一种H桥换流模块保护电路和三相H桥级联变流器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种h桥换流模块保护电路和三相h桥级联变流器。

背景技术：

三相h桥级联变流器的各相桥臂可以包括多个级联的h桥低压功率模块，通过多个低压功率模块串联输出高压大功率。多个h桥子模块的级联结构会对影响三相h桥级联变流器的安全性和可靠性，例如，当一个h桥子模块发生故障时往往导致整个桥臂乃至整个变流器退出运行，进而引起区域电力系统的震荡。目前，主要通过在三相h桥级联变流器上设置保护电路，对各h桥子模块进行保护和状态监测。但是，常规的保护电路还具有下述缺陷：

(1)保护功能单一，无法实现对故障的精准定位与故障严重程度分级处理。

(2)故障信息上报机制简单，不利于三相h桥级联变流器的上层控制系统对故障进行定位和分析。

(3)供电方式单一，当供电出现异常时保护电路往往不能正常工作。

技术实现要素：

为了满足克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种h桥换流模块保护电路和三相h桥级联变流器。

第一方面，本发明中一种h桥换流模块保护电路的技术方案是：

所述保护电路包括：

故障检测模块，用于检测所述h桥换流模块的运行状态，以及依据上层控制系统下发的驱动指令和/或保护指令控制h桥换流模块；

故障反馈模块，用于对所述故障检测模块采集得到故障状态进行编码，并将编码信息发送至所述上层控制系统，所述上层控制系统依据该编码信息确定所述保护指令；

其中，所述编码信息为24位二进制数构成的编码信息，第1～8位二进制数为发生故障的h桥换流模块的编号，第9～16位二进制数为h桥换流模块内发生故障的电力电子器件的编号，第17～24位二进制数为故障类型的编号。

第二方面，本发明中一种三相h桥级联变流器的技术方案是：

三相h桥级联变流器包括三相桥臂，所述各相桥臂均包括多个级联的h桥换流模块；所述三相h桥级联变流器包括多个如权利要求1-10任一项所述的h桥换流模块保护电路。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种h桥换流模块保护电路，故障反馈模块对故障状态进行编码，并将编码信息发送至上层控制系统，上层控制系统依据该编码信息确定保护指令；该编码信息包含了发生故障的h桥换流模块的编号、电力电子器件的编号和故障类型的编号，便于上层控制系统准确获得h桥换流模块的故障类型和故障位置，进而确定保护指令。

2、本发明提供的一种三相h桥级联变流器，采用h桥换流模块保护电路可以对三相h桥级联变流器的故障点进行精准定位，提高了三相h桥级联变流器的故障处理效率。

附图说明

图1：本发明实施例中一种h桥换流模块保护电路示意图；

图2：本发明实施例中另一种h桥换流模块保护电路示意图；

其中，1：上层控制系统；2：故障检测模块；3：故障反馈模块；4：h桥换流模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种h桥换流模块保护电路进行说明。

图1为本发明实施例中一种h桥换流模块保护电路示意图，如图所示，本实施例中h桥换流模块保护电路包括故障检测模块2和故障反馈模块3，故障检测模块2分别与上层控制系统1和h桥换流模块4连接，故障反馈模块3与上层控制系统1连接，其中，上层控制系统1为用于设置h桥换流模块驱动指令和保护指令的常规控制系统。

故障检测模块2用于检测h桥换流模块4的运行状态，以及依据上层控制系统1下发的驱动指令和/或保护指令控制h桥换流模块4。其中，h桥换流模块4的运行状态包括正常运行状态和故障状态。驱动指令为驱动h桥换流模块4输出预设期望信号的驱动指令，保护指令为上层控制系统1在检测到h桥换流模块发生故障后，为了消除故障保护h桥换流模块确定的保护指令。

