一种旁路电路及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种旁路电路及其控制方法。

背景技术：

换流设备是电力电子领域的核心器件，其中较为常见的是换流阀或换流器。换流设备一般通过依次将三相交流电压连接到其直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。换流设备一般由多个换流模块构成，而旁路器件则是换流模块不可或缺的一个关键部件，该旁路器件主要用于当换流模块两端电压超过某一阈值时，即换流模块发生过电压的情况，旁路器件可以防止换流设备遭受过电压而被损坏，同时旁路器件还可以在换流设备发生故障后，将发生故障的换流模块进行旁路。因此，换流设备中的旁路器件在换流电路中进行可靠动作可以保证换流设备的安全运行。

目前，传统换流设备的旁路方式，一般利用机械旁路开关进行旁路发生故障的换流设备，由于机械旁路开关存在较大的体积，将其安装在换流电路中显然会增大一定的占地空间，并且该机械旁路开关的成本较高。机械旁路开关的动作时间一般为五到十毫秒，动作响应速度较慢，不能及时将发生故障的换流设备快速切断，易造成换流设备损坏，且机械旁路开关磨损较多，如果该机械旁路开关一旦接触不良，导致在交流电的正负半周期间无法将发生故障的换流设备连续旁路，进而影响换流设备的可靠运行。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的旁路方式，利用机械旁路开关进行旁路发生故障的换流设备，一方面体积较大，成本高，另一方面响应速度较慢。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种旁路电路，包括：

第一晶闸管，其阳极端连接所述换流模块的第一输出端，其阴极端连接所述换流模块的第二输出端；

第二晶闸管，其阳极端连接换流模块的第二输出端，其阴极端连接所述换流模块的第一输出端；

第一驱动电路，其分别连接所述第一晶闸管的阳极端和门极端；

第二驱动电路，其分别连接所述第二晶闸管的阳极端和门极端。

控制器，其分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路。

可选地，所述第一驱动电路还包括：第一二极管和第一继电器；

所述第一二极管的正极端连接所述第一晶闸管的阳极端，所述第一二极管的负极端连接所述第一晶闸管的门极端，所述第一继电器的一端连接所述第一二极管的正极端，所述第二继电器的另一端连接所述第一二极管的负极端。

可选地，所述第二驱动电路包括：第二二极管和第二继电器；

所述第二二极管的正极端连接所述第二晶闸管的阳极端，所述第二二极管的负极端连接所述第二晶闸管的门极端，所述第二继电器的一端连接所述第二二极管的正极端，所述第二继电器的另一端连接所述第二二极管的负极端。

可选地，所述的旁路电路，还包括：

第一滤波电路，其包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端分别连接所述第一二极管的负极端和所述第一电容的一端，所述第一电阻的另一端分别连接所述第一电容的另一端和所述第一晶闸管的阴极端。

可选地，所述的旁路电路，还包括：

第二滤波电路，其包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的一端分别连接所述第二二极管的负极端和所述第二电容的一端，所述第二电阻的另一端分别连接所述第二电容的另一端和所述第二晶闸管的阴极端。

可选地，所述第一继电器和所述第二继电器分别连接所述控制器。

本发明实施例提供一种旁路电路的控制方法，包括如下步骤：

在所述换流模块的输出电压为正向电压时，若所述正向电压大于或等于所述第一驱动电路的正向预设电压，控制所述第一驱动电路执行工作使得所述换流模块被旁路，并分别控制所述第二驱动电路中的所述第二继电器预先处于导通状态和所述第一驱动电路中的所述第一继电器预先处于导通状态；

在所述换流模块的输出电压为反向电压时，若所述反向电压大于或等于所述第二驱动电路的反向预设电压，控制所述第二驱动电路执行工作使得将所述换流模块被旁路，并控制所述第一驱动电路中的所述第一继电器预先处于导通状态和所述第二驱动电路中的所述第二继电器预先处于导通状态。

可选地，所述第一驱动电路的正向预设电压为所述第一二极管的阈值电压，所述第二驱动电路的反向预设电压为所述第二二极管的阈值电压。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明公开一种旁路电路及其控制方法，其中旁路电路包括：第一晶闸管，其阳极端连接换流模块的第一输出端，其阴极端连接换流模块的第二输出端；第二晶闸管，其阳极端连接换流模块的第二输出端，其阴极端连接换流模块的第一输出端；第一驱动电路，其分别连接第一晶闸管的阳极端和门极端；第二驱动电路，其分别连接第二晶闸管的阳极端和门极端,控制器，其分别连接第一驱动电路和第二驱动电路。本发明利用旁路电路进行旁路发生的故障的换流模块，不但可以节约占地空间，减少成本，而且可以显著提高旁路响应速度，可一直将发生故障的换流模块快速旁路掉。本发明中的旁路电路还具有良好的机械特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中旁路电路的电路原理图；

