柔性直流输电控制板供电电路的制作方法

1.本发明实施例涉及控制板供电技术，尤其涉及一种柔性直流输电控制板供电电路。


背景技术：

2.柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。
3.柔性直流输电系统由igbt及其驱动电路板，保护用晶闸管及其驱动电路板，子模块中央控制板，电容等组成的子模块结构与常规直流系统中晶闸管及其驱动电路组成。目前，柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的取能方案为从功率模块电容进行取电。在使用时，需要在柔性直流输电换流阀系统上电功率模块处于工作状态且没有异常时，功率模块的电容将储能，然后向电压取能电路供电，使柔性直流输电系统正常运行。
4.现有技术中常因功率模块处于旁路模式或故障导致驱动电路板、控制板等部件无法获得供电，成为柔性直流输电系统的黑模块，影响柔性直流输电系统的正常稳定运行。


技术实现要素：

5.本发明提供一种柔性直流输电控制板供电电路，以实现柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的稳定供电，避免出现黑模块现象。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种柔性直流输电控制板供电电路，包括电压供电电路和电流供电电路；
7.所述电压供电电路包括电压换流器和高位取能电源，电压换流器的输入端与外部电源连接，所述电压换流器的输出端与所述高位取能电源连接，所述高位取能电源的输出端与控制板连接，所述电压换流器用于从所述外部电源获取电压源，并通过所述高位取能电源为所述控制板供电；
8.所述电流供电电路包括电流互感模块和电流取能功率变换器，所述电流互感模块对应所述外部电源设置，所述电流取能功率变换器与所述电流互感模块连接，所述电流取能功率变换器与所述控制板连接，所述电流互感模块用于从所述外部电源获取电流源，并通过所述电流取能功率变换器为所述控制板供电。
9.可选的，电压换流器包括第一igbt、第二igbt、两个续流二极管和直流电容；
10.所述第一igbt的第一端与所述直流电容连接，所述第一igbt的第二端与所述第二igbt的第一端连接，所述第二igbt的第二端与所述直流电容连接；
11.所述第一igbt的第二端和所述第二igbt的第一端与所述外部电源的第一端连接，所述第二igbt的第二端与所述外部电源的第二端连接，两个续流二极管分别与所述第一igbt、所述第二igbt反向并联。
12.可选的，所述电压换流器还包括第一泄放电阻和第二泄放电阻，所述第一泄放电
阻和所述第二泄放电阻与所述直流电容并联。
13.可选的，高位取能电源包括第一功率器件、第二功率器件、高频变压器和至少两个限流二极管；
14.所述第一功率器件、所述高频变压器的原边绕组和所述第二功率器件依次串联，所述第一功率器件和所述第二功率器件分别与所述电压换流器连接，至少两个所述限流二极管分别与所述高频变压器的至少两个副边绕组串联。
15.可选的，所述电流互感模块包括电流互感器、整流单元和储能单元，所述电流互感器的输入端对应所述外部电源设置，所述电流互感器的输出端与整流单元连接，所述整流单元的输出端与所述储能单元连接，所述储能单元的输出端与所述电流取能功率变换器连接；
16.所述电流互感模块用于与所述外部电源互感取电，所述整流单元用于对所述电流互感模块输出的电流进行整流成脉动直流为所述储能单元充能。
17.可选的，所述电流互感模块包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组与所述外部电源的输出端串联，所述次级绕组与所述整流单元串联。
18.可选的，所述整流单元包括第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管和第四整流二极管；
19.所述第一整流二极管、所述第二整流二极管、所述第三整流二极管和所述第四整流二极管组成桥式电路。
20.可选的，所述储能单元包括滤波二极管和滤波储能电容，所述滤波二极管和所述滤波储能电容串联连接。
21.可选的，所述储能单元还包括过压保护单元，所述过压保护单元包括第一稳压二极管、mos管、第一限流电阻和第二限流电阻；
22.所述第一稳压二极管与所述第二限流电阻串联，所述第一稳压二极管和所述第二限流电阻与所述滤波储能电容并联；
23.所述mos管的源极和栅极分别与所述整流单元的输出端连接，所述mos管的漏极与所述第一限流电阻连接，所述第一限流电阻的另一端与所述mos管的源极连接；
24.所述电流取能功率变换器采集所述第二限流电阻的电压值，当所述第二限流电阻的电压达到预设的过压检测阈值时，所述电流取能功率变换器向所述mos管的栅极发出高电平信号，所述mos管被导通，使所述整流单元短接停止向所述滤波储能电容充电。
25.可选的，还包括使能单元，所述使能单元包括第二稳压二极管、使能电容和第三限流电阻；
26.所述第二稳压二极管和所述第三限流电阻串联，所述第二稳压二极管和所述第三限流电阻与所述储能单元并联，所述第二稳压二极管和所述第三限流电阻的连接点与所述电流取能功率变换器连接，所述使能电容与所述第三限流电阻并联；