故障反馈模块3用于对故障检测模块2采集得到故障状态进行编码，并将编码信息发送至1上层控制系统，上层控制系统1依据该编码信息确定保护指令。其中，编码信息为24位二进制数构成的编码信息，第1～8位二进制数为发生故障的h桥换流模块的编号，第9～16位二进制数为h桥换流模块内发生故障的电力电子器件的编号，第17～24位二进制数为故障类型的编号。本实施例中上层控制系统1依据上述编码信息，可以准确获得h桥换流模块的故障类型和故障位置，进而确定保护指令。

进一步地，本实施例中故障检测模块可以包括指令处理单元、第一检测单元和第二检测单元，具体为：

1、指令处理单元

指令处理单元通过一路光纤与上层控制系统1连接，接收驱动指令和/或保护指令；以及通过多路光纤分别与h桥换流模块4的各电力电子器件连接，向各电力电子器件传输数据转换后驱动指令和/或保护指令。同时，各路光纤与各电力电子器件之间分别连接一个光电隔离器，且各电力电子器件分别连接一个隔离电源。

本实施例中指令处理单元对上层控制系统1下发的驱动指令和/或保护指令进行数据转换，并将数据转后的指令发送至h桥换流模块。即指令处理单元首先将驱动指令和/或保护指令由光信号转换为电信号，然后再将电信号转换为光信号发送至h桥换流模块。采用光纤传输驱动指令和/或保护指令可以降低高压、大功率环境对保护电路的电磁干扰，同时也便于主控制器对保护电路进行远距离控制。采用隔离电源作为电力电子器件的驱动电源，可以提高保护电路的抗干扰能力，同时每个电力电子器件单独供电，防止一个电力电子器件因受高压放电或其他原因导致损坏后殃及其他电力电子器件。

2、第一检测单元

第一检测单元通过多路光纤分别与各电力电子器件连接，采集各实际驱动脉冲；其中，各路光纤与各电力电子器件之间分别连接一个光电隔离器。本实施例中第一检测单元用于采集h桥换流模块4接收到的各实际驱动脉冲，并依据实际驱动脉冲与上层控制系统1下发的驱动指令的比较结果判断h桥换流模块4的驱动电路是否发生故障：若实际驱动脉冲与驱动指令一致则驱动电路未发生故障，若实际驱动脉冲与驱动指令不一致则发生故障。采用光纤传输驱动指令和/或保护指令可以降低高压、大功率环境对保护电路的电磁干扰，同时也便于主控制器对保护电路进行远距离控制。

3、第二检测单元

第二检测单元通过多路光纤分别与各测量单元连接，接收各测量单元采集的数据；其中，测量单元为用于检测h桥换流模块4中各电力电子器件的电压和/或电流和/或温度的测量单元，各路光纤与各测量单元之间连接光电隔离器，且各测量单元分别连接一个隔离电源。

本实施例中第二检测单元用于依据测量单元采集的数据判断电力电子器件是否发生过压、过流和过热故障，第二检测单元可以通过比较电压及其阈值、电流及其阈值，及温度及其阈值，并依据比较结果判断是否发生过压、过流和过热故障。采用光纤传输驱动指令和/或保护指令可以降低高压、大功率环境对保护电路的电磁干扰，同时也便于主控制器对保护电路进行远距离控制。采用隔离电源作为电力电子器件的驱动电源，可以提高保护电路的抗干扰能力。

本发明提供的一个优选实施例中保护电路还可以包括下述结构，具体为：

本实施例中保护电路还包括故障处理模块，该故障处理模块用于依据故障检测模块2采集得到故障状态判h桥换流模块4发生故障的故障等级，并按照不同的预设策略处理不同故障等级的故障，具体为：

