CN102377253A - 一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，包括用于产生功率脉冲电流的脉冲电流源装置、用于给脉冲电流源提供稳定直流电压的BUCK稳压变换装置、用于对脉冲电流源产生的脉冲电流进行隔离的隔离变压装置、用于将隔离变压装置隔离输出的脉冲电流进行变换的穿心式电流互感器和利用穿心式电流互感器的输出信号对TCR晶闸管阀组进行触发的电磁触发装置，本发明实现了取能与触发功能的合二为一，降低了对电流互感器隔离电压的要求，适用于35KV及以上电压等级的TCR晶闸管阀组的触发控制，主要应用于电网和某些带冲击负荷的工业用户的无功补偿。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，适用于高压TCR的晶闸管阀组的触发控制，用于电网和带冲击负荷的工业用户的无功补偿。
背景技术
现代社会离不开柔性交流输电系统，而SVC (Static Vat Compensator) 和SVG (Static Var Generator) 是柔性交流输电系统的基础技术和关键设备。高压TCR ( Thyristor Controlled Reactor) 则为SVC的核心装置，由多级反并联晶闸管对串联构成的晶闸管阀组和串联电感组成。通常，通过控制晶闸管阀组的导通角来控制其向电网注入无功电流的大小。为了保证TCR可靠地工作，对晶闸管实施可靠地触发控制是关键。由于TCR工作在高电压环境，晶闸管阀组触发系统的设计必须面对和解决高等级电压隔离、触发及监控电路取能困难、兼容强电磁干扰环境等技术难题。目前常用的触发方式有光触发（用于光直接触发晶闸管）、光电触发等几种方式；取能方式有高电位取能、电流互感器耦合取能和兼含这两种方式的综合取能等几种方式。
上述几种触发方式中，光触发方式由于要采用光直接触发晶闸管，这种晶闸管价格昂贵，成本太高，目前还没用进入工程应用阶段；光电触发方式通常是把处于低电位的触发信号通过光纤送到处于高电位的晶闸管的TE板，光触发信号在TE板经过光电转换、整形放大后去触发晶闸管，这种触发方式，要给处于高电位的TE板提供电能，且每对晶闸管需要用一对光纤，TE板的结构比较复杂、成本还是相对较高。
上述两种取能方式中，高位取能方式是指利用晶闸管的动态均压阻容环节在晶闸管截止期间从处于高电位的晶闸管阳极和阴极之间获取能量，TE板与其所触发的晶闸管处于相同的高电位，这种高位取能适合上述的光电触发方式，除TE板结构较为复杂、成本较高以外，取能效果受晶闸管导通角度大小的影响明显，特别在TCR重载输出时，有取能不足之虑。
所谓电流互感器耦合取能方式，通常途径是：处于低电位的稳压电源—直流恒流源—全桥变换成交流电流源—具有高压电缆的多个穿心式电流互感器—电流互感器次级绕组耦合取能—经二次侧电路和辅助电源电路后给处于高电位的TE板提供电能。这种取能方式电路复杂、成本较高，且一般只适用10KV及以下电压等级晶闸管阀。专利ZL01145559.4介绍了一种用于晶闸管阀串触发的多路输出的隔离电源，是这一种取能方式的典型电路，其系统构成和大功率电流源的生成方式过于复杂，仅仅起到了隔离取能的作用，在晶闸管的TE板上还需要二次侧电路、辅助电源电路以及光纤传输触发信号、光电转换、整形放大等一系列较复杂的电路。更重要的是这种多路输出的隔离电源，一般只适合应用在10KV及其以下TCR晶闸管阀组之中，若是应用在35KV及其以上电压的TCR晶闸管阀组，则高压电缆与电流互感器铁芯及其付边绕组之间容易产生电晕放电，危及设备的安全和系统工作的可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，在于提供一种适合高电压、结构简单、成本低廉、工作可靠的高压晶闸管阀组的取能和电磁触发系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，包括：
用于产生功率脉冲电流的脉冲电流源装置；
用于给脉冲电流源装置提供稳定直流电压的BUCK稳压变换装置；
用于对脉冲电流源装置产生的功率脉冲电流进行隔离的隔离变压装置；
用于将隔离变压装置隔离输出的功率脉冲电流进行变换的穿心式电流互感器和利用穿心式电流互感器的输出信号对晶闸管阀组进行触发的电磁触发装置。
如上所述的BUCK稳压变换装置包括：
用于对输入的220V工频交流电进行EMI滤波的EMI滤波模块；
用于对EMI滤波模块的输出进行整流滤波的整流滤波模块；
用于对整流滤波模块的输出的直流电压进行降压稳压变换的稳压控制模块和用于实施降压稳压变换的BUCK变换模块。
如上所述的脉冲电流源装置包括：
用于将光触发脉冲串信号转变为电流触发脉冲串信号的光电转换模块；
用于将光电转换模块输出的电流触发脉冲串信号进行整形和放大的的脉冲整形及放大模块；
用于将脉冲整形及放大模块输出的电流触发脉冲串信号放大生成功率脉冲电流的包含磁复位电路的单管MOSFET功率开关模块，磁复位电路用于防止作为其负载的隔离变压装置和穿心式电流互感器因单向磁化而饱和；
用于检测单管MOSFET功率开关模块中MOSFET工作状态的MOSFET状态检测模块。
如上所述的隔离变压装置包括M台三绕组等匝比隔离变压器，每台三绕组等匝比隔离变压器包括一个原边绕组和两个付边绕组，每台三绕组等匝比隔离变压器的原边绕组与两个付边绕组的匝数比为1:1:1，M个原边绕组按照同名端连接非同名端的方式串联，串联后的M个原边绕组的两端与脉冲电流源装置的输出的两端连接，每台三绕组等匝比隔离变压器的两个付边绕组的非同相端等电位相连，且每个付绕组的输出端串接有若干对穿心式电流互感器，上述串接的穿心式电流互感器的激磁电流方向保持一致， M为正整数。