27.当所述电流取能功率变换器检测到所述使能电容的电压达到所述电流取能功率变换器的使能控制阈值电压时，所述电流取能功率变换器启动，向所述控制板输出电能。
28.本发明提供的柔性直流输电控制板供电电路，包括电压供电电路和电流供电电路，其中电压供电电路可通过功率模块进行取电，而电流供电电路则可直接绕过功率模块从外部电源取电，避免了当功率模块处于旁路或故障等状态失电时无法为柔性直流输电系
统的驱动电路板、控制板等部件进行供电的情况，保证了柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件始终能够通过电压供电电路或电流供电电路进行取能，保证柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的正常工作，避免出现黑模块。
附图说明
29.图1为本发明实施例提供的一种柔性直流输电控制板供电电路的结构框图；
30.图2为本发明实施例提供的另一种柔性直流输电控制板供电电路的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
34.本发明实施例提供了一种柔性直流输电控制板供电电路，本实施例可以适用于为柔性直流输电系统中驱动电路板、控制板等部件提供除通过功率模块之外的其他供电方式的情况，该柔性直流输电控制板供电电路可设置于柔性直流输电系统中，为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件进行供电，避免出现供电造成的黑模块问题。
35.其中，黑模块是指上电初始化异常的子模块，故障原因包括：子模块电源故障、控制板卡故障和光纤通信故障等，在本发明实施例中主要针对的是由于原有的采用功率模块进行供电时，功率模块未上电而造成的功率模块取电电容未充电而无法对驱动电路板、控制板等部件进行供电而造成的驱动电路板、控制板等部件无法正常驱动的电源故障。
36.为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，下面结合具体实施例对本发明提供的柔性直流输电控制板供电电路进行具体说明：
37.图1为本发明实施例提供的一种柔性直流输电控制板供电电路的结构框图，如图1所示，该柔性直流输电控制板供电电路包括电压供电电路和电流供电电路。
38.其中，电压供电电路包括电压换流器和高位取能电源，电压换流器的输入端与外部电源连接，电压换流器的输出端与高位取能电源连接，高位取能电源的输出端与控制板
连接，电压换流器用于从外部电源获取电压源，并通过高位取能电源为控制板供电。示例性的，在本发明实施例中，电压换流器与外部电源连接，外部电源的电能通过电流换流器进入到高位取能电源中进行转换为驱动电路板、控制板等部件所需要的电压等级。其中，外部电源可以是独立设定的供电单元或者是从柔性直流输电系统中的换流站进行取能等。高位取能电源是一种应用于柔性直流输电系统的换流阀的特种电源，输入电源来自柔性直流输电系统的电压换流器，电源的输入电压范围光，高位取能电源可承受高电压环境下的强电磁干扰输入。示例性的，高位取能电源可输出多个电压等级，以适应柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的不同电压等级需求。
39.电流供电电路包括电流互感模块和电流取能功率变换器，电流互感模块对应外部电源设置，电流取能功率变换器与电流互感模块连接，电流取能功率变换器与控制板连接，电流互感模块用于从外部电源获取电流源，并通过电流取能功率变换器为控制板供电。示例性的，电流互感模块基于电磁感应原理从外部电源进行取电进入到电流取能功率变换器进行转换为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件所需要的电压等级。其中，电流互感模块与高位取能电源相同可输出多个电压等级，并且其输出的电压等级应与高位取能电源的输出电压等级相同。在其他实施例中，电流互感模块与高位取能电源可设置为部分相同，在本发明实施例中并不做强制要求。
40.具体的，电压供电电路和电流供电电路可同时或分别为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件提供电能。也就是说，柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件在启动时可通过电压供电电路和/或电流供电电路获取电能。
