[实用新型]一种高电位直流电压取能电源

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种高电位直流电压取能电源。

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。东南沿海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。采用静止同步无功补偿器(STATCOM，Static Synchronous Compensator)是解决这些问题的有效措施之一，它在提高线路输送能力、阻尼功率振荡、增强系统稳定性等方面具有优越性能，STATCOM在输电网中已完全进入实用阶段。其中，高电位直流电压取能技术是输电网STATCOM研发的核心技术之一，输电网STATCOM的电压等级高，电子电路和阀体位于高电位。阀体控制用电子电路若采用交流取能、高频送能和激光送能等方式不能很好的满足STATCOM装置紧凑型设计及长期稳定运行的要求。因此，需要设计一种能够满足STATCOM单元变流器的紧凑型设计和长期稳定供能要求的高电位直流电压取能电源。

本实用新型所设计的直流电压取能电源具有良好的电气隔离，能够满足高电位电子电路供电要求；能够在较宽范围的直流输入电压条件下稳定工作；启动速度快，可在直流电压输入较低的情况下保持稳定的额定输出；抗干扰性好，能够在恶劣电磁环境下正常工作；直流取能电源体积小，可以满足装置的紧凑型设计。

本实用新型的高电位直流电压取能电源，在试验中取得了良好的效果。本项技术的成功开发，解决了STATCOM单元变流器中控制电路的高电位取能问题，有效保障了控制电路的稳定可靠供电。同时，直流取能电路体积小，有利于单元变流器的紧凑型设计。高电位直流取能电源对于今后STATCOM、电压源型变流器、大功率电力电子装置的紧凑型设计以及高电位电子电路的供电技术具有重要意义。

本实用新型所涉及的STATCOM的阀体由单元变流器构成，单元变流器由全控型功率器件IGBT组成。IGBT驱动电源对供电可靠性要求很高，在IGBT的集电极与发射极之间电压大于200V，IGBT门极受到干扰且未加驱动信号时，可能会造成器件的误导通，若造成同一桥臂直通，直流支撑电容将通过直通的桥臂瞬时放电，造成IGBT过流，可能损坏IGBT器件。而驱动电源的不可靠也可能会造成IGBT过流保护失灵，导致IGBT器件的损坏。因此， 必须设计可靠的取能或送能电源来保障IGBT驱动的可靠供电。

高电位电子电路常见的送能或取能方式有：高频送能、工频送能、激光送能、交流取能和直流取能等。

(1)高频/工频送能

高频送能方式需要采用高频电源，全绝缘高频变压器和整流电路。在高频情况下设备局放大，高频干扰严重，可能会影响周围电子电路的正常工作；另外高频变压器损耗大，一般采用充油式变压器，这就存在漏油风险有安全隐患，维护不方便；高频变压器体积较大，不利于单元变流器及整体装置的紧凑型设计。

工频送能方式下，变压器的体积较高频变压器更大，向高电位送能时需要较大的绝缘距离，不利于单元变流器及整体装置的紧凑型设计。

(2)激光送能

激光送能方式可以有效的从地电位向高电位送电，但是激光送能装置属敏感设备，购买受到国外严格限制。此外，激光送能设备成本高，长期使用情况下设备老化较快，寿命相对较短，因此不能满足电力电子装置中电子电路的长期可靠供电的要求。

(3)交流电压取能

交流电压取能方式对交流系统的可靠性要求很高。在系统出现短时故障的情况下，取能电源将无法正常工作，而短时故障(故障时间一般不超过1s)在交流系统中是很可能存在的，取能电源很难支持1s以上时间。如果单一采用交流电压取能方式将会影响电力电子装置的运行可靠性。

(4)直流电压取能

单元变流器直流侧电压高水平稳定运行是保证其可靠工作的关键，在单元变流器工作期间电是最有保障的直流电压源。因此，采用直流电压取能方式，通过合理的取能电源设计就可以保障单元变流器的控制器长期稳定可靠供电。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提出了一种高电位直流电压取能电源。该直流电压取能电源具有良好的电气隔离，能够满足高电位电子电路供电要求；能够在较宽范围的直流输入电压条件下稳定工作；启动速度快，可在直流电压输入较低的情况下保持稳定的额定输出；抗干扰性好，能够在恶劣电磁环境下正常工作；直流取能电源体积小，可以满足装置的紧凑型设计。