CN112653317B - 一种mmc阀子模块的旁路开关驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，包括驱动输出端口和保护触发电路，保护触发电路包括晶闸管驱动电路和保护晶闸管(S2)，晶闸管驱动电路的输入端用于通过分压电路连接MMC阀子模块的电容，晶闸管驱动电路的输出端连接保护晶闸管(S2)的控制极；保护晶闸管(S2)与驱动输出端口串联。通过获取MMC阀子模块的电容的电压作为信号通过晶闸管驱动电路输出驱动信号，进而控制旁路开关的控制线圈中驱动电流的导通，使得旁路开关动作，其不受外部控制信号的影响，驱动电路中也不需要低压电源的供电，降低了控制的影响因素，提高了旁路开关动作的可靠性，保证了整个阀系统的安全运行。

Description

一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置。

背景技术

MMC作为柔性直流输电换流阀的一种重要拓扑，其每个子模块常常采用半桥或全桥结构，每个桥臂往往由数十个乃至数百个MMC阀子模块串联组成。为保证换流阀的正常运行，每个子模块都配置有一个旁路开关K，如图1和图2所示，分别为半桥子模块拓扑和全桥子模块拓扑；当某一子模块发生严重故障时，通过旁路开关的动作使故障子模块快速切除，否则将危及整个阀系统的安全运行。因此，保证旁路开关可靠动作成为重要问题。

有中国专利申请公布号为CN109391131A的专利申请文件公开了一种MMC阀子模块旁路开关驱动装置，包括充电电路、储能单元和驱动电路，充电电路的输入端用于连接供电电源，输出端供电连接储能单元，控制器通过光耦隔离连接驱动电路，驱动电路的输出端连接旁路开关的控制线圈，储能单元供电连接驱动电路。为了使驱动装置正常工作，驱动电路的内部就需要有低压供电，用于实现但不限于光电耦合器的供电运行；在低压供电电源出现亏电、过度放电或者损坏等故障下会严重影响驱动电路的供电，导致驱动电路中光电耦合器等器件不能正常工作，旁路开关无法可靠动作，进而危机了整个阀系统的安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，用以解决现有驱动MMC阀子模块旁路开关保护动作不可靠的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，用于为旁路开关的控制线圈提供驱动电流；包括驱动输出端口，用于输出所述驱动电流；还包括保护触发电路；

所述保护触发电路包括晶闸管驱动电路和保护晶闸管(S2)，所述晶闸管驱动电路的输入端用于通过分压电路连接所述MMC阀子模块的电容，所述晶闸管驱动电路的输出端连接所述保护晶闸管(S2)的控制极；所述保护晶闸管(S2)与所述驱动输出端口串联。

有益效果是，通过获取MMC阀子模块的电容的电压作为信号通过晶闸管驱动电路输出驱动信号，进而控制保护晶闸管的导通与关断，从而控制旁路开关的控制线圈中驱动电流的导通，使得旁路开关动作，其不受外部控制信号的影响，驱动电路中也不需要低压电源的供电，降低了控制的影响因素，提高了旁路开关动作的可靠性，保证了整个阀系统的安全运行。

进一步地，为了实现晶闸管驱动时的电器隔离和传递脉冲式触发信号，所述晶闸管驱动电路包括脉冲变压器，脉冲变压器的原边连接所述分压电路，脉冲变压器的副边连接所述保护晶闸管(S2)的控制极，用于触发所述保护晶闸管(S2)。

进一步地，为了在MMC阀子模块的电容出现过压时生成精准的触发信号，所述脉冲变压器的原边通过BOD电路连接所述分压电路，BOD电路包括与脉冲变压器的原边串联的BOD晶闸管(S3)，BOD晶闸管(S3)的控制极连接BOD二极管(D4)的阴极，BOD二极管(D4)的阳极通过分压电阻(R5)连接所述分压电路的分压点(A)。

进一步地，为了提升旁路开关动作触发的可靠性，提供多种模式的旁路开关触发模式，所述旁路开关驱动装置还包括常规触发电路和电压转换电路；所述常规触发电路包括IGBT驱动电路和IGBT器件(S1)，IGBT驱动电路的输入端用于接收驱动信号，IGBT驱动电路的输出端连接IGBT器件(S1)的门极，所述IGBT器件(S1)与所述驱动输出端口串联；所述电压转换电路用于将旁路开关驱动装置的电源转换为IGBT驱动电路的电源。

进一步地，为了避免常规触发电路受到高压、强磁环境的干扰，所述IGBT驱动电路为光耦驱动电路，所述常规触发电路还包括光电转换电路，光电转换电路的光信号输入端用于连接所述MMC阀子模块的控制器，光电转换电路的电信号输出端连接所述光耦驱动电路。

进一步地，为了避免驱动输出端口故障影响旁路开关动作，提高旁路开关动作可靠性，所述旁路开关驱动装置包括储能电容(C1)；所述保护晶闸管(S2)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联。

