[發明專利]分布式層級過電壓控制系統及方法

有效

• 申請號: 201310367521.6
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103490400B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 李儉華
• 申請（專利權）人: 安徽合凱電氣科技股份有限公司
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H02J3/18
• 代理公司: 安徽信拓律師事務所34117
• 代理人: 婁爾玉

技術領域

本發明涉及電力領域，尤其涉及一種分布式層級過電壓控制系統及方法。

背景技術

中壓靜止型動態同步補償裝置，簡稱SVG，以其能夠快速響應信號變化、能夠吸收和發出無功功率進行雙向調節、占地面積小及調節特性不受電網電壓的影響等諸多的優勢，在21世紀的電能質量治理技術中，成為無可爭辯的核心產品，而得到了長足的發展，并成為電力電子技術在電力系統領域的重要發展方向。該技術在鋼鐵、有色、礦山、電氣化鐵路、風電等領域也有極大的運用前景，但在該項技術及相關產品的研究推廣生產的初級階段，在現場運行中頻繁出現功率單元的IGBT莫明擊穿，爆炸導致裝置停機無法正常運行；更有甚者還發生由于IGBT爆炸而引發的裝置內部短路，使裝置大面積損壞而失去應有功能，這種缺陷給現場的生產帶來較大的損失和惡劣的影響。而造成上述問題的原因來自多方面，主要有以下幾方面：

1）中壓SVG屬于直接式接入方式，將連接電抗器直接連接于母線上，母線在運行中發生的各類暫態過電壓和瞬時過電壓，都會通過連接電抗器作用于SVG上鏈接的各功率單元IGBT上，對IGBT的安全運行帶來了較大威脅，長此以往，可能發生將某一薄弱功率單元IGBT的C、E極擊穿而導致“直通”事故發生而爆炸。

2）由于連接電抗器的自身容量及電感量較大，尤其是有較大電流通過時，其自身存儲的磁場能量非常高，當控制的PWM波作用于各功率單元IGBT時，在IGBT關斷到導通的轉換過程中，由于電流快速轉換截斷，必然使連接電抗器上產生較高的過電壓，該過電壓再疊加上系統自身電壓，全部作用在各功率單元IGBT上，水會使絕緣薄弱的某一薄弱功率單元IGBT的C、E極擊穿而使功率單元IGBT過流致停機。

3）由于功率單元IGBT的結構所限，連接在電解電容與齊IGBT之間的正、負極直流母線，一般用銅排采用分立式進行裝配，這種結構在運行中，由于銅排自身雜散電感太大，而在IGBT工作于導通到關斷的轉換過程中，產生較高的過電壓作用于功率單元IGBT的C、E極間，長期作用的結果必將導致IGBTC、E極絕緣擊穿而損壞。

4）正常情況下，用于驅動IGBT工作的驅動線是分別連接在IGBT的G、E極和驅動板上對應驅動回路輸出端子上。在運行中，由于長期運行氧化、振動、接觸不良的影響，必然使得功率單元IGBT的G、E極因接觸不良而“懸空”，當交變的高電場作用于其上時，將會發生功率單元IGBT的“誤觸發”導通，而將使該單元IGBT支路過電流，輕則SVG停機，重則IGBT爆炸而形成內部短路而造成更大損失。

綜合上述的描述，市面上急需一種新型的過電壓控制方法來解決上述的問題。

發明內容

針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種分布式層級過電壓控制系統及方法，該系統分為五級防線，對來自各方面的過電壓能量進行抑制，有效防止功率單元IGBT的C、E極擊穿，保證SVG裝置安全可靠的運行。

為實現上述目的，本發明提供一種分布式層級過電壓控制系統，包括安裝于SVG進線柜內的組合式過電壓保護器、能量吸收器、連接電抗器、功率單元、功率單元嵌位限壓器、層疊母線和IGBT感應電壓嵌位器；所述能量吸收器與連接電抗器并聯后的一端連接組合式過電壓保護器，并聯后的另一端連接功率單元，且所述功率單元嵌位限壓器和層疊母線分別與功率單元連接，所述IGBT感應電壓嵌位器的兩端分別連接在功率單元中每個IGBT的G極和E極之間，且所述IGBT感應電壓嵌位器的兩端連接在驅動板的輸出端子G與輸出端子E之間；

所述層疊母線包括正極銅排和負極銅排，所述正極銅排與負極銅排重疊鋪放形成一母線，且所述正極銅排與負極銅排之間夾持有第一絕緣薄膜，所述母線的表面覆蓋有第二絕緣薄膜。

其中，所述正極銅排的一端與串聯的電解電容器組的正極連接，所述正極銅排的另一端分別與功率單元中IGBT的E極連接。

其中，所述功率單元嵌位限壓器安裝在功率單元的兩根輸出銅排之間。

其中，所述IGBT感應電壓嵌位器包括兩個穩壓管和一個電阻；所述兩個穩壓管反串聯后與電阻并聯。

為實現上述目的，本發明還提供一種分布式層級過電壓控制方法，包括以下步驟：

步驟A：由組合式過電壓保護器形成第一級防線，對侵入SVG裝置電源的大氣過電壓和操作過電壓的大部分能量進行吸收，并將大氣過電壓和操作過電壓的幅值限制在SVG裝置允許的安全范圍之內；