如上所述的穿心式电流互感器为N/2M对，其中N为每相晶闸管控制电抗器所串联的晶闸管的对数。
如上所述的穿心式电流互感器的铁芯为用铁镍基非晶带材卷绕而成。
如上所述的电磁触发装置包括电阻R1、二极管D1、二极管D2和电阻R2，二极管D1的阴极通过电阻R1与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极通过电阻R2与二极管D1的阳极连接，二极管D2的极阳和二极管D1的阳极分别与穿心式电流互感器的输出的两端连接，二极管D2的阴极与晶闸管的控制极连接，二极管D1的阳极与晶闸管的阴极连接。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
1、实现了用处于低电位的功率电流脉冲串经穿芯式电流互感器隔离耦合后直接触发多对处于高电位的晶闸管，把取能与触发功能合二为一，这种方式结构简单、成本低廉、工作可靠、同步性好；
2、M台三绕组等匝比隔离变压器将每个穿心式电流互感器的原边和付边之间实际承受的电压降至TCR工作电压的1/2M，有效地解决了因电晕生成给设备带来的故障隐患，可以应用于更高电压等级的TCR晶闸管阀组的取能触发。
附图说明
图1为一种晶闸管阀组的取能和电磁触发系统的原理示意图；
图2为图1中的BUCK稳压变换装置的原理示意图；
图3为图1中的脉冲电流源装置的原理示意图；
图4为三绕组等匝比隔离变压器与穿心式电流互感器的连接示意图；
图5为图1中的电磁触发装置中的一只晶闸管的触发电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
如图1所示，一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，包括用于产生脉冲电流的脉冲电流源装置、用于给脉冲电流源提供电压的BUCK稳压变换装置、用于对脉冲电流源产生的脉冲电流进行隔离的隔离变压装置、用于将隔离变压装置隔离输出的脉冲电流进行变换的穿心式电流互感器和利用穿心式电流互感器的输出信号对TCR晶闸管阀组进行触发的电磁触发装置。
如图2所示，BUCK稳压变换装置包括用于对输入的220V工频交流电进行滤波的EMI滤波模块、用于对EMI滤波模块的输出进行整流滤波的整流滤波模块、用于对整流滤波模块的输出进行稳压的稳压控制模块和用于对稳压控制模块的输出进行降压稳压的BUCK变换模块。
如图3所示，脉冲电流源装置包括用于将光触发脉冲串信号转变为电流触发脉冲串信号的光电转换模块、用于将光电转换模块输出的电流触发脉冲串信号进行整形和放大的的脉冲整形及放大模块、用于将脉冲整形及放大模块输出的电流触发脉冲串信号放大生成功率脉冲电流串的包含磁复位电路的单管MOSFET功率开关模块，磁复位电路可以防止作为其负载的穿心式电流互感器因单向磁化而饱和。
用于检测MOSFET工作状态的MOSFET状态检测模块。
脉冲电流源装置，每隔10ms生成一个功率电流脉冲串，每个功率电流脉冲串包括四个宽度为50us、占空比为50%的功率电流脉冲。
如图4所示，隔离变压装置包括M台三绕组等匝比隔离变压器，每台三绕组等匝比隔离变压器包括一个原边绕组和两个付边绕组，每台三绕组等匝比隔离变压器的原边绕组与两个付边绕组的匝数比为1:1:1，M个原边绕组按照同名端连接非同名端的方式串联，串联后的M个原边绕组的两端与脉冲电流源装置的输出的两端连接，每台三绕组等匝比隔离变压器的两个付边绕组的非同相端等电位相连，且每个付绕组的输出端串接N/2M对穿心式电流互感器，且所有上述串接的穿心式电流互感器的激磁电流方向保持一致，其中N为每相晶闸管阀所包含的晶闸管对数， M、N为正整数。
如图5所示，电磁触发装置包括电阻R1、二极管D1、二极管D2和电阻R2，二极管D1的阴极通过电阻R1与二极管D2的正极连接，二极管D2的阴极通过电阻R2与二极管D1的阳极连接，二极管D2的正极和二极管D1的正极分别与穿心式电流互感器的输出的两端连接，二极管D2的阴极和二极管D1的正极分别与穿心式电流互感器的输出的两端连接。
一种35KV TCR晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，包括BUCK稳压变换装置、大功率脉冲电流源装置、M台三绕组等匝比隔离变压器、N对穿心式电流互感器及电磁触发装置（M为正整数，N为每相晶闸管阀组中晶闸管的对数）。
三绕组等匝比隔离变压器，共使用M台，其结构和参数相同，都具有一个原边绕组，两个付边绕组，匝比为1：1：1，M台三绕组等匝比高电压隔离变压器的原边绕组首尾相连（即一个绕组的同名端与另一个绕组的非同名端相连）后串接于单管MOSFET功率开关模块之中，每台三绕组等匝比隔离变压器的两个付绕组的非同名端等电位相接 ，M台三绕组等匝比隔离变压器的2×M个次级绕组通过高压电缆分别驱动N/2×M对穿心式电流互感器（N为每相晶闸管阀组所串联的晶闸管的对数，若N不能被2×M整除，则采取四舍五入不对称分配，如本发明之N=22，M=2，则按6、5、6、5分配），这样，每个穿心式电流互感器的原边和付边之间实际承受的电压降至TCR工作电压的1/2M。2×M组N/4对穿心式电流互感器的励磁电流方向相同。
