本發(fā)明涉及一種高壓直流斷路器的在線檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及進(jìn)步，在高壓、大容量直流斷路器應(yīng)用領(lǐng)域，igbt特別是壓接式igbt直接串聯(lián)的方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊，控制方法簡單等優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。高壓直流斷路器是構(gòu)建多端柔性直流系統(tǒng)的核心裝備，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
高壓直流斷路器需要在數(shù)毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)換流站與故障點(diǎn)隔離，實(shí)現(xiàn)快速將故障切除的功能，一般采用igbt器件，特別是壓接型igbt器件串聯(lián)組成高壓直流斷路器的通態(tài)支路和限流支路。為保障系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要對高壓直流斷路器進(jìn)行在線檢測。在檢測過程中，既要保證高壓直流斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)，還要可以對機(jī)械開關(guān)、所有igbt進(jìn)行檢測，并可以快速找出故障點(diǎn)，以及損壞igbt的具體位置，為后期的檢修更換提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，本發(fā)明即是基于此考慮而產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器的在線檢測裝置和方法，通過對高壓直流斷路器中通態(tài)支路和限流支路的電流檢測、機(jī)械開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)的檢測、igbt集射極電壓的檢測，判斷兩個支路中有無igbt、機(jī)械開關(guān)斷路、短路，可以快速找出故障點(diǎn)，以及損壞igbt的具體位置，為后期的檢修更換提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種高壓直流斷路器的在線檢測裝置，所述高壓直流斷路器包括通態(tài)支路和限流支路，所述通態(tài)支路包括串聯(lián)的機(jī)械開關(guān)和通態(tài)功率半導(dǎo)體閥，所述限流支路包括限流功率半導(dǎo)體閥，通態(tài)功率半導(dǎo)體閥和限流功率半導(dǎo)體閥均設(shè)有串聯(lián)的閥臂，每個閥臂由m個igbt直接串聯(lián)組成，m≥2：
每個igbt并聯(lián)有均壓緩沖電路，每個igbt連接有一個帶有igbt電壓檢測電路的門極驅(qū)動單元gdu，所有的門極驅(qū)動單元gdu與在線檢測控制器相連，在線檢測控制器向門極驅(qū)動單元gdu發(fā)出控制命令，各門極驅(qū)動單元gdu根據(jù)命令控制對應(yīng)的igbt開通或關(guān)斷并將檢測信息反饋至在線檢測控制器，在線檢測控制器還用于檢測限流支路的電流、通態(tài)支路的電流以及機(jī)械開關(guān)是否異常。
優(yōu)選，均壓緩沖電路包括串聯(lián)的二極管d和電容c，串聯(lián)的電阻r1和r2，電阻r1的一端分別與二極管d的正極、igbt的集電極相連，電阻r1的另一端分別與電阻r2、二極管d的負(fù)極相連，二極管d的負(fù)極與電容c相連，電阻r2的另一端分別與電容c的另一端、igbt的發(fā)射極相連。
相應(yīng)的，一種高壓直流斷路器的在線檢測方法，包括如下步驟：
步驟1、開通限流支路上限流功率半導(dǎo)體閥的所有igbt；
步驟2、關(guān)斷通態(tài)支路上通態(tài)功率半導(dǎo)體閥的所有igbt；
步驟3、延遲時間ty，判斷通態(tài)支路電流是否為0，若為0，則進(jìn)入步驟4；
步驟4、判斷限流支路電流是否為工作電流，若是，則進(jìn)入步驟5；
步驟5、判斷通態(tài)支路上每個igbt的集射極電壓vce是否大于設(shè)定參考值vref0，若否，則判斷通態(tài)支路對應(yīng)的igbt異常；若是，則進(jìn)入步驟6；
