[发明专利]可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置

说明书

技术领域

本发明涉一种用于容性无功补偿装置中的可控硅投切开关，特别是一种可准确捕捉可控硅端电压最小点时刻，安全可靠的触发、驱动可控硅开关工作的可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置。

背景技术

电力系统的电能质量治理中存在大量的容性无功补偿工况，以达到系统的电能质量改善。在目前正在使用的容性无功补偿装置中，开关分组投切电容型无功补偿装置具备性价比高，节能，稳定性好，技术成熟，系统控制简单，补偿效果好，应用领域广泛，实用工况性强等优点，因此得以广泛应用。作为电力无功补偿的电力电容器在投切过程中，对投切开关的要求十分苛刻，通常有断路器，接触器，复合开关，可控硅开关等。电力电容器在投切瞬间，如果开关不能做到过零投切，将会产生巨大的投切涌流，对于不具备过零投切能力的断路器及接触器，则需要很强的灭弧能力，这将明显限制开关的投切速度，在遇到一些系统无功变化加快、谐波较大的情况，该类开关将不能使用。复合开关及可控硅开关可以做到电容器的过零投切，因此称为无触点开关，可以避免系统的投切涌流，由于可控硅的耐压较低及其串联的可靠性较差，目前的复合开关及可控硅开关主要应用于中低压领域。对于如电弧炉设备、电焊机设备、风电场的低电压穿越等，其无功变化十分迅速，每个周波的无功需求都可能不一样，目前的无功补偿设备包块TCR(无功相应时间大于50ms)、MCR(无功相应时间大于80ms)基本无法解决系统的电能质量问题，因此设计能够实现系统无功的快速补偿装置显得十分需要，限于大容量可控硅的控制、驱动技术。目前的可控硅开关的响应时间一般都在几个周波(50ms)以上，因此要完善的解决诸如电弧炉这类无功快速变化、谐波较大设备的电能质量问题，就需要能够在20ms内完成无功补偿的无触点开关。

可控硅投切电容器高速开关，由于电容器为纯容性器件，开关电流过零关断时，电容器端电压为峰值，当开关下个周期投入时，可控硅开关端电压存在较大直流分量，在三相系统中，该直流分量在三相电容器间自动建立平衡，会导致开关某相的端电压高于系统电压的峰值，从而不存在电压过零点，因此可控硅无法准确可靠的投入。

传统的可控硅触发电路一般有两种，一种采用具有过零检测功能的光耦检测电压过零、信号隔离直接驱动可控硅。该方案一方面不能准确的检测可控硅端电压的过零点，存在较大的偏差，只适合慢速可控硅开关，一般要求投切间隔大于几秒，无法应用于快速投切的场合，当开关投切速度较快时，可控硅的触发将处于不稳定状态，当速度达到一定程度时，电容电压存在严重直流分量，光耦的电压过零检测失效，开关无功工作，将导致系统灾难性后果。另一种采用分离元件搭建的过零检测电路，将检测信号通过光耦隔离或者电磁隔离驱动可控硅，目前的过零检测及隔离驱动电路，往往采用简单的电容、电阻、二极管判断电压过零点，其实现思路与光耦检测电压过零点并无明显提高，同样不能工作开关快速投切工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在可控硅开关的端电压存在过零点时，可安全、可靠的触发可控硅，在可控硅开关的端电压不存在过零点时，亦可准确捕捉端电压的最小值，在其电压最小点保证可控硅开关快速、可靠触发的可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：本发明所述可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置由可控硅、ESP保护及信号限幅模块、运算放大器及窗口比较器模块、单片机处理器、驱动信号隔离放大模块及驱动信号整形电路组成；可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置并联在容性无功补偿装置电路中可控硅开关的两端，在可控硅的控制保护电路中连接有两个采样电阻R_S；采样电阻R_S的两个引出端与ESP保护及信号限幅模块输入端连接；ESP保护及信号限幅模块的输出端与运算放大器及窗口比较器模块的输入端连接；运算放大器及窗口比较器模块的输出端与单片机处理器的输入端连接；单片机处理器的输出端与驱动信号隔离放大模块的输入端连接；驱动信号隔离放大模块的输出端与驱动信号整形电路的输入端连接；驱动信号整形电路输出端与可控硅的触发端连接。

所述采样电阻Rs串联在可控硅投切电容器高速开关的驱动控制装置电路的输入端，获取电压信号。

所述ESP保护及信号限幅模块设置在采样电阻Rs之后，对电路起到防静电、防雷保护。

所述运算放大器及窗口比较器模块，其中运算放大器进行差分、窗口采样，捕获稳定的端电压信号，将该信号通过窗口比较器获取电压的极小值点，将该信号送入单片机进行信号处理。