41.示例性的，可在功率模块正常工作为电压供电电路提供电能时，通过电压供电电路向柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件提供电能，当功率模块工作于旁路模式或因故障等退出运行，电压供电电路不能够获取到电能时，通过电流供电电路直接从外部电源获取电能并转换为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件工作所需的电压等级为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件提供电能，以使柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的供能状态不受到功率模块的状态而影响，保证了柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的工作可靠性，避免柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件出现无法获取电能而成为黑模块的情况。
42.在其他示例中，还可以是通过电压供电电路和电流供电电路的协同工作为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件进行供电。例如电压供电电路和电流供电电路间歇性切换进行供电、电压供电电路和电流供电电路同时供电、故障情况切换等方式。
43.本发明实施例提供的柔性直流输电控制板供电电路，包括电压供电电路和电流供电电路，电压供电电路通过电压换流器从外部电源获取电能并通过高位取能电源转换为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的工作电压为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件提供电能，电流供电电路通过电流互感模块与外部电源利用电磁互感原理从外部电源获取电能，并通过电流取能功率变换器转换为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的工作电压为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件提供电能，其中，电压供电电路和电流供电电路可协同为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件进行供电，避免了现有技术中功率模块旁路运行或故障状态引起的柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件无法获取电能而造成的黑模块问题，有效的提高了柔性直流
输电系统的运行稳定性。
44.为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，下面结合具体实施例对本发明提供的柔性直流输电控制板供电电路进行具体说明：
45.图2为本发明实施例提供的另一种柔性直流输电控制板供电电路的结构示意图，该实施例在上述实施例的基础上对电压供电电路和电流供电电路进行具体说明：
46.示例性的，如图2所示，电压供电电路的电压换流器包括第一igbt、第二igbt、两个续流二极管和直流电容。其中，第一igbt的第一端与直流电容连接，第一igbt的第二端与第二igbt的第一端连接，第二igbt的第二端与直流电容连接。并且，第一igbt的第二端和第二igbt的第一端与外部电源的第一端连接，第二igbt的第二端与外部电源的第二端连接，两个续流二极管分别与第一igbt、第二igbt反向并联。
47.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
48.示例性的，第一igbt的集电极为第一端，第一igbt的发射极为第二端，第二igbt的集电极为第一端，第二igbt的发射极为第二端，第一igbt和第二igbt的栅极则与外部驱动板连接，用于控制第一igbt和第二igbt的导通与关断。两个续流二极管的阳极分别与第一igbt和第二igbt的第二端连接，两个续流二极管的阴极分别与第一igbt和第二igbt的第一端连接，使得两个续流二极管分别与第一igbt、第二igbt反向并联。
49.具体的，外部驱动板驱动第一igbt导通，则直流电容被接入到外部电源进行充电，当外部驱动板驱动第一igbt关断、第二igbt导通，则直流电容被短路，停止充电。而与第一igbt和第二igbt反向并联的两个续流二极管则可防止栅源电压尖峰损坏igbt。
50.在具体实现中，电压换流器还可以包括第一泄放电阻和第二泄放电阻，第一泄放电阻和第二泄放电阻与直流电容并联。也就是说，在电压换流器回路中加入两个泄放电阻与直流电容并联，当第一igbt和第二igbt均关断或外部驱动板驱动第一igbt关断、第二igbt导通，则直流电容被短路、停止充电时，泄放电阻与直流电容形成回路将直流电容的电压泄放掉，避免直流电容一直处于充电状态，提高电路的安全性。
51.在本发明实施例中，高位取能电源可包括第一功率器件、第二功率器件、高频变压器和至少两个限流二极管。其中，第一功率器件、高频变压器的原边绕组和第二功率器件依次串联，第一功率器件和第二功率器件分别与电压换流器连接，至少两个限流二极管分别与高频变压器的至少两个副边绕组串联。
52.功率器件，也被称为电力电子器件，简单来说，就是具有处理高电压、大电流能力的功率型半导体器件，包括大功率晶体管，晶闸管，双向晶闸管，gto，mosfet，igbt等。在本发明实施例中基于实际需求进行选择。其中，第一功率器件和第二功率器件用于控制高频变压器的原边绕组是否接入到直流电容上，控制是否从直流电容上进行取电，进而通过高频变压器进行变压处理，进而输出柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件所需的电压。