步驟6、關(guān)斷機(jī)械開關(guān)，判斷機(jī)械開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)是否正常，若否，則判斷通態(tài)支路異常；若是，則進(jìn)入步驟7；
步驟7、初始化：令n＝1，設(shè)定參考值的下限值vref1和參考值的上限值vref2；
步驟8、關(guān)斷限流支路上igbtn，其他串聯(lián)的igbt仍保持開通狀態(tài)，經(jīng)過t1時間后，檢測igbtn的集射極電壓vcen，若vref1≤vcen≤vref2，則判斷igbtn沒有短路損壞；若vcen＜vref1時，則判斷igbtn已損壞；
步驟9、判斷n的值是否等于限流功率半導(dǎo)體閥的igbt總量，若等于，則結(jié)束；否則，令n的值加1并進(jìn)入步驟8。
優(yōu)選，步驟8中，關(guān)斷限流支路上igbtnt1時長后，gdun重新開通igbtn，經(jīng)過t2時間，使igbtn的電壓恢復(fù)至正常導(dǎo)通電壓值vcesat，gdun將igbtn的檢測信息回傳至在線檢測控制器，在線檢測控制器記錄igbtn的具體位置和狀態(tài)信息。
本發(fā)明的有益效果是：
采用上述檢測裝置和方法，在高壓直流斷路器運(yùn)行狀態(tài)下，可檢測通態(tài)支路和限流支路上所有串聯(lián)的igbt。在線檢測控制器詳細(xì)記錄每個igbt的狀態(tài)信息和具體位置，為后續(xù)的停電檢修提供數(shù)據(jù)支撐。
附圖說明
圖1是本發(fā)明高壓直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明一種高壓直流斷路器的在線檢測裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明高壓直流斷路器在線檢測控制裝置與檢測控制對象連接示意圖；
圖4是本發(fā)明gdu上igbt電壓檢測電路示意圖；
圖5是本發(fā)明在線檢測控制裝置控制時序邏輯示意圖；
圖6是本發(fā)明一種高壓直流斷路器的在線檢測方法的流程圖；
圖7是本發(fā)明rcd均壓緩沖電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
如圖1-7所示，一種高壓直流斷路器的在線檢測裝置，所述高壓直流斷路器包括并聯(lián)的通態(tài)支路和限流支路，所述通態(tài)支路包括串聯(lián)的機(jī)械開關(guān)和通態(tài)功率半導(dǎo)體閥，所述限流支路包括限流功率半導(dǎo)體閥，通態(tài)功率半導(dǎo)體閥和限流功率半導(dǎo)體閥均設(shè)有串聯(lián)的閥臂，每個閥臂由m個igbt直接串聯(lián)組成，m≥2。正常工作時，電流ic流過通態(tài)支路，一般的，限流支路的igbt數(shù)量遠(yuǎn)大于通態(tài)支路的igbt數(shù)量。
高壓直流斷路器的在線檢測裝置包括均壓緩沖電路rcd、門極驅(qū)動單元gdu和在線檢測控制器，如圖2所示，每個igbt并聯(lián)有均壓緩沖電路，每個igbt連接有一個帶有igbt電壓檢測電路的門極驅(qū)動單元gdu，所有的門極驅(qū)動單元gdu與在線檢測控制器相連，比如，所有的門極驅(qū)動單元gdu通過光纖通道與在線檢測控制器相連。
在線檢測控制器向門極驅(qū)動單元gdu發(fā)出控制命令，各門極驅(qū)動單元gdu根據(jù)命令控制對應(yīng)的igbt開通或關(guān)斷并將檢測信息反饋至在線檢測控制器。如圖3所示，在線檢測控制器還用于檢測限流支路的電流、通態(tài)支路的電流以及機(jī)械開關(guān)是否異常。
如圖7所示，一種均壓緩沖電路，包括串聯(lián)的二極管d和電容c，串聯(lián)的電阻r1和r2，電阻r1的一端分別與二極管d的正極、igbt的集電極相連，電阻r1的另一端分別與電阻r2、二極管d的負(fù)極相連，二極管d的負(fù)極與電容c相連，電阻r2的另一端分別與電容c的另一端、igbt的發(fā)射極相連。
