CN113746311A - 一种柔直子模块旁路开关驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔直子模块旁路开关驱动系统，采用双电源供电分别从本模块取能电源、相邻模块取能电源获得；双充电储能回路分别从子模块电容和取能电源取能充电、储能；双驱动回路可实现本模块、相邻模块对旁路开关的控制；双BOD触发回路作为双驱动回路的后备控制，且其中1路BOD触发只需从子模块电容取能，无需外部电源及控制。本发明的柔直子模块旁路开关驱动系统采用双电源，提高了供电的可靠性；采用双驱动，提高了旁路触发的可靠性；采用双BOD后备触发进一步降低旁路拒动的可能。大大提升电源、驱动等方面的可靠性，降低旁路拒动概率，增强了子模块保护性能。

Description

一种柔直子模块旁路开关驱动系统

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种柔直子模块旁路开关驱动系统。

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，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。

旁路开关的可靠动作离不开驱动装置的可靠工作。但作为由电子元器件构成的旁路驱动装置，其常常会由于某个器件的失效导致旁路开关不能正常触发。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔直子模块旁路开关驱动系统，采用双电源供电、具备双路驱动功能，并采用BOD触发作为后备驱动，且BOD触发与双路驱动相互独立，BOD触发可不依靠外部电源，大大提高了旁路驱动的可靠性。

为达到上述目的，本发明提供了一种柔直子模块旁路开关驱动系统，包括取能电源、主控板以及旁路开关驱动装置；

所述取能电源由对应柔直子模块的电容两端取能，为对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置提供电能；

所述主控板生成两路驱动信号，分别驱动对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置；

所述旁路开关驱动装置由本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源冗余供电；由本柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号分别驱动旁路开关动作；当柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，分别触发两路BOD回路输出触发信号，驱动旁路开关动作。

进一步地，所述旁路开关驱动装置包括双电源处理模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一放电电路、第二放电电路以及第一储能电容；

所述双电源处理模块由本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源分别提供电源，进行电压转换后输出为第一驱动电路以及第二驱动电路供电；

所述第一驱动电路、第二驱动电路分别接收本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统主控板生成的驱动信号，分别驱动第一放电电路、第二放电电路控制所述第一储能电容放电；

所述第一储能电容放电后驱动旁路开关第一线圈，使得旁路开关动作。

进一步地，所述旁路开关驱动装置还包括第一BOD回路、第二BOD回路、第三放电电路、第四放电电路以及第二储能电容；

所述第一BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第三放电电路控制所述第一储能电容放电；

所述第二BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第四放电电路控制所述第二储能电容放电；

所述第二储能电容放电后驱动旁路开关第二线圈，使得旁路开关动作。

进一步地，所述旁路开关驱动装置还包括第一充电电路和第二充电电路；

所述第一充电电路由所述双电源处理模块提供电源的两路电源供电，为所述第一储能电容充电；

所述第二充电电路由所述柔直子模块的储能电容供电，为所述第二储能电容充电。

进一步地，所述第一BOD回路与所述第三放电电路之间设置隔离电路。

进一步地，所述第一驱动电路和第二驱动电路在柔直子模块的储能电容电压高于U1时，分别接收本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统主控板生成的驱动信号；

所述第一BOD回路和第二BOD回路设置为柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值U2时触发；U2>U1。

进一步地，所述双电源处理模块，包括n个二极管级联形成的降压单元，本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源经单个二极管输出电压，相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源经降压单元输出电压，n的数量大于1，优先输出本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源提供的电压。

进一步地，所述第一BOD回路包括BOD二极管D1、晶闸管D2和晶闸管D5；第三放电电路包括二极管D3、二极管D4；所述BOD二极管D1的正极连接隔离电路第一端和柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D1的负极连接晶闸管D2的触发端；所述晶闸管D2的正极连接隔离电路第二端，负极连接当柔直子模块的储能电容负极；所述二极管D3正极连接隔离电路第三端，负极连接二极管D4的负极以及晶闸管D5的触发端，二极管D4的正极连接隔离电路的第四端；晶闸管D5的负极连接二极管D4的正极，晶闸管D5的正极连接第一线圈的一端；第一储能电容正极连接第一线圈的另一端，第一储能电容负极连接二极管D4的正极；

