火电机组辅机变频器高低电压穿越装置

摘要

本发明涉及一种火电机组辅机变频器高低电压穿越装置，包括断路器，软起动电路，快速切换用静态开关sts，由三相电抗器LA、三相整流桥RB、电容器C1、高压斩波降压电路、平波电感LD，低压斩波升压电路、电容器C2、防反二极管D3和D4、输出保护熔丝F构成的高低电压稳压控制电路，由两个接触器1KM、2KM和电阻R组成的软起动电路，高压斩波降压电路包括低压斩波升压电路包括绝缘栅双极型晶体管Q2和二极管D2，断路器触点QF与快速切换用静态开关sts相连，通过软起动电路连高低电压稳压控制电路；本发明既能实现低电压穿越，又能实现高电压穿越，电路简单可靠，可实现在20%-180%的额定输入电压范围内，保证变频器的安全可靠运行。

权利要求

1.一种火电机组辅机变频器高低电压穿越装置，包括保护用断路器、软起动电路、快速切换用静态开关sts、高低电压稳压控制电路，其中软起动电路由两个接触器1KM、2KM和电阻R组成，高低电压稳压控制电路由三相电抗器LA、三相整流桥RB、电容器C1、高压斩波降压电路、平波电感LD，低压斩波升压电路、电容器C2、防反二极管D3和D4、输出保护熔丝F构成，高压斩波降压电路包括绝缘栅双极型晶体管 Q1和二极管D1，低压斩波升压电路包括绝缘栅双极型晶体管Q2和二极管D2，其特征在于：保护用断路器的触点QF与快速切换用静态开关sts相连，同时通过软起动电路连接高低电压稳压控制电路；

在高低电压稳压控制电路中，三相电抗器LA与三相整流桥RB的交流输入端相连接，直流输出端上并联电容器C1, 电容器C1的正极连接绝缘栅双极型晶体管 Q1的集电极，负极连接二极管D1的阳极，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极和二极管D1的阴极相连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极还同时连接平波电感LD，平波电感LD的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阳极同时和绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极相连接，二极管D2的阴极和电容器C2的正极相连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极和电容器C2的负极相连接，二极管D2的阴极和电容器C2的正极还连接防反二极管D3的阳极，绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极和电容器C2的负极还连接防反二极管D4的阴极，防反二极管D3的阴极连接保护熔丝F后与二极管D4的阳极一起输出直流电压。

说明书

火电机组辅机变频器高低电压穿越装置

技术领域

[0001] 本发明属于电力行业，尤其涉及一种变频器及供电对象设备外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压升高或降低到规定的高、低电压穿越区内时，实现火电机组辅机变频器的高低电压穿越下的不间断运行、可靠供电、保障供电对象安全运行的火电机组辅机变频器高低电压穿越装置。

背景技术

[0002] 近年来火电厂陆续发生了几起由系统低电压故障造成火电机组跳机的事故。在此类事故中，电厂内部或外部故障（雷击、电气设备短路、接地等），引起电网电压短时跌落，跌落幅度超过15%、持续时间较短，此类故障的发生，原本不应引起辅机的退出，但由于火电厂关键辅机的变频器设备不具备低电压功能，触发了辅机拖动变频器的低电压保护，变频器闭锁输出，辅机停机，最终导致了发电机组的跳机。此类故障期间的非计划跳机，一方面影响发电厂发电连续性和经济性，并造成电厂发电设备损坏，另一方面会进一步对电力系统造成冲击，加剧系统故障程度，严重影响电力系统的安全稳定运行。

[0003] 火电厂由电压暂降引发跳机的问题，引起了电网公司的高度重视，国家电网公司和南方电网公司调度中心，均下发了火电机组辅机安全隐患排查的通知。东北电网公司首先对发电厂重要运行辅机低电压穿越能力提出了具体的要求：要求重要辅机的变频拖动系统，在系统电压跌落至20%且持续10s的情况下，具备完备可靠的低电压穿越能力，确保系统故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而跳闸。

[0004] 目前现有技术和产品能够解决低电压下变频器的不间断运行，但高电压下变频器自身不具备宽电压范围运行条件下无法解决高电压下变频器的不间断运行。而直流侧母线并联电容器方案理论上简单，实现起来存在冲击过大，可靠性较低的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种一体化实现火电机组辅机变频器的高低电压穿越下的不间断运行，与现有系统无缝接口的具有较高可靠性的火电机组辅机变频器高低电压穿越装置。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 一种高低电压穿越装置，包括保护用断路器、软起动电路、快速切换用静态开关sts、高低电压稳压控制电路，其中软起动电路由两个接触器1KM、2KM和电阻R组成，高低电压稳压控制电路由三相电抗器LA、三相整流桥RB、电容器C1、高压斩波降压电路、平波电感LD，低压斩波升压电路、电容器C2、防反二极管D3和D4、输出保护熔丝F构成，高压斩波降压电路包括绝缘栅双极型晶体管 Q1和二极管D1，低压斩波升压电路包括绝缘栅双极型晶体管Q2和二极管D2，保护用断路器的触点QF与快速切换用静态开关sts相连，同时通过软起动电路连接高低电压稳压控制电路；

