CN210468790U - 一种柔性直流功率模块过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于过电压保护技术领域，尤其为一种柔性直流功率模块过压保护电路，包括连接在柔性直流功率模块上的过压保护模块，所述过压保护模块包括电容C，所述电容C的正极连接有放电电阻R的一端、二极管D1的负极和三极管T1的集电极，所述放电电阻R的另一端与所述电容C1的负极相连接，所述电容C的负极连接有二极管D2的正极和三极管T2的发射极、晶闸管V的阳极和拒动开关K的一端，所述二极管D1的正极、所述三极管T1的基极、所述三极管T2的集电极、所述二极管D2的负极、所述晶闸管V的阴极和所述拒动开关K的另一端相连接。本实用新型设计合理，可有效的避免柔性直流功率模块过电压保护误动作。

Description

一种柔性直流功率模块过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及过电压保护技术领域，尤其涉及一种柔性直流功率模块过压保护电路。

背景技术

相对于常规直流输电，柔性直流具有占地面积小、可独立控制有功功率与无功功率等特点，近年来实际工程应用越来越多。

为适应柔性直流的各种运行方式，现有的换流器的保护功能配置方式大大多为分级配置，按照保护范围来分，分别为功率模块级保护和阀控级保护。

功率模块级保护属于单体保护，在功率模块PMC板实现，通过对储能电容电压、单元驱动板、接触器辅助触点、取能电源、电容压力监视继电器等元件的检测，检测功率模块故障类型，及时响应动作，实现对功率模块单体的保护。

阀控级保护属于换流阀整体保护，在控制屏主控箱的CPU板和AFB板及光纤分配屏的VGCB板上实现，通过对桥臂电流、直流正负极电压电流、功率模块电容电压等电气量的测量和逻辑判断，当出现故障导致换流阀桥臂电流过大或功率模块电压过高，可通过相关保护闭锁跳闸及时保护换流阀的安全。同时为了确保整个阀及阀控系统的安全稳定运行，考虑了子模块的冗余情况、阀控系统自身状况，设置了相应保护，又可细分为电气量保护与非电气量保护两大类。

然而现有的柔性直流功率模块过压保护电路容易出现过压误动，为此，提出一种柔性直流功率模块过压保护电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种柔性直流功率模块过压保护电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种柔性直流功率模块过压保护电路，包括连接在柔性直流功率模块上的过压保护模块，所述过压保护模块包括电容C，所述电容C的正极连接有放电电阻R的一端、二极管D1的负极和三极管T1的集电极，所述放电电阻R的另一端与所述电容C1的负极相连接，所述电容C的负极连接有二极管D2的正极和三极管T2的发射极、晶闸管V的阳极和拒动开关K的一端，所述二极管D1的正极、所述三极管T1的基极、所述三极管T2的集电极、所述二极管D2的负极、所述晶闸管V的阴极和所述拒动开关K的另一端相连接。

优选的，所述三极管T1的基极和三极管T2的基极均与柔性直流功率模块相连接。

优选的，所述三极管T1的基极和三极管T2的基极通过两路光纤与柔性直流功率模块相连接。

优选的，所述晶闸管V的门极与柔性直流功率模块相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：首先，该装置在功率模块控制板卡中实现，逻辑易于实现，有效避免了阀控层设备误判误动作的风险，本实用新型设计合理，可有效的避免柔性直流功率模块过电压保护误动作。

附图说明

图1为本实用新型提供的柔性直流功率模块过压保护电路与柔性直流功率模块的连接电路图；

图2为本实用新型的电路图；

图中：1、柔性直流功率模块；2、过压保护模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种柔性直流功率模块过压保护电路，包括连接在柔性直流功率模块1上的过压保护模块2，过压保护模块2包括电容C，电容C的正极连接有放电电阻R的一端、二极管D1的负极和三极管T1的集电极，放电电阻R的另一端与电容C1的负极相连接，电容C的负极连接有二极管D2的正极和三极管T2的发射极、晶闸管V的阳极和拒动开关K的一端，二极管D1的正极、三极管T1的基极、三极管T2的集电极、二极管D2的负极、晶闸管V的阴极和拒动开关K的另一端相连接。

三极管T1的基极和三极管T2的基极均与柔性直流功率模块1相连接，三极管T1的基极和三极管T2的基极通过两路光纤与柔性直流功率模块1相连接，晶闸管V的门极与柔性直流功率模块1相连接。