Claims (7)
1.一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：包括
用于产生功率脉冲电流的脉冲电流源装置；
用于给脉冲电流源装置提供稳定直流电压的BUCK稳压变换装置；
用于对脉冲电流源装置产生的功率脉冲电流进行隔离的隔离变压装置；
用于将隔离变压装置隔离输出的功率脉冲电流进行变换的穿心式电流互感器和利用穿心式电流互感器的输出信号对晶闸管阀组进行触发的电磁触发装置。
2.根据权利要求1所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的BUCK稳压变换装置包括：
用于对输入的220V工频交流电进行EMI滤波的EMI滤波模块；
用于对EMI滤波模块的输出进行整流滤波的整流滤波模块；
用于对整流滤波模块的输出的直流电压进行降压稳压变换的稳压控制模块和用于实施降压稳压变换的BUCK变换模块。
3.根据权利要求1所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的脉冲电流源装置包括：
用于将光触发脉冲串信号转变为电流触发脉冲串信号的光电转换模块；
用于将光电转换模块输出的电流触发脉冲串信号进行整形和放大的的脉冲整形及放大模块；
用于将脉冲整形及放大模块输出的电流触发脉冲串信号放大生成功率脉冲电流的包含磁复位电路的单管MOSFET功率开关模块，磁复位电路用于防止作为其负载的隔离变压装置和穿心式电流互感器因单向磁化而饱和；
用于检测单管MOSFET功率开关模块中MOSFET工作状态的MOSFET状态检测模块。
4.根据权利要求1所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的隔离变压装置包括M台三绕组等匝比隔离变压器，每台三绕组等匝比隔离变压器包括一个原边绕组和两个付边绕组，每台三绕组等匝比隔离变压器的原边绕组与两个付边绕组的匝数比为1:1:1，M个原边绕组按照同名端连接非同名端的方式串联，串联后的M个原边绕组的两端与脉冲电流源装置的输出的两端连接，每台三绕组等匝比隔离变压器的两个付边绕组的非同相端等电位相连，且每个付绕组的输出端串接有若干对穿心式电流互感器，上述串接的穿心式电流互感器的激磁电流方向保持一致， M为正整数。
5.根据权利要求4所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的穿心式电流互感器为N/2M对，其中N为每相晶闸管阀组所串联的晶闸管的对数。
6.根据权利要求5所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的穿心式电流互感器的铁芯为用铁镍基非晶带材卷绕而成。
7.根据权利要求1所述的一种高压晶闸管阀组的取能及电磁触发系统，其特征在于：所述的电磁触发装置包括电阻R1、二极管D1、二极管D2和电阻R2，二极管D1的阴极通过电阻R1与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极通过电阻R2与二极管D1的阳极连接，二极管D2的极阳和二极管D1的阳极分别与穿心式电流互感器的输出的两端连接，二极管D2的阴极与晶闸管的控制极连接，二极管D1的阳极与晶闸管的阴极连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Bi Pingjin Inventor after: Mei Zhen Inventor after: Jiang Shaotao Inventor after: Li Xiaofen Inventor after: Luo Yuncheng Inventor before: Bi Pingjin Inventor before: Zhou Jun Inventor before: Li Xiaofen Inventor before: Luo Yuncheng |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: BI PINGJIN ZHOU JUN LI XIAOFEN LUO YUNCHENG TO: BI PINGJIN MEI ZHEN JIANG SHAOTAO LI XIAOFEN LUO YUNCHENG |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Energy acquiring and electromagnetic triggering system of high-voltage thyristor valve bank Effective date of registration: 20140318 Granted publication date: 20130703 Pledgee: Hubei junior Finance Leasing Co., Ltd. Pledgor: Hubei Sanhuan Development Co., Ltd. Registration number: 2014990000172 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130703 Termination date: 20181114 |