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D1的电压时，触发晶闸管D2导通，通过隔离电路继续触发晶闸管D5导通，第一储能电容通过第一线圈放电，闭合旁路开关。

进一步地，所述第二BOD回路包括BOD二极管D6以及晶闸管D7；BOD二极管D6正极连接柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D6的负极连接晶闸管D7的触发端，晶闸管D7的负极连接柔直子模块的储能电容负极和第二储能电容C2的负极，晶闸管D7的正极连接第二线圈的一端，第二线圈的另一端连接第二储能电容C2的正极；

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D6的电压时，触发晶闸管D7导通，第二储能电容,2通过第二线圈放电，闭合旁路开关。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明采用双电源供电，提高电源供电可靠性；

(2)本发明共有4路旁路开关驱动方式，分别为本模块驱动、相邻模块驱动、BOD触发取能电源储能放电方式、BOD触发子模块电容储能放电方式，大大提高旁路开关动作可靠性。

(3)本发明1路BOD触发无需外部供电，即使器件故障也可保证旁路开关动作。

附图说明

图1是本发明以半桥子模块为例所述的子模块旁路开关驱动示意图；

图2是基于本发明实现的旁路开关驱动装置内部框图；

图3示意性地示出了双电源处理电路组成示意图；

图4为第一BOD触发电路和放电电路组成示意图；

图5为第一BOD触发电路和放电电路组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提供一种柔直子模块旁路开关驱动系统，包括取能电源、主控板以及旁路开关驱动装置。

所述取能电源由对应柔直子模块的电容两端取能，为对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置提供电能。

所述主控板生成两路驱动信号，分别驱动对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置。

所述旁路开关驱动装置由本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源冗余供电；由本柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号分别驱动旁路开关动作；当柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，分别触发两路BOD回路输出触发信号，驱动旁路开关动作。

进一步地，所述旁路开关驱动装置包括双电源处理模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一BOD回路、第二BOD回路、第一放电电路、第二放电电路、第三放电电路、第四放电电路、第一储能电容、第二储能电容，第一充电电路和第二充电电路。

所述双电源处理模块由本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源分别提供电源，进行电压转换后输出为第一驱动电路以及第二驱动电路供电。

所述第一驱动电路、第二驱动电路分别接收本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统主控板生成的驱动信号，分别驱动第一放电电路、第二放电电路控制所述第一储能电容放电。

所述第一储能电容放电后驱动旁路开关第一线圈，使得旁路开关动作。

所述第一BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第三放电电路控制所述第一储能电容放电。进一步地，所述第一BOD回路与所述第三放电电路之间设置隔离电路。

所述第二BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第四放电电路控制所述第二储能电容放电。

所述第二储能电容放电后驱动旁路开关第二线圈，使得旁路开关动作。旁路开关具有两个独立的线圈控制其动作。

所述第一充电电路由所述双电源处理模块提供电源的两路电源供电，为所述第一储能电容充电。

所述第二充电电路由所述柔直子模块的储能电容供电，为所述第二储能电容充电。

4种旁路开关触发方式都是依据子模块电容电压进行触发，当电容电压升高至设定值U1时，触发第一、第二驱动电路，若第一、第二驱动电路都无效，电容电压继续上升至设定值U2，此时触发第一、第二BOD触发电路。U2>U1。在一个实施例中，所述双电源处理模块，如图3所示，在相邻模块供电电源串n个二极管用于降压，然后与本模块电源串二极管后进行短接冗余处理，这样冗余后电源会优先使用本模块电源。

