基于h桥级联的statcom换流模块驱动保护电路设计

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1、基于H桥级联的STATCOM换流模块驱动保护电路设计魏孟刚王轩王小星但峰喻劲松南瑞集团公司(国网电力科学研宄院)中电普瑞科技有限公司北京交通大学电气工程学院新能源所史驱动保护电路是电力电子装置重要的组成部分，关系到电力电子装置的安全可靠运行。针对11桥级联的STATC0M,为其设计了驱动保护电路。该电路能够实现死区的灵活设置、工作状态的自检测、本地分级保护以及详细故障状态上报等功能，大大提高了STATCOM工作的可靠性。最后通过电力电子仿真软件(SimulationProgramwithICEmphasis,PSPICE)和实验对该电路的性能进

2、行了测试和分析。结果表明，该电路能够很好地实现对H桥电路的驱动和控制，并且能够实现对故障的快速处理，可靠性高。关键词：驱动;保护;H桥模块;故障编码;其棊本原理是通过1GBT、MOSFET等全控型电力电子器件组成换流电路，来控制其向电网输送电流的幅值和相位，从而达到补偿电网无功的作用。对于全控型器件，驱动保护电路是其应用的关键技术和难点之一。目前针对全控型器件，其驱动和保护电路的方案很多，许多公司设计制造了专用的驱动芯片，但驱动电路的设计者往往只针对本公司的产品，通用性差，在驱动保护等功能配置方而也不完善，许多芯片直接驱动功率小，而大功率的驱动

3、保护电路价格昂贵。并且在实际应用中，需耍考虑多路信号的隔离，死区设置、外部保护接口及短路或过载检测等针对上述问题，本文提出了一种适用于大规模H桥级联STATCOM的驱动保护电路,该驱动电路用于1个U桥模块4只IGBT的驱动和保护，便于模块化设计。另外该电路采用电源和电池双电源供电，并采用光纤作为输入接口，在信号输出侧，利用光耦与隔离电源进行驱动信号的二次隔离，大大提高了驱动电路的工作可靠性。在保护方面，该电路可实现故障的快速定位，并对故障进行编码和分类，实现了对开关器件有效的保护。1H桥级联的STATCOMH桥链式级联电路与其他链式结构不同，这

4、种方式是由相同结构的H桥串联而成,每个链节直接联系不大，这使装置很容易扩展，H桥级联STATCOM电路如图1所示。STATCOM采用星形联结，通过电抗器并联于电网与负载之间，STATC0M通过注入与负载类型相反的无功电流，补偿负载的无功，提高电网输电质量，使电网只提供有功电流。每相桥臂由N个H桥逆变单元级联而成。H桥子模块由4只开关器件和1个电容器构成。正常工作时，每个H桥子模块有3种工作模式：正投入、负投入和切除（旁路）［7-8］。对于H桥构成的STATCOM,为了使其能够可靠地工作，驱动电路的设计至关重要。通常，驱动电路必须满足以下几点要求

5、moi。图1H桥级联STATCOM的主电路拓扑1）需要设置死区。TGBT这种功率器件存在寄生电容，会造成器件导通和关断延迟的现象。因此，为丫使IGBT可靠工作，避免由于开通或关断延时造成的上下开关管同时导通的现象，必须设置死区。2）隔离。驱动电路主要以一些模拟器件、数字芯片等组成的低压信号电路，而IGBT工作在主电路的高压母线上，并且位置不同的IGBT所处的电位不同，因此必须提供一定的电气隔离，主要包括:控制信号的隔离和驱动电源的隔离。并H隔离耐压必须足够大，避免绝缘击穿漏电等，同时需要确保隔离信号的传输无延时或延时较小。3）要能够快速地检测到

6、IGBT的故障，并将故障类型进行分类，作不同的处理，从而实现对TGBT保护的快速性。2驱动保护电路设计2.1电路基本结构H桥的驱动保护电路如阁2所示，该电路主要由6部分组成，分别为供电电路、光纤接口电路、故障反馈电路、脉冲输出与检测电路、显示电路以及CPLD控制电路。其中，CPLD是该电路的核心，主要实现对整个驱动电路的控制与保护。对于H桥驱动保护电路，其供电可靠性十分重要，为了实现对驱动电路的可靠供电，本电路设计/由电源和电池双电源供电的电路结构。在供电电源正常的情况下，由电源为整个电路供电，并且当电池处于未充满状态时，电源也给电池充电。当电

7、源出现故障时，电池将代替电源给驱动电路供电，并且电源检测电路会根据检测到的电源故障，将故障信号输出到CPLD。图2驱动保护电路结构图对于驱动信号，其由主控制器下发到CPLD中，考虑到H桥的驱动信号的对称性（同一桥臂的IGBT驱动信号互补），主控制器下发三路信号到CPLD中，其中两路为驱动信号，CPLD将接受到的两路驱动信号分为四路，并在驱动信号中加入死区，通过光耦隔离电路，将驱动信号分别供给IGBT。另外一路为主控制器给驱动电路的脉冲闭锁信号，在待机或故障情况下，该位为低电平，脉冲被封锁；在正常运行情况下，该位为高电平，驱动电路正常工作。对于不

8、同类型的开关管,其寄生电容会有所差异，导致开通和关断延时时间也有所不同，因此，在对死区进行设置吋，可根据开关管的相关参数，对死区进行设置，避免了传统驱