專利名稱：一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，適用于高壓TCR的晶閘管閥組的觸發(fā)控制，用于電網(wǎng)和帶沖擊負(fù)荷的工業(yè)用戶的無(wú)功補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)離不開(kāi)柔性交流輸電系統(tǒng)，而SVC (Static Vat Compensator)和 SVG (Static Var Generator)是柔性交流輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。高壓TCR ( Thyristor Controlled Reactor)則為SVC的核心裝置，由多級(jí)反并聯(lián)晶閘管對(duì)串聯(lián)構(gòu)成的晶閘管閥組和串聯(lián)電感組成。通常，通過(guò)控制晶閘管閥組的導(dǎo)通角來(lái)控制其向電網(wǎng)注入無(wú)功電流的大小。為了保證TCR可靠地工作，對(duì)晶閘管實(shí)施可靠地觸發(fā)控制是關(guān)鍵。由于 TCR工作在高電壓環(huán)境，晶閘管閥組觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須面對(duì)和解決高等級(jí)電壓隔離、觸發(fā)及監(jiān)控電路取能困難、兼容強(qiáng)電磁干擾環(huán)境等技術(shù)難題。目前常用的觸發(fā)方式有光觸發(fā)(用于光直接觸發(fā)晶間管)、光電觸發(fā)等幾種方式；取能方式有高電位取能、電流互感器耦合取能和兼含這兩種方式的綜合取能等幾種方式。上述幾種觸發(fā)方式中，光觸發(fā)方式由于要采用光直接觸發(fā)晶閘管，這種晶閘管價(jià)格昂貴，成本太高，目前還沒(méi)用進(jìn)入工程應(yīng)用階段；光電觸發(fā)方式通常是把處于低電位的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)光纖送到處于高電位的晶間管的TE板，光觸發(fā)信號(hào)在TE板經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換、整形放大后去觸發(fā)晶閘管，這種觸發(fā)方式，要給處于高電位的TE板提供電能，且每對(duì)晶閘管需要用一對(duì)光纖，TE板的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本還是相對(duì)較高。上述兩種取能方式中，高位取能方式是指利用晶閘管的動(dòng)態(tài)均壓阻容環(huán)節(jié)在晶閘管截止期間從處于高電位的晶閘管陽(yáng)極和陰極之間獲取能量，TE板與其所觸發(fā)的晶閘管處于相同的高電位，這種高位取能適合上述的光電觸發(fā)方式，除TE板結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本較高以外，取能效果受晶閘管導(dǎo)通角度大小的影響明顯，特別在TCR重載輸出時(shí)，有取能不足
J^ O所謂電流互感器耦合取能方式，通常途徑是處于低電位的穩(wěn)壓電源一直流恒流源一全橋變換成交流電流源一具有高壓電纜的多個(gè)穿心式電流互感器一電流互感器次級(jí)繞組耦合取能一經(jīng)二次側(cè)電路和輔助電源電路后給處于高電位的TE板提供電能。這種取能方式電路復(fù)雜、成本較高，且一般只適用10KV及以下電壓等級(jí)晶閘管閥。專利 ZL01145559. 4介紹了一種用于晶閘管閥串觸發(fā)的多路輸出的隔離電源，是這一種取能方式的典型電路，其系統(tǒng)構(gòu)成和大功率電流源的生成方式過(guò)于復(fù)雜，僅僅起到了隔離取能的作用，在晶閘管的TE板上還需要二次側(cè)電路、輔助電源電路以及光纖傳輸觸發(fā)信號(hào)、光電轉(zhuǎn)換、整形放大等一系列較復(fù)雜的電路。更重要的是這種多路輸出的隔離電源，一般只適合應(yīng)用在10KV及其以下TCR晶閘管閥組之中，若是應(yīng)用在35KV及其以上電壓的TCR晶閘管閥組，則高壓電纜與電流互感器鐵芯及其付邊繞組之間容易產(chǎn)生電暈放電，危及設(shè)備的安全和系統(tǒng)工作的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問(wèn)題，在于提供一種適合高電壓、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠的高壓晶閘管閥組的取能和電磁觸發(fā)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，包括 用于產(chǎn)生功率脈沖電流的脈沖電流源裝置；
用于給脈沖電流源裝置提供穩(wěn)定直流電壓的BUCK穩(wěn)壓變換裝置； 用于對(duì)脈沖電流源裝置產(chǎn)生的功率脈沖電流進(jìn)行隔離的隔離變壓裝置； 用于將隔離變壓裝置隔離輸出的功率脈沖電流進(jìn)行變換的穿心式電流互感器和利用穿心式電流互感器的輸出信號(hào)對(duì)晶閘管閥組進(jìn)行觸發(fā)的電磁觸發(fā)裝置。如上所述的BUCK穩(wěn)壓變換裝置包括
