模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置及判断方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置及判断方法，包括第一单片机U1、第二单片机U2、第一电流传感器TA1、第二电流传感器TA2、第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一光电耦合器U5、第二光电耦合器U6、电阻R1-R16和电容C1-C2；其有益效果是：通过检测子模块内部开关管电流情况结合开关管导通状态，间接判断桥臂电流方向，对电流传感器绝缘程度的要求可大幅降低；同时，传感器的供电电源可以取自子模块驱动保护电路的隔离供电电源，无需另外附加电路；上述特点可以大幅降低模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置的复杂程度和成本，并可提高可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，包括第一单片机U1、第二单片机U2、第一电流传感器TA1、第二电流传感器TA2、第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一光电耦合器U5、第二光电耦合器U6、电阻R1-R16和电容C1-C2；其有益效果是：通过检测子模块内部开关管电流情况结合开关管导通状态，间接判断桥臂电流方向，对电流传感器绝缘程度的要求可大幅降低；同时，传感器的供电电源可以取自子模块驱动保护电路的隔离供电电源，无需另外附加电路；上述特点可以大幅降低模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置的复杂程度和成本，并可提高可靠性。【专利说明】
本专利技术属于本专利技术属于电力电子
，涉及一种。
技术介绍
电力电子技术的不断发展为建设智能、清洁、高效的现代电力系统提供了强大的支持，在高压直流输电(HVDC)和柔性交流输电(FACTS)领域均取得了广泛的应用。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为新一代高压大功率换流装置，具有输电容量大，有功无功可独立控制，交流输出无需复杂的滤波装置，可靠性高，可向无源或弱受端系统输电等诸多优点，被认为是柔性直流输电的代表性技术。模块化多电平换流器为三相全桥结构，该三相全桥的每个桥臂由η个子模块(SM)串联而成，其中η为大于I的整数，每个子模块的结构相同；模块化多电平换流器还包括主控制器。桥臂上串联有缓冲电抗器，换流器直流侧连接直流电压源，交流侧通过经电抗器连接交流系统。子模块为换流器的基本结构，包括子模块主电路和子模块保护驱动电路，其中子模块主电路包括由两个带有反向并联二极管的开关管Κ1-Κ2和直流电容器C构成单相半H桥结构。在模块化多电平换流器的控制策略方面，控制各子模块直流电容电压在适当的范围内(子模块电容电压控制)是一类重要的研究课题。在实用化的子模块电容电压控制方法中，桥臂电流方向是一个重要的控制参数，需要实时测量。桥臂电流除基波分量外还含有直流分量和倍频分量，无法通过电磁式电流互感器精确测量，已有的测量方法是通过电流传感器测量桥臂电流，然后直接判断电流方向。这种判断方法本身虽然简单直接，但是这种测量方法的缺点在于测量点在桥臂连接线上，对电流传感器及其隔离供电电源的绝缘水平要求很高，该绝缘水平要求达到了与换流器交流侧相同的绝缘等级，即一般会达到数十到数百kV水平。这造成高压电流传感器研制或选型困难，大幅提高了电流方向检测装置的复杂程度和成本，也降低了可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可大幅降低电流传感器绝缘要求和成本、并能提高可靠性的。为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置，包括第一单片机U1、第二单片机U2、第一电流传感器TA1、第二电流传感器TA2、第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一光电稱合器U5、第二光电稱合器U6、电阻R1-R16 和电容 C1-C2 ； 所述第一电流传感器TAl的一次侧套在被测子模块的上开关管Kl集电极引出线上；所述第二电流传感器TA2的一次侧套在被测子模块的下开关管K2集电极引出线上； 所述电阻R2与电阻R3串联后接在所述第一电流传感器TAl的输出端和所述第一运算放大器U3的同相输入端3脚之间；所述第一运算放大器U3的输出端6脚接所述第一单片机Ul的AD信号输入端59脚；所述电阻R6接在所述第一运算放大器U3反向输入端2脚与输出端6脚之间；所述电阻R4接在所述第一运算放大器U3反向输入端2脚与-15V直流电源之间；所述电阻Rl接在所述第一电流传感器TAl的输出端和模拟地GNDA之间；所述电容Cl接在所述电阻R2与电阻R3的节点和模拟地GNDA之间；所述电阻R5接在所述第一运算放大器U3的同相输入端3脚和模拟地GNDA之间； 所述电阻R8与电阻R9串联后接在所述第二电流传感器TA2的输出端和所述第一运算放大器U4的同相输入端3脚之间；所述第二运算放大器U4的输出端6脚接所述第一单片机Ul的AD信号输入端60脚；所述电阻R12接在所述第二运算放大器U4反向输入端2脚与输出端6脚之间；所述电阻RlO接在所述第二运算放大器U4反向输入端2脚与-15V直流电源之间；所述电阻R7接在所述第二电流传感器TA2的输出端和模拟地GNDA之间；所述电容C2接在所述电阻R8与电阻R9的节点和模拟地GNDA之间；所述电阻Rll接在所述第二运算放大器U4的同相输入端3脚和模拟地GNDA之间； 所述第一光耦合器U5的阳极I脚经所述电阻R13接被测子模块的上开关管Kl栅极；所述第一光稱合器U5的发射极3脚接所述单片机Ul的数字信号输入端4脚；所述第一光率禹合器U5的负极2脚接被测子模块的上开关管Kl发射极；所述第一光耦合器U5的集电极4脚接+3.3V直流电源；所述第一光耦合器U5的发射极3脚经所述电阻R14接数字地GNDD ；所述第二光耦合器U6的阳极I脚经所述电阻R15接被测子模块的下开关管K2栅极；所述第二光耦合器U6的发射极3脚接所述单片机Ul的数字信号输入端5脚；所述第二光耦合器U6的负极2脚接被测子模块的下开关管K2发射极；所述第二光耦合器U6的集电极4脚接+3.3V直流电源；所述第二光耦合器U6的发射极3脚经所述电阻R16接数字地GNDD ；所述第二单片机U2的数字信号输入端12脚通过光纤与所述单片机Ul的数字信号输出端6脚相连接；所述第二单片机U2的SMOO端口 29脚接换流器主控制器的SPI输出端SPIO ;所述第二单片机U2的SOMIO端口 30脚接换流器主控制器的SPI输入端SPII ;所述第二单片机U2的UCLKO端口 31脚接换流器主控制器的SPI时钟端SPICLK。所述第一至第二单片机U1-U2的型号均为MSP430F133 ;所述第一至第二电流传感器TA1-TA2的型号均为LF 2005-S ;第一至第二运算放大器U3-U4的型号均为0P07 ;所述第一至第二光电耦合器U5-U6的型号均为PC817。利用模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置进行桥臂电流方向判断的方法，包括如下步骤: (I)对模块化多电平换流器桥臂各子模块的电流方向进行判断: 步骤1-1:由安装在被测子模块的上开关管Kl集电极引出线上的电流传感器TAl采集该回路电流il，由安装在被测子模块的下开关管K2集电极引出线上的电流传感器TA2采集该回路电流i2 ;将上开关管Kl的门极驱动逻辑信号dKl、下开关管K2的门极驱动逻辑信号dK2分别通过光电耦合器U5-U6传输给单片机Ul ;设电流il的正方向为由上开关管Kl的发射极指向集电极，电流i2的正方向为由开关管下K2的集电极指向发射极； 步骤1-2:由单片机Ul判断所述门极驱动逻辑信号dKl是否为高电平；若所述门极驱动逻辑信号dKl为高电平，则转步骤1-4 ;否则，转步骤1-3 ； 步骤1-3:由单片机Ul判断所述门极驱动逻辑信号dK2是否为高电平；若所述门极驱动逻辑信号dK2为高电平，则转步骤1-5 ;否则，转步骤1-6 ； 步骤1-4:由单片机Ul判断所述电流il和电流i2的大小；il>i2，则被测子模块电流方向为“ + ”，否则，则被测子模块电流方向为转步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器桥臂电流方向测量装置，其特征在于：包括第一单片机U1、第二单片机U2、第一电流传感器TA1、第二电流传感器TA2、第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一光电耦合器U5、第二光电耦合器U6、电阻R1‑R16和电容C1‑C2；所述第一电流传感器TA1的一次侧套在被测子模块的上开关管K1集电极引出线上；所述第二电流传感器TA2的一次侧套在被测子模块的下开关管K2集电极引出线上；所述电阻R2与电阻R3串联后接在所述第一电流传感器TA1的输出端和所述第一运算放大器U3的同相输入端3脚之间；所述第一运算放大器U3的输出端6脚接所述第一单片机U1的AD信号输入端59脚；所述电阻R6接在所述第一运算放大器U3反向输入端2脚与输出端6脚之间；所述电阻R4接在所述第一运算放大器U3反向输入端2脚与‑15V直流电源之间；所述电阻R1接在所述第一电流传感器TA1的输出端和模拟地GNDA之间；所述电容C1接在所述电阻R2与电阻R3的节点和模拟地GNDA之间；所述电阻R5接在所述第一运算放大器U3的同相输入端3脚和模拟地GNDA之间；所述电阻R8与电阻R9串联后接在所述第二电流传感器TA2的输出端和所述第一运算放大器U4的同相输入端3脚之间；所述第二运算放大器U4的输出端6脚接所述第一单片机U1的AD信号输入端60脚；所述电阻R12接在所述第二运算放大器U4反向输入端2脚与输出端6脚之间；所述电阻R10接在所述第二运算放大器U4反向输入端2脚与‑15V直流电源之间；所述电阻R7接在所述第二电流传感器TA2的输出端和模拟地GNDA之间；所述电容C2接在所述电阻R8与电阻R9的节点和模拟地GNDA之间；所述电阻R11接在所述第二运算放大器U4的同相输入端3脚和模拟地GNDA之间；    所述第一光耦合器U5的阳极1脚经所述电阻R13接被测子模块的上开关管K1栅极；所述第一光耦合器U5的发射极3脚接所述单片机U1的数字信号输入端4脚；所述第一光耦合器U5的负极2脚接被测子模块的上开关管K1发射极；所述第一光耦合器U5的集电极4脚接+3.3V直流电源；所述第一光耦合器U5的发射极3脚经所述电阻R14接数字地GNDD； 所述第二光耦合器U6的阳极1脚经所述电阻R15接被测子模块的下开关管K2栅极；所述第二光耦合器U6的发射极3脚接所述单片机U1的数字信号输入端5脚；所述第二光耦合器U6的负极2脚接被测子模块的下开关管K2发射极；所述第二光耦合器U6的集电极4脚接+3.3V直流电源；所述第二光耦合器U6的发射极3脚经所述电阻R16接数字地GNDD；所述第二单片机U2的数字信号输入端12脚通过光纤与所述单片机U1的数字信号输出端6脚相连接；所述第二单片机U2的SIMO0端口29脚接换流器主控制器的SPI输出端SPIO；所述第二单片机U2的SOMI0端口30脚接换流器主控制器的SPI输入端SPII；所述第二单片机U2的UCLK0端口31脚接换流器主控制器的SPI时钟端SPICLK。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭捷，胡文平，王磊，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河北省电力公司电力科学研究院，河北省电力建设调整试验所，
类型：发明
国别省市：北京;11