CN109683653A - 一种用于高压大功率直流系统的调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压大功率直流系统的调控系统，涉及控制电路技术领域，该系统包括：直流信号采集单元，其用于采集传输电路上的直流信号；主控单元，其用于接收直流信号，向IGBT单元发送光信号，通过IGBT单元控制传输电路的通断；IGBT单元包括至少2个并联的IGBT组件，IGBT组件包括：光电转换组件，光电转换组件用于接收主控单元的光信号，并转化为电信号；信号放大组件，信号放大组件用于将电信号进行放大处理；至少2个相互并联的IGBT元件，各IGBT元件均与传输电路连接，用于通过接收经过放大处理后的电信号控制传输电路的通断。本发明能够安全稳定的对直流系统进行调控，为工作人员的工作提供便利。

Description

一种用于高压大功率直流系统的调控系统

技术领域

本发明涉及控制电路技术领域，具体涉及一种用于高压大功率直流系统的调控系统。

背景技术

随着我国经济及科技技术的发展，特别造船工业技术进步，船用直流发电机的功率及电压等级也越来越大，直流发电功率从原来几十千瓦到现在几千千瓦以上甚至更大，电压也从原来几百伏到现在4千伏电压等级；

而上述的发电设备必须要在高压大功率直流负载上进行出厂模以试验，以获得相关性能参数，特别军用品的使用性能要求更高，检测这些性能参数时就需要有一个调节控制发电机的输出功率的装置，目前控制是采用进口高压直流接触器，但价格非常高，而且只能作开断控制使用，不能细分控制，而一般的高压真空交流接触器及断路器又不能满足这个工况要求，因为直流高电压在瞬间断开时放电及拉弧现象非常严重极易烧坏开关器件触头；

因此，急需一种解决上述问题的控制电路。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于高压大功率直流系统的调控系统，能够安全稳定的对直流系统进行调控，保证调控操作的顺利进行，为工作人员的工作提供便利。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于高压大功率直流系统的调控系统，其特征在于，所述调控系统包括：

直流信号采集单元，其用于采集所述传输电路上的直流信号；

主控单元，其用于接收所述直流信号，向所述IGBT单元发送光信号，通过IGBT单元控制所述传输电路的通断；

所述IGBT单元包括至少2个并联的IGBT组件，所述IGBT组件包括：

光电转换组件，所述光电转换组件用于接收所述主控单元的光信号，并转化为电信号；

信号放大组件，所述信号放大组件用于将所述电信号进行放大处理；

至少2个相互并联的IGBT元件，各所述IGBT元件均与所述传输电路连接，用于通过接收经过放大处理后的所述电信号控制所述传输电路的通断。

在上述技术方案的基础上，所述调控系统还包括：直流供电单元，所述直流供电单元用于进行直流供电；

直流负载单元，所述直流负载单元通过传输电路与所述直流供电单元连接。

在上述技术方案的基础上，各IGBT元件的极限工作电压数值与所述直流负载单元的工作负载电压数值之和等于所述直流供电单元的供电电压数值。

在上述技术方案的基础上，所述主控单元通过光纤与所述IGBT单元信号连接。

在上述技术方案的基础上，所述光电转换组件与所述信号放大组件串联，各所述IGBT元件的一端均与所述信号放大组件连接，各所述IGBT元件的另一端连接组成第一连接端，所述第一连接端与所述传输电路连接；

各所述光电转换组件均与所述主控单元信号连接。

在上述技术方案的基础上，所述直流供电单元为直流发电系统。

在上述技术方案的基础上，所述直流负载单元为直流负载柜。

在上述技术方案的基础上，所述IGBT元件为绝缘栅双极型晶体管。

在上述技术方案的基础上，所述直流直流信号采集单元为直流电压电流信号采样器。

在上述技术方案的基础上，所述直流供电单元、所述IGBT单元、所述直流信号采集单元以及所述直流负载单元在所述传输电路上依次串联；

所述主控单元分别与所述IGBT单元、所述直流信号采集单元信号连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明能够安全稳定的对直流系统进行调控，保证调控操作的顺利进行，为工作人员的工作提供便利。

