CN220527896U - 一种可控斩波器及风电变流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可控斩波器及风电变流器，该斩波器包括两个斩波模块、N个斩波控制器、上层控制器，各个斩波控制器包括控制芯片、阈值比较电路、驱动信号输出端、斩波器状态反馈端、采样信号输入端；第一斩波模块及第二斩波模块的两端分别连接风电变流器直流正母线的正负端及直流负母线的正负端；采样信号输入端包括母线电压采样电路和电阻电压采样电路，电阻电压采样电路通过斩波器状态反馈端连接至上层控制器，控制芯片通过第一信号转换电路与所述斩波器状态反馈端连接；该可控斩波器可以实现对斩波器的精确控制，提高斩波动作速度，实时检测斩波器状态，解决了斩波器动作时间延迟大，减小直流母线过压风险，使变流器故障损坏率明显下降。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种可控斩波器及风电变流器。
背景技术
斩波器是在变流器等大功率设备中抑制直流母线过压、保护变流器的重要设备。当电网出现跌落时实现低电压穿越的功能，发电机机组处于发电状态，电网电压跌落，向电网输入能量的速度减小，向变流器输入能量的速度增大，变流器的直流母线电压快速上升，如果不将向变流器输入的能量快速消耗掉，则可能引起直流母线过压等故障。斩波器的主要功能就是将向变流器输入的能量快速转换为热量消耗掉。
对于大功率变流器等应用场合，由于发电机组输入的能量大，通常采用一组母线与一个或多个斩波器并联使用的方式，斩波器的控制一般由变流器触发控制或者由各斩波器根据母线电压来本地独立触发的方式，为达到精确控制斩波器，同时达到节约成本的效果，在很多应用场合采用的使第一种控制方式。但是，由于变流器系统需要分别采集正负直流母线的电压，以及采样频率存在限制的关系，可能存在直流母线过压时，恰好未采集到过压信号，需要在下一次采样时刻才能采集到过压信号，导致斩波器动作时间存在较大延迟，斩波器无法及时保护变流器，变流器存在较大的直流母线过压风险，可能将导致变流器故障损坏。同时系统缺少对斩波器状态的检测，斩波器可能存在长时间工作已经过温、斩波器未能正确收到控制命令等，斩波器已经无法正常工作，无法保护变流器系统的可能，这对变流器而言存在巨大的安全风险。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提出一种可控斩波器，该可控斩波器可以实现对斩波器的精确控制，提高斩波动作速度，实时检测斩波器状态，解决了斩波器动作时间延迟大，减小直流母线过压风险，使变流器故障损坏率明显下降。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可控斩波器，应用于风电变流器，包括两个斩波模块、N个斩波控制器、上层控制器，各个所述斩波控制器包括控制芯片、阈值比较电路、驱动信号输出端、斩波器状态反馈端、采样信号输入端；
第一斩波模块及第二斩波模块的两端分别连接风电变流器直流正母线的正负端及直流负母线的正负端；
所述采样信号输入端包括母线电压采样电路和电阻电压采样电路，所述电阻电压采样电路通过所述斩波器状态反馈端连接至所述上层控制器，所述控制芯片通过第一信号转换电路与所述斩波器状态反馈端连接；
所述母线电压采样电路的输出端与所述阈值比较电路一端连接，所述阈值比较电路另一端与所述控制芯片连接；
所述控制芯片通过第二信号转换电路及驱动信号隔离输出电路与所述驱动信号输出端连接，斩波模块输入驱动信号端与所述驱动信号输出端连接；
各个所述斩波控制器的驱动信号输出端与对应的一个或者两个斩波模块的驱动信号端连接。
优选地，当N＝1时，所述斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块及第二斩波模块的驱动信号端连接；
当N＝2时，两个斩波控制器为第一斩波控制器及第二斩波控制器，第一斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块的驱动信号端连接，第二斩波控制器的驱动信号输出端与第二斩波模块的驱动信号端连接。
优选地，各个所述斩波模块包括IGBT器件、二极管及斩波电阻，所述二极管与所述斩波电阻并联后再与所述IGBT器件串联。
优选地，所述可控斩波器还包括软件烧写端和通讯信号端；所述通讯信号端通过第三信号转换电路与控制芯片连接；所述软件烧写端通过第四信号转换电路与控制芯片连接。
优选地，所述母线电压采样电路包括第一级运放芯片、一级运放前电阻、一级运放后电阻、一级运放比例电阻一、一级运放比例电阻二、第二级运放芯片、二级运放后电阻、二级运放跟随电阻、第一滤波电容、母线采样前电阻；所述第一级运放芯片的输入两端通过所述一级运放前电阻与风电变流器直流正母线或负母线的正负端连接，所述一级运放比例电阻二与所述第一级运放芯片并联连接，所述第一级运放芯片的输入一端通过一级运放比例电阻一接地，第一级运放芯片的输出端通过一级运放后电阻与所述第二级运放芯片输入一端连接，所述第二级运放芯片输出端与二级运放后电阻串联后再与所述二级运放跟随电阻及滤波电容并联连接，所述第二级运放芯片输出端通过所述二级运放后电阻与所述母线采样前电阻连接至母线电压采样值输出端。
