CN101895097A - 一种变流器保护电路实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双馈型风力发电机组中对IPM模块(智能功率模块)的保护方法，公开了一种变流器保护电路实现方法。DSP发出的PWM先到FPGA，FPGA根据外部回馈的保护信号和内部死区判断逻辑决定是否封锁PWM输出，如果不处于保护状态，则把PWM“透传”输出。该保护方法可以对三种情况进行保护：第一是PWM无死区，这由FPGA内部逻辑电路判断；第二是交流电流过流；第三是直流电压过压。第二、第三种都由相应的硬件电路实现，并且该硬件电路产生一个OV1A电平信号给FPGA。一旦产生以上三种情况的任意一种，FPGA就迅速封锁PWM。该方法响应时间快，且可以方便应用到其他IGBT器件的保护场合。

Description

一种变流器保护电路实现方法
技术领域
本发明属于工业自动化系统领域，可以应用在电力电子的IGBT的控制系统中。该方法具体使用在对IGBT器件的保护应用中。
技术背景
双馈风力发电机的机侧变换器和网侧变换器的功率器件均采用IPM(智能功率模块)，IPM内部集成了IGBT器件、驱动电路、保护电路，使用方便。IPM自身保护功能包括控制电源欠压保护、过热保护、过流保护、上下桥臂短路保护。但是，IPM自身保护对于模块内部的所有IGTB器件不是一致性动作，而且输出的报警信号不具有保持性，容易导致系统出现过流振荡现象，最终造成IPM的损坏。为了进一步提高IPM工作的安全性和可靠性，在除了IPM自身保护的功能外，设计了实时性更强的IPM保护方案，如图1所示。图中可以看出，设置了独立的IPM交流侧过流保护电路和直流侧过压保护电路，利用FPGA实现对DSP发出脉冲的封锁、打开的功能。一旦保护动作，FPGA将保持封锁状态，直到被DSP的复位信号解除。该保护方法响应时间快，动作可靠，通用性强。
发明内容
目前双馈风力发电机的运行故障中，机、网侧变换器功率器件的损坏时有发生，而功率器件的损坏一般是由过流引起。分析可能引起过流的原因，并进行相应的保护是十分有必要的。本发明采用实时性极高的硬件电路和FPGA，能有效的保护功率器件不被烧毁。
本发明所采用的技术方案如下：DSP发出的6路PWM先到FPGA，FPGA根据外部保护信号和内部死区判断逻辑决定是否封锁PWM输出。FPGA内部死区判断逻辑监测PWM脉冲是否存在死区，一旦发现两路输出没有死区(将导致上下桥臂同时导通)，则产生封锁信号，FPGA立即封锁PWM输出，将IPM模块关断，并使PDPINTA1A有效发送给DSP，使DSP关断PWM输出。FPGA一直保存PWM封锁状态，直到被DSP复位。外部保护信号由外部硬件电路产生：三路电压信号经过一个整流桥，整流得到一个电压信号，该电压信号作为比较器的输入，一旦超过设定的门限电压值就产生OV1A信号给FPGA，FPGA收到该信号后封锁PWM脉冲输出，并保存封锁状态，直到被DSP复位。一路电压信号作为另一个比较器的输入，一旦超过设定的门限电压值也产生同样的OV1A信号给FPGA，FPGA收到该信号后封锁PWM脉冲输出，并保存封锁状态，直到被DSP复位。
附图说明
附图1为保护方案示意图；
附图2FPGA内部逻辑图；
附图3过流、过压保护电路图。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案通过实施例进一步详细表述。
图1示出了本发明的方案示意图，DSP发出的PWM先到FPGA，FPGA再根据保护信号和内部逻辑决定是封锁PWM输出还是把PWM“透传”输出。
FPGA内部逻辑图见附图2。FPGA在上电或者复位后，第一步是封锁PWM输出，同时对所有的保护信号屏蔽，也就是不执行保护功能，只是封锁PWM。如果要解锁，则只有当DSP的引脚LOCKA为“0”时，经过与非门使SHUTA信号为“1”，这样PWM的信号就不被封锁，而是透传出去。
LOCKA信号为低的同时，FPGA置OV1AERR为1，这样就解除了之前保护动作而造成的状态锁存现象，重新使能了过流、过压的保护功能。只有当OV1A再次为0时，U200B与非门才能输出1，当RSTA为1时，U200D与非门输出为0，这时才能在U210A产生PDPINTA1和SHUTA信号，实现对PWM的封锁。
U208A、U208B、U208C每一个监测两路PWM，本列中PWM1、PWM3、PWM5设置为高有效，PWM2、PWM4、PWM6设置为低有效，所以当PWM1、PWM2同时为低时，能导致IGBT的上下桥臂同时导通，也就是短路，此时U208A或们就输出为0，表示有故障发生。反之正常时，PWM1、PWM2两路互反，U208A输出为1。当U208A、U208B、U208C任意一路输出为0时，都导致U207A与门输出为0。此时如果DBPRCTAA(由DSP控制，决定是否使能死区保护)为1，表示死区不保护，则U204A固定输出为1。U200A固定输出0(因LOCKA信号为低的同时，DBAERR被置为1)，U200C固定输出为1；如果DBPRCTA为0，则U204A输出为1因DBAERR也为1，所以U200C输出为0，DBAERR变为0，这时才能在U210A产生PDPINTA1和SHUTA信号，实现对PWM的封锁。当DBAERR变为0后，因为它是U200A的输入，所以造成U200A始终输出为1，只要RSTA保持为1，则DBAERR始终为0，也就保证了PDPTNTA1和SHUTA始终有效，既实现了PWM封锁状态的“锁存”。
RSTA信号由DSP控制，当DSP认为故障已经解除时，就会发出RSTA信号，此时因为DBAERR或者OV1AERR为0，则该信号能够置位DBAERR或者OV1AERR为1。重新使能保护功能。
三路过流保护电路见附图3。附图3是三路电压信号，这三路电压信号可以代表风机种的转子电流或者电网电流。三路电压信号先经过一个跟随器，以增强驱动能力，然后接入D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的整流桥。经过整流后的输出两路电压信号，分别经过R121和R122采样，并且送到U16、U17组成的比较电路中。参考电压REF和电阻R124、R125形成了门限电压。一旦这两路电压信号超过门限电压，则U16、U17会触发信号OV1A到FPGA，FPGA内部对OV1A的处理在上面已有讲述。
一路电压信号比较简单，它没有经过整流电路，而是直接和比较器比较，也同样触发OV1A信号。