进一步地，为了避免驱动输出端口故障影响旁路开关动作，提高旁路开关动作可靠性，所述旁路开关驱动装置包括储能电容(C1)；所述保护晶闸管(S2)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联；所述IGBT器件(S1)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联。

进一步地，为了在驱动电路断开后消除旁路开关的控制线圈中的电流，所述驱动输出端口并联设置有一个续流二极管(D2)。

附图说明

图1是现有技术的半桥子模块拓扑示意图；

图2是现有技术的全桥子模块拓扑示意图；

图3是本发明的装置实施例1的一种旁路开关驱动装置的结构示意图；

图4是本发明的装置实施例1的一种旁路开关驱动装置中充电储能电路的原理图；

图5是本发明的装置实施例1的一种旁路开关驱动装置中晶闸管驱动电路的原理图；

图6是本发明的装置实施例2的一种旁路开关驱动装置的结构示意图；

图7是本发明的装置实施例2的一种旁路开关驱动装置中供电电路的原理图；

图8是本发明的装置实施例2的一种旁路开关驱动装置中常规触发电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

装置实施例1：

本发明提供一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，用于为旁路开关的控制线圈提供驱动电流；如图3所示，该旁路开关驱动装置包括保护触发电路和充电储能电路；充电储能电路，如图4所示，包括充电电阻R1和储能电容C1，充电电阻R1的一端通过防反二极管D1用于连接外部供电的电源，充电电阻R1的另一端连接旁路开关的控制线圈的第一端，并且通过储能电容C1接地。

保护触发电路包括晶闸管驱动电路和保护晶闸管S2，晶闸管驱动电路的输入端用于通过分压电路连接MMC阀子模块电容C0，晶闸管驱动电路的输出端连接保护晶闸管S2的控制极；保护晶闸管S2的阳极连接旁路开关的控制线圈的第二端，保护晶闸管S2的阴极接地。

其中，连接控制线圈第一端和第二端的线路构成上述旁路开关驱动装置的驱动输出端口，该驱动输出端口用于输出驱动电流；保护晶闸管S2相当于与驱动输出端口串联；本实施例的驱动输出端口并联设置有一个续流二极管D2，作为其他实施方式，也可以不并联设置续流二极管D2。

本实施例中，控制线圈的第一端连接储能电容C1和外部供电的电源，作为其他实施方式，控制线圈的第一端仅连接外部供电的电源就可以为控制线圈提供驱动电流。

如图5所示，MMC阀子模块电容C0的两端连接由第一分压电阻R8和第二分压电阻R9串联构成的分压电路，晶闸管驱动电路包括脉冲变压器T，脉冲变压器T的原边通过BOD电路连接第二分压电阻R9的两端；脉冲变压器T的副边连接保护晶闸管S2的控制极，用于触发保护晶闸管S2。本实施例中晶闸管驱动电路是采用脉冲变压器T提供驱动信号，作为其他实施方式，保护晶闸管S2的驱动也可以通过现有技术中的其他手段实现。

BOD电路包括与原边串联的BOD晶闸管S3，即BOD晶闸管S3的阳极连接原边的一端，BOD晶闸管S3的阴极连接MMC阀子模块电容C0；BOD晶闸管S3的控制极连接BOD二极管D4的阴极，BOD二极管D4的阳极通过第三分压电阻R5连接分压电路的分压点A。

脉冲变压器T的副边的一端通过整流二极管D5驱动连接保护晶闸管S2的控制极，脉冲变压器T的副边的另一端连接保护晶闸管S2的阴极，保护晶闸管S2的控制极与阴极之间并联有稳压管D7、稳压电容C4、稳压电阻R7和稳压二极管D6。

本实施例中，脉冲变压器T的原边导通与关断是通过BOD二极管和BOD晶闸管的状态变化实现，作为其他实施方式，脉冲变压器T原边导通与关断，进而在副边生成驱动信号的过程也可以采用现有技术中其他技术手段实现。

具体的工作流程如下：

当子模块电容电压较低时，其通过第一分压电阻R8、第二分压电阻R9得到的电压较低，此时由于输入电压较低，因此，BOD二极管D4不导通，进而BOD晶闸管S3不导通，脉冲变压器T的原边不导通，其副边不能驱动保护晶闸管S2导通，因此，储能电容C1、控制线圈、保护晶闸管S2不能形成放电回路，旁路开关控制线圈中因为没有电流通过不能使旁路开关动作。

当子模块电容电压较高时，其通过第一分压电阻R8、第二分压电阻R9得到的电压较高，此时由于输入电压足够高，BOD二极管D4导通，进而驱动BOD晶闸管S3导通，脉冲变压器T的原边导通，其副边驱动保护晶闸管S2导通，因此，储能电容C1、控制线圈、保护晶闸管S2构成放电回路，旁路开关控制线圈中因有足够电流通过致使旁路开关动作。

