[發(fā)明專利]一種針對NPC三電平變流器過流故障的混合檢測保護電路及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910066929.7
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109672149B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 馮夏云;汪飛;任林濤;李玉菲;施云杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02H7/122
• 分類號: H02H7/122
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明公開了一種針對NPC三電平變流器過流故障的混合檢測保護電路及方法。本電路包括NPC三電平變流器內管（Tu₁、Td₁）的驅動保護電路Qu₁及Qd₁及NPC三電平變流器外管（Tu₂、Td₂）的驅動保護電路Qu₂及Qd₂。驅動保護電路Qu₁及Qd₁采用基于IGBT集射極退飽和導通電壓V_ce檢測的驅動保護電路，驅動保護電路Qu₂及Qd₂采用基于IGBT集射極飽和導通電壓V_cesat檢測的驅動保護電路。本發(fā)明中的NPC三電平變流器在過流故障狀態(tài)下也能實現正常的關斷時序，保證了NPC三電平變流器外管先關斷，內管后關斷的控制原則。并且通過故障保持電路實現故障狀態(tài)鎖存。

技術領域

本發(fā)明針對電力電子設備的過流保護應用技術，具體涉及一種針對NPC三電平變流器過流故障的混合檢測保護電路及方法。本發(fā)明中NPC三電平變流器的內、外管分別采用基于IGBT集射極退飽和導通電壓V_ce檢測的驅動保護電路及基于IGBT集射極飽和導通電壓V_cesat檢測的驅動保護電路，從而使得NPC三電平變流器內、外管在過流故障狀態(tài)下也能實現可靠地關斷，有效地避免了NPC三電平變流器由于非正常關斷時序所引發(fā)的模塊過壓損壞問題，保護了裝置的安全運行。

背景技術

隨著中、大功率變流場合對電力電子變流器需求地增加，以NPC三電平電路為代表的多電平變流器得到了廣泛地應用。相比傳統(tǒng)兩電平變流器而言，NPC三電平變流器具有更高的效率、更低的波形畸變及更大的容量等優(yōu)點，但NPC三電平變流器的開關時序比兩電平變流器復雜。NPC三電平變流器開關管動作的核心要義是外管先于內管關斷，尤其在過流故障狀態(tài)下，如何確保變流器正常的關斷時序，一直是影響裝備可靠性的重要方面。

傳統(tǒng)IGBT過流保護方案分為兩種，一種是基于IGBT退飽和效應的過流故障檢測及保護方法。當IGBT因過流故障而退出飽和區(qū)時，通過檢測IGBT逐漸增加的集射極退飽和導通電壓V_ce便可辨識過流故障，并分斷過流IGBT管，實現過流保護。另一種利用IGBT集射極飽和區(qū)導通電壓V_cesat與集電極電流近似成線性關系，通過實時監(jiān)測IGBT集射極飽和導通電壓V_cesat，與設置保護閾值對應飽和導通電壓V_cesat值進行比較，來確定故障。若發(fā)生故障，則關斷故障IGBT管。但以上兩種保護均存在缺陷，第一種方法要求IGBT進入退飽和狀態(tài)，通常IGBT退飽和電流為額定電流4～8倍，因此該保護機制對模塊損傷較大，且關斷的先后時序嚴重依賴IGBT管退飽和速度。實際應用中，NPC三電平變流器過流故障發(fā)生時，較難判別內、外管退飽和的先后順序。第二種方法對IGBT模塊工作溫度具有強烈的依賴性，模塊工作時的溫度變化較為劇烈，因此會嚴重影響保護閾值，進而影響三電平變流器過流故障狀態(tài)下的關斷時序。綜上所述，當前IGBT過流保護方法均不適用于NPC三電平變流器。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于針對已有技術的不足，提出一種適用于NPC三電平變流器過流故障的混合檢測保護電路及方法。為達到上述目的，使得NPC三電平變流器在過流故障發(fā)生時也能可靠地關斷，本發(fā)明專利設計采用如下技術方案：