双电源处理电路其他方式：1)将相邻模块供电电源串n个二极管改为相邻模块供电电源串一个稳压管；2)将相邻模块供电电源串n个二极管改为串一个小阻值电阻等。

如图4、5所示的第一BOD触发电路、第二触发电路，其结构不同，第一BOD触发电路为隔离电路，隔离器件为变压器。

所述第一BOD回路包括BOD二极管D1、晶闸管D2和晶闸管D5；第三放电电路包括二极管D3、二极管D4；所述BOD二极管D1的正极连接隔离电路第一端和柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D1的负极连接晶闸管D2的触发端；所述晶闸管D2的正极连接隔离电路第二端，负极连接当柔直子模块的储能电容负极；所述二极管D3正极连接隔离电路第三端，负极连接二极管D4的负极以及晶闸管D5的触发端，二极管D4的正极连接隔离电路的第四端；晶闸管D5的负极连接二极管D4的正极，晶闸管D5的正极连接第一线圈的一端；第一储能电容正极连接第一线圈的另一端，第一储能电容负极连接二极管D4的正极。

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D1的电压时，触发晶闸管D2导通，通过隔离电路继续触发晶闸管D5导通，第一储能电容通过第一线圈放电，闭合旁路开关。

所述第二BOD回路包括BOD二极管D6以及晶闸管D7；BOD二极管D6正极连接柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D6的负极连接晶闸管D7的触发端，晶闸管D7的负极连接柔直子模块的储能电容负极和第二储能电容C2的负极，晶闸管D7的正极连接第二线圈的一端，第二线圈的另一端连接第二储能电容C2的正极。

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D6的电压时，触发晶闸管D7导通，第二储能电容,2通过第二线圈放电，闭合旁路开关。

实施例

如图1所示，为本发明所提出的以半桥子模块为例所述的子模块旁路开关驱动示意图，以第一个柔直子模块进行说明。其中，取能电源从子模块电容取电后，分别输出主控电DC1、本模块电源DC1_1、相邻模块供电DC1_2，其分别为本模块主控板、本模块旁路驱动装置、相邻模块旁路驱动装置供电，即：旁路驱动装置为双电源供电。

旁路驱动装置分别接收本模块主控板发出的驱动信号TX1_1和相邻模块发出的驱动信号TX2_2，进而通过旁路驱动装置驱动旁路开关动作。

旁路驱动装置外接本模块电容，作为其内部BOD触发电路的触发条件，当电容电压达到设定值后，BOD触发电路动作进而驱动旁路开关动作。

如图2所示，本发明所述的旁路开关驱动装置内部框图。当两路电源进入装置内部后，先经过电源处理，使两路电源合并为1路电源，并为储能电容、装置控制电供电。

两路驱动信号TX1_1、TX2_2进入装置内部后，分别经过驱动触发放电电路，使储能电容放电，该两个电路任意一个电路有效即可驱动旁路开关动作，有效防止单一驱动电路器件故障不能合旁路。

除两路驱动之外，另有BOD触发回路作为该两路驱动的后备驱动，当两路驱动都不能正常工作时，BOD触发回路开始工作，可以正常驱动旁路开关动作。

如图2所示，两路BOD触发电路都以本模块电容电压作为触发条件，当子模块电容电压达到设定值后，BOD触发电路有效，驱动旁路开关动作。

如图2所示，两个BOD触发电路不同之处在于，BOD触发1作用于从取能电源取能的第一储能电容，使其放电，然后驱动旁路开关动作，其中驱动电路要采用隔离电路；BOD触发2作用于从子模块电容取能的第二储能电容，使其放电，然后驱动旁路开关动作。

综上所述，本发明涉及一种柔直子模块旁路开关驱动系统，采用双电源供电分别从本模块取能电源、相邻模块取能电源获得；双充电储能回路分别从子模块电容和取能电源取能充电、储能；双驱动回路可实现本模块、相邻模块对旁路开关的控制；双BOD触发回路作为双驱动回路的后备控制，且其中1路BOD触发只需从子模块电容取能，无需外部电源及控制。本发明的柔直子模块旁路开关驱动系统采用双电源，提高了供电的可靠性；采用双驱动，提高了旁路触发的可靠性；采用双BOD后备触发进一步降低旁路拒动的可能。4路旁路开关触发方式，有效降低了旁路开关拒动的可能，提高子模块保护能力。大大提升电源、驱动等方面的可靠性，降低旁路拒动概率，增强了子模块保护性能。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，包括取能电源、主控板以及旁路开关驱动装置；