图2为本发明实施例中旁路电路执行工作的第一波形图；

图3为本发明实施例中旁路电路执行工作的第二波形图；

图4为本发明实施例中旁路电路的控制方法的流程图。

附图标记：

1-换流模块；2-第一旁路模块；21-第一晶闸管；

22-第一驱动电路；221-第一二极管；222-第一继电器；

23--第一滤波电路；231-第一电阻；232-第一电容；

3-第二旁路模块；31-第二晶闸管；32-第二驱动电路；

321-第二二极管；322-第二继电器；33-第二滤波电路；

331-第二电阻；332-第二电容；4-控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种旁路电路，如图1所示，本实施例中的旁路电路主要用于旁路发生故障的换流模块1。换流模块1，用于将电网输出的交流电转换为直流电，换流模块1主要用在柔性直流输电的控制系统中，可以将电网输出的交流电转换为直流电，当然，换流模块1还可以将直流电转换为交流电，此处的换流模块1用在柔性直流电网中，故用于将电网输出的三相交流电压转换为直流电压，即通过该换流模块1可得到用户期望的直流电。

在图1中，本实施例中旁路电路主要包括：第一晶闸管21、第二晶闸管31、第一驱动电路22、第二驱动电路32以及控制器4。

第一晶闸管21，该第一晶闸管21(thyristor)属于电力电子器件中的半控型器件，又可以称为可控硅整流器，第一晶闸管21可以在高电压、大电流的条件下进行工作。第一晶闸管21包括三个电极，分别为第一晶闸管21的阳极(a)、阴极(k)和门极(g)。在图1中，第一晶闸管21的阳极端(a)连接换流模块1的第一输出端a，其阴极端(k)连接换流模块1的第二输出端b。在图1中第一晶闸管21为thy1。

第二晶闸管31，该第二晶闸管31(thyristor)属于电力电子器件中的半控型器件，又可以称为可控硅整流器，第一晶闸管21可以在高电压、大电流的条件下进行工作。第二晶闸管31包括三个电极，分别为第二晶闸管31的阳极(a)、阴极(k)和门极(g)。在图1中，第二晶闸管31的阳极端(a)连接换流模块1的第二输出端b，其阴极端(k)连接换流模块1的第一输出端a。在图1中，第二晶闸管31为thy2。

上述中的第一晶闸管21和第二晶闸管31可以使用igbt器件或绝缘栅双极晶体管(mosfet)替换。第一晶闸管21或第二晶闸管31的门极的导通条件为其门极承受正向电压导通，即门极有触发电流。如果门极承受反向电压，第一晶闸管21或第二晶闸管31处于反向阻断状态。

第一驱动电路22，其分别连接第一晶闸管21的阳极端和门极端。此处的第一驱动电路22其实是与第一晶闸管21配合组成第一旁路模块2，用于在换流模块1输出正向电压时，在换流模块1发生故障的情况，将其旁路掉。如图1所示，该第一驱动电路22包括第一二极管221、第一继电器222，

其中，第一二极管221，其正极端连接第一晶闸管21的阳极端，其负极端连接第一晶闸管21的门极端；此处的第一二极管221为击穿二极管(bod1)，第一二极管221正向导通，反向截止，当判断换流模块1输出的正向电压是否大于或等于第一二极管221的阈值电压，第一二极管221就会正向导通。所以设置第一二极管221可以在交流电的正半周辅助第一驱动电路22将发生故障的换流模块1旁路。第一继电器222，其一端连接第一二极管221的正极端，其另一端连接第一二极管221的负极端。当换流模块1发生故障后，在第一二极管221导通后使得第一晶闸管21被触发导通，控制器发出指令使第一继电器222导通，第一继电器222在换流模块1正常工作时断开，在图1中，第一继电器222为k1，第一继电器222作为第一驱动电路22中的开关器件执行开关动作，第一继电器222连接控制器4。

在图1中，本实施例中的第一驱动电路22还包括第一滤波电路23，其包括第一电阻231和第一电容232，第一电阻231的一端分别连接第一二极管221的负极端和第一电容232的一端，第一电阻231的另一端分别连接第一电容232的另一端和第一晶闸管21的阴极端。此处的第一滤波电路23用于通过其包括的第一电阻231和第一电容232，吸收高频干扰信号，防止第一晶闸管21因干扰信号的干扰发生误导通现象。