Claims (4)

1.一种变流器保护电路实现方法，通过FPGA和整流电路实现封锁PWM达到保护IPM模块，该方法的保护响应时间快，完全可以避免IPM在过流、过压和上校桥臂同时导通的情况下烧毁IPM模块，该实现方法如下：
DSP发出的6路PWM先到FPGA，FPGA根据外部保护信号和内部死区判断逻辑决定是否封锁PWM输出。FPGA内部死区判断逻辑监测PWM脉冲是否存在死区，一旦发现两路输出没有死区(将导致上下桥臂同时导通)，则产生封锁信号，FPGA立即封锁PWM输出，将IPM模块关断，并使PDPINTA1A有效发送给DSP，使DSP关断PWM输出。FPGA一直保存PWM封锁状态，直到被DSP复位。外部保护信号由外部硬件电路产生：三路电压信号经过一个整流桥，整流得到的信号作为比较器的输入，一旦超过设定的门限电压值就产生OV1A信号给FPGA，FPGA收到该信号后封锁PWM脉冲输出，并保存封锁状态，直到被DSP复位。一路电压信号作为另一个比较器的输入，一旦超过设定的门限电压值也产生同样的OV1A信号给FPGA，FPGA收到该信号后封锁PWM脉冲输出，并保存封锁状态，直到被DSP复位。
2.根据权利要求1所述的一种变流器保护电路实现方法，其特征为：DSP的PWM发送给FPGA，FPGA通过保护信号来封锁PWM输出，一旦PWM被封锁，FPGA始终保存封锁状态，直到被DSP的复位信号复位。
3.根据权利要求1所述的一种变流器保护电路实现方法，其特征为：三路电压经过三相整流桥电路再输入给比较器。
4.根据权利要求1所述的一种变流器保护电路实现方法，其特征为：FPGA内部有专门的死区保护逻辑，且一旦死区保护就会锁存该状态，直到被复位。
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