CN101662154A - 链式静止同步补偿器igbt阀链节控制板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，它的高电位双路电源取能回路输入和输出分别接一次设备高电位侧、电源转换回路输入，电源转换回路输出接电源监视回路和直流侧电压检测回路电压信号输入，它们的输出接逻辑保护回路，逻辑保护回路接IGBT阀检测信号、阀体温度检测信号和直流侧电压检测信号及故障指示信号，它的阀体闭锁指令和阀体状态信号分别接脉冲分配与死区处理回路和通信处理器，通信处理器接直流侧直流电压信号、光发射和接收回路，通信处理器的控制指令接脉冲分配与死区处理回路，本发明用来解决现有技术存在的取能技术复杂、IGBT阀触发与实时检测不完善、链节控制板抗干扰以及与地面设备进行通信的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，属于电力电子领域。
背景技术
随着我国“西电东送”战略的实施和互联电网规模的扩大，电压稳定问题尤为突出。珠三角及长三角形成的超大型负荷中心存在的主要问题是动态无功支撑日益不足。近二十年来，世界各地由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故，在我国电压崩溃事故也多次发生。采用静止同步补偿器(STATCOM)是解决这些问题的最有效措施之一，它在解决电网稳定性以及配电电能质量等问题中发挥了相当重要的作用，是目前各国普遍采用的先进实用技术，链节控制板是静止同步补偿器技术的核心技术之一。
由于链式静止同步补偿器IGBT阀一般都处于高电位，对地绝缘电压等级一般均为10kV或6kV，因此采用常规的控制方法已经不能满足要求。与传统控制对象相比，主要的技术难点如下：1)由于链节控制板位于高电位，与处于地面的***不同，必须解决链节控制板的能源问题；2)链节控制板位于高电位侧，其所处电磁环境比较恶劣，一方面输电线路的大电流、高场强会对电子触发***造成较大的电磁干扰，另一方面，IGBT阀的快速开关过程也会产生大量的强电磁干扰，因此必须解决链节控制板的抗干扰设计问题；3)链节控制板与地面设备间的通讯问题；4)IGBT阀触发与实时检测的控制策略。
专利号为200510064687.6的发明专利说明书公开了一种静止型无功功率补偿器的晶闸管阀光电触发板，该光电触发板通常是与晶闸管一一对应，晶闸管采取串联的方式，这样导致晶闸管阀光电触发板的数量较多，致使晶闸管阀的体积较大，占地面积多；晶闸管阀光电触发板的触发信号是通过对控制***的脉冲编码进行译码得到的单一触发脉冲，另外触发***与监控***在每个周波内只产生单个或双触发脉冲，不能产生高频脉冲串，也会降低补偿器的性能，另外该光电触发板的取能采用电流互感器取能的方式来解决，技术复杂，实现难度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用电压互感器从高电位取能、IGBT阀触发与实时检测完善、抗干扰能力强且具有与地面设备进行通信功能的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，用来解决现有技术存在的取能技术复杂、IGBT阀触发与实时检测不完善、链节控制板抗干扰以及与地面设备进行通信的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，该链节控制板包括高电位互感式双路电源取能回路、电源转换及监视回路、逻辑保护回路、脉冲分配与死区处理回路、光接收回路、光发射回路和通信处理器，所述高电位互感式双路电源取能回路的输入端连接一次设备高电位侧，它的输出端与电源转换电路的输入端连接，所述电源转换回路的输出端分别接电源监视回路电压信号输入端、直流侧电压检测回路电压信号输入端连接，所述电源监视回路的输出端接入逻辑保护回路，所述逻辑保护回路还接有IGBT阀检测信号、IGBT阀体温度检测信号和直流侧电压检测信号及故障指示信号，所述逻辑保护回路的IGBT阀体闭锁指令接入脉冲分配与死区处理回路，所述逻辑保护回路的IGBT阀体状态信号接入通信处理器，所述的通信处理器还接入有直流侧直流电压信号，所述通信处理器的控制指令接入脉冲分配与死区处理回路，所述的通信处理器还连接有光发射回路和光接收回路。
