孫國歧 連 艷 顏 勇 夏成山 魏曉賓

（1.山東德佑電氣有限公司，山東 淄博 255000；2.國網(wǎng)山東節(jié)能服務有限公司，濟南 250000）

STATCOM 正常工作時就是通過電力半導體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流側(cè)輸出電壓，就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，當僅考慮基波頻率時，STATCOM 可以被等效地視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，它通過電抗器連接到電網(wǎng)上[1-2]。

采用電壓源逆變器結(jié)構(gòu)的STATCOM 的原理電路如圖1所示，電壓源逆變器通過濾波電抗器串聯(lián)并入電網(wǎng)。

圖1 STATCAOM 主電路

1 基于IGBT 驅(qū)動電路的信號隔離電路

1.1 背景技術(shù)

目前市場上的驅(qū)動電路主要采用以下幾種隔離方法：高速光耦隔離、脈沖變壓器隔離、高頻脈沖調(diào)制變壓器隔離。采用高速光耦隔離具有成本較高、輸入輸出延遲大、共模抑制能力較低，基本上在30kV/μs 以下等缺點；采用脈沖變壓器隔離，即使用變壓器將驅(qū)動功率從二次側(cè)傳輸給IGBT，其具有較低的延遲、較高的共模能力、不需要隔離電源等優(yōu)點，但同時具有變壓器體積大、共模抑制能力不夠好、不能傳送低頻信號、不能傳送占空比高的信號、信號邊沿不夠陡峭的缺點；高頻脈沖調(diào)制變壓器隔離，即將驅(qū)動信號調(diào)制成高頻信號后送到脈沖變壓器初級，變壓器次級再解調(diào)出驅(qū)動信號，隔離變壓器同時傳送驅(qū)動能量，具有成本較高、驅(qū)動電流較小、動作延時較大的缺點。

1.2 IGBT 驅(qū)動器的信號隔離電路

為了解決背景技術(shù)所存在的缺點，STATCOM裝置采用了一種基于IGBT 驅(qū)動器的信號隔離電路。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。信號隔離電路由輸入緩沖電路、延時緩沖電路、圖騰柱驅(qū)動電路、隔離變壓器、濾波電路和信號還原電路組成。輸入緩沖電路的輸出端分別與圖騰柱驅(qū)動電路的輸入端、延時緩沖電路的輸入端相連接，且延時緩沖電路的輸出端與圖騰柱驅(qū)動電路的輸入端連接，圖騰柱驅(qū)動電路的輸出端與變壓器的輸入端連接，隔離變壓器的輸出端與濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與 信號還原電路的輸入端連接。

圖2 IGBT 驅(qū)動器的信號隔離電路結(jié)構(gòu)框圖

PWM 信號經(jīng)過PWM 信號經(jīng)過輸入緩沖電路后分成兩路，一路直接進入圖騰柱驅(qū)動電路，另一路經(jīng)過延時緩沖電路后進入圖騰柱驅(qū)動電路，圖騰柱驅(qū)動電路的輸出接到隔離變壓器的兩端，隔離變壓器的輸出經(jīng)過濾波電路后進入信號還原電路還原成PWM 信號隔離輸出。

2 基于熱敏電阻的溫度檢測電路

2.1 背景技術(shù)

IGBT 模塊中的熱敏電阻需精確檢測其阻值，根據(jù)阻值通過查表的方式來確定IGBT 模塊中熱敏電阻的溫度。目前常用的熱敏電阻檢測電路有兩種：第一種，直接采用一個恒值電壓源U1供電，通過一個已知阻值的電阻R1和熱敏電阻R分壓，通過A/D檢測熱敏電阻上的電壓U2，則可通過公式R=U2*R1/(U1-U2) 法非常精確，但是A/D 芯片昂貴，為了一個電阻阻值的檢測采用A/D 芯片成本上無法接受，而且A/D 芯片使用復雜，開發(fā)難度大；第二種，采用檢測R-C充電時間常數(shù)來確定電阻的阻值。電阻R11和R12確定比較器的比較電壓，通過R對電容充電直至Uout翻轉(zhuǎn)為高電平。Uout信號同時觸發(fā)Q1導通來給電容放電。Uout成為脈沖電壓波形，其頻率為對應R的函數(shù)：Fout=R。這種檢測方法成本低，開發(fā)簡單，但是如果電容的容值選取較小，則Uout的頻率比較高，難以精確檢測R的阻值。反之，如果電容的容值較大，則其容值精度低，并且溫漂大，故這種電路的檢測精度較低。

2.2 基于熱敏電阻的溫度檢測電路

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，STATCOM裝置采用了一種基于熱敏電阻的溫度檢測電路。溫度檢測電路如圖3所示。它包含三極管Q1、熱敏電阻R、電容C、運算放大器A、電阻R1、R2、R3，三極管Q1的發(fā)射極與接地端連接、三極管Q1的集電極分別與熱敏電阻R和R1的一端相連，熱敏電阻R的另一端與電源連接，R1另一端分別與電容C、 運算放大器A 的引腳1 連接，電容C的另一端與接地端連接，運算放大器A 的引腳1 分別與電阻R2、R3的一端連接，電阻R3的另一端與接地端連接，R2的另一端與運算放大器A 輸出端3 連接。

圖3 基于熱敏電阻的溫度檢測電路

基于熱敏電阻的溫度檢測電路的基本工作原理為：該運算放大器A 的一端比較參考電壓為一個滯環(huán)電壓，比較器的另外一端電壓是電容充放電的電壓。電容的充放電在Uout上形成了脈沖波形，Uout同時為Q1的觸發(fā)信號。R為熱敏電阻，R1為參考電阻。當Uout為高電平時，電容C通過R1來放電，其放電時間Ton與R1*C的乘積成正比。當Uout為低電平時，電容C通過R1來放電，其放電時間Toff與（R1+R）*C的乘積成正比。所以Ton/Toff=R1/(R1+R)通過控制器可以精確檢測出Ton和Toff的時間，同時R1的電阻精度為1%，比較常用，所以這個電路的開發(fā)成本低，無需A/D 之類的高成本元件，而且有很高的檢測精度。

3 結(jié)論

STATCOM 裝置采用基于IGBT 驅(qū)動電路的信號隔離電路后，隔離電路能夠提供更小的信號延遲，具有更好的共模抑制能力以及成本低廉；STATCOM裝置采用基于熱敏電阻的溫度檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的檢測精度，減少了開發(fā)成本，檢測方法更加簡便。

[1] 羅承廉,紀勇,劉遵義.靜止同步補償器(STATCOM)的原理與實現(xiàn)[M].北京: 中國電力出版社,2005.

[2] 張學亮,陶以彬,鐘國基.基于DSP 和FPGA 控制的并聯(lián)有源電力濾波器[J].電力電子技術(shù),2009,6: 6-8.