高壓變頻器前側逆變晶閘管自供電驅動系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、隨著電力電子技術的發(fā)展，高壓換流設備在工業(yè)應用中日益廣泛。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），應用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術發(fā)展日益成熟。根據(jù)對國內晶閘管技術發(fā)展前景和需求的展望，本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合，研發(fā)光控自供電晶閘管驅動控制板，然后與晶閘管本體相結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。 在工程應用中，光控晶閘管的典型

2、應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，技術復雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。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的應用背景重點闡述。 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該導通時沒有導通，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動系統(tǒng)。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統(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。國外對相關內容已經有了深入研究，并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內，目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統(tǒng)，填補了國內空白，為自供電驅動系統(tǒng)的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅

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的核心技術是取能回路和觸發(fā)方式的設計。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，結合高壓晶閘管自供電驅動系統(tǒng)取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅動系統(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動系統(tǒng)可以達到有效觸發(fā)晶閘管導通的設計目標，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用打好了基