一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路制造技术

本实用新型专利技术属于电力电子技术领域，涉及一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路，包括数据选择器U11、电压比较器U12、高速光耦U13、高压光耦U14-U16、电流传感器TA1、电阻R10-R19和双刀单掷开关KD1；本实用新型专利技术的有益效果是：本实用新型专利技术中所有电流传感器安装在子模块上，子模块的对地绝缘和隔离电源供电问题已经解决，实用新型专利技术中电流传感器的绝缘水平仅要求满足子模块额定电压绝缘即可，大幅降低成本和绝缘复杂度；本实用新型专利技术采用了多电流传感器级联结构，具有冗余特性，如果某子模块上安装的电流传感器存在故障，仅需将其所在子模块旁路即可，不影响电路继续工作，其可靠性较单一传感器大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路
本技术属于电力电子
，涉及一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路。
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)和级联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个子模块串联而成，其中η为大于I的整数，每个子模块的结构相同，每个子模块包括子模块主电路及与其并联的旁路开关，旁路开关可以将发生故障的子模块旁路保证换流器可以继续工作，旁路开关带有辅助常闭触点。子模块为换流器的基本结构，子模块主电路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，或由四个带有反向并联二极管的开关管Κ1-Κ4和直流电容器C构成单相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)是一类重要的研究和工程课题。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。这种判断方法优点是简单直接，但是这种测量方法的缺点在于:第一，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。第二，该传感器及其附属电路一旦发生故障，将无法判断桥臂电流造成整个换流器停机，降低了装置可靠性。
技术实现思路
本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、并能大幅提高可靠性的级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路。 为解决上述技术问题所采用技术方案是:一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路，包括数据选择器Ul1、电压比较器U12、高速光耦U13、高压光耦U14-U16、电流传感器TAl、电阻R10-R19和双刀单掷开关KDl ； 所述电流传感器TAl的穿心磁环11-4套在H桥子模块或半H桥子模块的低电位输出线上； 所述电流传感器TAl的输出端接所述电压比较器U12的同相输入端5脚； 所述电阻RlO接在所述电压比较器U12的同相输入端5脚与反向输入端4脚之间；所述电压比较器U12的反向输入端4脚接地；所述电压比较器U12的输出端2脚接所述高速光耦U13的负极2脚；所述电阻R14接在所述高速光耦U13的正极I脚与+ 15V直流电源之间；所述电阻Rll接在所述高速光耦U13的负极2脚与+ 15V直流电源之间；所述高速光耦U13的集电极4脚接所述数据选择器Ull的6脚；所述高速光耦U13的发射极3脚接地；所述电阻R15接在所述高速光耦U13的集电极4脚与+ 3.3V直流电源之间； 所述高压光耦U14的负极2脚经所述H桥子模块或半H桥子模块的旁路开关的辅助常闭触点接地；所述高压光耦U14的负极2脚为所述子模块电流方向判断电路的信号输入端11-3 ； 所述高压光耦U14的正极I脚经所述电阻R12接+ 24V直流电源；所述高压光耦U14的集电极4脚接所述数据选择器Ull的3脚；所述高压光耦U14的发射极3脚接地；所述电阻R13接在所述高压光耦U14的集电极4脚与+ 3.3V直流电源之间； 所述数据选择器Ull的5脚为所述子模块电流方向判断电路的方向输入端Il-1 ；数据选择器Ull的2脚为所述子模块电流方向判断电路的状态输入端11-2 ;所述数据选择器Ull的5脚和2脚分别经所述双刀单掷开关Kll的第一触点Kll-1和第二触点K11-2接+ 3.3V直流电源；数据选择器Ull的I脚与2脚相连接；所述数据选择器Ull的7脚接所述高压光耦U15的负极2脚；所述数据选择器Ul I的4脚接所述高压光耦U16的负极2脚； 所述高压光耦U15的正极I脚经所述电阻R16接+ 3.3V直流电源；所述高压光耦U15的发射极3脚接地；所述高压光耦U15的集电极4脚经所述电阻R17接+ 3.3V直流电源； 所述高压光耦U16的正极I脚经所述电阻R18接+ 3.3V直流电源；所述高压光耦U16的发射极3脚接地；所述高压光耦U16的集电极4脚经所述电阻R19接+ 3.3V直流电源； 所述高压光耦U15的集电极4脚为所述子模块电流方向判断电路的方向输出端01-1 ;所述高压光耦U16的集电极4脚为所述子模块电流方向判断电路的状态输出端01-2。 所述数据选择器Ull的型号为74LS157 ;所述U12电压比较器的型号为LM339 ;所述高压光耦U14-U16的型号均为M0C306 ;所述高速光耦U13的型号为PC817 ;所述电流传感器TAl的型号为LF 2005-S。 本技术的有益效果是:本技术中所有电流传感器安装在子模块上，子模块的对地绝缘和隔离电源供电问题已经解决，技术中电流传感器的绝缘水平仅要求满足子模块额定电压绝缘(若干kV以内)即可，大幅降低成本和绝缘复杂度；本技术采用了多电流传感器级联结构，具有冗余特性，如果某子模块上安装的电流传感器存在故障，仅需将其所在子模块旁路即可，不影响电路继续工作，其可靠性较单一传感器大幅提高。 【附图说明】 图1为H桥主电路子模块电流方向判断电路原理图。 图2为半H桥主电路子模块电流方向判断电路原理图。 图3为级联换流器桥臂(子模块为H桥主电路)电流方向判断原理示意图。 图4为级联换流器桥臂(子模块为半H桥主电路)电流方向判断原理示意图。 在图3-4中，SMl-SMn为级联换流器桥臂的子模块为半H桥主电路的第I至第η子模块；SMQl-SMQn为级联换流器桥臂的子模块为H桥主电路的第I至第η子模块。 【具体实施方式】 由图1-4所示的实施例可知，它包括数据选择器U11、电压比较器U12、高速光耦U13、高压光耦U14-U16、电流传感器TAl、电阻R10-R19和双刀单掷开关KDl ； 所述电流传感器TAl的的穿心磁环11-4套在H桥子模块或半H桥子模块的低电位输出线上； 所述电流传感器TAl的输出端接所述电压比较器U12的同相输入端5脚； 所述电阻RlO接在所述电压比较器U12的同相输入端5脚与反向输入端4脚之间；所述电压比较器U12的反向输入端4脚接地；所述电压比较器U12的输出端2脚接所述高速光耦U13的负极2脚；所述电阻R14接在所述高速光耦U13的正极I脚与+ 15V直流电源之间；所述电阻Rll接在所述高速光耦U13的负极2脚与+ 15V直流电源之间；所述高速光耦U13的集电极4脚接所述数据选择器Ull的6脚；所述高速光耦U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路，其特征在于：包括数据选择器U11、电压比较器U12、高速光耦U13、高压光耦U14‑U16、电流传感器TA1、电阻R10‑R19和双刀单掷开关KD1；所述电流传感器TA1的穿心磁环I1‑4套在H桥子模块或半H桥子模块的低电位输出线上；所述电流传感器TA1的输出端接所述电压比较器U12的同相输入端5脚；所述电阻R10接在所述电压比较器U12的同相输入端5脚与反向输入端4脚之间；所述电压比较器U12的反向输入端4脚接地；所述电压比较器U12的输出端2脚接所述高速光耦U13的负极2脚；所述电阻R14接在所述高速光耦U13的正极1脚与﹢15V直流电源之间；所述电阻R11接在所述高速光耦U13的负极2脚与﹢15V直流电源之间；所述高速光耦U13的集电极4脚接所述数据选择器U11的6脚；所述高速光耦U13的发射极3脚接地；所述电阻R15接在所述高速光耦U13的集电极4脚与﹢3.3V直流电源之间；    所述高压光耦U14的负极2脚经所述H桥子模块或半H桥子模块的旁路开关的辅助常闭触点接地；所述高压光耦U14的负极2脚为所述子模块电流方向判断电路的信号输入端I1‑3；所述高压光耦U14的正极1脚经所述电阻R12接﹢24V直流电源；所述高压光耦U14的集电极4脚接所述数据选择器U11的3脚；所述高压光耦U14的发射极3脚接地；所述电阻R13接在所述高压光耦U14的集电极4脚与﹢3.3V直流电源之间；所述数据选择器U11的5脚为所述子模块电流方向判断电路的方向输入端I1‑1；数据选择器U11的2脚为所述子模块电流方向判断电路的状态输入端I1‑2；所述数据选择器U11的5脚和2脚分别经所述双刀单掷开关K11的第一触点K11‑1和第二触点K11‑2接﹢3.3V直流电源；数据选择器U11的1脚与2脚相连接；所述数据选择器U11的7脚接所述高压光耦U15的负极2脚；所述数据选择器U11的4脚接所述高压光耦U16的负极2脚；所述高压光耦U15的正极1脚经所述电阻R16接﹢3.3V直流电源；所述高压光耦U15的发射极3脚接地；所述高压光耦U15的集电极4脚经所述电阻R17接﹢3.3V直流电源；所述高压光耦U16的正极1脚经所述电阻R18接﹢3.3V直流电源；所述高压光耦U16的发射极3脚接地；所述高压光耦U16的集电极4脚经所述电阻R19接﹢3.3V直流电源；所述高压光耦U15的集电极4脚为所述子模块电流方向判断电路的方向输出端O1‑1；所述高压光耦U16的集电极4脚为所述子模块电流方向判断电路的状态输出端O1‑2；所述数据选择器U11的型号为74LS157；所述U12电压比较器的型号为LM339；所述高压光耦U14‑U16的型号均为MOC306；所述高速光耦U13的型号为PC817；所述电流传感器TA1的型号为LF 2005‑S。...