优选地，所述母线电压采样电路还包括上拉电阻、辅助电容及电源端，所述上拉电阻一端与电源端连接，所述上拉电阻另一端并通过辅助电容接地并与第一级运放芯片的输出端连接。
优选地，所述阈值比较电路包括电源电阻、可控开关、可控开关电阻、第三运放芯片、一级隔离电阻、二级隔离电阻、母线采样后电阻、比较芯片；所述可控开关与控制芯片的PWM控制信号输入端连接，所述可控开关输出端与电源电阻的一端及可控开关电阻一端连接，所述电源电阻另一端与电源端连接，所述可控开关电阻另一端与第三运放芯片输入一端连接，所述第三运放芯片与一级隔离电阻并联连接，所述第三运放芯片的输出端与二级隔离电阻一端连接，所述二级隔离电阻的另一端与比较芯片输入一端连接，所述比较芯片输入二端通过母线采样后电阻连接所述母线电压采样电路的母线电压采样值输出端，所述比较芯片输出端连接控制芯片。
优选地，所述电阻电压采样电路包括比例放大子电路、取正子电路、跟随子电路及电压电流信号转换子电路，所述比例放大子电路包括第四运放芯片，所述取正子电路包括第五运放芯片及第六运放芯片，所述跟随子电路包括第七运放芯片，所述第四运放芯片的输入两端与一个斩波模块对应的斩波电阻的两端连接，所述第四运放芯片的输出端与第五运放芯片的输入一端连接，所述第五运放芯片的输入二端接地，所述五运放芯片及第六运放芯片通过多个取正组合运算电阻连接在一起，所述第六运放芯片输出端与所述第七运放芯片输入一端连接，所述第七运放芯片输出端与所述电压电流信号转换子电路输入端连接，所述电压电流信号转换子电路输出端连接至所述斩波器状态反馈端。
为解决上述技术问题，本实用新型还公开了一种风电变流器，包括上述所述的可控斩波器。
采用上述电路之后，可控斩波器包括两个斩波模块、N个斩波控制器、上层控制器，各个所述斩波控制器包括控制芯片、阈值比较电路、驱动信号输出端、斩波器状态反馈端、采样信号输入端；第一斩波模块及第二斩波模块的两端分别连接风电变流器直流正母线的正负端及直流负母线的正负端；所述采样信号输入端包括母线电压采样电路和电阻电压采样电路，所述电阻电压采样电路通过所述斩波器状态反馈端连接至所述上层控制器，所述控制芯片通过第一信号转换电路与所述斩波器状态反馈端连接；所述母线电压采样电路的输出端与所述阈值比较电路一端连接，所述阈值比较电路另一端与所述控制芯片连接；所述控制芯片通过第二信号转换电路及驱动信号隔离输出电路与所述驱动信号输出端连接，斩波模块输入驱动信号端与所述驱动信号输出端连接；各个所述斩波控制器的驱动信号输出端与对应的一个或者两个斩波模块的驱动信号端连接；该可控斩波器可以实现对斩波器的精确控制，提高斩波动作速度，实时检测斩波器状态，解决了斩波器动作时间延迟大，减小直流母线过压风险，使变流器故障损坏率明显下降。
附图说明
图1为本实用新型的可控斩波器的整体系统图一；
图2为本实用新型的可控斩波器的整体系统图二；
图3为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的电路连接图；
图4为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的母线电压采样电路的电路图；
图5为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的阈值比较电路的电路图；
图6为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的电阻电压采样电路的电路图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
请参阅图1、图2及图3，图1为本实用新型的可控斩波器的整体系统图一，图2为本实用新型的可控斩波器的整体系统图二，图3为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的电路连接图；
本实施例公开了一种可控斩波器，应用于风电变流器，包括两个斩波模块、N个斩波控制器、上层控制器，各个所述斩波控制器包括控制芯片、阈值比较电路、驱动信号输出端、斩波器状态反馈端、采样信号输入端；
第一斩波模块及第二斩波模块的两端分别连接风电变流器直流正母线的正负端及直流负母线的正负端；
所述采样信号输入端包括母线电压采样电路和电阻电压采样电路，所述电阻电压采样电路通过所述斩波器状态反馈端连接至所述上层控制器，所述控制芯片通过第一信号转换电路与所述斩波器状态反馈端连接；
所述母线电压采样电路的输出端与所述阈值比较电路一端连接，所述阈值比较电路另一端与所述控制芯片连接；
