[發明專利]一種防止逆變顛覆的智能過流保護裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201310424687.7
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103474964A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張勇軍;張永康;蘇紅月
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H02H7/122
• 分類號: H02H7/122
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于交直交型變頻調速系統檢測保護領域，特別是提出了一種防止逆變顛覆的智能過流保護裝置（Intelligent?Rectifiers?Protection?Unit，IRPU）及控制方法。

背景技術

帶有公共直流母線的電壓型交直交變頻調速裝置具有網側用電回路數量少、有效利用負載制動發電能量等優點，在工業生產中有著十分廣泛的應用。其主電路由整流回饋裝置、中間回路儲能電容和逆變裝置構成，其中整流回饋裝置既可以由可關斷型功率器件組成主動前端整流電路，也可以由反并聯連接的兩組晶閘管構成可控整流電路。后者以其合理的價格和優良的能量回饋能力得到普遍應用。在電動工作狀態下，直流回路電流由正向功率橋提供；在回饋工作狀態（發電制動）下，直流回路電流將按反方向流動，通過反向功率橋回饋至電網，此時整流回饋裝置的移相角會設定在有源逆變所需要的角度上，從而實現將能量同步回饋至電網。

晶閘管整流回饋裝置屬于電網換向型整流器，當系統運行在回饋狀態時，只有保證主回路電壓在不低于額定電壓90%這樣一個較高質量的交流電壓下，能量才能安全地進行回饋。當系統處于回饋狀態運行時，如果出現異常情況，則存在發生換相失敗的可能性，從而導致晶閘管過流以至主回路出現逆變顛覆，嚴重時會燒毀快速熔斷器或晶閘管。導致以上現象發生的具體情況有以下幾種：1）交流側供電電網異常，如出現缺相或較大波動等現象；2）整流回饋裝置移相角過小；3）電機側繞組接地導致直流母線電壓驟降。4）晶閘管器件發生故障，無法正常導通或關斷；5）晶閘管觸發電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失，脈沖延遲等，導致整流回饋裝置不能正常換相。?

當上述狀況發生時，極易燒壞整流回饋裝置中保護晶閘管的快速熔斷器或直接損壞晶閘管。若此時主斷路器切斷能力不足，系統將無法快速斷開主回路，整個整流回饋裝置有可能燒毀，不僅損失嚴重，而且對正常生產及設備安全造成嚴重威脅。設備維修和恢復過程不但增大備件消耗，而且浪費大量的有效生產時間。通過進行原理分析，能夠有效抑制此類故障發生的措施主要有以下幾種：

1）使用快速直流斷路器切斷直流主回路電流。此種方法不僅價格昂貴，需要大量的空間，對直流母線的操作較繁瑣，而且在限制直流母線電流驟增時需要大量額外的電抗器，此種方法可操作性較差。

2）強迫晶閘管換流。此種方法對抑制電路的要求很高，性能可靠的換流抑制電路結構復雜且價格昂貴。同時，為了避免由于低電抗導致不可控制的過電流發生，門極觸發電路也須具備嚴格的可選擇性和快速性。基于此種方法的保護裝置使得系統復雜性大幅度提高，其使用范圍很小。

3）采用由全控型器件組成的整流回饋裝置。如全部采用絕緣柵雙極型晶體管（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT）等全控型器件替代晶閘管器件的新型整流回饋裝置，原則上可以避免此類故障的發生，也是目前整流回饋裝置發展的趨勢。但全控型器件造價昂貴，在大功率系統中尤其顯著，而且現有在運行的大量晶閘管整流回饋裝置無法在短時間內完成升級換代。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種在電網波動、直流母線異常、接地故障等易使變頻器發生逆變顛覆的情況下，對整流回饋裝置進行快速保護，起到預防燒毀主回路快速熔斷器或晶閘管等惡性事故發生的作用的防止逆變顛覆的智能過流保護裝置（Intelligent?Rectifiers?Protection?Unit，簡稱IRPU）及其控制方法。

本發明的技術方案是：一種防止逆變顛覆的智能過流保護裝置，該裝置包括用于處理信號的數字信號處理器、用于采集電路電壓信號的電壓傳感器、用于采集電路電流信號的電流傳感器、用于將所述電壓、電流傳感器發出的信號轉換至數字信號處理器可識別范圍的信號隔離變換電路、功率部分和IGBT驅動板；

其中，所述電壓傳感器、電流傳感器和功率部分通過所述信號隔離變換電路與所述數字信號處理器連接，所述數字信號處理器與所述IGBT驅動板控制連接，所述IGBT驅動板與所述功率部分控制連接。

進一步，所述功率部分主要由用于直流母線電流雙向流動的功率二極管D1、D2、D3和D4、用于控制直流母線電流導通或關斷的IGBT器件Q1和用于吸收電壓尖峰及IRPU關斷期間將大量回饋能量轉換成熱量被消耗的壓敏電阻R1組成；

所述IGBT器件Q1與吸收壓敏電阻R1并聯后與D1、D2、D3和D4組成橋式電路，以實現IGBT器件對整流和逆變電流的雙向監控。