一种高压串联阀过流保护装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种高压串联阀过流保护装置，包括阀组控制单元、过流检测单元和柔性罗氏线圈，所述过流检测单元安装于一次高压串联阀侧，柔性罗氏线圈安装于高压串联阀上，过流检测单元检测流过高压串联阀的电流情况，并将光脉冲回报给阀组控制单元；所述阀组控制单元根据回报的光脉冲改变触发脉冲，控制高压串联阀开通与关断。此种过流保护装置简单、可靠，保护电路成本低，并易于在类似应用场合中推广。本发明专利技术还公开一种高压串联阀过流保护方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高压串联阀过流保护装置及方法
本专利技术属于电力电子应用领域，特别涉及一种高压串联阀过流保护装置及方法。
技术介绍
由于单个电力电子元件耐压有限，在某些高压应用场合需要进行电力电子元件的串联使用。通常串联阀过流保护方法有采用霍尔采样高压阀电流与电流互感器采样阀电流。霍尔传感器需要提供直流工作电压，因此通常应用在电压等级较低的场合。在电力系统STACOM或HVDCFlexible这些应用场合中，高压阀电压通常高于20kV，隔离要求非常高，因此霍尔采样高压阀电流这种方法的适用性较低。电流互感器广泛应用于高压输电等电力系统应用场合，成为实现高压输电系统中测量及保护的重要设备，一般分为电磁式电流互感器与电子式电流互感器。电磁式电流互感器基于电磁感应原理，存在电磁饱和问题。同时为了实现过流保护，需要设计复杂的高压取能电路，通常设计为一次线路感应取能与激光供能相配合的方式。激光供能主要是能采用激光或其它光源从低压侧通过光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件（光电池）将光能量转换为电能量，经过DC/DC变换后提供稳定的电源输出。光电池的转换效率较低，能提供的能量有限，检测及回报电路元件都需要选取成本较高的低功耗元器件。电子式电流互感器基于新型的光电子技术和光纤传输技术，目前分为无源式电子式电流互感器与有源式电子式互感器。无源式电子式互感器是一种全光式电子式互感器，其稳定性还没有解决，技术并不成熟；有源式电子式互感器也存在高压供能的问题。针对高压场合全控型器件串联使用的高压阀，目前没有简单可靠、成本较低的过流保护方法。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种高压串联阀过流保护装置及方法，其简单、可靠，保护电路成本低，并易于在类似应用场合中推广。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种高压串联阀过流保护装置，包括阀组控制单元、过流检测单元和柔性罗氏线圈，所述过流检测单元安装于一次高压串联阀侧，柔性罗氏线圈安装于高压串联阀上，过流检测单元检测流过高压串联阀的电流情况，并将光脉冲回报给阀组控制单元；所述阀组控制单元根据回报的光脉冲改变触发脉冲，控制高压串联阀开通与关断。上述高压串联阀包括一个全控型电力电子组件或至少两个全控型电力电子组件的串联，当只包括一个全控型电力电子组件时，其集电极作为高压串联阀的正端，发射极作为高压串联阀的负端；若由至少两个全控型电力电子组件串联而成，则各组件的发射极连接其后一个组件的集电极，并将第一个组件的集电极作为高压串联阀的正端，将最后一个组件的发射极作为高压串联阀的负端。上述柔性罗氏线圈由细导线均匀绕制在柔软的绝缘体上而制成，且该绝缘体中心有一条回线。上述柔性罗氏线圈环绕安装在高压串联阀上，将高压串联阀由正端到负端穿过柔性罗氏线圈构成的封闭环；所述柔性罗氏线圈有正负两个输出端，正输出端连接过流检测单元正端，负输出端连接过流检测单元负端。上述过流检测单元包括一个二极管、一个发光二极管、两个稳压二极管、两个电阻和一个三极管，第二二极管的正端连接第一稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的正端；所述第二二极管的负端连接第一发光二极管的正端，而第一发光二极管的负端连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极经由第一电阻连接第二二极管的负端，所述第一三极管的基极还经由第二电阻连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的发射极连接第二稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的负端；所述第一、二稳压二极管的正端相连接。上述过流检测单元包括一个二极管、一个发光二极管、两个稳压二极管、两个电阻和一个MOSFET，第四二极管的正端连接第三稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的正端，所述第四二极管的负端连接第三发光二极管的正端，而第三发光二极管的负端连接MOSFET的漏极，所述MOSFET的栅极经由第三电阻连接第四二极管的负端，所述MOSFET的栅极还经由第四电阻连接MOSFET的源极，所述MOSFET的源极连接第四稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的负端；所述第三、四稳压二极管的正端相连接。上述过流检测单元包括三个电阻、一个电容、一个发光二极管、两个稳压二极管和一个三极管，第五电阻的一端作为过流检测单元的正端，第五电阻的另一端分别连接电容的一端、第五稳压二极管的负端、第六电阻的一端和第五发光二极管的正端；所述第五稳压二极管的正端连接第六稳压二极管的正端，第五发光二极管的负端连接第二三极管的集电极，第二三极管的基极连接第六电阻的另一端，所述第二三极管的基极还经由第七电阻连接第二三极管的发射极；所述第二三极管的发射极、第六稳压二极管的负端与电容的另一端共同连接，并作为过流检测单元的负端。