專利名稱：Svc系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于6kV到66kV電壓等級的串聯(lián)晶閘管閥組高電位門極控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無功要求也與日懼增。特別是隨著如可逆式大型軋鋼機(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變、電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等問題，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來的靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator, SVC)是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功的應(yīng)于電力系統(tǒng)、冶金、采礦和電氣化鐵路等負(fù)荷的補(bǔ)償上。而晶閘管控制電抗器型(稱TCR型)SVC用晶閘管控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時(shí)間快(5 20ms)、運(yùn)行可靠、無級補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)、能平衡有功、適用范圍廣和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對稱負(fù)荷的能力，因而其應(yīng)用最廣。SVC連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無功功率Qc，通過具有完好線性特征的補(bǔ)償電抗器的電流決定了從補(bǔ)償電抗器輸出的感性無功值Qtcr，感性無功與容性無功相抵消，只要Qn(系統(tǒng))=Qv (負(fù)載)-Qc+Qtcr=恒定值(或0)，功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)最重要的是精確控制晶間管觸發(fā)，獲得所需的電抗器的電流。根據(jù)采集的電流及電壓經(jīng)計(jì)算后得出要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，發(fā)出觸發(fā)脈沖，通過光纖傳輸?shù)礁唠娢婚T極控制單元后觸發(fā)晶閘管，得到所補(bǔ)償?shù)臒o功功率。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種集成度高、可靠性高、功耗低的高壓串聯(lián)晶閘管閥組的控制保護(hù)裝置。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到所述目的，本發(fā)明提供了一種SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，該裝置包括若干門極控制模塊，每個(gè)所述門極控制模塊用于控制與其對應(yīng)的兩只晶閘管，所述門極控制模塊包括控制單元，用于根據(jù)觸發(fā)命令觸發(fā)晶間管，采集并發(fā)送晶閘管的狀態(tài)信息給光電轉(zhuǎn)換單元，以及根據(jù)電壓檢測單元的檢測信息發(fā)出告警信息；取能單元，用于為所述控制單元供電；光電轉(zhuǎn)換單元，用于對接收到的所述觸發(fā)命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送給所述控制單元，以及對所述控制單元采集的晶間管狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳；電壓檢測單元，用于檢測所述取能單元的電壓，并將檢測信息發(fā)送至所述控制單元；保護(hù)單元，用于對晶閘管進(jìn)行電壓擊穿保護(hù)；其中，還包括多模光纖，用于作為所述光電轉(zhuǎn)換單元接收所述觸發(fā)命令并上傳所述晶閘管狀態(tài)信息的傳輸媒介。
其中，所述控制單元為復(fù)雜可編程邏輯器件。其中，所述取能單元由動(dòng)態(tài)均壓回路構(gòu)成，所述動(dòng)態(tài)均壓回路由動(dòng)態(tài)均壓電容與動(dòng)態(tài)均壓電阻串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)阻尼回路與晶閘管并聯(lián)構(gòu)成，所述串聯(lián)阻尼回路兩端各串聯(lián)分別屬于兩個(gè)所述門極控制模塊的電解電容，每個(gè)所述門極控制模塊中設(shè)置有兩個(gè)用于儲(chǔ)能的電解電容。其中，所述光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)一步包括光電轉(zhuǎn)換子單元，用于對接收到的所述觸發(fā)命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送至所述控制單元；電光轉(zhuǎn)換子單元，用于對接收到的所述晶閘管的狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳。其中，所述電壓檢測單元由比較器、第一二極管以及第二二極管構(gòu)成，其中，所述比較器的正輸入端分別與第一二極管的正極以及第二二極管的正極相連，負(fù)輸入端通過第一分壓電阻連接至基準(zhǔn)電壓，所述負(fù)輸入端還通過第二分壓電阻與所述比較器的負(fù)電壓輸入端連接，正電壓輸入端與基準(zhǔn)電壓相連，輸出端與所述控制單元相連；所述第一二極管負(fù)極與所述取能單元相連；所述第二二極管負(fù)極連接基準(zhǔn)電壓。其中，所述基準(zhǔn)電壓為+5V。其中，所述保護(hù)單元為擊穿二極管BOD元件。(三)有益效果本發(fā)明的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，通過多模光纖與閥基電子單元通信，可實(shí)現(xiàn)高電位隔離；采用微功耗的CPLD(Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件)作為主控邏輯元件，具有印制電路板面積小、功耗小、邏輯配置靈活、集成度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、以及可靠性高的特點(diǎn)；采用電壓較低的BOD器件串聯(lián)后形成對晶閘管的電壓擊穿保護(hù)，降低了成本的同時(shí)，對晶閘管閥組起到很好的過壓保護(hù)。