所述取能电源由对应柔直子模块的电容两端取能，为对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置提供电能；

所述主控板生成两路驱动信号，分别驱动对应柔直子模块的旁路开关驱动装置及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的旁路开关驱动装置；

所述旁路开关驱动装置由本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源冗余供电；由本柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的驱动信号分别驱动旁路开关动作；当柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，分别触发两路BOD回路输出触发信号，驱动旁路开关动作。

2.根据权利要求1所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述旁路开关驱动装置包括双电源处理模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一放电电路、第二放电电路以及第一储能电容；

所述双电源处理模块由本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源分别提供电源，进行电压转换后输出为第一驱动电路以及第二驱动电路供电；

所述第一驱动电路、第二驱动电路分别接收本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统主控板生成的驱动信号，分别驱动第一放电电路、第二放电电路控制所述第一储能电容放电；

所述第一储能电容放电后驱动旁路开关第一线圈，使得旁路开关动作。

3.根据权利要求2所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述旁路开关驱动装置还包括第一BOD回路、第二BOD回路、第三放电电路、第四放电电路以及第二储能电容；

所述第一BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第三放电电路控制所述第一储能电容放电；

所述第二BOD回路在柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值时，输出触发信号，触发所述第四放电电路控制所述第二储能电容放电；

所述第二储能电容放电后驱动旁路开关第二线圈，使得旁路开关动作。

4.根据权利要求3所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述旁路开关驱动装置还包括第一充电电路和第二充电电路；

所述第一充电电路由所述双电源处理模块提供电源的两路电源供电，为所述第一储能电容充电；

所述第二充电电路由所述柔直子模块的储能电容供电，为所述第二储能电容充电。

5.根据权利要求4所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述第一BOD回路与所述第三放电电路之间设置隔离电路。

6.根据权利要求4所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述第一驱动电路和第二驱动电路在柔直子模块的储能电容电压高于U1时，分别接收本柔直子模块旁路开关驱动系统及相邻柔直子模块旁路开关驱动系统主控板生成的驱动信号；

所述第一BOD回路和第二BOD回路设置为柔直子模块的储能电容电压超过设定阈值U2时触发；U2>U1。

7.根据权利要求4所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述双电源处理模块，包括n个二极管级联形成的降压单元，本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源经单个二极管输出电压，相邻柔直子模块旁路开关驱动系统的取能电源经降压单元输出电压，n的数量大于1，优先输出本柔直子模块旁路开关驱动系统的所述取能电源提供的电压。

8.根据权利要求4所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述第一BOD回路包括BOD二极管D1、晶闸管D2和晶闸管D5；第三放电电路包括二极管D3、二极管D4；所述BOD二极管D1的正极连接隔离电路第一端和柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D1的负极连接晶闸管D2的触发端；所述晶闸管D2的正极连接隔离电路第二端，负极连接当柔直子模块的储能电容负极；所述二极管D3正极连接隔离电路第三端，负极连接二极管D4的负极以及晶闸管D5的触发端，二极管D4的正极连接隔离电路的第四端；晶闸管D5的负极连接二极管D4的正极，晶闸管D5的正极连接第一线圈的一端；第一储能电容正极连接第一线圈的另一端，第一储能电容负极连接二极管D4的正极；

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D1的电压时，触发晶闸管D2导通，通过隔离电路继续触发晶闸管D5导通，第一储能电容通过第一线圈放电，闭合旁路开关。

9.根据权利要求4所述的柔直子模块旁路开关驱动系统，其特征在于，所述第二BOD回路包括BOD二极管D6以及晶闸管D7；BOD二极管D6正极连接柔直子模块的储能电容正极，所述BOD二极管D6的负极连接晶闸管D7的触发端，晶闸管D7的负极连接柔直子模块的储能电容负极和第二储能电容C2的负极，晶闸管D7的正极连接第二线圈的一端，第二线圈的另一端连接第二储能电容C2的正极；

当柔直子模块的储能电容电压Udc超过BOD二极管D6的电压时，触发晶闸管D7导通，第二储能电容,2通过第二线圈放电，闭合旁路开关。

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