CN115940611A - 一种igct变流器、电源***及过流保护方法 - Google Patents

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CN115940611A CN202211483156.0A CN202211483156A CN115940611A CN 115940611 A CN115940611 A CN 115940611A CN 202211483156 A CN202211483156 A CN 202211483156A CN 115940611 A CN115940611 A CN 115940611A
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Abstract

本申请公开了一种IGCT变流器、电源***及过流保护方法，变流器包括：功率电路、电流检测电路和控制器；功率电路包括IGCT器件；电流检测电路，用于检测IGCT变流器的输出电流；控制器，用于在输出电流大于保护阈值时，对功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值，第一时间段到达后，解除封波，解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。由于IGCT器件的开关频率较低，过于频繁地控制其开关，容易引发热量堆积，而且损耗加重。在IGCT变流器发生过流时，逐渐降低电流指令值，使输出电流更迅速地下降，尽快地控制输出电流不过流，有效进行保护。

Description

一种IGCT变流器、电源***及过流保护方法
技术领域
本申请涉及技术领域，具体涉及一种IGCT变流器、电源***及过流保护方法。
背景技术
集成门极换流晶闸管(IGCT，Integrated Gate-Commutated Thyristor)，具有过流不能关断的特性，且在电流较大时，关断电压尖峰较大，容易对器件造成损坏风险。
另外，IGCT一般的工作频率较低，如果IGCT频繁进行开关动作，则IGCT存在开关损耗，而且如果在电流较大的情形下进行开关，反复动作将造成热量堆积，给散热带来压力。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种IGCT变流器、电源***及过流保护方法，能够在电流过流时，迅速抑制电流的上升，保护IGCT器件。
本申请提供一种IGCT变流器，包括：功率电路、电流检测电路和控制器；
功率电路包括IGCT器件；
电流检测电路，用于检测IGCT变流器的输出电流；
控制器，用于在输出电流大于保护阈值时，对功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值，第一时间段到达后，解除封波，解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。
优选地，控制器，还用于当封波次数大于第一设定次数Nt，对功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，第二时间段大于第一时间段。
优选地，控制器，还用于对功率电路中的IGCT器件封波第二时间段后，降低电流指令值，电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，第一幅度为封波次数小于等于第一设定次数Nt时电流指令值被降低的幅度最大值。
优选地，控制器，具体用于封波次数小于等于第一设定次数Nt时，电流指令值每次被降低的幅度相等。
优选地，控制器，具体用于封波次数小于等于第一设定次数Nt时，控制电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
优选地，控制器，还用于控制保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
优选地，控制器，还用于在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制IGCT变流器停机，第二设定次数Mt大于第一设定次数Nt。
本申请还提供一种电源***，电源***包括以上介绍的IGCT变流器；
IGCT变流器的输出端用于连接电网。
本申请还提供一种IGCT变流器的过流保护方法，IGCT变流器包括：电流检测电路和功率电路；功率电路包括IGCT器件；电流检测电路检测IGCT变流器的输出电流；
该方法包括：
在输出电流大于保护阈值时，对功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值；
第一时间段到达后，解除封波；
解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。
优选地，还包括：当封波次数大于第一设定次数Nt，对功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，第二时间段大于第一时间段。
优选地，还包括：对功率电路中的IGCT器件封波第二时间段后，降低电流指令值，电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，第一幅度为封波次数小于等于第一设定次数Nt时电流指令值被降低的幅度最大值。
优选地，降低电流指令值，具体包括：封波次数小于等于第一设定次数Nt时，电流指令值每次被降低的幅度相等；
封波次数小于等于第一设定次数Nt时，控制电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
优选地，还包括：控制保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
