CN107069762A - 一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，目的在于，采用慢降栅压的保护措施，降低故障时器件的功耗，有利于保护器件，所采用的技术方案为：包括动态无功补偿柜体，所述动态无功补偿柜体内设置有电流闭环控制电路；所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器(KM)、电感(L)、逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块(C2r/3s)，坐标变换模块(C2r/3s)分别电连接至逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块(C2r/3s)和逆变器间依次电连接有第二PI调节器、慢降栅压过流保护电路和PWM发生器，所述坐标变换模块(C2r/3s)和负载间设有相互并联的谐波电流检测电路和锁相环(PLL)。

Description

一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置
技术领域
本发明涉及一种电力设备，具体涉及一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置。
背景技术
IGBT是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在这较大的寄生电容，在驱动脉冲电压的上升及下降需要提供数A的充放电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。IGBT作为一种复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。在过流时如果采用一般的速度封锁栅极电压，过高的电流变化率会引起过电压，经常采用软关断技术予以解决。软关断是指在过流和短路时，直接关断IGBT。但是软关断抗骚扰能力差，一旦检测到过流信号就关断很容易发生误动作。为增加保护电路的抗骚扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加一延时，不过故障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损耗，同时还会导致器件的di/dt增大，所以往往是保护电路启动了，器件仍然损坏了。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种采用慢降栅压的保护措施，降低故障时器件的功耗，有利于保护器件的采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括动态无功补偿柜体，所述动态无功补偿柜体内设置有电流闭环控制电路；所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器KM、电感L、逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块C2r/3s，坐标变换模块C2r/3s分别电连接至逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块C2r/3s和逆变器间依次电连接有第二PI调节器、慢降栅压过流保护电路和PWM发生器，所述坐标变换模块C2r/3s和负载间设有相互并联的谐波电流检测电路和锁相环PLL。
所述慢降栅压过流保护电路包括依次电连接的第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1和第二三极管Q2间通过驱动电阻Rg连接至故障检测晶体管V1的基极，第二三极管Q2连接至第一晶体管VT1的发射极，第一晶体管VT1的基极依次电连接有第一稳压二极管VZ1和第一故障检测二极管VD1，第一故障检测二极管VD1连接至故障检测晶体管V1的集电极；第一晶体管VT1的集电极依次电连接有光耦驱动电路、第一电阻R1、第二稳压二极管VZ2和第二故障检测二极管VD2，第二故障检测二极管VD2连接至第二晶体管VT2的基极；第一晶体管VT1的发射极通过第四电阻R4连接至第二晶体管VT2的集电极，第二晶体管VT2的发射极连接至故障检测晶体管V1的基极，故障检测晶体管V1的发射极接地。
所述第一晶体管VT1上设置有第二电容C2，第二稳压二极管VZ2上设置有相互并联的第一电容C1和第二电阻R2，第一三极管Q1和第二三极管Q2间通过第三电阻R3连接至第一稳压二极管VZ1和第一故障检测二极管VD1间。
所述第一晶体管VT1、第一三极管Q1和故障检测晶体管V1均为NPN型，所述第二三极管Q2和第二晶体管VT2均为PNP型。
所述输入接触器KM上并联有软启动电阻R。
所述滤波器采用高通滤波器。
所述逆变器采用三相半桥逆变器。
所述谐波电流检测电路包括FFT模块和IFFT模块。
所述装置的总电流的频率为64.8KHz。
所述装置的补偿响应时间小于10ms。
与现有技术相比，本发明采用慢降栅压的保护措施，使得降栅压后没有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路则自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力，且本发明的采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置可实现自动检测本装置发出的电流和给定电流的差别，并通过变更数字滤波器的参数，自主校正参考电流，自主调整控制参数，从而抑制系统谐振，增强系统的稳定性。