上述中的第一驱动电路22其实与第一晶闸管21配合组成第一旁路模块2，第一旁路模块2用于在换流模块1输出正向电压时，且在换流模块1发生故障的情况，将其旁路掉。

如图1所示，第二驱动电路32包括第二二极管321和第二继电器322，其中，第二二极管321的正极端连接所述第二晶闸管31的阳极端，其负极端连接所述第二晶闸管31的门极端；此处的第二二极管321为击穿二极管(bod2)，当判断换流模块1输出的反向电压是否大于或等于第二二极管321的阈值电压，第二二极管321就会导通。所以，设置第二二极管321可以在交流电的负半周辅助第二驱动电路32将发生故障的换流模块1旁路。第二继电器322，其一端连接所述第二二极管321的正极端，其另一端连接所述第二二极管321的负极端。当换流模块1发生故障后，在第二二极管321导通后第二晶闸管31被触发导通，控制器发出指令使第二继电器322导通，第二继电器322在换流模块1正常工作时断开，在图1中，第二继电器322为k2，第二继电器322作为第二驱动电路32中的开关器件执行开关动作，第二继电器322连接控制器。

在图1中，本实施例中的第二驱动电路32还包括第二滤波电路33，其包括第二电阻331和第二电容332，第二电阻331的一端分别连接第二二极管321的负极端和第二电容332的一端，第二电阻331的另一端分别连接第二电容332的另一端和第二晶闸管31的阴极端。

上述中的第二驱动电路32其实与第二晶闸管31配合组成第二旁路模块3，第二旁路模块3用于在换流模块1输出反向电压时，且在换流模块1发生故障的情况，将其旁路掉。

在图1中，第一晶闸管21为thy1，第一二极管221为bod1，第一继电器222为k1，第一电阻231为r11、第一电容232为c11，第二晶闸管31为thy2，第二二极管321为bod2，第二继电器322为k2，第二电阻331为r21，第二电容332为c21。

本发明实施例中的旁路电路中的控制器4，其分别连接第一驱动电路22和第二驱动电路32。此处的控制器4属于现有技术中常规控制器4。该控制器4在换流模块1输出正向电压时，且该正向电压大于或等于第一驱动电路22的正向预设电压，即正向预设电压为使得第一二极管221导通的阈值电压，给第一晶闸管21的门极施加触发信号，使得第一晶闸管21被触发导通，同时控制器4控制第一驱动电路22中的第一继电器222动作，将发生故障的换流模块1给旁路掉；该控制器4在换流模块1输出反向电压时，且该反向电压大于或等于第二驱动电路32反向预设电压，即反向预设电压为使得第二二极管321导通的阈值电压，给第二晶闸管31施加门极触发信号，使得第二晶闸管31被触发导通，控制器4控制第二驱动电路32中的第二继电器322动作，将发生故障的换流模块1给旁路掉；其中在换流模块1输出正向电压，将发生故障的换流模块1旁路后，同时控制第二驱动电路32中的第二继电器322预先处于导通状态，以备在换流模块1输出反向电压时，能够将发生故障的换流模块1快速旁路，同理，在换流模块1输出反向电压后，将发生故障的换流模块1旁路后，同时控制第一驱动电路22中的第一继电器222预先处于导通状态，以备在换流模块1输出正向电压时，能够将发生故障的换流模块1快速旁路，所以本实施例中的旁路电路具有良好的机械特性，能够将发生故障的换流模块一直旁路。

如图2或3所示，换流模块1输出正向电压或反向电压，在图1中，正向预设电压为u1+，在图3中，反向预设电压为u1-。第一旁路模块2和第二旁路模块3交替工作，即在交流电的正负半周，都可以将发生故障的换流模块1给旁路掉，并且在正半周工作期间，由于第一驱动电路22执行工作后，同时可以将第二驱动电路32中的第二继电器322预先导通以备第二旁路模块3在负半周电压到来时快速进入工作状态，或在负半周工作期间，由于第二驱动电路32执行工作后，同时可以将第二驱动电路32中的第二继电器322预先导通以备第一旁路模块2在正半周电压到来时快速进入工作状态，故可显著提高旁路速度，同时具有良好的机械特性。