优选地，还包括：在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制IGCT变流器停机，第二设定次数Mt大于第一设定次数Nt。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的IGCT变流器，当输出电流大于保护阈值时，对功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值，第一时间段到达后，解除封波，解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。由于IGCT器件的开关频率较低，过于频繁地控制其开关，容易引发热量堆积，而且损耗加重。因此，本申请可以根据输出电流大小进行封波，并降低电流指令值，当输出电流又大于保护阈值时，再次封波，继续降低电流指令值。在IGCT变流器发生过流时，并不是一次性控制IGCT器件封波，也不是不变电流指令值，而是逐渐降低电流指令值，这样可以使输出电流更迅速地下降，从而尽快地控制输出电流不过流，及时有效地对IGCT器件进行保护。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种三相三电平IGCT变流器的电路图；
图2为本申请实施例提供的另一种三相三电平IGCT变流器的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种单相三电平IGCT变流器的电路图；
图4为本申请实施例提供的另一种单相三电平IGCT变流器的电路图；
图5为本申请实施例提供的一种三相两电平IGCT变流器的电路图；
图6为本申请实施例提供的一种单相两电平IGCT变流器的电路图；
图7为本申请实施例提供的一种IGCT变流器的示意图；
图8为一种IGCT变流器过流保护方法的流程图；
图9为本申请实施例提供的一种电源***的示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种IGCT变流器过流保护方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
本申请实施例具体不限定IGCT变流器的工作场景，例如，可以应用于抽水蓄能领域，也可以应用于风力发电领域。
本申请实施例也不具体限定IGCT变流器的具体拓扑，例如可以为两电平变流器，也可以为三电平变流器，可以为三相变流器，也可以为单相变流器。下面结合附图介绍几种具体的IGCT变流器的拓扑。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种三相三电平IGCT变流器的电路图。
图1所示的IGCT变流器为三相变流器，输出为三相交流电，即A相位AC PhA，B相位AC PhB，C相位AC PhC。
图1所示的为中点钳位三电平，即每相的输入中点NP与桥臂的钳位开关管中点NP连接在一起，形成电压钳位。
参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种三相三电平IGCT变流器的电路图。
图2与图1的区别是，图1为钳位开关管，图2中为钳位二极管。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种单相三电平IGCT变流器的电路图。
图3与图1的区别是，图3为单相三电平IGCT变流器。
参见图4，该图为本申请实施例提供的另一种单相三电平IGCT变流器的电路图。
图4与图2的区别是，图4为单相三电平IGCT变流器。
参见图5，该图为本申请实施例提供的一种三相两电平IGCT变流器的电路图。
图5所示的IGCT变流器为三相变流器，输出为三相交流电，即A相位AC PhA，B相位AC PhB，C相位AC PhC。
图5与图1的区别是，图5为两电平，图1为三电平。
参见图6，该图为本申请实施例提供的一种单相两电平IGCT变流器的电路图。
图6与图5的区别是，图6为单相两电平的IGCT变流器。
下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的一种IGCT变流器的工作原理。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种IGCT变流器的示意图。
本实施例提供的IGCT变流器1000，包括：功率电路101、电流检测电路102和控制器103。
功率电路101包括IGCT器件。
应该理解，IGCT器件需要控制器103发送驱动信号才可以进行开关动作，即发波是指发送驱动信号，封波是指封锁驱动信号，停止控制IGCT器件动作。
电流检测电路102，用于检测IGCT变流器的输出电流。
控制器103，用于在输出电流大于保护阈值时，对功率电路101中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值，第一时间段到达后，解除封波，解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。
IGCT变流器在实际工作中，对于IGCT变流器的输出功率控制，一般以输出电流控制为主，即给定一个电流指令值，IGCT变流器的控制器采用控制算法，使实际输出电流跟随电流指令值。当发生过流故障时，整个***需要一定响应时间，这段时间内存在不稳定状态，在不稳定状态时间内，如果采用较大的电流指令值，也会加剧IGCT器件的应力损坏风险。
因此，本申请实施例提供的技术方案，由于IGCT器件的开关频率较低，过于频繁地控制其开关，容易引发热量堆积，而且损耗加重。因此，本申请可以根据输出电流大小进行封波，并降低电流指令值，当输出电流又大于保护阈值时，再次封波，继续降低电流指令值。在IGCT变流器发生过流时，并不是一次性控制IGCT器件封波，也不是不变电流指令值，而是逐渐降低电流指令值，这样可以使输出电流更迅速地下降，从而尽快地控制输出电流不过流，及时有效地对IGCT器件进行保护。
本申请实施例提供的技术方案，如果降低电流指令值后，输出电流继续过流，则可以循环控制，不具体限定循环的次数，例如为了快速降低输出电流，可以设置循环次数，根据循环次数进行分级控制，例如，一种可能的实现方式，控制器，还用于当封波次数大于第一设定次数Nt，对功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，第二时间段大于第一时间段。