一种高压串联阀过流保护方法，包括如下步骤：（1）所述阀组控制单元接收上级控制单元的控制脉冲，转化为高压串联阀的触发脉冲；（2）高压串联阀工作时，过流检测单元向阀组控制单元回报光脉冲；（3）判断阀组控制单元是否能收到回报光脉冲，若不能收到，判定过流保护装置故障，若能够收到，转步骤（4）；（4）阀组控制单元根据光脉冲宽度判断是否发生阀组过流，如果发生过流，则阀组控制单元立即封锁触发脉冲。上述步骤（4）中，如果光脉冲宽度为5～10uS，则阀组控制单元判断发生阀组过流。采用上述方案后，本专利技术是一种简单、可靠、成本较低的高压串联阀过流保护方案，当高压串联阀发生过流故障时，能够快速检测出故障并通过光纤回报给阀组控制单元，阀组控制单元迅速响应回报信号，最快10uS封锁触发脉冲，保护高压串联阀；本专利技术中的过流检测单元无需额外供能设备，安装维修方便；控制侧与一次光纤隔离，尤其适合于高压应用领域，易于在全控型电力电子元件构成的高压阀中应用，方法简单可靠、无需额外绝缘设备、易于集成化，适用范围广。附图说明图1是本专利技术装置的结构示意图；图2是本专利技术装置中高压串联阀的结构示意图；图3是本专利技术装置中柔性罗氏线圈的结构示意图；图4是本专利技术中过流检测单元第一种实施电路图；图5是本专利技术中过流检测单元第二种实施电路图；图6是本专利技术中过流检测单元第三种实施电路图；图7是本专利技术中正常工作时关键信号波形图；图8是本专利技术中阀短路时采用过流保护方法后关键信号波形图；图9是图6所示电路阀短路时采用过流保护方法后关键信号波形图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种高压串联阀过流保护装置，包括阀组控制单元2、过流检测单元5和柔性罗氏线圈6，所述过流检测单元5安装于一次高压串联阀侧，柔性罗氏线圈6安装于高压串联阀上，过流检测单元5检测流过高压串联阀的电流情况，并将IP光脉冲通过光纤4回报给阀组控制单元2；上级控制单元将控制脉冲CP通过光纤或电通路1发送给阀组控制单元2，阀组控制单元2收到这个脉冲后并根据回报的光脉冲产生触发脉冲FP，FP通过光纤或电通路3控制高压串联阀开通与关断，从而保护高压串联阀。如图2所示，是本专利技术中高压串联阀的结构示意图，所述高压串联阀由全控型电力电子组件串联组成，图2中只示出了四个IGBT组件串联构成的高压串联阀的结构，当然根据工作电压需要可以有更多数目的IGBT组件串联，具体的连接方式是：第一IGBT组件的集电极作为高压串联阀的正端，而该第一IGBT组件的发射极与第二IGBT组件的集电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压串联阀过流保护装置，其特征在于：包括阀组控制单元、过流检测单元和柔性罗氏线圈，所述过流检测单元安装于一次高压串联阀侧，柔性罗氏线圈安装于高压串联阀上，过流检测单元检测流过高压串联阀的电流情况，并将光脉冲回报给阀组控制单元；所述阀组控制单元根据回报的光脉冲改变触发脉冲，控制高压串联阀开通与关断。

【技术特征摘要】
1.一种高压串联阀过流保护装置，其特征在于：包括阀组控制单元、过流检测单元和柔性罗氏线圈，所述过流检测单元安装于一次高压串联阀侧，柔性罗氏线圈安装于高压串联阀上，过流检测单元检测流过高压串联阀的电流情况，并将光脉冲回报给阀组控制单元；所述阀组控制单元根据回报的光脉冲改变触发脉冲，控制高压串联阀开通与关断；所述过流检测单元采用如下三种结构中的任一种：第一种：所述过流检测单元包括一个二极管、一个发光二极管、两个稳压二极管、两个电阻和一个三极管，第二二极管的正端连接第一稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的正端；所述第二二极管的负端连接第一发光二极管的正端，而第一发光二极管的负端连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极经由第一电阻连接第二二极管的负端，所述第一三极管的基极还经由第二电阻连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的发射极连接第二稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的负端；所述第一、二稳压二极管的正端相连接；第二种：所述过流检测单元包括一个二极管、一个发光二极管、两个稳压二极管、两个电阻和一个MOSFET，第四二极管的正端连接第三稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的正端，所述第四二极管的负端连接第三发光二极管的正端，而第三发光二极管的负端连接MOSFET的漏极，所述MOSFET的栅极经由第三电阻连接第四二极管的负端，所述MOSFET的栅极还经由第四电阻连接MOSFET的源极，所述MOSFET的源极连接第四稳压二极管的负端，并共同作为过流检测单元的负端；所述第三、四稳压二极管的正端相连接；第三种：所述过流检测单元包括三个电阻、一个电容、一个发光二极管、两个稳压二极管和一个三极管，第五电阻的一端作为过流检测单元的正端，第五电阻的另一端分别连接电容的一端、第五稳压二极管的负端、第六电阻的一端和第五发光二极管的正端；所述第五稳压二极管的正端连接第六稳压二极管的正端，第五发光二极管的负端连接第二三极管的集电极，第二三极管的基极连接第六电阻的另一端，所述第二三极管的基极还经由第七电阻连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，陈赤汉，张茂强，卢为，罗苏南，曹冬明，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，常州博瑞电力自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32