本发明实施例中的旁路电路还可以有效减少占地空间，进而显著减少电力器件的设计成本。

实施例2

本发明实施例提供一种旁路电路的控制方法，用于实施例1中的旁路电路。该旁路电路的控制方法，如图3所示，包括如下步骤：

s31、在换流模块1的输出电压为正向电压时，若正向电压大于或等于第一驱动电路22中第一二极管221(击穿二极管bod1)的阈值电压，控制第一驱动电路22执行工作使得换流模块1被旁路，并分别控制第二驱动电路32中的第二继电器322预先处于导通状态和第一驱动电路22中的第一继电器222预先处于导通状态。此处的正向电压为交流电在正半周期间，换流模块1输出的电压。

此处的阈值电压为第一二极管221(击穿二极管bod1)的额定阈值电压，如果换流模块1的输出电压为正向电压，说明换流模块1在交流电的正半周输出电压信号。此处的正向预设电压为能够使得第一驱动电路22中第一二极管221(击穿二极管bod1)中导通的额定阈值电压，通过给第一晶闸管21施加门极触发信号使其被触发导通，进而将发生故障的换流模块1给旁路掉。

此处第二继电器322预先处于导通状态，指在换流模块1输出正向电压时，且该正向电压大于或等于正向预设电压，第一驱动电路22执行工作，第一晶闸管21的门极被触发导通，发生故障的换流模块1在正半周期间被旁路，为了保证负半周的电压到来，第二驱动电路32快速进入工作状态，将第二驱动电路32中的第二继电器322在逻辑上预先导通，由于负半周的电压还未到来，即使第二继电器322预先处于导通状态，第二晶闸管31是无法被触发的。

此处第一继电器222预先处于导通状态，指在换流模块1输出反向电压时，且该反向电压大于或等于第二驱动电路22的反向预设电压，第二驱动电路32执行工作，该第二晶闸管31的门极被触发导通，发生故障的换流模块1在负半周期间被旁路，为了保证正半周的电压到来，第一驱动电路22快速进入工作状态，将第一驱动电路22中的第一继电器222在逻辑上预先导通，由于正半周的电压还未到来，即使第一继电器222预先处于导通状态，第一晶闸管21是无法被触发的。上述步骤s32和步骤s33的先后顺序并不影响执行结果。

s32、在换流模块1的输出电压为反向电压时，若反向电压大于或等于第二驱动电路32的第二二极管321(击穿二极管bod2)的阈值电压，控制第二驱动电路32执行工作使得换流模块1被旁路，并分别控制第一驱动电路22中的第一继电器222预先处于导通状态和第二驱动电路32中的第二继电器322预先处于导通状态。此处的反向正压为交流电在负半周期间，换流模块1输出的电压。故在交流电的正负半周，换流模块1均输出电压信号。

此处的阈值电压为第二二极管321(击穿二极管bod2)的额定阈值电压，如果换流模块1的输出电压为反向电压，说明换流模块1在交流电的负半周输出电压信号。此处的反向预设电压为能够使得第二驱动电路32中第二二极管321的导通的额定阈值电压，通过给第二晶闸管31施加门极触发信号使其被触发导通，进而将发生故障的换流模块1给旁路掉。

上述步骤s31和s32可以实现在交流电的正负半周，均能交替导通第一驱动电路22和第二驱动电路32，在每个电压周期中，均能保证发生故障的换流模块1一直被旁路，故本实施例中的旁路电路具有良好的机械特性，进而提高了电力系统运行的可靠性。

本发明实施例中的旁路电路的控制方法，还包括：在换流模块1的输出电压为正向电压时，若正向电压小于正向预设电压，第一驱动电路22处于断开状态。在换流模块1的输出电压为正向电压，此时，若正向电压小于正向预设电压，说明换流模块1处于正常工作状态，无需将其旁路，第一驱动电路22处于断开状态，使得第一晶闸管21无法被触发导通。

本发明实施例中旁路电路的控制方法，还包括：在换流模块1的输出电压为反向电压时，若正向电压小于反向预设电压，第二驱动电路32处于断开状态。在换流模块1的输出电压为反向电压，此时，若反向电压小于反向预设电压，说明换流模块1处于正常工作状态，无需将其旁路，第二驱动电路32处于断开状态，使得第二晶闸管31无法被触发导通。

本发明实施例中的旁路电路的控制方法，可以实现当换流模块1发生故障的情况，且在换流模块1输出电压的任一时刻，均能保证将发生故障的换流模块1快速旁路。

本发明实施例中旁路电路的控制方法，还可以包括：在换流模块正常工作时，分别控制第一滤波电路23和/或第二滤波电路33对旁路电路中产生的高频信号进行滤波。此处，可以通过控制第一滤波电路23和/或第二滤波电路33，可以对高频信号进行吸收，防止第一晶闸管21或第二晶闸管31因干扰信号而发生误导通现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。