另外，为了实现快速降低输出电流，还可以更大幅度降低电流指令值，例如控制器，还用于对功率电路中的IGCT器件封波第二时间段后，降低电流指令值，电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，第一幅度为封波次数小于等于第一设定次数Nt时电流指令值被降低的幅度最大值。
本申请实施例不具体限定封波次数小于等于第一设定次数Nt时，每次降低电流指令值的幅度，可以每次降低的幅度相等，也可以每次降低的幅度越来越大。例如Nt为5，每次封波后，电流指令值都降低2％。或者，第一次封波，电流指令值降低2％，第二次封波，电流指令值降低3％，第三次封波，电流指令值降低4％，第四次封波，电流指令值降低5％。
另外，本申请实施例提供的技术方案，每次降低电流指令值，可以一次性直接降低，也可以按照斜坡逐渐降低，例如2％，一次性降低2％，也可以按照斜坡比例0.25，即每次降低0.5％。控制器，具体用于所述封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时，控制所述电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
本申请实施例不具体限定保护阈值是否发生变化，例如可以整个过流保护过程中，保护阈值不变为固定值。另外，也可以缩短保护过程，在发生过流，封波后降低保护阈值。即控制器，还用于控制保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
如果封波次数很多，IGCT变流器仍然过流，为了保护IGCT器件以及***，需要停机，即控制器，还用于在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制IGCT变流器停机，第二设定次数Mt大于第一设定次数Nt。
下面结合附图介绍一种具体的实现方式。
参见图8，该图为一种IGCT变流器过流保护方法的流程图。
S801：输出电流大于保护阈值，执行一次封波，并维持第一时间段T；降低电流指令值为原始电流指令值的a％。
S802：当T时间达到后，解除封波，即开波。如果输出电流再次大于保护阈值，则返回S801；并封波次数1，判断封波次数N是否大于第一设定次数Nt，如果是，则执行S803；
S803：执行第二时间段TL封波，TL大于T。封波次数加1，TL达到后解除封波，降低电流指令值为上次电流指令值的b％。b大于a，a和b均为大于零小于100的数。
S804：如果输出电流再次大于保护阈值，则返回S803。
S805：如果封波次数大于第二设定次数Mt，Mt大于Nt，则控制IGCT变流器停机。
若IGCT变流器正常运行时间超过预设时长TN，则判断IGCT变流器已离开过流故障，所有计数器清零。
以上实施例仅是以封波次数划分为两级为例进行的介绍，也可以划分更多级。另外，电流指令值的降低幅度是与封波次数级别一起降低的。
本实施例提供的IGCT变流器，可以在发生过流故障时，通过逐渐控制封波开波，并降低电流指令值，可以快速使输出电流下降，能够有效降低IGCT器件的损坏风险，并保证IGCT变流器安全度过不稳定阶段。
另外，在正常工作时，即IGCT变流器的输出电流没有超出保护阈值，则控制器控制输出电流跟随电流指令值即可。
基于以上实施例提供的一种IGCT变流器，本申请实施例还提供一种电源***，下面介绍附图进行详细介绍。
本实施例提供的电源***，包括以上任意一个实施例介绍的IGCT变流器；
IGCT变流器的输出端用于连接电网。
本申请实施例不具体限定电网的电压等级，例如为几千伏至十几千伏的电压等级。例如应用于风力发电或者抽水蓄能领域。
由于该IGCT变流器能够较快安全地度过过流故障，因此，可以保证电源***的安全运行。
参见图9，该图为本申请实施例提供的一种电源***的示意图。
下面以三相两电平的电源***为例进行介绍，由于电网的电压较高，因此，需要电源***中IGCT变流器的输出电压也较高，因此，每相可以包括图6所示的多个变流桥臂电路串联在一起，如图9所示，交流输出端分别为AC PhA、AC PhB和AC PhC。
基于以上实施例提供的一种IGCT变流器及电源***，本申请实施例还提供一种电源***，下面介绍附图进行详细介绍。
参见图9，该图为本申请实施例提供的一种IGCT变流器的过流保护方法的流程图。
本实施例提供的IGCT变流器的过流保护方法，IGCT变流器包括：电流检测电路和功率电路；功率电路包括IGCT器件；电流检测电路检测IGCT变流器的输出电流；
该方法包括：
S901：在输出电流大于保护阈值时，对功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值；
S902：第一时间段到达后，解除封波；
S903：解除封波后输出电流又大于保护阈值时，再次封波，再次降低电流指令值。
本申请实施例提供的技术方案，由于IGCT器件的开关频率较低，过于频繁地控制其开关，容易引发热量堆积，而且损耗加重。因此，本申请可以根据输出电流大小进行封波，并降低电流指令值，当输出电流又大于保护阈值时，再次封波，继续降低电流指令值。在IGCT变流器发生过流时，并不是一次性控制IGCT器件封波，也不是不变电流指令值，而是逐渐降低电流指令值，这样可以使输出电流更迅速地下降，从而尽快地控制输出电流不过流，及时有效地对IGCT器件进行保护。
本实施例提供的方法，还包括：
当封波次数大于第一设定次数Nt，对功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，第二时间段大于第一时间段。
本实施例提供的方法，还包括：
对功率电路中的IGCT器件封波第二时间段后，降低电流指令值，电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，第一幅度为封波次数小于等于第一设定次数Nt时电流指令值被降低的幅度最大值。
本实施例提供的方法，降低电流指令值，具体包括：
封波次数小于等于第一设定次数Nt时，电流指令值每次被降低的幅度相等；