用于對(duì)輸入的220V工頻交流電進(jìn)行EMI濾波的EMI濾波模塊； 用于對(duì)EMI濾波模塊的輸出進(jìn)行整流濾波的整流濾波模塊；
用于對(duì)整流濾波模塊的輸出的直流電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓變換的穩(wěn)壓控制模塊和用于實(shí)施降壓穩(wěn)壓變換的BUCK變換模塊。如上所述的脈沖電流源裝置包括
用于將光觸發(fā)脈沖串信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏饔|發(fā)脈沖串信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊； 用于將光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)進(jìn)行整形和放大的的脈沖整形及放大模塊；
用于將脈沖整形及放大模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)放大生成功率脈沖電流的包含磁復(fù)位電路的單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊，磁復(fù)位電路用于防止作為其負(fù)載的隔離變壓裝置和穿心式電流互感器因單向磁化而飽和；
用于檢測(cè)單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊中MOSFET工作狀態(tài)的MOSFET狀態(tài)檢測(cè)模塊。如上所述的隔離變壓裝置包括M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器包括一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)付邊繞組，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的原邊繞組與兩個(gè)付邊繞組的匝數(shù)比為1:1:1，M個(gè)原邊繞組按照同名端連接非同名端的方式串聯(lián)，串聯(lián)后的M個(gè)原邊繞組的兩端與脈沖電流源裝置的輸出的兩端連接，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的兩個(gè)付邊繞組的非同相端等電位相連，且每個(gè)付繞組的輸出端串接有若干對(duì)穿心式電流互感器，上述串接的穿心式電流互感器的激磁電流方向保持一致，M為正整數(shù)。如上所述的穿心式電流互感器為N/2M對(duì)，其中N為每相晶閘管控制電抗器所串聯(lián)的晶閘管的對(duì)數(shù)。如上所述的穿心式電流互感器的鐵芯為用鐵鎳基非晶帶材卷繞而成。如上所述的電磁觸發(fā)裝置包括電阻R1、二極管D1、二極管D2和電阻R2，二極管Dl 的陰極通過(guò)電阻Rl與二極管D2的陽(yáng)極連接，二極管D2的陰極通過(guò)電阻R2與二極管Dl的陽(yáng)極連接，二極管D2的極陽(yáng)和二極管Dl的陽(yáng)極分別與穿心式電流互感器的輸出的兩端連接，二極管D2的陰極與晶閘管的控制極連接，二極管Dl的陽(yáng)極與晶閘管的陰極連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是
1、實(shí)現(xiàn)了用處于低電位的功率電流脈沖串經(jīng)穿芯式電流互感器隔離耦合后直接觸發(fā)多對(duì)處于高電位的晶閘管，把取能與觸發(fā)功能合二為一，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、同步性好；
2、M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器將每個(gè)穿心式電流互感器的原邊和付邊之間實(shí)際承受的電壓降至TCR工作電壓的1ΛΜ，有效地解決了因電暈生成給設(shè)備帶來(lái)的故障隱患，可以應(yīng)用于更高電壓等級(jí)的TCR晶閘管閥組的取能觸發(fā)。


圖1為一種晶閘管閥組的取能和電磁觸發(fā)系統(tǒng)的原理示意圖； 圖2為圖1中的BUCK穩(wěn)壓變換裝置的原理示意圖3為圖1中的脈沖電流源裝置的原理示意圖； 圖4為三繞組等匝比隔離變壓器與穿心式電流互感器的連接示意圖； 圖5為圖1中的電磁觸發(fā)裝置中的一只晶閘管的觸發(fā)電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生脈沖電流的脈沖電流源裝置、用于給脈沖電流源提供電壓的BUCK穩(wěn)壓變換裝置、用于對(duì)脈沖電流源產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行隔離的隔離變壓裝置、用于將隔離變壓裝置隔離輸出的脈沖電流進(jìn)行變換的穿心式電流互感器和利用穿心式電流互感器的輸出信號(hào)對(duì)TCR晶閘管閥組進(jìn)行觸發(fā)的電磁觸發(fā)裝置。如圖2所示，BUCK穩(wěn)壓變換裝置包括用于對(duì)輸入的220V工頻交流電進(jìn)行濾波的 EMI濾波模塊、用于對(duì)EMI濾波模塊的輸出進(jìn)行整流濾波的整流濾波模塊、用于對(duì)整流濾波模塊的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓控制模塊和用于對(duì)穩(wěn)壓控制模塊的輸出進(jìn)行降壓穩(wěn)壓的BUCK 變換模塊。