將大功率電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)，信號(hào)的隔離檢測(cè)和傳輸、以及電源系統(tǒng)集成在一起，可靠性提高，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾性強(qiáng)。

中國專利200520093324.0主要是一個(gè)IGBT器件的驅(qū)動(dòng)電路，利用一個(gè)集電極互補(bǔ)推挽功率放大模擬電路作為IGBT的驅(qū)動(dòng)，電路簡單，但系統(tǒng)受晶體管特性的影響較大，盡可能選用特性參數(shù)一致的晶體管，這樣就增加了系統(tǒng)的不可靠性，而且驅(qū)動(dòng)電路的電源需要外部單獨(dú)提供，在大功率場合，一般都需要隔離驅(qū)動(dòng)，此電路還需要外接光纖驅(qū)動(dòng)，這樣系統(tǒng)就變的比較復(fù)雜。我們直接采用現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)芯片，外加光纖接口，讓系統(tǒng)整體更加可靠，適合高壓大功率系統(tǒng)使用。

中國專利200710121174.3涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電壓電流傳感器，是從導(dǎo)體上直接取得電流信號(hào)和電阻上信號(hào)，經(jīng)過頻率變換電路將信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣直接從導(dǎo)體上取電，在高壓大功率系統(tǒng)中，容易受電磁干擾，造成信號(hào)檢測(cè)的不準(zhǔn)確，也可能在其他高壓系統(tǒng)中沒辦法直接從導(dǎo)體上取得信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的模塊化多電平變換器的缺點(diǎn)，如控制裝置功能單一，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制需要很多不同的裝置聯(lián)合使用。在高壓大功率系統(tǒng)中，不同裝置之間的連接很容易受到外界電磁干擾，而且多個(gè)裝置連接，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加系統(tǒng)的不可靠性，不便于模塊化設(shè)計(jì)。本發(fā)明將高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)、保護(hù)功能、功率器件的驅(qū)動(dòng)以及控制電源結(jié)合在一起，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和可靠傳送，并且控制電源實(shí)現(xiàn)隔離。本發(fā)明適用于高壓大功率場合。

本發(fā)明包括檢測(cè)和保護(hù)電路、光纖驅(qū)動(dòng)電路和隔離電源電路。

所述的檢測(cè)和保護(hù)電路包括檢測(cè)電路和保護(hù)電路。所述的檢測(cè)電路由一片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和一片可編程邏輯器件芯片組成。由可編程邏輯器件來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的工作，通過并行數(shù)據(jù)線，將采樣數(shù)據(jù)寫入可編程邏輯器件芯片。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選用并行轉(zhuǎn)換芯片，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)換。為了達(dá)到電氣上的隔離，采集數(shù)據(jù)由光纖傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)。即在可編程邏輯器件內(nèi)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的并行到串行的轉(zhuǎn)換，再按照需要的傳輸速率和相應(yīng)傳輸協(xié)議，通過光纖將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

所述的檢測(cè)和保護(hù)電路中的保護(hù)電路將安裝在高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)散熱器上的電壓傳感器輸出的信號(hào)與保護(hù)閾值比較，得到故障信號(hào)，用此故障信號(hào)迅速封鎖高壓大功率電力電子變換器系統(tǒng)的主電路中大功率絕緣柵雙極型晶體管IGBT的觸發(fā)脈沖，保護(hù)大功率緣柵雙極型晶體管IGBT不受損壞，同時(shí)將故障信號(hào)送到可編程邏輯器件中，與采樣的信號(hào)一起發(fā)送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、顯示和故障的存儲(chǔ)。保護(hù)電路由一個(gè)比較電路構(gòu)成，將所述的控制裝置外部接入的模擬采樣電壓信號(hào)連接到比較器的正端輸入口，比較器的負(fù)端輸入口連接保護(hù)閾值要求的一個(gè)固定電壓值的電壓信號(hào)，當(dāng)模擬采樣電壓信號(hào)值大于保護(hù)閾值，比較器就發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，將這高電平信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過一個(gè)與門組合，將驅(qū)動(dòng)主電路中絕緣柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制波封鎖，同時(shí)將這個(gè)電平信號(hào)連接到可編程邏輯器件CPLD一個(gè)輸入輸出口，通過光纖送到上位機(jī)，產(chǎn)生告警提示。

所述的隔離電源電路的電源是獨(dú)立的，同時(shí)高壓絕緣。本發(fā)明采用獨(dú)立的電源設(shè)計(jì)，由高壓電網(wǎng)取電，經(jīng)過變壓器降壓，實(shí)現(xiàn)電氣高壓隔離，然后通過一個(gè)電壓型開關(guān)電源，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的直流輸出電壓，提供給本發(fā)明中的隔離型降壓變換器電路，產(chǎn)生獨(dú)立的控制電源給裝置中的電路使用，同時(shí)還給傳感器提供電源，控制電源可靠工作。