所述的高电位互感式双路电源取能回路包括一个双路输出的电压互感器，所述电压互感器的输入接一次设备高电位侧，所述电压互感器的每路输出连接有一个滤波及抗干扰回路，所述每个滤波及抗干扰电路的输出连接到电源转换回路的输入，所述电源转换回路的输出用于给本链节控制板和另一路链节控制板上的有源器件进行供电。
所述的逻辑保护回路包括六个或门，其中第一或门的两个输入端和第二或门的两个输入端分别接有链式静止同步补偿器四个IGBT阀的检测信号，所述第三或门的两个输入端分别接有直流侧电压检测信号和温度检测信号，所述第一或门的输出端和第二或门的输出分别与第四或门的两个输入端连接，所述第三或门的输出端和电源监视回路的输出信号分别与第五或门的两个输入端连接，所述第四或门的输出端和第五或门的输出端分别与第六或门的两个输入端连接，所述第六或门的输出接入中央逻辑处理单元。
所述的脉冲分配与死区处理回路包括脉冲分配器，所述脉冲分配器分别接入有两路来自光接收回路的PWM驱动信号及这两路驱动PWM信号分别经过死区及反相处理后的两路PWM信号，所述脉冲分配器还接有逻辑保护回路的阀体闭锁指令和通信处理器的控制指令，所述脉冲分配器输出的四路PWM信号通过脉冲放大器用于分别连接到链式静止同步补偿器的四个IGBT阀。
所述的电源监视回路包括两个隔离支路，所述两个隔离支路分别包括一个光电耦合器，所述第一个光电耦合器光电二极管的正极通过一个限流电阻接电源转换回路的输出正极，它的负极通过另一个限流电阻接第二个光电耦合器光电二极管的正极，第二个光电耦合器光电二极管的负极接电源转换回路的地，所述第一个和第二个光电耦合器耦合三极管的集电极分别接逻辑保护回路的相应输入端，它们的集电极分别通过一个上拉电阻接逻辑保护回路的电源正极，它们的发射极一起接逻辑保护回路的地。
所述的逻辑保护电路的故障指示信号用于和故障指示电路连接。
本发明的有益效果是：本发明所述的链节控制板通过高压电压互感器直接从高压侧取能然后通过电源转换回路能同时给本链节控制板和另一路连接控制板上的有源器件供电，取能供电回路拓扑结构简单，并且实现了与高压主回路、两个连接控制板之间的电气隔离，提高了链节控制板的运行可靠性，降低了设备成本；所述逻辑保护电路能同时对电源监视回路、直流侧电压检测信号、IGBT检测信号、温度检测信号进行检测，当检测到故障信号后，发出IGBT阀体闭锁指令给脉冲分配与死区处理回路闭锁IGBT阀，同时发出阀体状态信号给通信处理器，由通信处理器把阀体状态信息通过光发射回路发送给链式静止同步补偿器主控制器，主控制器发出控制指令实现所有IGBT阀的闭锁，从而实现对阀体的快速保护，功能完善，可靠性高；所述脉冲分配与死区处理电路对触发信号进行死区处理和逻辑处理，由2路输入信号生成4路具有死区的高频触发脉冲给链式静止同步补偿器IGBT阀，并且死区时间可以自由调节，与晶闸管阀控制板相比控制板数量减少，体积减小，占地面积小并且触发频率高；所述的通信处理器将直流侧电压值和阀体的状态信息通过光发射回路送给链式静止同步补偿器主控制器，供其进行算法控制和状态监测；同时接受链式静止同步补偿器主控制器的控制指令，完成复位、停机、启动等逻辑的实现，由于通信通道全部采用光纤实现，从而实现了高电位与地电位的电气隔离，同时也增强了传输通道的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的***框图；
图2是高电位互感式双路电源取能回路的原理图；
图3是电源监视回路的原理图；
图4逻辑保护回路的原理图；
图5是脉冲分配与死区处理回路的原理图；
图6是通信处理器的使用原理图。
具体实施方式
结合图1来说明本发明所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，该链节控制板包括高电位互感式双路电源取能回路、电源转换及监视回路、逻辑保护回路、脉冲分配与死区处理回路、光接收回路、光发射回路和通信处理器，所述高电位互感式双路电源取能回路的输入端连接一次设备高电位侧，它的输出端与电源转换电路的输入端连接，所述电源转换回路的输出端与电源监视回路输入端连接，所述电源监视回路的输出端接入逻辑保护回路，所述逻辑保护回路还接有IGBT阀检测信号、IGBT阀体温度检测信号和直流侧电压检测信号及故障指示信号，所述逻辑保护回路的IGBT阀体闭锁指令接入脉冲分配与死区处理回路，它的IGBT阀体状态信号接入通信处理器，所述的通信处理器还接入有直流侧直流电压信号，所述通信处理器的控制指令接入脉冲分配与死区处理回路，所述的通信处理器还连接有光发射回路和光接收回路。