进一步，输入触摸器KM上并联有软启动电阻；系统开机时，电源通过电阻R对母线电容充电，实施母线软启动。
进一步，滤波器采用高通滤波器，滤除逆变器的开关纹波。
进一步，逆变器采用三相半桥逆变器，由IGBT模块组成，IGBT是MOSFET与双极晶体管的符合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电容流量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可以正常工作于几十KHz频率范围内。
进一步，采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置总电流的频率为64.8KHz；通过采用4相交错并联，使总电流的频率达到64.8KHz，这样电流环的宽度可以大大提高。
进一步，采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置的补偿响应时间小于10ms，采用开环控制，可兼顾稳态补偿精度和补偿的快速性。
附图说明
图1为本发明动态无功补偿的内部控制电路示意图；
图2为本发明慢降栅压过流保护电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
参见图1，本发明包括动态无功补偿柜体，动态无功补偿柜体内设置有电流闭环控制电路；电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器KM、电感L、逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块C2r/3s，坐标变换模块C2r/3s分别电连接至逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块C2r/3s和逆变器间依次电连接有第二PI调节器、慢降栅压过流保护电路和PWM发生器，坐标变换模块C2r/3s和负载间设有相互并联的谐波电流检测电路和锁相环PLL。输入接触器KM上并联有软启动电阻R。滤波器采用高通滤波器。逆变器采用三相半桥逆变器。谐波电流检测电路包括FFT模块和IFFT模块，负载电流经过FFT模块快速傅氏变换后根据设置处理单次谐波，然后经过IFFT模块快速傅里叶逆变换处理。装置的总电流的频率为64.8KHz。装置的补偿响应时间小于10ms。
参见图2，慢降栅压过流保护电路包括依次电连接的第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1和第二三极管Q2间通过驱动电阻Rg连接至故障检测晶体管V1的基极，第二三极管Q2连接至第一晶体管VT1的发射极，第一晶体管VT1的基极依次电连接有第一稳压二极管VZ1和第一故障检测二极管VD1，第一故障检测二极管VD1连接至故障检测晶体管V1的集电极；第一晶体管VT1的集电极依次电连接有光耦驱动电路、第一电阻R1、第二稳压二极管VZ2和第二故障检测二极管VD2，第二故障检测二极管VD2连接至第二晶体管VT2的基极；第一晶体管VT1的发射极通过第四电阻R4连接至第二晶体管VT2的集电极，第二晶体管VT2的发射极连接至故障检测晶体管V1的基极，故障检测晶体管V1的发射极接地。第一晶体管VT1上设置有第二电容C2，第二稳压二极管VZ2上设置有相互并联的第一电容C1和第二电阻R2，第一三极管Q1和第二三极管Q2间通过第三电阻R3连接至第一稳压二极管VZ1和第一故障检测二极管VD1间。第一晶体管VT1、第一三极管Q1和故障检测晶体管V1均为NPN型，所述第二三极管Q2和第二晶体管VT2均为PNP型。
参见图1，本发明所述的采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，包括动态无功补偿柜体；动态无功补偿柜体内设置有电流闭环控制电路；电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器KM、电感L、逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块C2r/3s；坐标变换模块C2r/3s与负载之间设置有谐波电流检测电路和锁相环；谐波电流检测电路和逆变器之间依次设置有电连接的第二PI调节器和PWM发生器；第二PI调节器与PWM发生器之间设置有慢降栅压过流保护电路。输入触摸器KM上并联有软启动电阻R；系统开机时，电源通过电阻R对母线电容充电，实施母线软启动。滤波器采用高通滤波器，滤除逆变器的开关纹波。逆变器采用三相半桥逆变器，由IGBT模块组成，IGBT是MOSFET与双极晶体管的符合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电容流量大等优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可以正常工作于几十KHz频率范围内。采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置总电流的频率为64.8KHz；通过采用4相交错并联，使总电流的频率达到64.8KHz，这样电流环的宽度可以大大提高。采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置的补偿响应时间小于10ms，采用开环控制，可兼顾稳态补偿精度和补偿的快速性。
