[发明专利]高压变频器功率单元控制信号传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气系统中的高压变频器的控制系统，具体是一种高压变频器功率单元控制信号传输系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，变频器作为电力电子技术发展的产物，在钢铁、石化、自来水、电力等行业得到广泛的应用，特别是高压变频器的应用日益广泛。

目前高压变频器主要分为电压源型和电流源型两种类型，电流型变频器存在功率因数低，对电网的谐波污染大等缺点其应用场合受到很大限制。电压源型高压变频器主要有以下几种类型：

1、高低方式高压变频器：将电网的电压通过变压器转化为低压，利用低压变频器和低压电机的组合实现变频

2、低高方式高压变频器：与上述变频器不同的是在低压变频器的输出侧又增加了一变压器，可使用高压电机进行调速。

3、三电平方式高压变频器：他是利用高压器件的串联解决耐压问题。

4、功率单元串联多级电平式高压变频器：它利用低压功率单元的串联实现高压，同时利用移相变压器技术解决对电网的谐波污染，采用二极管整流，使电网侧的功率因数高。

上述第1种和第2种高压变频器属于过渡技术已经淘汰，由于成本较低在小功率场合仍有应用。第3种虽然是较新的技术，但是受器件限制，最高电压只能到4160伏，对于国内6KV和10KV主流电网，应用受到限制。

上述的第4种高压变频器，即功率单元串联多级电平式高压大功率变频器由多个单元串联而成，每个单元通过自己的控制板用来和主控制器通过光纤进行信号传输，该连接是功率单元和主控制器的唯一连接。

为了达到较完美的输入电流和输出电压波形，各个单元的控制是采用移相PWM技术来实现的，通过该技术处理好每相各级单元之间的时序关系，以减小单元电压叠加后得到的输出相电压的dv/dt，减小对电缆和电机绕组的冲击。

上述的对各功率单元的控制系统中，比较常用的下发控制信号方法是光纤通讯方法，在PWM控制系统中，对通信速率的要求是微秒级，需要采用很高的通讯速率。

现有的串联多级电平式高压大功率变频器的控制，一般基于异步通信原理，用EPLD器件编写自己的通讯芯片，实现的异步通讯包括一个起始位，8个信号位和一个停止位，并带有比较和校验措施，对光纤信号能产生报警信号，光纤通讯电路设计比较复杂，控制器将下发信号(脉宽、相位、旁路控制、复位等)进行编码后下发，功率单元对接受的信号进行逻辑处理，将控制信号翻译为四个IGBT的开关控制信号，并保证互锁和旁路逻辑。各个单元将监视单元故障信号(过流，过压、欠压、缺相、过热、光纤通讯、IGBT驱动电路、旁路电路、电源和复位逻辑故障等)处理后经过编码，转化为数字信息，并返送控制器。由此决定了每个功率单元都要有具有解码、编码处理功能的复杂的接收和发送电路，且器件选择时要采用高速器件。由于通讯采用串行方式，根本上不能克服传输延时和传输速度较慢的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电路结构简单，传输信号可靠的用于串联多级电平式高压大功率变频器的高压变频器功率单元控制信号传输系统。

本发明的高压变频器功率单元控制信号传输系统包括有三条连接在功率单元和控制器之间的用于信号传输的光纤；其中一条光纤用来传输功率单元发往控制器的上行信号，功率单元状态信号经过单片机和电/光转换电路，再由该光纤向控制器传输；另外两条光纤用来传输控制器发往功率单元的下行信号，由控制器发出的功率单元IGBT驱动信号和功率单元控制信号经过两条光纤的传输，再经过光/电转换电路后送至功率单元。

所述功率单元IGBT驱动信号和功率单元控制信号经过光/电转换电路后分为两路，第一路信号经过与门电路的一个控制输入端向功率单元的IGBT单元器件输送IGBT驱动信号，第二路信号经过脉宽检测电路检测后再送至光纤故障检测电路、旁路信号检测电路和复位信号检测电路进行检测；光纤故障检测电路在光纤故障时输出光纤故障状态信号，旁路信号检测电路在旁路命令时输出旁路命令状态信号，复位信号检测电路在复位命令时输出复位命令状态信号；光纤故障状态信号和旁路命令状态信号经过旁路处理电路控制旁路执行单元执行旁路，复位命令状态信号将功率单元置于工作等待状态，这三种状态信号通过或门产生IGBT驱动信号封闭信号并送至上述IGBT单元器件前的与门电路的另一个控制输入端，控制IGBT驱动信号的封闭，没有这三种工作状态信号时为正常工作状态，正常工作状态下IGBT驱动信号经过与门电路控制功率单元正常输出功率。