装置实施例2：

本发明提供一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，如图6所示，在上述装置实施例1的基础上，该旁路开关驱动装置还包括常规触发电路和电压转换电路；如图7所示，外部供电的电源通过防反二极管D1连接充电储能电路和一个电压转换电路，通过该电压转换电路输出控制电源为IGBT驱动电路供电。

常规触发电路包括光电转换电路、IGBT驱动电路和IGBT器件S1，光电转换电路设置有光接收模块OPT1，其光信号输入端用于连接MMC阀子模块控制器以接收驱动信号，如图8所示，IGBT驱动电路为光耦驱动电路，包括光耦OPT2，光耦OPT2的原边一端连接控制电源，另一端连接光电转换电路的电信号输出端；光耦OPT2的副边一端连接控制电源，另一端通过驱动电阻R4连接IGBT器件S1的门极。

IGBT器件S1的集电极连接旁路开关的控制线圈的第二端，即IGBT器件S1也与驱动输出端口串联，也就是IGBT器件与保护晶闸管并联；另外，IGBT器件S1与驱动输出端口串联后，与储能电容C1并联。同样的，本实施例中，控制线圈的第一端连接储能电容C1和外部供电的电源，作为其他实施方式，控制线圈的第一端仅连接外部供电的电源就可以为控制线圈提供驱动电流。

另外，本实施例中采用的IGBT驱动电路为光耦驱动电流，作为其他实施方式，该IGBT驱动电路也可以采用现有技术中其他手段的驱动电路。

具体的工作流程如下：

当MMC阀子模块控制器无驱动信号发出时，旁路开关常规触发电路中的光接收模块OPT1输出为高电平，此时，光耦OPT2的原边不通，其副边输出为低电平，后级的IGBT器件S1为关断状态，因此，储能电容C1、控制线圈、IGBT器件S1不能形成放电回路，旁路开关控制线圈中因为没有电流通过不能使旁路开关动作。

当MMC阀子模块控制器发出驱动信号时，旁路开关常规触发电路中的光接收模块OPT1输出为低电平，此时，光耦OPT2的原边导通，副边输出为高电平，其通过驱动电阻R4驱动IGBT器件S1导通，因此，储能电容C1、控制线圈、IGBT器件S1构成放电回路，旁路开关控制线圈中因有足够电流通过致使旁路开关动作。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，用于为旁路开关的控制线圈提供驱动电流；包括驱动输出端口，用于输出所述驱动电流；其特征在于，还包括保护触发电路；

所述保护触发电路包括晶闸管驱动电路和保护晶闸管(S2)，所述晶闸管驱动电路的输入端用于通过分压电路连接所述MMC阀子模块的电容，所述晶闸管驱动电路的输出端连接所述保护晶闸管(S2)的控制极；所述保护晶闸管(S2)与所述驱动输出端口串联；

所述晶闸管驱动电路包括脉冲变压器，脉冲变压器的原边连接所述分压电路，脉冲变压器的副边连接所述保护晶闸管(S2)的控制极，用于触发所述保护晶闸管(S2)；

所述脉冲变压器的原边通过BOD电路连接所述分压电路，BOD电路包括与脉冲变压器的原边串联的BOD晶闸管(S3)，BOD晶闸管(S3)的控制极连接BOD二极管(D4)的阴极，BOD二极管(D4)的阳极通过分压电阻(R5)连接所述分压电路的分压点(A)。

2.根据权利要求1所述的MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，其特征在于，所述旁路开关驱动装置还包括常规触发电路和电压转换电路；所述常规触发电路包括IGBT驱动电路和IGBT器件(S1)，IGBT驱动电路的输入端用于接收驱动信号，IGBT驱动电路的输出端连接IGBT器件(S1)的门极，所述IGBT器件(S1)与所述驱动输出端口串联；所述电压转换电路用于将旁路开关驱动装置的电源转换为IGBT驱动电路的电源。

3.根据权利要求2所述的MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，其特征在于，所述IGBT驱动电路为光耦驱动电路，所述常规触发电路还包括光电转换电路，光电转换电路的光信号输入端用于连接所述MMC阀子模块的控制器，光电转换电路的电信号输出端连接所述光耦驱动电路。

4.根据权利要求1所述的MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，其特征在于，所述旁路开关驱动装置包括储能电容(C1)；所述保护晶闸管(S2)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联。

5.根据权利要求2所述的MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，其特征在于，所述旁路开关驱动装置包括储能电容(C1)；所述保护晶闸管(S2)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联；所述IGBT器件(S1)与驱动输出端口串联后，与所述储能电容(C1)并联。

6.根据权利要求1所述的MMC阀子模块的旁路开关驱动装置，其特征在于，所述驱动输出端口并联设置有一个续流二极管(D2)。

Images