[发明专利]一种防止逆变颠覆的智能过流保护装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交直交型变频调速系统检测保护领域，特别是提出了一种防止逆变颠覆的智能过流保护装置（Intelligent Rectifiers Protection Unit，IRPU）及控制方法。

背景技术

带有公共直流母线的电压型交直交变频调速装置具有网侧用电回路数量少、有效利用负载制动发电能量等优点，在工业生产中有着十分广泛的应用。其主电路由整流回馈装置、中间回路储能电容和逆变装置构成，其中整流回馈装置既可以由可关断型功率器件组成主动前端整流电路，也可以由反并联连接的两组晶闸管构成可控整流电路。后者以其合理的价格和优良的能量回馈能力得到普遍应用。在电动工作状态下，直流回路电流由正向功率桥提供；在回馈工作状态（发电制动）下，直流回路电流将按反方向流动，通过反向功率桥回馈至电网，此时整流回馈装置的移相角会设定在有源逆变所需要的角度上，从而实现将能量同步回馈至电网。

晶闸管整流回馈装置属于电网换向型整流器，当系统运行在回馈状态时，只有保证主回路电压在不低于额定电压90%这样一个较高质量的交流电压下，能量才能安全地进行回馈。当系统处于回馈状态运行时，如果出现异常情况，则存在发生换相失败的可能性，从而导致晶闸管过流以至主回路出现逆变颠覆，严重时会烧毁快速熔断器或晶闸管。导致以上现象发生的具体情况有以下几种：1）交流侧供电电网异常，如出现缺相或较大波动等现象；2）整流回馈装置移相角过小；3）电机侧绕组接地导致直流母线电压骤降。4）晶闸管器件发生故障，无法正常导通或关断；5）晶闸管触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失，脉冲延迟等，导致整流回馈装置不能正常换相。 

当上述状况发生时，极易烧坏整流回馈装置中保护晶闸管的快速熔断器或直接损坏晶闸管。若此时主断路器切断能力不足，系统将无法快速断开主回路，整个整流回馈装置有可能烧毁，不仅损失严重，而且对正常生产及设备安全造成严重威胁。设备维修和恢复过程不但增大备件消耗，而且浪费大量的有效生产时间。通过进行原理分析，能够有效抑制此类故障发生的措施主要有以下几种：

1）使用快速直流断路器切断直流主回路电流。此种方法不仅价格昂贵，需要大量的空间，对直流母线的操作较繁琐，而且在限制直流母线电流骤增时需要大量额外的电抗器，此种方法可操作性较差。

2）强迫晶闸管换流。此种方法对抑制电路的要求很高，性能可靠的换流抑制电路结构复杂且价格昂贵。同时，为了避免由于低电抗导致不可控制的过电流发生，门极触发电路也须具备严格的可选择性和快速性。基于此种方法的保护装置使得系统复杂性大幅度提高，其使用范围很小。

3）采用由全控型器件组成的整流回馈装置。如全部采用绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）等全控型器件替代晶闸管器件的新型整流回馈装置，原则上可以避免此类故障的发生，也是目前整流回馈装置发展的趋势。但全控型器件造价昂贵，在大功率系统中尤其显著，而且现有在运行的大量晶闸管整流回馈装置无法在短时间内完成升级换代。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种在电网波动、直流母线异常、接地故障等易使变频器发生逆变颠覆的情况下，对整流回馈装置进行快速保护，起到预防烧毁主回路快速熔断器或晶闸管等恶性事故发生的作用的防止逆变颠覆的智能过流保护装置（Intelligent Rectifiers Protection Unit，简称IRPU）及其控制方法。

本发明的技术方案是：一种防止逆变颠覆的智能过流保护装置，该装置包括用于处理信号的数字信号处理器、用于采集电路电压信号的电压传感器、用于采集电路电流信号的电流传感器、用于将所述电压、电流传感器发出的信号转换至数字信号处理器可识别范围的信号隔离变换电路、功率部分和IGBT驱动板；

其中，所述电压传感器、电流传感器和功率部分通过所述信号隔离变换电路与所述数字信号处理器连接，所述数字信号处理器与所述IGBT驱动板控制连接，所述IGBT驱动板与所述功率部分控制连接。

进一步，所述功率部分主要由用于直流母线电流双向流动的功率二极管D1、D2、D3和D4、用于控制直流母线电流导通或关断的IGBT器件Q1和用于吸收电压尖峰及IRPU关断期间将大量回馈能量转换成热量被消耗的压敏电阻R1组成；

所述IGBT器件Q1与吸收压敏电阻R1并联后与D1、D2、D3和D4组成桥式电路，以实现IGBT器件对整流和逆变电流的双向监控。