如圖3所示，脈沖電流源裝置包括用于將光觸發(fā)脈沖串信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏饔|發(fā)脈沖串信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊、用于將光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)進(jìn)行整形和放大的的脈沖整形及放大模塊、用于將脈沖整形及放大模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)放大生成功率脈沖電流串的包含磁復(fù)位電路的單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊，磁復(fù)位電路可以防止作為其負(fù)載的穿心式電流互感器因單向磁化而飽和。用于檢測(cè)MOSFET工作狀態(tài)的MOSFET狀態(tài)檢測(cè)模塊。脈沖電流源裝置，每隔IOms生成一個(gè)功率電流脈沖串，每個(gè)功率電流脈沖串包括四個(gè)寬度為50us、占空比為50%的功率電流脈沖。如圖4所示，隔離變壓裝置包括M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器包括一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)付邊繞組，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的原邊繞組與兩個(gè)付邊繞組的匝數(shù)比為1:1:1，M個(gè)原邊繞組按照同名端連接非同名端的方式串聯(lián)，串聯(lián)后的M個(gè)原邊繞組的兩端與脈沖電流源裝置的輸出的兩端連接，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的兩個(gè)付邊繞組的非同相端等電位相連，且每個(gè)付繞組的輸出端串接N/2M對(duì)穿心式電流互感器，且所有上述串接的穿心式電流互感器的激磁電流方向保持一致，其中N為每相晶閘管閥所包含的晶閘管對(duì)數(shù)，M、N為正整數(shù)。
如圖5所示，電磁觸發(fā)裝置包括電阻Rl、二極管Dl、二極管D2和電阻R2，二極管 Dl的陰極通過(guò)電阻Rl與二極管D2的正極連接，二極管D2的陰極通過(guò)電阻R2與二極管Dl 的陽(yáng)極連接，二極管D2的正極和二極管Dl的正極分別與穿心式電流互感器的輸出的兩端連接，二極管D2的陰極和二極管Dl的正極分別與穿心式電流互感器的輸出的兩端連接。一種35KV TCR晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，包括BUCK穩(wěn)壓變換裝置、大功率脈沖電流源裝置、M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器、N對(duì)穿心式電流互感器及電磁觸發(fā)裝置 (M為正整數(shù)，N為每相晶閘管閥組中晶閘管的對(duì)數(shù))。三繞組等匝比隔離變壓器，共使用M臺(tái)，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，都具有一個(gè)原邊繞組，兩個(gè)付邊繞組，匝比為1 :1 :1，M臺(tái)三繞組等匝比高電壓隔離變壓器的原邊繞組首尾相連(即一個(gè)繞組的同名端與另一個(gè)繞組的非同名端相連)后串接于單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊之中，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的兩個(gè)付繞組的非同名端等電位相接，M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的2 XM個(gè)次級(jí)繞組通過(guò)高壓電纜分別驅(qū)動(dòng)Ν/2 XM對(duì)穿心式電流互感器 (N為每相晶閘管閥組所串聯(lián)的晶閘管的對(duì)數(shù)，若N不能被2 XM整除，則采取四舍五入不對(duì)稱分配，如本發(fā)明之N=22，M=2，則按6、5、6、5分配)，這樣，每個(gè)穿心式電流互感器的原邊和付邊之間實(shí)際承受的電壓降至TCR工作電壓的1/2M。2XM組N/4對(duì)穿心式電流互感器的勵(lì)磁電流方向相同。
權(quán)利要求
