一种功率单元旁路保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种功率单元旁路保护装置，通过用普通的机械开关代替特定型号的机械式快速开关，并设置晶闸管V1和V2，以及设置第一分压电路和第二分压电路，当功率单元故障时，通过驱动第一分压电路中的晶闸管V3导通，控制晶闸管V1导通，或者，通过驱动第二分压电路中的晶闸管V4导通，控制晶闸管V2导通，在开关K2真正闭合之前，由晶闸管V1或V2起到短路故障功率单元的作用，从而将故障功率单元从柔性直流输电系统中切除，在开关真正闭合后，再由开关旁路故障功率单元。由于晶闸管的响应时间远小于普通的机械开关的响应时间，使用普通的机械开关即可将故障响应时间缩短到纳秒级，从而解决了元器件选型困难、成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压大功率输变电
，具体涉及一种功率单元旁路保护装置。
技术介绍
柔性直流输电装置是一种将交流高电压大电流转换成直流高电压大电流，并且通过架空线或者电缆远距离传输电能到终端，最后在将直流高电压大电流转换成高压交流电能的设备，通过柔性直输电装备可实现多个区域或海上石油开采的供电，可以独立快速控制所传输的有功功率和无功功率，极大地增强了输电的灵活性，实现区域电网互联。目前，柔性直流输电换流阀功率单元可以应用于柔性直流输电系统中，所述功率单元多采用半桥子模块拓扑结构，如图1所示，半桥子模块包括：2个开关管T1和T2，分别与2个开关管反向并联的二极管以及电容C0，开关管T1的发射极与开关管T2的集电极相连，电容C0的两端分别与开关管T1的集电极和开关管T2的发射极相连。为了保证功率模块及柔性直流输电系统的可靠性，传统的半桥子模块通过在功率模块的输入输出端之间连接开关K2作为旁路开关，当功率单元故障时，系统控制器通过控制开关K2闭合，可以将故障的功率单元从柔性直流输电系统中切除。通常，开关K2的响应时间小于或等于5ms才能够避免故障功率模块对柔性直流输电系统运行的影响，但是普通的机械开关的响应时间无法达到该要求，因此，只能够选用特定型号的机械式快速开关，而国内外能够生产机械式快速开关的厂家较少，且价格昂贵，导致工程造价较高。此外，为了保证功率模块及柔性直流输电系统的可靠性，传统的半桥子模块在功率模块的输入输出端之间连接续流晶闸管V1，当系统直流母线短路故障时，系统控制器通过控制柔性直流输电系统保护开关闭合，并控制晶闸管V1导通，将开关管T2上的一部分电流分流至晶闸管V1，以避免开关管T1和T2烧毁。通常，柔性直流输电系统保护开关的响应时间小于或等于5ms才能够避免系统直流母线短路故障对柔性直流输电系统运行的影响，但是普通的机械开关的响应时间无法达到该要求，因此，只能够选用特定型号的机械式快速开关，而国内外能够生产机械式快速开关的厂家较少，且价格昂贵，导致工程造价较高。因此，亟需一种功率单元旁路保护方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供一种功率单元旁路保护装置，用以解决现有的功率单元旁路保护装置元器件选型困难、成本高的问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提供一种功率单元旁路保护装置，包括系统控制器和多个功率单元，各功率单元采用半桥子模块拓扑结构，包括并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间的开关K2，各功率单元还包括晶闸管V1和V2，晶闸管V1和V2反向并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间；其中，开关K2采用普通的机械开关；各功率单元还包括：取能电源、包括晶闸管V3的第一分压电路和包括晶闸管V4的第二分压电路，取能电源的输入端与半桥子模块正负直流母线的两端相连，取能电源输出两路独立的直流电源；其中，第一直流电源连接第一分压电路，第二直流电源连接第二分压电路，第一分压电路的输出端和第二分压电路的输出端分别与晶闸管V1和V2的两端相连；系统控制器用于，当判断出功率单元故障时，向故障功率单元的开关K2发送闭合控制信号，并向故障功率单元的晶闸管V1和V2发送触发信号；判断故障功率单元的电流方向，并根据故障功率单元的电流方向，控制晶闸管V3导通，以根据第一分压电路输出的电压导通晶闸管V1，或者，控制晶闸管V4导通，以根据第二分压电路输出的电压导通晶闸管V2。