本發(fā)明的裝置對促進(jìn)現(xiàn)有高電位門極控制單元的升級換代具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置的邏輯連接示意圖；圖2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置的門極控制模塊構(gòu)成框圖；圖3為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式門極控制模塊的取能單元電路示意圖；圖4(a)_(b)為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式門極控制模塊的光電轉(zhuǎn)換單元電路示意圖；圖5為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式門極控制模塊的電壓檢測單元電路示意圖；圖6為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式門極控制模塊的保護(hù)單元電路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明如下。如圖1所示為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置的邏輯連接示意圖，該裝置包括若干門極控制模塊(Gl G5)，每個(gè)門極控制模塊用于控制與其對應(yīng)的兩個(gè)晶閘管，該兩個(gè)晶閘管分屬于兩個(gè)晶閘管對，每個(gè)晶閘管對由以正反并聯(lián)方式連接在一起的兩只晶閘管構(gòu)成，多個(gè)串聯(lián)的晶閘管對組成SVC系統(tǒng)的串聯(lián)晶閘管閥組。閥基電子單元(VBE)在SVC系統(tǒng)中是用于向門極控制裝置發(fā)送觸發(fā)命令的。具體到每個(gè)門極控制模塊，其可優(yōu)選地分別通過光纖連接器(PC/ST)的多模光纖接收閥基電子單元的觸發(fā)光信號，(采用多模光纖的通信方式，實(shí)現(xiàn)高電位隔離)該光信號經(jīng)過內(nèi)部光電轉(zhuǎn)換信號處理后，根據(jù)控制要求觸發(fā)與其相連的一個(gè)或兩個(gè)晶閘管，并采晶閘管的狀態(tài)信息，再對其進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至閥基電子單元。根據(jù)電壓等級不同，串聯(lián)的晶閘管對數(shù)量不同，假設(shè)串聯(lián)的晶閘管對為N，那么需要本發(fā)明的門極控制裝置具有至少N+1個(gè)門極控制模塊。依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置包括上述若干門極控制模塊，如圖2所示，每個(gè)門極控制模塊包括控制單元，取能單元，光電轉(zhuǎn)換單元，電壓檢測單元以及保護(hù)單元。其中控制單元，用于根據(jù)接收的觸發(fā)命令觸發(fā)晶閘管，采集并發(fā)送晶閘管的狀態(tài)信息， 并根據(jù)電壓檢測單元的檢測信息發(fā)出告警信息，優(yōu)選該控制單元為CPLD，具有印制電路板少、功耗小，邏輯配置靈活，集成度高，抗電磁干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點(diǎn)。取能單元，采用動(dòng)態(tài)均壓回路進(jìn)行高電位取能，為控制單元供工作電源，如圖3所示，取能單元由動(dòng)態(tài)均壓回路構(gòu)成，動(dòng)態(tài)均壓回路由動(dòng)態(tài)均壓電容C5與動(dòng)態(tài)均壓電阻Rl串聯(lián)連接后，與晶閘管對并聯(lián)構(gòu)成，動(dòng)態(tài)均壓電容C5與動(dòng)態(tài)均壓電阻Rl串聯(lián)連接后，兩端分別串聯(lián)分別屬于兩個(gè)門極控制模塊的電解電容，圖中未C3及C2，這樣，在正半波通過R1、C5 串聯(lián)阻尼回路為C3充電，C3放電為控制單元提供電源；負(fù)半波通過R1、C5串聯(lián)阻尼回路為 C2充電，C2放電為控制單元提供電源，每個(gè)門極控制模塊設(shè)置兩個(gè)用于儲(chǔ)能的電解電容， 這樣，保證每個(gè)半波時(shí)期均有電能提供至控制單元，保證了控制裝置的正常工作。光電轉(zhuǎn)換單元，用于對觸發(fā)命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送給控制單元，以及將控制單元采集的晶間管狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳，光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)一步包括光電轉(zhuǎn)換子單元，其電路構(gòu)成如圖4(a)所示，用于對接收到的閥基電子單元發(fā)送的觸發(fā)命令經(jīng)光接收器 U5進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送至控制單元的CPLD，該信號經(jīng)信號處理后再用來觸發(fā)晶間管；電光轉(zhuǎn)換子單元，電路構(gòu)成如圖4(b)所示，用于對CPLD采集到的晶閘管狀態(tài)信息經(jīng)光發(fā)射器U4 進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳至閥基電子單元。電壓檢測單元，用于檢測取能單元電壓，并將檢測信息發(fā)送至控制單元。如圖5所示，該電壓檢測單元主要電路構(gòu)成為比較器U1A，比較器UlA正輸入端U1A-3與第一二極管D3以及第二二極管D4的正極相連，負(fù)輸入端U1A-2連接+5V的基準(zhǔn)電壓，輸出端UlA-I 與控制單元相連，將檢測的取能單元的電壓反應(yīng)給所述控制單元的CPLD ；第一二極管D3負(fù)極與取能單元相連；第二二極管D4，負(fù)極同樣連接+5V的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)取能單元正常工作時(shí)，電壓高于第一二極管D3的反向截止電壓，D3導(dǎo)通，第二二極管D4導(dǎo)通電壓前位至5V， 進(jìn)入比較器U1A-3引腳電壓保持5V，U1A-2引腳經(jīng)電阻R5、R7分壓后保持2. 5V，比較器 UlA-I引腳輸出高電平至CPLD，回報(bào)給閥基電子單元；當(dāng)取能電壓回路電壓降低低于D3反向截止電壓時(shí)，D3后位電壓為0，進(jìn)入U(xiǎn)1A-3引腳的電壓降低，當(dāng)其低于U1A-2引腳的2. 5V 電壓時(shí)，比較器UlA-I引腳輸出低電平至CPLD，回報(bào)給閥基電子單元。
