[发明专利]一种IGBT元件运行状态监测装置

说明书

本发明提供一种IGBT元件运行状态监测装置，所述装置包括控制单元和IGBT驱动器，所述IGBT驱动器设于驱动板卡上，控制单元通过光通讯接口与IGBT驱动器相连；控制单元以曼彻斯特编码的方式发送控制命令给IGBT驱动器，以使IGBT驱动器驱动IGBT元件开通或关断；IGBT驱动器检测IGBT元件在运行过程中的门极电压Vge、集电极‑发射极电压Vce、IGBT元件开通时间、驱动板卡电源电压、驱动板卡运行环境温度和电源温度，并将检测到的信号以曼彻斯特编码的方式发送给控制单元。本发明采用曼彻斯特编码的方式实现控制单元和IGBT驱动器之间的控制反馈信息交换，可将IGBT元件运行状态信息进行采集汇总并实时上传至控制单元，从而使控制单元实现对IGBT元件运行状态的监测。

技术领域

本发明涉及一种监测装置，具体讲涉及一种IGBT元件运行状态监测装置。

背景技术

与基于自然换相技术的电流源型换流器的传统直流输电不同，柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输电技术，电压源换流器(voltage source converter简称VSC)是柔性直流输电系统的核心装备。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。另外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。

柔性直流输电的控制方式和运行方式灵活，传输的有功功率和无功功率可以独立控制，而且适合中小功率的系统运行，目前已有12个柔性直流输电工程在运行。以VSC为换流单元的柔性直流输电所具有的技术经济特点十分适合不同规模的风力、太阳能等可再生能源的并网发电。电压源换流器既能满足不同规模的可再生能源并网发电需求，也能满足整个电网的安全、稳定、经济运行的要求，避免因采用其他输电方式对电网产生的不利影响。

由于柔性直流输电系统输电电压等级逐渐提高，由最初的几十千伏到现今投运最高电压等级±320kV，换流阀子模块应用的可关断器件数量由最初的几百片上升到近万片，则换流阀核心可关断器件IGBT失效特性成为影响柔性直流输电系统可靠性的关键因素。为保证柔性直流输电系统可靠运行，需要对其核心器件换流阀内每个开关器件IGBT的运行状态进行监测。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种IGBT元件运行状态监测装置，该装置通过对每块可关断电力电子器件IGBT的驱动器进行优化设计，从而完成对于各个IGBT元件的运行状态监测，运行参数统计，并将监测信息上报控制单元，实现对IGBT元件的整体监测功能，达到从整体上提高柔性直流换流阀运行可靠性的目的。

本发明提供的技术方案是：一种IGBT元件运行状态监测装置，所述装置包括控制单元和IGBT驱动器，所述IGBT驱动器设于驱动板卡上，所述控制单元通过光通讯接口与所述IGBT驱动器相连；其改进之处在于：所述控制单元以曼彻斯特编码的方式发送控制命令给所述IGBT驱动器，以使所述IGBT驱动器驱动IGBT元件开通或关断；所述IGBT驱动器检测所述IGBT元件在运行过程中的门极电压Vge、集电极-发射极电压Vce、IGBT元件开通时间、驱动板卡电源电压、驱动板卡运行环境温度和电源温度，并将检测到的信号以曼彻斯特编码的方式发送给所述控制单元。

优选的，所述IGBT驱动器包括逻辑控制模块，监测控制模块，光通讯接口，电源输入模块和短路检测模块；

所述逻辑控制模块包括逻辑控制器和门极控制电路，所述门极控制电路分别与IGBT元件的门极和发射极双向连接，所述逻辑控制器分别与所述短路检测模块、所述监测控制模块和所述光通讯接口双向连接，所述监测控制模块还与所述光通讯接口、所述电源输入模块、所述IGBT元件的集电极和门极双向连接，所述短路检测模块还与所述IGBT元件的集电极和所述监测控制模块连接。