53.在本发明实施例中，电流互感模块包括电流互感器、整流单元和储能单元，电流互
感器的输入端对应外部电源设置，电流互感器的输出端与整流单元连接，整流单元的输出端与储能单元连接，储能单元的输出端与电流取能功率变换器连接。
54.具体的，电流互感模块用于与外部电源互感取电，整流单元用于对电流互感模块输出的电流进行整流成脉动直流为储能单元充能，然后电流取能功率变换器则可从储能单元出进行取电供给柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件。
55.示例性的，电流互感模块t1可包括初级绕组和次级绕组，初级绕组与外部电源的输出端串联，次级绕组与整流单元串联。电流互感模块t1基于电磁感应原理将初级绕组中流过的电流转换到次级绕组中，然后再输出到整流单元中进行整流处理。
56.具体的，可将电流互感模块t1的初级绕组连接于外部电源与电压换流器之间的电路上，使得当外部电源输出电流时可被电流互感模块t1的次级绕组感应转换到次级绕组电路中。
57.在本发明一可选实施例中，整流单元可包括第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管和第四整流二极管；第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管和第四整流二极管组成桥式电路。也就是说在该示例中，整流单元由多个整流二极管按照桥式电路的接法进行连接对电流互感模块t1的次级绕组输出的电流进行整流处理。在其他实施例中，还可以选择其他结构的整流单元，只要能够满足本发明实施例中电流取能功率变换器对电流的要求即可。
58.在本发明实施例中，储能单元包括滤波二极管和滤波储能电容，滤波二极管和滤波储能电容串联连接。通过设置滤波储能电容可利用整流过后的电流互感模块输出电流进行充能并存储，滤波二极管的设置可进一步的对电流进行滤波。
59.在本发明的一个可选实施例中，储能单元还包括过压保护单元，用于避免不断的给储能单元充电而使得储能单元的电压无限上升。
60.具体的，过压保护单元包括第一稳压二极管、mos管、第一限流电阻和第二限流电阻。其中，第一稳压二极管与第二限流电阻串联，第一稳压二极管和第二限流电阻与滤波储能电容并联；mos管的源极和栅极分别与整流单元的输出端连接，mos管的漏极与第一限流电阻连接，第一限流电阻的另一端与mos管的源极连接。
61.在具体实现中，利用电流取能功率变换器采集第二限流电阻的电压值，当第二限流电阻的电压达到预设的过压检测阈值时，电流取能功率变换器向mos管的栅极发出高电平信号，mos管的源极与漏极被导通，整流单元将被短接停止向滤波储能电容充电，而滤波储能电容继续为电流取能功率变换器进行供能。当滤波储能电容的电压下降到滞回电压以下后，则电流取能功率变换器向mos管的栅极发出低电平信号，mos管的源极与漏极被阻断，整流单元可继续为滤波储能电容进行充能，以此保证为滤波储能电容稳定的供能，进而保证电流取能功率变换器能够工作在合适的电压范围下。
62.在本发明的一个可选实施例中，还可以包括使能单元，使能单元包括第二稳压二极管、使能电容和第三限流电阻。第二稳压二极管和第三限流电阻串联，第二稳压二极管和第三限流电阻与储能单元并联，第二稳压二极管和第三限流电阻的连接点与电流取能功率变换器连接，使能电容与第三限流电阻并联。
63.具体的，电流取能功率变换器检测使能电容的电压，当电流取能功率变换器检测到使能电容的电压达到电流取能功率变换器的使能控制阈值电压时，电流取能功率变换器
将启动，向控制板输出电能。
64.在本发明实施例中，在高位取能电源、电流取能功率变换器与柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件之间还设置有整流二极管，对输出电流进行整流处理。
65.本发明实施例提供的柔性直流输电控制板供电电路，包括电压供电电路和电流供电电路，其中电压供电电路可通过功率模块进行取电，而电流供电电路则可直接绕过功率模块从外部电源取电，避免了当功率模块处于旁路或故障等状态失电时无法为柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件进行供电的情况，保证了柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件始终能够通过电压供电电路或电流供电电路进行取能，保证柔性直流输电系统的驱动电路板、控制板等部件的正常工作，避免出现黑模块。
66.于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
68.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
69.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。