保護(hù)單元，用于對晶閘管進(jìn)行電壓擊穿保護(hù)，如圖6所示，保護(hù)單元采用電壓較低的擊穿二極管(BOD)元件后形成對晶閘管的電壓擊穿保護(hù)(VBO)，BOD元件并聯(lián)在晶閘管兩端，當(dāng)晶閘管對兩端的電壓過高時(shí)，BOD元件擊穿，給晶閘管T門極觸發(fā)信號，使晶閘管T強(qiáng)制導(dǎo)通，防止晶閘管T過壓擊穿，降低了成本的同時(shí)對晶閘管起到很好的過壓保護(hù)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于，該裝置包括若干門極控制模塊，每個(gè)所述門極控制模塊用于控制與其對應(yīng)的兩只晶間管，所述門極控制模塊包括控制單元，用于根據(jù)觸發(fā)命令觸發(fā)晶間管，采集并發(fā)送晶間管的狀態(tài)信息給光電轉(zhuǎn)換單元，以及根據(jù)電壓檢測單元的檢測信息發(fā)出告警信息；取能單元，用于為所述控制單元供電；光電轉(zhuǎn)換單元，用于對接收到的所述觸發(fā)命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送給所述控制單元， 以及對所述控制單元采集的晶間管狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳；電壓檢測單元，用于檢測所述取能單元的電壓，并將檢測信息發(fā)送至所述控制單元；保護(hù)單元，用于對晶閘管進(jìn)行電壓擊穿保護(hù)。
2.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 還包括多模光纖，用于作為所述光電轉(zhuǎn)換單元接收所述觸發(fā)命令并上傳所述晶間管狀態(tài)信息的傳輸媒介。
3.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述控制單元為復(fù)雜可編程邏輯器件。
4.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述取能單元由動(dòng)態(tài)均壓回路構(gòu)成，所述動(dòng)態(tài)均壓回路由動(dòng)態(tài)均壓電容與動(dòng)態(tài)均壓電阻串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)阻尼回路與晶閘管并聯(lián)構(gòu)成，所述串聯(lián)阻尼回路兩端各串聯(lián)分別屬于兩個(gè)所述門極控制模塊的電解電容，每個(gè)所述門極控制模塊中設(shè)置有兩個(gè)用于儲(chǔ)能的電解電容。
5.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)一步包括光電轉(zhuǎn)換子單元，用于對接收到的所述觸發(fā)命令進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并發(fā)送至所述控制單元；電光轉(zhuǎn)換子單元，用于對接收到的所述晶閘管的狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳。
6.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述電壓檢測單元由比較器、第一二極管以及第二二極管構(gòu)成，其中，所述比較器的正輸入端分別與第一二極管的正極以及第二二極管的正極相連，負(fù)輸入端通過第一分壓電阻連接至基準(zhǔn)電壓，所述負(fù)輸入端還通過第二分壓電阻與所述比較器的負(fù)電壓輸入端連接，正電壓輸入端與基準(zhǔn)電壓相連，輸出端與所述控制單元相連；所述第一二極管負(fù)極與所述取能單元相連；所述第二二極管負(fù)極連接基準(zhǔn)電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述基準(zhǔn)電壓為+5V。
8.如權(quán)利要求1所述的SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，其特征在于， 所述保護(hù)單元為擊穿二極管BOD元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SVC系統(tǒng)串聯(lián)晶閘管閥組用高電位門極控制裝置，該裝置包括若干門極控制模塊，每個(gè)所述門極控制模塊用于控制與其對應(yīng)的兩只晶閘管，包括控制單元，用于根據(jù)觸發(fā)命令觸發(fā)晶閘管，采集并發(fā)送晶閘管狀態(tài)信息給光電轉(zhuǎn)換單元，以及根據(jù)電壓檢測單元的檢測信息發(fā)出告警信息；取能單元，用于為控制單元供電；光電轉(zhuǎn)換單元，用于對接收到的觸發(fā)命令以及晶閘管狀態(tài)信息進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并上傳；電壓檢測單元，用于檢測取能單元電壓，并將檢測信息發(fā)送至控制單元；保護(hù)單元，用于對晶閘管進(jìn)行電壓擊穿保護(hù)。本發(fā)明的裝置集成度高、可靠性高、且功耗低，能夠?yàn)镾VC系統(tǒng)的高壓串聯(lián)晶閘管閥組提供良好的控制和保護(hù)。
文檔編號H02H9/04GK102332725SQ201010229558
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者胡志琳, 陳衛(wèi) 申請人:北京博電新能電力科技有限公司