【技术特征摘要】
1.一种级联换流器桥臂的子模块电流方向判断电路，其特征在于:包括数据选择器Ul1、电压比较器U12、高速光耦U13、高压光耦U14-U16、电流传感器TAl、电阻R10-R19和双刀单掷开关KDl ； 所述电流传感器TAl的穿心磁环11-4套在H桥子模块或半H桥子模块的低电位输出线上； 所述电流传感器TAl的输出端接所述电压比较器U12的同相输入端5脚； 所述电阻RlO接在所述电压比较器U12的同相输入端5脚与反向输入端4脚之间；所述电压比较器U12的反向输入端4脚接地；所述电压比较器U12的输出端2脚接所述高速光耦U13的负极2脚；所述电阻R14接在所述高速光耦U13的正极I脚与+ 15V直流电源之间；所述电阻Rll接在所述高速光耦U13的负极2脚与+ 15V直流电源之间；所述高速光耦U13的集电极4脚接所述数据选择器Ull的6脚；所述高速光耦U13的发射极3脚接地；所述电阻R15接在所述高速光耦U13的集电极4脚与+ 3.3V直流电源之间； 所述高压光耦U14的负极2脚经所述H桥子模块或半H桥子模块的旁路开关的辅助常闭触点接地；所述高压光耦U14的负极2脚为所述子模块电流方向判断电路的信号输入端.11-3 ； 所述高压光耦U14的正极I脚经所述电阻R12接+ 24V直流电源；所述高压光耦U14的集电极4脚接所述数据选择器Ull的3脚；所述高压光耦U14的发射极3脚接地；所述电阻R13接在所述高...

【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：新型
国别省市：北京;11