优选的，在各功率单元内，晶闸管V1的阴极与半桥子模块中的下开关管的集电极相连，晶闸管V1的阳极与半桥子模块中的下开关管的发射极相连；晶闸管V2的阳极与半桥子模块中的下开关管的集电极相连，晶闸管V2的阴极与半桥子模块中下开关管的发射极相连；所述系统控制器具体用于，当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入且从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流出时，控制晶闸管V3导通；当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流入且从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流出时，控制晶闸管V4导通。优选的，第一分压电路还包括电阻R1和电阻R2，晶闸管V3的阳极与电阻R1的一端相连，晶闸管V3的阴极与电阻R2的一端相连，晶闸管V3与电阻R2的连接端与晶闸管V1的阳极相连，并与第二直流电源的负极相连，电阻R1的另一端与第一直流电源的正极相连，电阻R2的另一端与第一直流电源的负极相连，并与晶闸管V1的阴极相连；第二分压电路还包括电阻R3和电阻R4，晶闸管V4的阳极与电阻R3的一端相连，晶闸管V4的阴极与电阻R4的一端相连，晶闸管V4与电阻R4的连接端与晶闸管V2的阳极相连，并与第一直流电源的负极相连，电阻R3的另一端与第二直流电源的正极相连，电阻R4的另一端与第二直流电源的负极相连，并与晶闸管V2的阴极相连；所述系统控制器具体用于，当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入且从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流出时，向晶闸管V3发送触发信号，以控制晶闸管V3导通；当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流入且从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流出时，向晶闸管V4发送触发信号，以控制晶闸管V4导通。优选的，晶闸管V1和V2采用普通的晶闸管；当故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入时，在晶闸管V1导通之前，晶闸管V2在半桥子模块中下开关管上的电压的作用下先导通，并将半桥子模块的输入端和输出端之间的电压箝位至晶闸管V2上的压降上；当晶闸管V3导通，且加载在晶闸管V1上的电压达到第一分压电路的输出电压与晶闸管V2上的压降之差时，晶闸管V1导通。进一步的，系统控制器内预设有各功率单元的开关K2的响应时间；所述系统控制器还用于，当判断出功率单元故障时，开始计时，当故障功率单元的开关K2的响应时间到达时，撤销晶闸管V1和/或V3的触发信号，或者，撤销晶闸管V2和/或V4的触发信号；当所述响应时间到达时，故障功率单元的开关K2闭合。本专利技术通过用普通的机械开关K2代替特定型号的机械式快速开关，并设置晶闸管V1和V2，以及设置第一分压电路和第二分压电路，当功率单元故障时，通过驱动第一分压电路中的晶闸管V3导通，控制晶闸管V1导通，或者，通过驱动第二分压电路中的晶闸管V4导通，控制晶闸管V2导通，在开关K2真正闭合之前，由晶闸管V1或V2起到短路故障功率单元的作用，从而将故障功率单元从柔性直流输电系统中切除，在开关K2真正闭合后，再由开关K2旁路故障功率单元。由于晶闸管的响应时间远小于普通的机械开关的响应时间，这样使用普通的机械开关也可以将故障响应时间缩短到纳秒级，从而解决了元器件选型困难、成本高的问题。本专利技术还提供一种功率单元旁路保护装置，包括：柔性直流输电系统保护开关、系统控制器和多个功率单元，各功率单元采用半桥子模块拓扑结构，包括并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间的晶闸管V1，晶闸管V1的阴极与半桥子模块中的下开关管的集电极相连，晶闸管V1的阳极与半桥子模块中的下开关管的发射极相连，柔性直流输电系统保护开关采用普通的机械开关；各功率单元还包括：取能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率单元旁路保护装置，包括系统控制器和多个功率单元，各功率单元采用半桥子模块拓扑结构，包括并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间的开关K2，其特征在于，各功率单元还包括晶闸管V1和V2，晶闸管V1和V2反向并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间；其中，开关K2采用普通的机械开关；各功率单元还包括：取能电源、包括晶闸管V3的第一分压电路和包括晶闸管V4的第二分压电路，取能电源的输入端与半桥子模块正负直流母线的两端相连，取能电源输出两路独立的直流电源；其中，第一直流电源连接第一分压电路，第二直流电源连接第二分压电路，第一分压电路的输出端和第二分压电路的输出端分别与晶闸管V1和V2的两端相连；系统控制器用于，当判断出功率单元故障时，向故障功率单元的开关K2发送闭合控制信号，并向故障功率单元的晶闸管V1和V2发送触发信号；判断故障功率单元的电流方向，并根据故障功率单元的电流方向，控制晶闸管V3导通，以根据第一分压电路输出的电压导通晶闸管V1，或者，控制晶闸管V4导通，以根据第二分压电路输出的电压导通晶闸管V2。