[0008] 在高低电压稳压控制电路中，三相电抗器LA与三相整流桥RB的交流输入端相连接，直流输出端上并联电容器C1, 电容器C1的正极连接绝缘栅双极型晶体管 Q1的集电极，负极连接二极管D1的阳极，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射级和二极管D1的阴极相连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射级还同时连接平波电感LD，平波电感LD的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阳极同时和绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极相连接，二极管D2的阴极和绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极并联连接电容器C2，电容器C2连接防反二极管D3和D4，经输出保护熔丝F输出直流电压。

[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下突出优点：

[0010] 1、现有的变频器低电压穿越装置都不具备高电压穿越功能，本发明既能实现低电压穿越，又能实现高电压穿越。

[0011] 2、电路简单可靠，可实现在20%-180%的额定输入电压范围内，保证变频器的安全可靠运行。

附图说明

[0012] 图1 是本发明的电路结构示意图。

[0013] 图2 是本发明的绝缘栅双极型晶体管IGBT的控制方式示意图。（V3为BOOST电路的IGBT，V4为BUCK电路的IGBT）。

[0014] 图3 是本发明的绝缘栅双极型晶体管IGBT的控制方式展开图。（BOOST电路IGBT控制方式展开图）。

[0015] 图4 是本发明的绝缘栅双极型晶体管IGBT的控制方式展开图。（BUCK电路IGBT的控制方式展开图）。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图与具体实施实例对本发明作进一步详细描述：本实施实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0017] 如图所示，本发明公开了一种高低电压穿越装置，包括保护用断路器、软起动电路、快速切换用静态开关sts、高低电压稳压控制电路，其中软起动电路由两个接触器1KM、2KM和电阻R组成，高低电压稳压控制电路由三相电抗器LA、三相整流桥RB、电容器C1、高压斩波降压电路、平波电感LD，低压斩波升压电路、电容器C2、防反二极管D3和D4、输出保护熔丝F构成，高压斩波降压电路包括绝缘栅双极型晶体管 Q1和二极管D1，低压斩波升压电路包括绝缘栅双极型晶体管Q2和二极管D2，保护用断路器的触点QF与快速切换用静态开关sts相连，同时通过软起动电路连接高低电压稳压控制电路；

[0018] 在高低电压稳压控制电路中，三相电抗器LA与三相整流桥RB的交流输入端相连接，直流输出端上并联电容器C1, 电容器C1的正极连接绝缘栅双极型晶体管 Q1的集电极，负极连接二极管D1的阳极，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射级和二极管D1的阴极相连接，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射级还同时连接平波电感LD，平波电感LD的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阳极同时和绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极相连接，二极管D2的阴极和绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极并联连接电容器C2，电容器C2连接防反二极管D3和D4，经输出保护熔丝F输出直流电压。

[0019] 运行原理：三相交流输入电源经过可控硅组成的静态开关sts后，接到变频器的交流输入端，控制系统不断检测三相交流输入电压，当电压低于120%额定电压时，静态开关导通，当电压高于120%额定电压时，静态开关关断，进入高电压穿越模式。

[0020] 一个二极管的整流桥，电感，2个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和2个二极管组成BUCK-BOOST电路，完成高低电压穿越功能。当三相交流输入低于额定电压120%的时候，BUCK的IGBT一直开通，当交流输入电压低于额定电压90%的时候，BOOST的IGBT开始PWM工作，维持变频器的直流输入电压在510V左右，实现低电压穿越，最低的低电压穿越电压为20%额定输入电压。穿越时间可以设置。当交流输入电压高于120%额定电压的时候，BOOST的IGBT关断，BUCK的IGBT开始PWM工作，维持变频器的直流输入电压在510v左右，实现高电压穿越。最高的穿越电压为额定电压的180%，穿越时间可以设置。

[0021] 仿真结果:先将输入电压设置为20%的额定输入电压，然后再把输入电压突变到130%的额定输入电压，观看直流母线电压，能稳定在510V左右，实现变频器的高低电压穿越落。