[发明专利]一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法

说明书

本发明公开了一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。本电路包括NPC三电平变流器内管（Tu₁、Td₁）的驱动保护电路Qu₁及Qd₁及NPC三电平变流器外管（Tu₂、Td₂）的驱动保护电路Qu₂及Qd₂。驱动保护电路Qu₁及Qd₁采用基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，驱动保护电路Qu₂及Qd₂采用基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路。本发明中的NPC三电平变流器在过流故障状态下也能实现正常的关断时序，保证了NPC三电平变流器外管先关断，内管后关断的控制原则。并且通过故障保持电路实现故障状态锁存。

技术领域

本发明针对电力电子设备的过流保护应用技术，具体涉及一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。本发明中NPC三电平变流器的内、外管分别采用基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路及基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，从而使得NPC三电平变流器内、外管在过流故障状态下也能实现可靠地关断，有效地避免了NPC三电平变流器由于非正常关断时序所引发的模块过压损坏问题，保护了装置的安全运行。

背景技术

随着中、大功率变流场合对电力电子变流器需求地增加，以NPC三电平电路为代表的多电平变流器得到了广泛地应用。相比传统两电平变流器而言，NPC三电平变流器具有更高的效率、更低的波形畸变及更大的容量等优点，但NPC三电平变流器的开关时序比两电平变流器复杂。NPC三电平变流器开关管动作的核心要义是外管先于内管关断，尤其在过流故障状态下，如何确保变流器正常的关断时序，一直是影响装备可靠性的重要方面。

传统IGBT过流保护方案分为两种，一种是基于IGBT退饱和效应的过流故障检测及保护方法。当IGBT因过流故障而退出饱和区时，通过检测IGBT逐渐增加的集射极退饱和导通电压V_ce便可辨识过流故障，并分断过流IGBT管，实现过流保护。另一种利用IGBT集射极饱和区导通电压V_cesat与集电极电流近似成线性关系，通过实时监测IGBT集射极饱和导通电压V_cesat，与设置保护阈值对应饱和导通电压V_cesat值进行比较，来确定故障。若发生故障，则关断故障IGBT管。但以上两种保护均存在缺陷，第一种方法要求IGBT进入退饱和状态，通常IGBT退饱和电流为额定电流4～8倍，因此该保护机制对模块损伤较大，且关断的先后时序严重依赖IGBT管退饱和速度。实际应用中，NPC三电平变流器过流故障发生时，较难判别内、外管退饱和的先后顺序。第二种方法对IGBT模块工作温度具有强烈的依赖性，模块工作时的温度变化较为剧烈，因此会严重影响保护阈值，进而影响三电平变流器过流故障状态下的关断时序。综上所述，当前IGBT过流保护方法均不适用于NPC三电平变流器。

发明内容

本发明目的在于针对已有技术的不足，提出一种适用于NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。为达到上述目的，使得NPC三电平变流器在过流故障发生时也能可靠地关断，本发明专利设计采用如下技术方案：