一种全控型器件串联阀的驱动系统及驱动电源切换方法与流程

本发明涉及电力电子，具体涉及一种全控型器件串联阀的驱动系统及驱动电源切换方法。

背景技术：

1、中高压电力电子换流阀是新能源入网的核心装置，也是构建柔性交直流输配电系统的核心装置。在中高压应用中，要求功率器件具有较高的耐压值，而目前单个器件不能满足这一要求。为此，通过将金属-氧化物-半导体型场效应管(metal oxide semiconductorfield effect transistor,mosfet)或绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolartransistor,igbt)器件等全控型器件直接串联来提升电力电子换流阀的耐压等级，以满足中高压应用场合对电力电子换流阀电压等级的要求。

2、在全控型器件串联阀应用中，全控型器件的驱动单元是串联阀的核心部件之一，驱动单元通过与之匹配的驱动电源供电，其供电可靠性决定了驱动单元工作的可靠性。目前，驱动单元与驱动电源一一对应，驱动单元无冗余供电系统。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的驱动单元无冗余供电系统的缺陷，从而提供一种全控型器件串联阀的驱动系统及驱动电源切换方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种全控型器件串联阀的驱动系统，串联阀由多个全控型器件串联连接构成，驱动系统包括多个驱动单元，一个驱动单元与一个全控型器件的控制端连接，每个驱动单元均包括：主电源、备用电源及驱动模块，其中，主电源及备用电源均与驱动模块连接，主电源与备用电源连接，所有的备用电源之间连接，驱动模块与一个全控型器件的控制端连接；主电源采用高电位取能方式，主电源通过全控型器件两端电压来获取电能；备用电源采用无线取能方式，通过无线电能传输技术获取电能；驱动模块用于触发全控型器件；在同一时刻，主电源或备用电源为驱动模块供电。

4、本发明主要由主电源、备用电源和驱动模块构成。其中主电源和备用电源通过可控供电回路连接到驱动模块。一方面保证了在同一时刻只有一路电源供电；另一方面，保证了主电源出现故障时，备用电源供电的快速性。

5、本发明主要由主电源、备用电源和驱动模块构成。其中主电源采用高电位取能方式，通过全控器件两端电压来获取电能；备用电源采用无线取能方式，通过无线电能传输技术获取电能。一方面，保证了主电源和备用电源供电方式的多样性和可靠性；另一方面，保证了驱动模块供电的可靠性。

6、在一种可选的实施方式中，主电源包括：rc吸收电路、取能电路及隔离电源，其中，rc吸收电路与全控型器件的集电极及发射极、取能电路连接，取能电路与全控型器件的集电极及发射极、隔离电源连接，取能电路取能后传输至隔离电源；隔离电源与驱动模块连接，隔离电源用于对输入电压转换后为驱动模块供电。

7、在一种可选的实施方式中，rc吸收电路包括：第一电阻、第二电阻及第一电容，其中，第一电阻的两端与全控型器件的集电极、发射极连接；第一电容的第一端通过第二电阻与全控型器件的集电极连接，第一电容的第一端还与取能电路连接，第一电容的第二端与全控型器件的发射极、取能电路连接。

8、在一种可选的实施方式中，取能电路包括：第二电容、第一二极管，其中，第一电容的第一端与第一二极管的阳极连接；第二电容的第一端与第一二极管的阴极、隔离电源的输入端连接，第二电容的第二端与全控型器件的发射极、隔离电源的输入端连接。

9、在一种可选的实施方式中，所有的备用电源以非接触方式串行连接，除了末级备用电源外，每级备用电源均为中继模块，末级备用电源为接收模块，其中，首级备用电源通过无线耦合的非接触方式从交流电源取电并将初始电能传输至下一级中继模块；每级中继模块取能后，将接收的电能作为初始电能，利用初始电能为其所连接驱动模块供电，并将驱动模块耗能后的剩余电能补偿至与初始电能具有相同电能参数的水平，得到发射电能，并将发射电能传输至其对应的下一级中继模块或接收模块；接收模块利用发射电能为其所连接驱动模块供电。

10、在一种可选的实施方式中，全控型器件串联阀的驱动系统还包括：第一开关电路及第二开关电路，其中，第一开关电路连接于主电源与驱动模块之间；第二开关电路连接于备用电源与驱动模块之间。