【技术特征摘要】
1.一种功率单元旁路保护装置，包括系统控制器和多个功率单元，各功率单元采用半桥子模块拓扑结构，包括并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间的开关K2，其特征在于，各功率单元还包括晶闸管V1和V2，晶闸管V1和V2反向并联连接在半桥子模块的输入端和输出端之间；其中，开关K2采用普通的机械开关；各功率单元还包括：取能电源、包括晶闸管V3的第一分压电路和包括晶闸管V4的第二分压电路，取能电源的输入端与半桥子模块正负直流母线的两端相连，取能电源输出两路独立的直流电源；其中，第一直流电源连接第一分压电路，第二直流电源连接第二分压电路，第一分压电路的输出端和第二分压电路的输出端分别与晶闸管V1和V2的两端相连；系统控制器用于，当判断出功率单元故障时，向故障功率单元的开关K2发送闭合控制信号，并向故障功率单元的晶闸管V1和V2发送触发信号；判断故障功率单元的电流方向，并根据故障功率单元的电流方向，控制晶闸管V3导通，以根据第一分压电路输出的电压导通晶闸管V1，或者，控制晶闸管V4导通，以根据第二分压电路输出的电压导通晶闸管V2。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在各功率单元内，晶闸管V1的阴极与半桥子模块中的下开关管的集电极相连，晶闸管V1的阳极与半桥子模块中的下开关管的发射极相连；晶闸管V2的阳极与半桥子模块中的下开关管的集电极相连，晶闸管V2的阴极与半桥子模块中下开关管的发射极相连；所述系统控制器具体用于，当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入且从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流出时，控制晶闸管V3导通；当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流入且从
\t晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流出时，控制晶闸管V4导通。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一分压电路还包括电阻R1和电阻R2，晶闸管V3的阳极与电阻R1的一端相连，晶闸管V3的阴极与电阻R2的一端相连，晶闸管V3与电阻R2的连接端与晶闸管V1的阳极相连，并与第二直流电源的负极相连，电阻R1的另一端与第一直流电源的正极相连，电阻R2的另一端与第一直流电源的负极相连，并与晶闸管V1的阴极相连；第二分压电路还包括电阻R3和电阻R4，晶闸管V4的阳极与电阻R3的一端相连，晶闸管V4的阴极与电阻R4的一端相连，晶闸管V4与电阻R4的连接端与晶闸管V2的阳极相连，并与第一直流电源的负极相连，电阻R3的另一端与第二直流电源的正极相连，电阻R4的另一端与第二直流电源的负极相连，并与晶闸管V2的阴极相连；所述系统控制器具体用于，当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入且从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流出时，向晶闸管V3发送触发信号，以控制晶闸管V3导通；当判断出故障功率单元的电流从晶闸管V1的阴极和晶闸管V2的阳极流入且从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流出时，向晶闸管V4发送触发信号，以控制晶闸管V4导通。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，晶闸管V1和V2采用普通的晶闸管；当故障功率单元的电流从晶闸管V1的阳极和晶闸管V2的阴极流入时，在晶闸管V1导通之前，...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒龙飞，刘伟增，黎小林，许树楷，陈名，龚文明，李直，樊文斌，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65