所述控制芯片通过第二信号转换电路及驱动信号隔离输出电路与所述驱动信号输出端连接，斩波模块输入驱动信号端与所述驱动信号输出端连接；
各个所述斩波控制器的驱动信号输出端与对应的一个或者两个斩波模块的驱动信号端连接。
实施例二
本实施例以实施例一为基础，在本实施例中；
当N＝1时，所述斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块及第二斩波模块的驱动信号端连接；
当N＝2时，两个斩波控制器为第一斩波控制器及第二斩波控制器，第一斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块的驱动信号端连接，第二斩波控制器的驱动信号输出端与第二斩波模块的驱动信号端连接。
实施例三
本实施例以实施例一为基础，在本实施例中；
各个所述斩波模块包括IGBT器件、二极管及斩波电阻，所述二极管与所述斩波电阻并联后再与所述IGBT器件串联。
所述可控斩波器还包括软件烧写端和通讯信号端；所述通讯信号端通过第三信号转换电路与控制芯片连接；所述软件烧写端通过第四信号转换电路与控制芯片连接。
实施例四
请参阅图4，图4为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的母线电压采样电路的电路图；
本实施例以实施例一为基础，在本实施例中；
所述母线电压采样电路包括第一级运放芯片A1、一级运放前电阻R1、R2、一级运放后电阻R5、一级运放比例电阻一R3、一级运放比例电阻二R4、第二级运放芯片A2、二级运放后电阻R8、二级运放跟随电阻R7、滤波电容C1、母线采样前电阻R9；第一级运放芯片A1的输入两端通过所述一级运放前电阻R1、R2与风电变流器直流正母线或负母线的正负端连接，一级运放比例电阻二R4与第一级运放芯片A1并联连接，第一级运放芯片A1的输入一端通过一级运放比例电阻一R3接地，第一级运放芯片A1的输出端通过一级运放后电阻R5与第二级运放芯片A2输入一端连接，第二级运放芯片A2输出端与二级运放后电阻R8串联后再与二级运放跟随电阻R7及滤波电容C1并联连接，第二级运放芯片A2输出端通过二级运放后电阻R8与母线采样前电阻R9连接至母线电压采样值输出端。
所述母线电压采样电路还包括上拉电阻R6、辅助电容C2及电源端，上拉电阻R6一端与电源端连接，上拉电阻R6另一端并通过辅助电容C2接地并与第一级运放芯片A1的输出端连接。
实施例五
请参阅图5，图5为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的阈值比较电路的电路图；
本实施例以实施例一为基础，在本实施例中；
所述阈值比较电路包括电源电阻R10、可控开关、可控开关电阻R11、第三运放芯片A3、一级隔离电阻R12、二级隔离电阻R13、母线采样后电阻R14、比较芯片A4；所述可控开关与控制芯片的PWM控制信号输入端连接，所述可控开关输出端与电源电阻R10的一端及可控开关电阻R11一端连接，所述电源电阻R10另一端与电源端连接，所述可控开关电阻R11另一端与第三运放芯片A3输入一端连接，第三运放芯片A3与一级隔离电阻R12并联连接，第三运放芯片A3的输出端与二级隔离电阻R13一端连接，二级隔离电阻R13的另一端与比较芯片A4输入一端连接，比较芯片A4输入二端通过母线采样后电阻R14连接所述母线电压采样电路的母线电压采样值输出端，比较芯片A4输出端连接控制芯片。
实施例六
请参阅图6，图6为本实用新型的可控斩波器的斩波控制器的电阻电压采样电路的电路图；
本实施例以实施例一为基础，在本实施例中；
所述电阻电压采样电路包括比例放大子电路、取正子电路、跟随子电路及电压电流信号转换子电路，所述比例放大子电路包括第四运放芯片A5，所述取正子电路包括第五运放芯片A6及第六运放芯片A7，所述跟随子电路包括第七运放芯片A8，第四运放芯片A5的输入两端与一个斩波模块对应的斩波电阻的两端连接，第四运放芯片A5的输出端与第五运放芯片A6的输入一端连接，第五运放芯片A6的输入二端接地，五运放芯片A6及第六运放芯片A7通过多个取正组合运算电阻连接在一起，第六运放芯片A7输出端与第七运放芯片A8输入一端连接，第七运放芯片A8输出端与所述电压电流信号转换子电路输入端连接，所述电压电流信号转换子电路输出端连接至所述斩波器状态反馈端。
实施例七
本实施例公开了一种风电变流器，包括实施例一至六任一所述的可控斩波器。
该可控斩波器可以实现对斩波器的精确控制，提高斩波动作速度，实时检测斩波器状态，解决了斩波器动作时间延迟大，减小直流母线过压风险，使变流器故障损坏率明显下降。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。
Claims (9)