11、在一种可选的实施方式中，第一开关电路及第二开关均包括第二二极管、第三二极管，其中，第二二极管的阳极与主电源的正供电端或备用电源的正供电端连接，第二二极管的负极与驱动模块连接；第三二极管的负极与驱动模块连接，第三二极管的阳极与主电源的正供电端或备用电源的正供电端连接。

12、在一种可选的实施方式中，第一开关电路及第二开关电路均包括第一控制开关、第二控制开关，其中，第一控制开关连接于主电源的正供电端与驱动模块之间，或者连接于备用电源的正供电端与驱动模块之间；第二控制开关连接于主电源的负供电端与驱动模块之间，或者连接于备用电源的负供电端与驱动模块之间。

13、在一种可选的实施方式中，当主电源故障时，主电源将故障信号通过通信链路传递至备用电源，备用电源接收到故障信号后，启动备用电源输出；当主电源及备用电源均故障时，串联阀闭锁。

14、第二方面，本发明提供一种全控型器件串联阀的驱动电源切换方法，基于第一方面的系统，方法包括：当串联阀的控制系统通过检测主电源的电压后，判定主电源故障时，控制系统控制第一开关电路关断、第二开关电路闭合，以切断主电源与驱动模块之间的连接，建立备用电源与驱动模块之间的连接，此时备用电源为驱动模块供电。

15、本发明设置主电源及备用电源，当串联阀的控制系统检测到主电源故障时，控制系统通过将主电源与驱动模块断连，将备用电源与驱动模块建立连接，保证了主电源出现故障时，备用电源供电的快速性。

16、第三方面，本发明提供一种全控型器件串联阀，其特征在于，包括：串联连接的多个全控型器件及基于第一方面的全控型器件串联阀的驱动系统，其中，一个驱动单元与一个全控型器件的控制端连接。

17、本发明为每个全控型器件的驱动模块设置两个电源，当主电源故障时，利用备用电源为驱动模块供电，从而保证了驱动模块的供电可靠性，避免了全控型器件误动作。

技术特征：

1.一种全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，串联阀由多个全控型器件串联连接构成，所述驱动系统包括多个驱动单元，一个驱动单元与一个全控型器件的控制端连接，每个驱动单元均包括：主电源、备用电源及驱动模块，其中，

2.根据权利要求1所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，所述主电源包括：rc吸收电路、取能电路及隔离电源，其中，

3.根据权利要求2所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，rc吸收电路包括：第一电阻、第二电阻及第一电容，其中，

4.根据权利要求3所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，所述取能电路包括：第二电容、第一二极管，其中，

5.根据权利要求4所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，所有的备用电源以非接触方式串行连接，除了末级备用电源外，每级备用电源均为中继模块，末级备用电源为接收模块，其中，

6.根据权利要求5所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，还包括：第一开关电路及第二开关电路，其中，

7.根据权利要求6所述全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，所述第一开关电路及所述第二开关均包括第二二极管、第三二极管，其中，

8.根据权利要求6所述全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，所述第一开关电路及所述第二开关电路均包括第一控制开关、第二控制开关，其中，

9.根据权利要求6所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其特征在于，

10.一种全控型器件串联阀的驱动电源切换方法，其特征在于，基于权利要求6-9任一项所述的系统，所述方法包括：

11.一种全控型器件串联阀，其特征在于，包括：串联连接的多个全控型器件及基于权利要求1-9任一项所述的全控型器件串联阀的驱动系统，其中，一个驱动单元与一个全控型器件的控制端连接。

技术总结
本发明涉及电力电子技术领域，公开了一种全控型器件串联阀的驱动系统及驱动电源切换方法，驱动系统包括多个驱动单元，一个驱动单元与一个全控型器件的控制端连接，每个驱动单元均包括：主电源、备用电源及驱动模块，其中，主电源及备用电源均与驱动单元连接，主电源与备用电源连接，所有的备用电源之间连接，驱动模块与一个全控型器件的控制端连接；驱动模块用于触发全控型器件；在同一时刻，主电源或备用电源为驱动模块供电。本发明主要由主电源、备用电源和驱动模块构成。其中主电源和备用电源通过可控供电回路连接到驱动模块。一方面保证了在同一时刻只有一路电源供电；另一方面，保证了主电源出现故障时，备用电源供电的快速性。

技术研发人员：李卫国,张进,赵国亮,徐云飞,李青平,卢娟娟,郝一,张竞雄,乔光尧,靳艳娇,左姗姗,卜宪德,石秋雨,苏铁山,王东
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6