高壓變頻器前側(cè)逆變晶閘管自供電驅(qū)動系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓換流設(shè)備在工業(yè)應(yīng)用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來越高（已達到10KV/10KA以上），應(yīng)用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術(shù)發(fā)展日益成熟。根據(jù)對國內(nèi)晶閘管技術(shù)發(fā)展前景和需求的展望，本文采用自供電驅(qū)動技術(shù)與光控技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)光控自供電晶閘管驅(qū)動控制板，然后與晶閘管本體相結(jié)合即形成光控晶閘管工程化實現(xiàn)模型，其可作為光控晶閘管的替代技術(shù)。 在工程應(yīng)用中，光控晶閘管的典型

2、應(yīng)用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統(tǒng)等。隨著國家節(jié)能工程的實施，高壓變頻器的應(yīng)用范圍越來越廣泛，已成為工業(yè)節(jié)能中的重要環(huán)節(jié)。高壓直流換流系統(tǒng)難度大，技術(shù)復(fù)雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術(shù)只作為其儲備技術(shù)之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術(shù)的應(yīng)用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量，通常是數(shù)個SCR串聯(lián)使用。隨著系統(tǒng)容量越來越大，裝置對高壓開關(guān)器件的要求也越來越高。如果一組

3、串聯(lián)SCR中某一個SCR該導(dǎo)通時沒有導(dǎo)通，那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓，造成該器件的擊穿損壞，甚至于一組串聯(lián)SCR都被燒壞。為了克服上述問題，保證高壓變頻器中串聯(lián)晶閘管能夠安全可靠的工作，提高系統(tǒng)可靠性，有必要為晶閘管配備后備驅(qū)動系統(tǒng)。本文提出了給SCR驅(qū)動電路增設(shè)自供電驅(qū)動系統(tǒng)——SPDS（Self—Powered Drive System）的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能

4、量為監(jiān)測電路和后備觸發(fā)電路提供正常工作所需要的能量。它的優(yōu)點是由于緩沖電路與晶閘管同電位，自供電驅(qū)動系統(tǒng)要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏，節(jié)省了高壓隔離變壓器，節(jié)省了成本和體積，提高了系統(tǒng)可靠性。國外對相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)有了深入研究，并將其應(yīng)用在高壓變頻器產(chǎn)品中。在國內(nèi)，目前還沒有查到相關(guān)文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設(shè)計了一種高壓晶閘管自供電驅(qū)動系統(tǒng)，填補了國內(nèi)空白，為自供電驅(qū)動系統(tǒng)的推廣應(yīng)用和其他高壓開關(guān)器件自供電驅(qū)

5、動系統(tǒng)的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯(lián)高壓晶閘管驅(qū)動系統(tǒng)的要求和RC緩沖電路的工作特點，進而提出了SPDS的工作原理和具體實現(xiàn)方式，闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術(shù)是取能回路和觸發(fā)方式的設(shè)計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發(fā)方式優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發(fā)方式。 論文基于Multisim10仿真軟件，結(jié)合高壓晶閘管自供電驅(qū)動系統(tǒng)取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅(qū)動系統(tǒng)的核

6、心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側(cè)變流電路的仿真模型，詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時，通過設(shè)定仿真電路的參數(shù)，分析了其工作狀況。根據(jù)得到的仿真波形圖，證明了高壓晶閘管自供電驅(qū)動系統(tǒng)可以達到有效觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的設(shè)計目標，具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能，本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺，為其高壓條件下的工程化應(yīng)用打好了基