1.一种可控斩波器，应用于风电变流器，其特征在于，包括两个斩波模块、N个斩波控制器、上层控制器，各个所述斩波控制器包括控制芯片、阈值比较电路、驱动信号输出端、斩波器状态反馈端、采样信号输入端；
第一斩波模块及第二斩波模块的两端分别连接风电变流器直流正母线的正负端及直流负母线的正负端；
所述采样信号输入端包括母线电压采样电路和电阻电压采样电路，所述电阻电压采样电路通过所述斩波器状态反馈端连接至所述上层控制器，所述控制芯片通过第一信号转换电路与所述斩波器状态反馈端连接；
所述母线电压采样电路的输出端与所述阈值比较电路一端连接，所述阈值比较电路另一端与所述控制芯片连接；
所述控制芯片通过第二信号转换电路及驱动信号隔离输出电路与所述驱动信号输出端连接，斩波模块输入驱动信号端与所述驱动信号输出端连接；
各个所述斩波控制器的驱动信号输出端与对应的一个或者两个斩波模块的驱动信号端连接。
2.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，当N＝1时，所述斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块及第二斩波模块的驱动信号端连接；
当N＝2时，两个斩波控制器为第一斩波控制器及第二斩波控制器，第一斩波控制器的驱动信号输出端与所述第一斩波模块的驱动信号端连接，第二斩波控制器的驱动信号输出端与第二斩波模块的驱动信号端连接。
3.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，各个所述斩波模块包括IGBT器件、二极管及斩波电阻，所述二极管与所述斩波电阻并联后再与所述IGBT器件串联。
4.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，所述可控斩波器还包括软件烧写端和通讯信号端；所述通讯信号端通过第三信号转换电路与控制芯片连接；所述软件烧写端通过第四信号转换电路与控制芯片连接。
5.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，所述母线电压采样电路包括第一级运放芯片、一级运放前电阻、一级运放后电阻、一级运放比例电阻一、一级运放比例电阻二、第二级运放芯片、二级运放后电阻、二级运放跟随电阻、第一滤波电容、母线采样前电阻；所述第一级运放芯片的输入两端通过所述一级运放前电阻与风电变流器直流正母线或负母线的正负端连接，所述一级运放比例电阻二与所述第一级运放芯片并联连接，所述第一级运放芯片的输入一端通过一级运放比例电阻一接地，第一级运放芯片的输出端通过一级运放后电阻与所述第二级运放芯片输入一端连接，所述第二级运放芯片输出端与二级运放后电阻串联后再与所述二级运放跟随电阻及滤波电容并联连接，所述第二级运放芯片输出端通过所述二级运放后电阻与所述母线采样前电阻连接至母线电压采样值输出端。
6.根据权利要求5所述的可控斩波器，其特征在于，所述母线电压采样电路还包括上拉电阻、辅助电容及电源端，所述上拉电阻一端与电源端连接，所述上拉电阻另一端并通过辅助电容接地并与第一级运放芯片的输出端连接。
7.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，所述阈值比较电路包括电源电阻、可控开关、可控开关电阻、第三运放芯片、一级隔离电阻、二级隔离电阻、母线采样后电阻、比较芯片；所述可控开关与控制芯片的PWM控制信号输入端连接，所述可控开关输出端与电源电阻的一端及可控开关电阻一端连接，所述电源电阻另一端与电源端连接，所述可控开关电阻另一端与第三运放芯片输入一端连接，所述第三运放芯片与一级隔离电阻并联连接，所述第三运放芯片的输出端与二级隔离电阻一端连接，所述二级隔离电阻的另一端与比较芯片输入一端连接，所述比较芯片输入二端通过母线采样后电阻连接所述母线电压采样电路的母线电压采样值输出端，所述比较芯片输出端连接控制芯片。
8.根据权利要求1所述的可控斩波器，其特征在于，所述电阻电压采样电路包括比例放大子电路、取正子电路、跟随子电路及电压电流信号转换子电路，所述比例放大子电路包括第四运放芯片，所述取正子电路包括第五运放芯片及第六运放芯片，所述跟随子电路包括第七运放芯片，所述第四运放芯片的输入两端与一个斩波模块对应的斩波电阻的两端连接，所述第四运放芯片的输出端与第五运放芯片的输入一端连接，所述第五运放芯片的输入二端接地，所述五运放芯片及第六运放芯片通过多个取正组合运算电阻连接在一起，所述第六运放芯片输出端与所述第七运放芯片输入一端连接，所述第七运放芯片输出端与所述电压电流信号转换子电路输入端连接，所述电压电流信号转换子电路输出端连接至所述斩波器状态反馈端。
9.一种风电变流器，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的可控斩波器。
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