参见图2，上述慢降栅压过流保护电路，正常工作时，因第一故障检测二极管VD1的导通，降a点的电压钳位在第一稳压二极管VZ1的击穿电压以下，第一晶体管VT1始终保持截止状态。V1通过驱动电阻Rg正常开通和关断。电容C2为硬开关应用场合提供一很小的延时，使得故障检测晶体管V1开通时Uce有一定的时间从高电压降到通态压降，而不使保护电路动作。
当电路发生过流和短路故障时，故障检测晶体管V1上的Ucc上升，a点电压随之上升，到一定值时，第一稳压二极管VZ1击穿，第一晶体管VT1开通，b点电压下降，第一电容C1通过第一电阻R1充电，电容电压从零开始上升，当电容电压上升到约1.4V时，第二晶体管VT2开通，栅极电压Uge随电容电压的上升而下降，通过调节第一电容C1的数值，可控制电容的充电速度，进而控制Uge的下降速度；当电容电压上升到第二稳压二极管VZ2的击穿电压时，第二稳压二极管VZ2击穿，Uge被钳位在一固定数值上，慢降栅压过程结束，同时驱动电路通过光耦输出过流信号。如果在延时过程中，故障信号消失了。则a点电压降低，第一晶体管VT1恢复截止，第一电容C1通过第二电阻R2放电，d点电压升高，第二晶体管VT2也恢复截止，Ugc上升，电路恢复正常工作。降栅压后没有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的di/dt，对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路则自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。

Claims (10)

1.一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，包括动态无功补偿柜体，所述动态无功补偿柜体内设置有电流闭环控制电路；所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器(KM)、电感(L)、逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块(C2r/3s)，坐标变换模块(C2r/3s)分别电连接至逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块(C2r/3s)和逆变器间依次电连接有第二PI调节器、慢降栅压过流保护电路和PWM发生器，所述坐标变换模块(C2r/3s)和负载间设有相互并联的谐波电流检测电路和锁相环(PLL)。
2.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述慢降栅压过流保护电路包括依次电连接的第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)，第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)间通过驱动电阻(Rg)连接至故障检测晶体管(V1)的基极，第二三极管(Q2)连接至第一晶体管(VT1)的发射极，第一晶体管(VT1)的基极依次电连接有第一稳压二极管(VZ1)和第一故障检测二极管(VD1)，第一故障检测二极管(VD1)连接至故障检测晶体管(V1)的集电极；第一晶体管(VT1)的集电极依次电连接有光耦驱动电路、第一电阻(R1)、第二稳压二极管(VZ2)和第二故障检测二极管(VD2)，第二故障检测二极管(VD2)连接至第二晶体管(VT2)的基极；第一晶体管(VT1)的发射极通过第四电阻(R4)连接至第二晶体管(VT2)的集电极，第二晶体管(VT2)的发射极连接至故障检测晶体管(V1)的基极，故障检测晶体管(V1)的发射极接地。
3.根据权利要求2所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述第一晶体管(VT1)上设置有第二电容(C2)，第二稳压二极管(VZ2)上设置有相互并联的第一电容(C1)和第二电阻(R2)，第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)间通过第三电阻(R3)连接至第一稳压二极管(VZ1)和第一故障检测二极管(VD1)间。
4.根据权利要求3所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述第一晶体管(VT1)、第一三极管(Q1)和故障检测晶体管(V1)均为NPN型，所述第二三极管(Q2)和第二晶体管(VT2)均为PNP型。
5.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述输入接触器(KM)上并联有软启动电阻(R)。
6.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述滤波器采用高通滤波器。
7.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述逆变器采用三相半桥逆变器。
8.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述谐波电流检测电路包括FFT模块和IFFT模块。
9.根据权利要求1所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述装置的总电流的频率为64.8KHz。
10.根据权利要求9所述的一种采用慢降栅压过流保护的动态无功补偿装置，其特征在于，所述装置的补偿响应时间小于10ms。
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