结合图2来说明所述的高电位双路电源取能回路及电源转换回路，它包括一个双路输出的电压互感器，所述电压互感器的输入接一次设备高电位侧，所述电压互感器的每路输出都连接有一个滤波电路及抗干扰电路，所述每个滤波及抗干扰电路的输出都与一个AC/DC电源转换电路的电压输入连接，所述每个AC/DC电源转换电路输出+5V和±15V电压分别为链节控制板上其它电路中的有源器件供电。
结合图3来说明所述的电源监视回路，该回路包括两个隔离支路，所述两个隔离支路分别包括光电耦合器U1和光电耦合器U2，所述光电耦合器U1光电二极管的正极通过限流电阻R1接电源转换回路的+15V输出，它的负极通过另限流电阻R3接光电耦合器U2光电二极管的正极，光电耦合器U2光电二极管的负极接电源转换回路的地，所述光电耦合器U1耦合三极管的集电极和光电耦合器U2耦合三极管的集电极分别接逻辑保护回路的相应输入端，它们的集电极分别通过上拉电阻R2和上拉电阻R4接逻辑保护回路的电源VCC，它们的发射极一起接逻辑保护回路的地。
结合图4来说明所述的逻辑保护电路，它包括六个或门，其中第一或门U1的两个输入端和第二或门U2的两个输入端分别接有链式静止同步补偿器第一个至第四个IGBT阀的故障检测信号，所述第三或门U3的两个输入端分别接有直流侧过电压检测信号和IGBT阀体过温检测信号，所述第一或门U1的输出端和第二或门U2的输出分别与第四或门U4的两个输入端连接，所述第三或门U3的输出端和电源监视电路的输出信号分别与第五或门U5的两个输入端连接，所述第四或门U4的输出端和第五或门U5的输出端分别与第六或门U6的两个输入端连接，所述第六或门U6的输出接入中央逻辑处理单元，所述中央逻辑处理单元的IGBT阀体闭锁指令信号、IGBT阀体状态信号和故障指示信号分别用于对应连接到脉冲分配电路、通信处理器和故障指示电路。
结合图5来说明所述的脉冲分配与死区处理回路，它包括脉冲分配器，所述脉冲分配器通过光接收回路分别接有两路从上层控制器通过光纤传递过来的PWM驱动信号及这两路PWM驱动信号分别经过死区及反相处理后的两路PWM信号，所述脉冲分配器还接有逻辑保护电路输出的阀体闭锁指令和通信处理器输出的控制指令，上述的四路PWM输出信号由脉冲分配器进行分配然后通过脉冲放大器将四路PWM信号放大后分别连接至链式静止同步补偿器的四个IGBT阀。
结合图6来说明所述的通信处理器使用原理，其主要完成与链式静止同步补偿器的主控制器之间的通信工作，首先通信处理器将接受到的直流侧直流电压值和IGBT阀体状态信息通过光发射电路发送给链式静止同步补偿器的主控制器，供主控制器进行算法控制和状态监测，同时通过光接收电路接受链式静止同步补偿器的主控制器的控制指令，通过通信处理器将控制指令发送给脉冲分配电路，完成链式静止同步补偿器复位、停机、启动等逻辑的实现。
Claims (6)
1.一种链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：该链节控制板包括高电位互感式双路电源取能回路、电源转换及监视回路、逻辑保护回路、脉冲分配与死区处理回路、光接收回路、光发射回路和通信处理器，所述高电位互感式双路电源取能回路的输入端连接一次设备高电位侧，它的输出端与电源转换电路的输入端连接，所述电源转换回路的输出端分别接电源监视回路电压信号输入端、直流侧电压检测回路电压信号输入端连接，所述电源监视回路的输出端接入逻辑保护回路，所述逻辑保护回路还接有IGBT阀检测信号、IGBT阀体温度检测信号和直流侧电压检测信号及故障指示信号，所述逻辑保护回路的IGBT阀体闭锁指令接入脉冲分配与死区处理回路，所述逻辑保护回路的IGBT阀体状态信号接入通信处理器，所述的通信处理器还接入有直流侧直流电压信号，所述通信处理器的控制指令接入脉冲分配与死区处理回路，所述的通信处理器还连接有光发射回路和光接收回路。
