[发明专利]一种单元串联变频器的单元旁路装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种功率单元串联式的旁路装置以及旁路后提高变频器处理的方法，适用于任何类似单元串联装置。

背景技术

由于功率单元串联式高压变频器具有低谐波、功率器件电压等级不高、可批量生产等优点，其在电力、冶金、石油、化工、市政等场合应用越来越广泛。

该高压变频器由于采用多个功率串联，不做处理的话，任何一个功率单元故障都将导致停机，影响其可靠性。在功率单元出现故障的情况下高压变频器能够继续运行成为验证高压变频器可靠性的技术关键。通常的做法是在各个功率单元输出侧并联旁路装置，在功率单元发生故障后，旁路装置动作，使功率单元输出短接，将与故障单元相邻的两个单元连接起来，高压变频器继续运行。

现在高压变频器采用的旁路装置有两种。一种是在功率单元输出侧加装二极管整流桥和晶闸管或其它类似的功率器件构成，其中二极管整流桥的输入与功率单元输出相连，二极管整流桥的直流输出侧与晶闸管相连，该旁路方法存在以下弊端：由于晶闸管不能承受过高的dv/dt，当功率单元输出电压为零时，晶闸管两端电压也为零，此时控制IGBT导通使得功率单元输出直流母线电压电平，该电平会直接加到晶闸管的阳阴极间，晶闸管会承受超过其耐受能力的dv/dt，导致其误导通，引发功率单元的短路故障。另一种是采用旁路接触器方式。常规的旁路接触器采用集中控制方式，即所有功率单元的旁路通过旁路集中控制模块控制，而旁路操作机构—接触器的线圈供电需通过高压隔离变压器供电，可靠性较低。

高压变频器在功率单元发生故障旁路之后，为了使输出线电压得到对称的电压，通常的处理方法有两种：一种是同级旁路法，即将与故障功率单元同级的另外两相功率单元一同旁路，但该方法会牺牲正常功率单元的输出能力，降低了整个变频器的输出能力；另一种是改变初相角法，即只旁路故障单元，通过改变各相的初相角来使输出线电压平衡。当使用改变初相角法时，其大部分情况最高输出电压均比同级旁路法高，但如果其各相旁路的单元个数与旁路同级法均相同时，由于同级旁路法很容易对其输出相电压注入三次谐波，此时改变初相角法的最高输出电压较同级旁路法低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种单元串联变频器的单元旁路装置，该旁路装置能使用常规接触器，旁路控制部分不需高压隔离，消除其它类型旁路装置误导通和可靠性低的隐患。与此同时本发明还提供一种提高母线电压利用率的单元旁路控制方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种单元串联变频器的单元旁路装置，包括单元旁路控制板和旁路接触器；所述单元旁路控制板接收旁路信号；所述单元旁路板的电源输入取自其所能旁路单元的交流输入侧；所述单元旁路控制板的输出端与旁路接触器连接，所述旁路接触器的输出端与相对应的功率单元连接。

进一步，所述单元旁路控制板通过光纤与主控制器连接；所述单元旁路控制板包括变压器、AC/DC模块、光电转换模块和功率放大模块；所述变压器的输入端与相应的功率单元的交流输入侧连接，所述变压器的输出端与AC/DC模块连接，所述AC/DC模块为单元旁路控制板内的各模块提供低压直流电源；所述光电转换模块将旁路信号转换为电信号，所述功率放大模块的输入端与光电转换模块的输出端连接，所述功率放大模块的输出端与旁路接触器的线圈连接。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种单元串联变频器的单元旁路控制方法，包括当检测到故障功率单元时，封锁所有功率单元的功率开关管脉冲调制输出，旁路所述故障功率单元；调整三相输出基波初相角和叠加三次谐波初相角及幅值、调制度，使得三相输出线电压平衡。

进一步，所述调整三相输出基波初相角和叠加三次谐波初相角及幅值、调制度包括，计算得到功率单元旁路后所能取得的调制度的最大值，若故障单元旁路前的电压幅值大于故障单元旁路后最大调制度对应的电压幅值，则旁路后的调制度按最大调制度计算；若故障单元旁路前的电压幅值小于或者等于故障单元旁路后最大调制度对应的电压幅值，则按该电压幅值对应的调制度计算。

进一步，所述的调制度值最大值是通过数值计算取局部最优的方法得到。

有益技术效果：