[發明專利]一種高位取能電源故障保護方法

有效

• 申請號: 201110007987.6
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102097926A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 呂錚;易榮;謝敏華;楊波;湯廣福
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種電源的保護方法，具體講涉及一種用高壓/特高壓大功率管IGBT換流閥的高位取能電源的故障保護方法。

背景技術

對于電力系統中高壓/特高壓換流器，IGBT換流閥得到越來越多的應用，由于換流閥中各功率模塊電位不同且處于較高電位，必須要解決功率模塊控制器的高電位可靠供電問題。

目前常見的有低壓送能和高壓取能兩類。低壓送能即從將地電位電源經過高壓隔離后給功率模塊控制器供電，存在外部絕緣和結構安裝等問題，設備的體積和造價都很大，一般用于電壓相對較低場合。對于電壓較高場合，通常采用高電位取能，即從功率模塊主電路部分取能給控制電路供電。

現有高位取能方式于高壓取能中常見的電流取能和電壓取能。電流取能通常利用特制的電流互感器(CT)從有電流的線路上感應電壓，通過處理后供電；電壓取能通過并聯于阻容電路兩端結合電壓變換電路進行取能供電。絕緣柵雙極型晶體管(Insulated?Gate?BipolarTransistor，IGBT)對取能電源供電有著極高的要求。器件主功率極兩端可靠承擔高主電壓和快速電壓變化率要求觸發板必須帶電正常工作，否則會損壞開關器件。由于取能電源是從功率模塊本身主電路部分取能，電源工作前開關器件必定已承受了一定的主電壓，因此如何保障高位取能電源工作前和故障時功率模塊可靠性成為基于IGBT高壓/特高壓換流閥的一個關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種高位取能電源故障保護方法，本方法在常規電源控制保護之外添加了與功率模塊其他部分相關聯保護，有效實施取能電源輸出失電故障及輸出帶電故障時高壓IGBT換流閥保護。

本發明采用下述技術方案實現本發明的目的：

一種高位取能電源故障保護方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：

A、取能電源從直流側電容獲取能量，分別為上、下管IGBT驅動和中控單元提供電源；

B、進行故障監測；

C、進行失電故障處理；

D、進行帶電故障處理；

所述故障監測包括輸入電壓幅值和電壓上升變換率du/dt監測和三路輸電電壓幅值監測；所述失電故障處理是指在功率模塊啟動失敗時，電源無輸出，功率模塊控制器失電所實施的關聯保護；所述帶電故障處理是指電源已有輸出電壓，功率模塊帶電工作期間，發生電源故障所實施的關聯保護。

本發明提供的一種優選的技術方案是：所述步驟A中，所述取能電源采用DC電壓取能，輸入電壓Vi取自于直流側儲能電容兩端，所述取能電源包括兩級DC/DC變換和電源控制保護單元，分別給模塊控制器上、下管IGBT驅動及中控單元提供電源。

本發明提供的第二種優選的技術方案是：所述步驟B中，所述進行故障監測是監測輸入電壓幅值和電壓上升變換率du/dt和三路輸電電壓幅值。

本發明提供的第三種優選的技術方案是：所述步驟C中，所述進行失電故障處理是進行啟動無輸出和啟動輸入電壓上升變換率du/dt過高處理。

本發明提供的第四種優選的技術方案是：所述步驟D中，所述進行帶電故障處理是進行輸出故障和單路驅動輸出故障帶電故障處理。

與現有技術相比，本發明達到的有益效果是：

本發明提供的一種高位取能電源故障保護方法，在功率模塊控制失電不能工作的情況，通過取能電源實施功率模塊有效保護，提高了IGBT換流閥整體可靠性；不影響常規電源保護設計，單獨增加本發明提出的電源關聯保護；電源關聯保護直接對功率模塊元件保護，不經過功率模塊控制器通信處理保護，保護方法實施快速。

附圖說明

圖1是模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Coverter，MMC)結構框圖；

圖2是功率模塊結構框圖；

圖3是取能電源關聯保護方法示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步的詳細說明。

圖1是模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Coverter，MMC)結構框圖，MMC由上、下兩個橋臂的IGBT換流閥組成，換流閥一端連接至直流側P或N端，另一端連接只交流側AC。換流閥由功率模塊PM(Power?Module)級聯而成，每個功率模塊兩個功率端子Npx和Nnx相連，每個功率模塊的控制Rx和狀態反饋Tx匯總于閥基控制器以實現整個換流閥的協調控制、狀態監測和保護。

圖2是功率模塊結構框圖，功率模塊由一次電路、控制器和高位取能電源三部分組成。

一次電路包括上、下管IGBT組成的半橋電力電子單元、旁路單元和儲能電容組成。