1.一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于包括用于產(chǎn)生功率脈沖電流的脈沖電流源裝置；用于給脈沖電流源裝置提供穩(wěn)定直流電壓的BUCK穩(wěn)壓變換裝置；用于對(duì)脈沖電流源裝置產(chǎn)生的功率脈沖電流進(jìn)行隔離的隔離變壓裝置；用于將隔離變壓裝置隔離輸出的功率脈沖電流進(jìn)行變換的穿心式電流互感器和利用穿心式電流互感器的輸出信號(hào)對(duì)晶閘管閥組進(jìn)行觸發(fā)的電磁觸發(fā)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的BUCK穩(wěn)壓變換裝置包括用于對(duì)輸入的220V工頻交流電進(jìn)行EMI濾波的EMI濾波模塊；用于對(duì)EMI濾波模塊的輸出進(jìn)行整流濾波的整流濾波模塊；用于對(duì)整流濾波模塊的輸出的直流電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓變換的穩(wěn)壓控制模塊和用于實(shí)施降壓穩(wěn)壓變換的BUCK變換模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的脈沖電流源裝置包括用于將光觸發(fā)脈沖串信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏饔|發(fā)脈沖串信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊；用于將光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)進(jìn)行整形和放大的的脈沖整形及放大模塊；用于將脈沖整形及放大模塊輸出的電流觸發(fā)脈沖串信號(hào)放大生成功率脈沖電流的包含磁復(fù)位電路的單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊，磁復(fù)位電路用于防止作為其負(fù)載的隔離變壓裝置和穿心式電流互感器因單向磁化而飽和；用于檢測(cè)單管MOSFET功率開(kāi)關(guān)模塊中MOSFET工作狀態(tài)的MOSFET狀態(tài)檢測(cè)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的隔離變壓裝置包括M臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器包括一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)付邊繞組，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的原邊繞組與兩個(gè)付邊繞組的匝數(shù)比為1:1:1，M個(gè)原邊繞組按照同名端連接非同名端的方式串聯(lián)，串聯(lián)后的M個(gè)原邊繞組的兩端與脈沖電流源裝置的輸出的兩端連接，每臺(tái)三繞組等匝比隔離變壓器的兩個(gè)付邊繞組的非同相端等電位相連，且每個(gè)付繞組的輸出端串接有若干對(duì)穿心式電流互感器，上述串接的穿心式電流互感器的激磁電流方向保持一致，M為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的穿心式電流互感器為N/2M對(duì)，其中N為每相晶閘管閥組所串聯(lián)的晶閘管的對(duì)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的穿心式電流互感器的鐵芯為用鐵鎳基非晶帶材卷繞而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于 所述的電磁觸發(fā)裝置包括電阻R1、二極管D1、二極管D2和電阻R2，二極管Dl的陰極通過(guò)電阻Rl與二極管D2的陽(yáng)極連接，二極管D2的陰極通過(guò)電阻R2與二極管Dl的陽(yáng)極連接，二極管D2的極陽(yáng)和二極管Dl的陽(yáng)極分別與穿心式電流互感器的輸出的兩端連接，二極管D2 的陰極與晶閘管的控制極連接，二極管D1的陽(yáng)極與晶閘管的陰極連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓晶閘管閥組的取能及電磁觸發(fā)系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生功率脈沖電流的脈沖電流源裝置、用于給脈沖電流源提供穩(wěn)定直流電壓的BUCK穩(wěn)壓變換裝置、用于對(duì)脈沖電流源產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行隔離的隔離變壓裝置、用于將隔離變壓裝置隔離輸出的脈沖電流進(jìn)行變換的穿心式電流互感器和利用穿心式電流互感器的輸出信號(hào)對(duì)TCR晶閘管閥組進(jìn)行觸發(fā)的電磁觸發(fā)裝置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了取能與觸發(fā)功能的合二為一，降低了對(duì)電流互感器隔離電壓的要求，適用于35KV及以上電壓等級(jí)的TCR晶閘管閥組的觸發(fā)控制，主要應(yīng)用于電網(wǎng)和某些帶沖擊負(fù)荷的工業(yè)用戶的無(wú)功補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102377253SQ201110357789
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者周俊, 李小芬, 畢平勁, 羅運(yùn)成 申請(qǐng)人:湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司