当故障为一般故障时，故障处理模块依据上层控制系统1下发的保护指令处理该故障。其中，保护指令可以为降低驱动脉冲的占空比或封锁驱动脉冲。

当故障为严重故障时，故障处理模块快速封锁h桥换流模块4中各电力电子器件的驱动脉冲。其中，严重故障引起的h桥换流模块故障程度大于一般故障引起的h桥换流模块故障程度，本实施例中一般故障可以包括h桥换流模块中电力电子器件的过压值小于额定电压的20％，电力电子器件的过流值小于额定电流的20％，电力电子器件的温度大于第一限值。严重故障可以包括电力电子器件的过压值大于额定电压的20％，电力电子器件的过流值大于额定电流的20％，电力电子器件的温度大于第二限值，第一限值小于第二限值。

本实施例中通过对故障进行分级处理，可以提高保护电路的保护效率和故障处理的可靠性。

进一步地，本实施例中故障检测模块、故障反馈模块和故障处理模块均设置在复杂可编程逻辑控制器cpld内。

本发明提供的另一个优选实施例中保护电路还可以包括下述结构，具体为：

本实施例中保护电路还包括用于向其供电的电源模块，该电源模块包括并联的开关电源和电池；其中，电池在开关电源发生故障后向保护电路供电。本实施例中采用开关的电源和电池双重供电电路，可以提高保护电路供电的可靠性。

进一步地，本实施例中电源模块还包括一个二极管，该二极管的阳极与开关电源连接，阴极与电池连接。通过在开关电源和电池之间设置一个二极管，可以防止在开关电源故障后，电池的供电电流回流至开关电源。

进一步地，本实施例中电源模块还包括用于监测开关电源是否发生故障的开关电源监测单元，该开关电源监测单元包括第一分压电阻和第一电压比较器。

其中，第一分压电阻的一端与开关电源连接，另一端接地。第一电压比较器的一个输入端采集第一分压电阻的端电压，另一个输入端采集第一参考电压，输出端与故障检测模块2连接。故障检测模块2依据端电压与第一参考电压的差值判断开关电源是否发生故障：若发生故障则关断开关电源并控制电池向保护电路供电。

本发明提供的再一个优选实施例中保护电路还可以包括下述结构，具体为：

本实施例中保护电路还包括显示模块，显示模块与故障检测模块连接，包括多个指示灯。显示模块通过改变各指示灯的亮灯颜色或亮灭状态，显示h桥换流模块和/或保护电路的各预设运行状态。预设运行状态包括开关电源异常运行状态、电池异常运行状态、第一过压运行状态、第二过压运行状态、第一过流运行状态、第二过流运行状态，温度异常运行状态、驱动电源电压异常运行状态和驱动电源电流异常运行状态。

其中，开关电源异常运行状态指的是上述实施例中电源模块的开关电源异常运行。

电池异常运行状态指的是上述实施例中电源模块的电池异常运行。

第一过压运行状态指的是h桥换流模块中电力电子器件的过压值小于额定电压的20％。

第二过压运行状态指的是h桥换流模块中电力电子器件的过压值大于额定电压的20％。

第一过流运行状态指的是h桥换流模块中电力电子器件的过流值小于额定电流的20％。

第二过流运行状态指的是h桥换流模块中电力电子器件的过流值大于额定电流的20％。

温度异常运行状态指的是h桥换流模块中电力电子器件的温度过高。

驱动电源电压异常运行状态指的是上述实施例中h桥换流模块中电力电子器件的隔离电源欠压。

驱动电源电流异常运行状态指的是上述实施例中h桥换流模块中电力电子器件的隔离电源欠流。

本发明还提供了一种三相h桥级联变流器，并给出具体实施例。

本实施例中三相h桥级联变流器包括三相桥臂，各相桥臂均包括多个级联的h桥换流模块和多个h桥换流模块保护电路，且各h桥换流模块与各h桥换流模块保护电路一一对应，分别用于对各h桥换流模块进行保护。

本实施例中采用h桥换流模块保护电路可以对三相h桥级联变流器的故障点进行精准定位，提高了三相h桥级联变流器的故障处理效率。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。