附图说明

图1为本发明实施例1中用于高压大功率直流系统的调控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中直流信号采集单元、传输电路主控单元以及IGBT单元的电路示意图；

图3为本发明实施例1中IGBT组件的电路示意图。

图中：1、直流信号采集单元；2、传输电路；3、主控单元；4、IGBT单元；40、IGBT组件；400、光电转换组件；401、信号放大组件；402、IGBT元件；403、第一连接端；5、直流供电单元；6、直流负载单元；7、光纤。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种用于高压大功率直流系统的调控系统，能够安全稳定的对直流系统进行调控，保证调控操作的顺利进行，为工作人员的工作提供便利。

为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：

一种用于高压大功率直流系统的调控系统，该调控系统包括：

直流信号采集单元1，其用于采集传输电路2上的直流信号；

主控单元3，其用于接收直流信号，向IGBT单元4发送光信号，通过IGBT单元4控制传输电路2的通断；

IGBT单元4包括至少2个并联的IGBT组件40，IGBT组件40包括：

光电转换组件400，光电转换组件400用于接收主控单元3的光信号，并转化为电信号；

信号放大组件401，信号放大组件401用于将电信号进行放大处理；

至少2个相互并联的IGBT元件402，各IGBT元件402均与传输电路2连接，用于通过接收经过放大处理后的电信号控制传输电路2的通断。

实施例1

参见图1至图3所示，本发明实施例1提供一种用于高压大功率直流系统的调控系统，该调控系统包括：

直流信号采集单元1，其用于采集传输电路2上的直流信号；

主控单元3，其用于接收直流信号，向IGBT单元4发送光信号，通过IGBT单元4控制传输电路2的通断；

IGBT单元4包括至少2个并联的IGBT组件40，IGBT组件40包括：

光电转换组件400，光电转换组件400用于接收主控单元3的光信号，并转化为电信号；

信号放大组件401，信号放大组件401用于将电信号进行放大处理；

至少2个相互并联的IGBT元件402，各IGBT元件402均与传输电路2连接，用于通过接收经过放大处理后的电信号控制传输电路2的通断。

本发明实施例中，直流信号采集单元1用于监测传输电路2上直流信号，此处的直流信号具体包括传输电路2的电压情况以及电流情况，工作人员根据主控单元3观察直流信号的具体数据参数，当需要使得传输电路2处于导通状态时，则通过主控单元3向IGBT单元4发送光信号，进而控制各IGBT组件40的IGBT元件402，在IGBT元件402内部，通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP原来为NPN晶体管提供基极电流，使IGBT组件40导通，从而使得传输电路2导通；

而由于主控单元3的工作电压低于需要调控的高压大功率直流系统的工作电压，故而主控单元3利用光通信的方式向IGBT单元4发送信号，进行控制，相应的IGBT单元4配置有光电转换组件400以及信号放大组件401，从而使得本调控系统能够安全稳定的对直流系统进行调控，保证调控操作的顺利进行，为工作人员的工作提供便利。

需要说明的是，针对直流高电压在断开时放电及拉弧现象非常严重,一般的高压真空交流接触器及断路器又不能满足的原因，利用电力电子器件IGBT的开关及调节特性，再配合智能控制及光纤隔离技术组成了高压直流回路控制调节电路，通过执行器件IGBT的并联及组件的串联工作，可以满足高电压大电流回路的开关控制及线性调节特性要求；

因电路系统工作在高电压状态采用光纤隔离技术后，即通过本发明实施例的技术方案，可以有效的提高电路在应用程中的安全稳定性。

另外，本发明实施例中的IGBT组件40，它是由

光电转换组件400、信号放大组件401以及至少2个相互并联的IGBT元件402组成，必要时，IGBT组件40可配置散热部件，具体可以是风冷散热或水冷散热，IGBT组件40的主要作用是瞬间关断或开通主电路，也可处于半开状态进行线性调节；