工作原理：柔性直流功率模块1单元主控板（PMC）主要负责接收阀控指令、控制功率模块IGBT开通关断、检测故障、实时反馈直流电压、监测故障及系统的工作状态等，当单元出现故障，触发保护逻辑，确保本单元在单元故障情况下，旁路功率模块。正常运行时，储能电容的电压测量PMC中实现，PMC板卡供电由高位自取能电源提供直流供电，并在PMC中配有多种电压转换模块，满足该板卡内部全部电压需求。图中CPLD控制芯片根据驱动板及其它元件的回报信号产生IGBT保护逻辑及驱动逻辑，接收阀控命令，向阀控上传功率模块状态；A/D芯片将电压传感器输出的电压模拟信号经过两级运放电路后转换为数字信号后上送到CPLD芯片；阀控系统下发旁路命令至CPLD芯片，由旁路开关触发电路为旁路开关产生触发脉冲，闭合旁路开关，

当柔性直流功率模块1发生内部故障时，将向阀控请求旁路，收到阀控下发的旁路命令后将闭合旁路开关，此后桥臂电流经由旁路开关流通。若旁路拒动开关K拒动，将先后经历第一次过压、缓慢自放电降压、第二次过压后跳闸的过程。

若旁路拒动开关K拒动，由于模块发出旁路请求后将闭锁模块内IGBT的触发脉冲，则流入模块的电流将因桥臂电流方向不同而存在不同的电流路径。若桥臂电流通过D1二极管不断流入电容，持续给电容充电；若桥臂电流通过D2二极管流通。因此，旁路开关K拒动后，模块内电容C将进入持续充电状态，电容C电压不断上升。当电容C电压达到2150V时，将开通下管IGBT（T2）进入下一个阶段；

当IGBT闭锁，且电压第一次超过2150V时，开通下管IGBT（T2）；当电压下降到1000V以下时，关断下管IGBT；因过压开通下管IGBT将计数1次，置位过压触发下管标志位，如果模块不断电重启进行复位，电压再次上升大于2150V不再开通下管IGBT，该功能设置的目的在于防止在旁路未闭合的时间内电容电压过高。

开通下管IGBT后，桥臂电流通过导通的T2与D2流通，而电容C通过放电电阻C形成一个一阶零输入响应RC放电回路，不断释放电容能量，电容电压下降。其中R=54/2kΩ（两个54kΩ电阻并联），C=12mF，电容电压由2150V下降至1000V所需时间可由如下公式计算得到，其中U0=2150V，U1=1000V，经计算得出电容电压由2150V下降至1000V所需时间t=248s。由于模块电容充电速度较快（10ms内电压即可上升约600V），考虑到器件参数误差，电压实际下降时间与理论计算时间之间的差值在可接受的误差范围内。

；

关断下管IGBT后，电容电压C将再次升高，由于录波中只能通过电容电压C最大值通道监测模块过压情况，因此录波中只能观察到从1.6kV（额定电压）开始上升至过压跳闸的过程。

直流电流Idc=1000A，A相交流电流Iac=1560sin(100пt+ɑ)，ɑ可由起始点对应的电流值（66A）计算得到，则A相上桥臂电流Iau=780sin(100пt+ɑ)+333.3 A，电容电压可由下式计算得到。录波中实线游标时刻电容电压u0=1.696kV，至跳闸时刻时间约为10ms，则由下式可得到在跳闸时刻电容电压u=2387V，低于IGBT耐受电压，保证IGBT元件的安全。

。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种柔性直流功率模块过压保护电路，包括连接在柔性直流功率模块（1）上的过压保护模块（2），其特征在于：所述过压保护模块（2）包括电容C，所述电容C的正极连接有放电电阻R的一端、二极管D1的负极和三极管T1的集电极，所述放电电阻R的另一端与所述电容C1的负极相连接，所述电容C的负极连接有二极管D2的正极和三极管T2的发射极、晶闸管V的阳极和拒动开关K的一端，所述二极管D1的正极、所述三极管T1的基极、所述三极管T2的集电极、所述二极管D2的负极、所述晶闸管V的阴极和所述拒动开关K的另一端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流功率模块过压保护电路，其特征在于：所述三极管T1的基极和三极管T2的基极均与柔性直流功率模块（1）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种柔性直流功率模块过压保护电路，其特征在于：所述三极管T1的基极和三极管T2的基极通过两路光纤与柔性直流功率模块（1）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种柔性直流功率模块过压保护电路，其特征在于：所述晶闸管V的门极与柔性直流功率模块（1）相连接。

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