[发明专利]一种高位取能电源故障保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源的保护方法，具体讲涉及一种用高压/特高压大功率管IGBT换流阀的高位取能电源的故障保护方法。

背景技术

对于电力系统中高压/特高压换流器，IGBT换流阀得到越来越多的应用，由于换流阀中各功率模块电位不同且处于较高电位，必须要解决功率模块控制器的高电位可靠供电问题。

目前常见的有低压送能和高压取能两类。低压送能即从将地电位电源经过高压隔离后给功率模块控制器供电，存在外部绝缘和结构安装等问题，设备的体积和造价都很大，一般用于电压相对较低场合。对于电压较高场合，通常采用高电位取能，即从功率模块主电路部分取能给控制电路供电。

现有高位取能方式于高压取能中常见的电流取能和电压取能。电流取能通常利用特制的电流互感器(CT)从有电流的线路上感应电压，通过处理后供电；电压取能通过并联于阻容电路两端结合电压变换电路进行取能供电。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)对取能电源供电有着极高的要求。器件主功率极两端可靠承担高主电压和快速电压变化率要求触发板必须带电正常工作，否则会损坏开关器件。由于取能电源是从功率模块本身主电路部分取能，电源工作前开关器件必定已承受了一定的主电压，因此如何保障高位取能电源工作前和故障时功率模块可靠性成为基于IGBT高压/特高压换流阀的一个关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高位取能电源故障保护方法，本方法在常规电源控制保护之外添加了与功率模块其他部分相关联保护，有效实施取能电源输出失电故障及输出带电故障时高压IGBT换流阀保护。

本发明采用下述技术方案实现本发明的目的：

一种高位取能电源故障保护方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、取能电源从直流侧电容获取能量，分别为上、下管IGBT驱动和中控单元提供电源；

B、进行故障监测；

C、进行失电故障处理；

D、进行带电故障处理；

所述故障监测包括输入电压幅值和电压上升变换率du/dt监测和三路输电电压幅值监测；所述失电故障处理是指在功率模块启动失败时，电源无输出，功率模块控制器失电所实施的关联保护；所述带电故障处理是指电源已有输出电压，功率模块带电工作期间，发生电源故障所实施的关联保护。

本发明提供的一种优选的技术方案是：所述步骤A中，所述取能电源采用DC电压取能，输入电压Vi取自于直流侧储能电容两端，所述取能电源包括两级DC/DC变换和电源控制保护单元，分别给模块控制器上、下管IGBT驱动及中控单元提供电源。

本发明提供的第二种优选的技术方案是：所述步骤B中，所述进行故障监测是监测输入电压幅值和电压上升变换率du/dt和三路输电电压幅值。

本发明提供的第三种优选的技术方案是：所述步骤C中，所述进行失电故障处理是进行启动无输出和启动输入电压上升变换率du/dt过高处理。

本发明提供的第四种优选的技术方案是：所述步骤D中，所述进行带电故障处理是进行输出故障和单路驱动输出故障带电故障处理。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的一种高位取能电源故障保护方法，在功率模块控制失电不能工作的情况，通过取能电源实施功率模块有效保护，提高了IGBT换流阀整体可靠性；不影响常规电源保护设计，单独增加本发明提出的电源关联保护；电源关联保护直接对功率模块元件保护，不经过功率模块控制器通信处理保护，保护方法实施快速。

附图说明

图1是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Coverter，MMC)结构框图；

图2是功率模块结构框图；

图3是取能电源关联保护方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

图1是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Coverter，MMC)结构框图，MMC由上、下两个桥臂的IGBT换流阀组成，换流阀一端连接至直流侧P或N端，另一端连接只交流侧AC。换流阀由功率模块PM(Power Module)级联而成，每个功率模块两个功率端子Npx和Nnx相连，每个功率模块的控制Rx和状态反馈Tx汇总于阀基控制器以实现整个换流阀的协调控制、状态监测和保护。

图2是功率模块结构框图，功率模块由一次电路、控制器和高位取能电源三部分组成。

一次电路包括上、下管IGBT组成的半桥电力电子单元、旁路单元和储能电容组成。