而由于单个IGBT组件40的工作电压只有800伏，当传输电路2的电压较高时，必须用多个IGBT组件40进行串接才能满足电压等级使用要求；

另外，由于IGBT组件40工作在高电压环境中，所以它必须是处于浮地状态，其控制信号是通过二根光纤7输入和返回，其工作电源由传输电路2分压获得。

其中，IGBT元件402，即IGBT(Insulated Gate Bipolar Tra nsistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点；

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；

MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小；

IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，适用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域；

IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。

本发明实施例中，调控系统还包括：直流供电单元5，直流供电单元5用于进行直流供电；

直流负载单元6，直流负载单元6通过传输电路2与直流供电单元5连接；

具体的，直流供电单元5可以为直流发电系统，而直流负载单元6可以为直流负载柜。

本发明实施例中，各IGBT元件402的极限工作电压数值与直流负载单元6的工作负载电压数值之和等于直流供电单元5的供电电压数值；

故而，在实际操作时，IGBT元件402的个数或IGBT组件40的个数，可根据电压数值的关系进行选择。

本发明实施例中，主控单元3通过光纤7与IGBT单元4信号连接。

本发明实施例中，光电转换组件400与信号放大组件402串联，各IGBT元件400的一端均与信号放大组件402连接，各IGBT元件400的另一端连接组成第一连接端403，第一连接端403与传输电路2连接；

各光电转换组件401均与主控单元3信号连接。

需要说明的是，IGBT元件402为绝缘栅双极型晶体管。

本发明实施例中，直流直流信号采集单元1为直流电压电流信号采样器。

本发明实施例中，直流供电单元5、IGBT单元4、直流信号采集单元1以及直流负载单元6在传输电路2上依次串联；

主控单元3分别与IGBT单元4、直流信号采集单元1信号连接。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于高压大功率直流系统的调控系统，其特征在于，所述调控系统包括：

直流信号采集单元(1)，其用于采集所述传输电路(2)上的直流信号；

主控单元(3)，其用于接收所述直流信号，向所述IGBT单元(4)发送光信号，通过IGBT单元(4)控制所述传输电路(2)的通断；

所述IGBT单元(4)包括至少2个并联的IGBT组件(40)，所述IGBT组件(40)包括：

光电转换组件(400)，所述光电转换组件(400)用于接收所述主控单元(3)的光信号，并转化为电信号；

信号放大组件(401)，所述信号放大组件(401)用于将所述电信号进行放大处理；

至少2个相互并联的IGBT元件(402)，各所述IGBT元件(402)均与所述传输电路(2)连接，用于通过接收经过放大处理后的所述电信号控制所述传输电路(2)的通断。

2.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于，所述调控系统还包括：直流供电单元(5)，所述直流供电单元(5)用于进行直流供电；

直流负载单元(6)，所述直流负载单元(6)通过传输电路(2)与所述直流供电单元(5)连接。

3.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于，各IGBT元件(402)的极限工作电压数值与所述直流负载单元(6)的工作负载电压数值之和等于所述直流供电单元(5)的供电电压数值。

4.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于，所述主控单元(3)通过光纤(7)与所述IGBT单元(4)信号连接。

5.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：

所述光电转换组件(400)与所述信号放大组件(402)串联，各所述IGBT元件(400)的一端均与所述信号放大组件(402)连接，各所述IGBT元件(400)的另一端连接组成第一连接端(403)，所述第一连接端(403)与所述传输电路(2)连接；

各所述光电转换组件(401)均与所述主控单元(3)信号连接。

6.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：所述直流供电单元(5)为直流发电系统。

7.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：所述直流负载单元(6)为直流负载柜。

8.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：所述IGBT元件(402)为绝缘栅双极型晶体管。

9.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：所述直流直流信号采集单元(1)为直流电压电流信号采样器。

10.如权利要求1所述的调控系统，其特征在于：

所述直流供电单元(5)、所述IGBT单元(4)、所述直流信号采集单元(1)以及所述直流负载单元(6)在所述传输电路(2)上依次串联；

所述主控单元(3)分别与所述IGBT单元(4)、所述直流信号采集单元(1)信号连接。