對應(yīng)的，如圖6所示，一種高壓直流斷路器的在線檢測方法，在線檢測控制器發(fā)出控制命令給igbt驅(qū)動單元gdu，開通限流支路上的所有igbt，然后關(guān)閉通態(tài)功率半導(dǎo)體閥上的所有igbt，原來流過高壓直流斷路器通態(tài)支路上的電流ic，轉(zhuǎn)移至限流支路上。在線檢測控制器檢測通態(tài)支路和限流支路上的電流，當(dāng)檢測到通態(tài)支路上的電流為0，限流支路上的電流與高壓直流斷路器的工作電流一致時，再對高壓直流斷路器各個支路進(jìn)行檢測。具體包括如下步驟：
步驟1、開通限流支路上限流功率半導(dǎo)體閥的所有igbt；
步驟2、關(guān)斷通態(tài)支路上通態(tài)功率半導(dǎo)體閥的所有igbt；
步驟3、延遲時間ty，判斷通態(tài)支路電流是否為0，若為0，則進(jìn)入步驟4；
步驟4、判斷限流支路電流是否為工作電流，若是，則進(jìn)入步驟5；
步驟5、由于限流支路的igbt數(shù)量遠(yuǎn)大于通態(tài)支路的igbt，在限流支路流過電流ic時，在高壓直流斷路器兩端，即通態(tài)功率半導(dǎo)體閥上串聯(lián)的每個igbt上產(chǎn)生電壓差，帶有igbt電壓檢測電路的門極驅(qū)動單元gdu檢測通態(tài)支路上每個igbt的集射極電壓，判斷通態(tài)支路上每個igbt的集射極電壓vce是否大于設(shè)定參考值vref0，若否，則判斷通態(tài)支路對應(yīng)的igbt異常；若是，則判斷該igbt正常，則進(jìn)入步驟6；
步驟6、在線檢測控制器發(fā)出控制命令給機(jī)械開關(guān)，關(guān)斷機(jī)械開關(guān)，通過對機(jī)械開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)的檢查，判斷機(jī)械開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)是否正常，若否，則判斷通態(tài)支路異常；若是，則進(jìn)入步驟7；
步驟7、初始化：令n＝1，設(shè)定參考值的下限值vref1和參考值的上限值vref2；
步驟8、如圖4和5所示，在線檢測控制器發(fā)出控制命令給限流支路的igbtn驅(qū)動單元gdun，關(guān)斷限流支路上igbtn，其他串聯(lián)的igbt仍保持開通狀態(tài)，經(jīng)過t1時間后，此段時間內(nèi)，igbt檢測電流ic由igbtn轉(zhuǎn)向流入與igbtn并聯(lián)的均壓緩沖電路，使均壓緩沖電路在t1時間內(nèi)不斷充電，電壓升高至vcen。檢測igbtn的集射極電壓vcen，若vref1≤vcen≤vref2，則判斷igbtn沒有短路損壞；若vcen＜vref1時，則判斷igbtn已損壞；
步驟9、判斷n的值是否等于限流功率半導(dǎo)體閥的igbt總量，若等于，則結(jié)束；否則，令n的值加1并進(jìn)入步驟8，直至所有的限流支路上igbt均檢測完畢。
優(yōu)選，步驟8中，關(guān)斷限流支路上igbtnt1時長后，gdun重新開通igbtn，經(jīng)過t2時間，再次確認(rèn)igbtn兩端的電壓，當(dāng)vcen電壓降至igbt的飽和壓降vcesat后(即igbtn的電壓恢復(fù)至正常導(dǎo)通電壓值vcesat)，認(rèn)為igbtn處于開通狀態(tài)，gdun將igbtn的檢測信息回傳至在線檢測控制器，在線檢測控制器記錄igbtn的具體位置和狀態(tài)信息。在線檢測控制器在t2時刻后，經(jīng)過一段時間延遲td(td可為0)，再依照上述描述的方法檢測igbtn+1。
在線檢測控制器根據(jù)門極驅(qū)動單元gdu反饋的狀態(tài)信息，判斷igbtn是否存在異常，如狀態(tài)信息中包含igbtn的故障信息，則判斷igbtn存在異常，如狀態(tài)信息中沒有igbtn的故障信息，則判斷igbtn正常，并按照檢測igbtn的方式，逐個檢測剩余的igbt，記錄所有igbt的檢測狀態(tài)信息、異常igbt的具體位置等。
上述步驟3中，若通態(tài)支路電流不為0，則判斷通態(tài)支路異常。步驟4中，若限流支路電流不為工作電流，則判斷限流支路異常。
采用上述檢測裝置和方法，在高壓直流斷路器運(yùn)行狀態(tài)下，可檢測通態(tài)支路和限流支路上所有串聯(lián)的igbt。在線檢測控制器詳細(xì)記錄每個igbt的狀態(tài)信息和具體位置，為后續(xù)的停電檢修提供數(shù)據(jù)支撐。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。