[发明专利]分布式层级过电压控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种分布式层级过电压控制系统及方法。

背景技术

中压静止型动态同步补偿装置，简称SVG，以其能够快速响应信号变化、能够吸收和发出无功功率进行双向调节、占地面积小及调节特性不受电网电压的影响等诸多的优势，在21世纪的电能质量治理技术中，成为无可争辩的核心产品，而得到了长足的发展，并成为电力电子技术在电力系统领域的重要发展方向。该技术在钢铁、有色、矿山、电气化铁路、风电等领域也有极大的运用前景，但在该项技术及相关产品的研究推广生产的初级阶段，在现场运行中频繁出现功率单元的IGBT莫明击穿，爆炸导致装置停机无法正常运行；更有甚者还发生由于IGBT爆炸而引发的装置内部短路，使装置大面积损坏而失去应有功能，这种缺陷给现场的生产带来较大的损失和恶劣的影响。而造成上述问题的原因来自多方面，主要有以下几方面：

1）中压SVG属于直接式接入方式，将连接电抗器直接连接于母线上，母线在运行中发生的各类暂态过电压和瞬时过电压，都会通过连接电抗器作用于SVG上链接的各功率单元IGBT上，对IGBT的安全运行带来了较大威胁，长此以往，可能发生将某一薄弱功率单元IGBT的C、E极击穿而导致“直通”事故发生而爆炸。

2）由于连接电抗器的自身容量及电感量较大，尤其是有较大电流通过时，其自身存储的磁场能量非常高，当控制的PWM波作用于各功率单元IGBT时，在IGBT关断到导通的转换过程中，由于电流快速转换截断，必然使连接电抗器上产生较高的过电压，该过电压再叠加上系统自身电压，全部作用在各功率单元IGBT上，水会使绝缘薄弱的某一薄弱功率单元IGBT的C、E极击穿而使功率单元IGBT过流致停机。

3）由于功率单元IGBT的结构所限，连接在电解电容与齐IGBT之间的正、负极直流母线，一般用铜排采用分立式进行装配，这种结构在运行中，由于铜排自身杂散电感太大，而在IGBT工作于导通到关断的转换过程中，产生较高的过电压作用于功率单元IGBT的C、E极间，长期作用的结果必将导致IGBTC、E极绝缘击穿而损坏。

4）正常情况下，用于驱动IGBT工作的驱动线是分别连接在IGBT的G、E极和驱动板上对应驱动回路输出端子上。在运行中，由于长期运行氧化、振动、接触不良的影响，必然使得功率单元IGBT的G、E极因接触不良而“悬空”，当交变的高电场作用于其上时，将会发生功率单元IGBT的“误触发”导通，而将使该单元IGBT支路过电流，轻则SVG停机，重则IGBT爆炸而形成内部短路而造成更大损失。

综合上述的描述，市面上急需一种新型的过电压控制方法来解决上述的问题。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种分布式层级过电压控制系统及方法，该系统分为五级防线，对来自各方面的过电压能量进行抑制，有效防止功率单元IGBT的C、E极击穿，保证SVG装置安全可靠的运行。

为实现上述目的，本发明提供一种分布式层级过电压控制系统，包括安装于SVG进线柜内的组合式过电压保护器、能量吸收器、连接电抗器、功率单元、功率单元嵌位限压器、层叠母线和IGBT感应电压嵌位器；所述能量吸收器与连接电抗器并联后的一端连接组合式过电压保护器，并联后的另一端连接功率单元，且所述功率单元嵌位限压器和层叠母线分别与功率单元连接，所述IGBT感应电压嵌位器的两端分别连接在功率单元中每个IGBT的G极和E极之间，且所述IGBT感应电压嵌位器的两端连接在驱动板的输出端子G与输出端子E之间；

所述层叠母线包括正极铜排和负极铜排，所述正极铜排与负极铜排重叠铺放形成一母线，且所述正极铜排与负极铜排之间夹持有第一绝缘薄膜，所述母线的表面覆盖有第二绝缘薄膜。

其中，所述正极铜排的一端与串联的电解电容器组的正极连接，所述正极铜排的另一端分别与功率单元中IGBT的E极连接。

其中，所述功率单元嵌位限压器安装在功率单元的两根输出铜排之间。

其中，所述IGBT感应电压嵌位器包括两个稳压管和一个电阻；所述两个稳压管反串联后与电阻并联。

为实现上述目的，本发明还提供一种分布式层级过电压控制方法，包括以下步骤：

步骤A：由组合式过电压保护器形成第一级防线，对侵入SVG装置电源的大气过电压和操作过电压的大部分能量进行吸收，并将大气过电压和操作过电压的幅值限制在SVG装置允许的安全范围之内；