封波次数小于等于第一设定次数Nt时，控制电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
本实施例提供的方法，还包括：控制保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
本实施例提供的方法，还包括：在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制IGCT变流器停机，第二设定次数Mt大于第一设定次数Nt。
本实施例提供的IGCT变流器的过流保护方法，可以在发生过流故障时，通过逐渐控制封波开波，并降低电流指令值，可以快速使输出电流下降，能够有效降低IGCT器件的损坏风险，并保证IGCT变流器安全度过不稳定阶段。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种IGCT变流器，其特征在于，包括：功率电路、电流检测电路和控制器；
所述功率电路包括IGCT器件；
所述电流检测电路，用于检测所述IGCT变流器的输出电流；
所述控制器，用于在所述输出电流大于保护阈值时，对所述功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值，所述第一时间段到达后，解除封波，解除封波后所述输出电流又大于所述保护阈值时，再次封波，再次降低所述电流指令值。
2.根据权利要求1所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，还用于当封波次数大于第一设定次数Nt，对所述功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，所述第二时间段大于所述第一时间段。
3.根据权利要求2所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，还用于对所述功率电路中的IGCT器件封波所述第二时间段后，降低所述电流指令值，所述电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，所述第一幅度为封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时所述电流指令值被降低的幅度最大值。
4.根据权利要求2或3所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，具体用于所述封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时，所述电流指令值每次被降低的幅度相等。
5.根据权利要求2或3所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，具体用于所述封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时，控制所述电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
6.根据权利要求1-5任一项所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，还用于控制所述保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
7.根据权利要求2-6任一项所述的IGCT变流器，其特征在于，所述控制器，还用于在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制所述IGCT变流器停机，所述第二设定次数Mt大于所述第一设定次数Nt。
8.一种电源***，其特征在于，所述电源***包括权利要求1-7任一项所述的IGCT变流器；
所述IGCT变流器的输出端用于连接电网。
9.一种IGCT变流器的过流保护方法，其特征在于，所述IGCT变流器包括：电流检测电路和功率电路；所述功率电路包括IGCT器件；所述电流检测电路检测所述IGCT变流器的输出电流；
该方法包括：
在所述输出电流大于保护阈值时，对所述功率电路中的IGCT器件封波第一时间段，并降低电流指令值；
所述第一时间段到达后，解除封波；
解除封波后所述输出电流又大于所述保护阈值时，再次封波，再次降低所述电流指令值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
当封波次数大于第一设定次数Nt，对所述功率电路中的IGCT器件再次封波第二时间段，所述第二时间段大于所述第一时间段。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述功率电路中的IGCT器件封波所述第二时间段后，降低所述电流指令值，所述电流指令值被降低的幅度大于第一幅度，所述第一幅度为封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时所述电流指令值被降低的幅度最大值。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述降低所述电流指令值，具体包括：
所述封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时，所述电流指令值每次被降低的幅度相等；
所述封波次数小于等于所述第一设定次数Nt时，控制所述电流指令值每次按照斜坡逐渐被降低。
13.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，还包括：控制所述保护阈值随着封波次数的增加而被逐渐降低。
14.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，还包括：在封波次数大于第二设定次数Mt时，控制所述IGCT变流器停机，所述第二设定次数Mt大于所述第一设定次数Nt。
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