2.根据权利要求1所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：所述的高电位互感式双路电源取能回路包括一个双路输出的电压互感器，所述电压互感器的输入接一次设备高电位侧，所述电压互感器的每路输出连接有一个滤波及抗干扰回路，所述每个滤波及抗干扰电路的输出连接到电源转换回路的输入，所述电源转换回路的输出用于给本链节控制板和另一路链节控制板上的有源器件进行供电。
3.根据权利要求1或2所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：所述的逻辑保护回路包括六个或门，其中第一或门的两个输入端和第二或门的两个输入端分别接有链式静止同步补偿器四个IGBT阀的检测信号，所述第三或门的两个输入端分别接有直流侧电压检测信号和温度检测信号，所述第一或门的输出端和第二或门的输出分别与第四或门的两个输入端连接，所述第三或门的输出端和电源监视回路的输出信号分别与第五或门的两个输入端连接，所述第四或门的输出端和第五或门的输出端分别与第六或门的两个输入端连接，所述第六或门的输出接入中央逻辑处理单元。
4.根据权利要求3所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：所述的脉冲分配与死区处理回路包括脉冲分配器，所述脉冲分配器分别接入有两路来自光接收回路的PWM驱动信号及这两路驱动PWM信号分别经过死区及反相处理后的两路PWM信号，所述脉冲分配器还接有逻辑保护回路的阀体闭锁指令和通信处理器的控制指令，所述脉冲分配器输出的四路PWM信号通过脉冲放大器用于分别连接到链式静止同步补偿器的四个IGBT阀。
5.根据权利要求4所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：所述的电源监视回路包括两个隔离支路，所述两个隔离支路分别包括一个光电耦合器，所述第一个光电耦合器光电二极管的正极通过一个限流电阻接电源转换回路的输出正极，它的负极通过另一个限流电阻接第二个光电耦合器光电二极管的正极，第二个光电耦合器光电二极管的负极接电源转换回路的地，所述第一个和第二个光电耦合器耦合三极管的集电极分别接逻辑保护回路的相应输入端，它们的集电极分别通过一个上拉电阻接逻辑保护回路的电源正极，它们的发射极一起接逻辑保护回路的地。
6.根据权利要求5所述的链式静止同步补偿器IGBT阀链节控制板，其特征在于：所述的逻辑保护电路的故障指示信号用于和故障指示电路连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XUJI ELECTRIC POWER CO., LTD. STATE ELECTRIC NET C Free format text: FORMER OWNER: XUJI ELECTRIC POWER CO., LTD. Effective date: 20121023 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121023 Address after: No. 1298 Xuchang City, Henan province 461000 XJ Avenue Patentee after: Xuji Group Co., Ltd. Patentee after: Xuji Electric Power Co., Ltd. Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: No. 1298 Xuchang City, Henan province 461000 XJ Avenue Patentee before: Xuji Group Co., Ltd. Patentee before: Xuji Electric Power Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20110706 Termination date: 20190925 |