[发明专利]一种具有故障环流抑制作用的固态开关切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有故障环流抑制作用的固态开关切换控制方法，属于电力电子在电力系统中的应用技术领域。

背景技术

近年来，随着经济发展和高科技设备的广泛应用，用户对供电质量要求不断提高，电能质量问题日益突出。电能质量问题直接影响电力系统的供电安全及用户设备的正常运行。常见的电能质量问题包括电压跌落及供电短时中断，其影响面大和造成的经济损失巨大，是电力系统急需解决的问题。

固态开关利用大功率电力电子技术，是解决敏感、关键负荷电力供应最经济的手段之一。其核心模块为可控的电力电子开关。由于晶闸管具有功率大、性价比高、稳态损耗小的优点，因此常用于大功率的固态开关设备中。固态开关系统根据电源质量的状态自动将负载在两个电源间进行切换。切换的速度决定了负载侧的电能质量。目前一些敏感负载要求系统的电压跌落时长不能超过20毫秒，因此切换过程必须在20毫秒内完成。但是晶闸管作为半控器件本身不能控制关断，只有电流过零后才能关断。而电流过零的速度由系统特性决定。当系统负载为感性时，可能电流过零需要几秒钟之久，大大影响切换速度。因此需采用强制切换的控制方法。强制切换方法要求在一侧电源未关断时即切入另一侧电源。因为两侧电源均未和负载隔离，因而可能发生电源直连，产生极大故障电流的危险。若故障电流不可控，很可能导致系统元件永久损坏。本专利提出的切换控制方法可以有效的控制系统电源切换时因误判电流状态而引起的系统环流最大值，提高系统安全性和可靠性。

固态开关是一种改善供电质量的电力电子设备，如附图1所示：系统正常时，负载在第一电源侧工作；若第一电源发生故障，则负载切换到第二电源，当第一电源正常时，负载重新切回第一电源。固态开关设备的核心器件为电子开关K1和K2。对于大功率应用场合，由于半控型电力电子器件如晶闸管具有性价比高，稳态损耗小的优点，因此常被应用于该类设备。

晶闸管作为半控器件，其关断是不可控的，只有电流过零时晶闸管才能关断。当系统负载为感性时，由于电流过零较慢，晶闸管关断需要较长时间，固态开关切换时间也比较长，从而影响负载供电质量。为了加快切换速度，可采用强制换流控制方法。强制切换控制方法原理为，当系统从第一电源切入第二电源时，首先切断第一电源侧电子开关K1的触发信号，不等第一电源侧供电支路电流过零，即开通第二电源侧电子开关K2，接入第二电源。

三相电源支路的控制方法相同，因此这里以A相为例，如附图1所示，首先关断TA触发信号，若此时系统电流方向为图中IA1所示，则打开备用侧A相晶闸管AP。当AP电压正向偏置时，晶闸管导通，此时主侧晶闸管TA将承受反压从而很快关断。显然，这种切换方法由于无需等待电流自然过零，切换可以很快完成。但是该切换方法要求对电流过零状态以及电流的方向进行准确的判定。实际的系统由于传感器精度、调理电路滤波性能等因素影响，往往在电流零点附近有一定采样误差，导致不能准确判断电流的方向以及电流过零状态。而当系统对电流状态发生误判时，切换过程中会导致电源一和电源二直接相连，产生极大故障电流。例如，如附图1所示，若系统电流方向发生误判，实际电流方向与图中I_A1方向相反，却打开了第二电源侧的晶闸管AP2，第一电源和第二电源几乎直接相连，系统会出现很大故障电流导致器件和设备永久性损毁。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种具有故障环流抑制作用的固态开关切换控制方法，该方法是在传统的强制切换控制方法基础上，进行创新后提出的，能够对系统潜在的故障环流最大值进行控制，确保系统不会因为电流方向和过零状态的误判而发生破坏性损毁，在电力电子设备控制领域中有广泛的应用前景。

本发明在传统固态开关切换方法的基础之上，提出了基于电压的触发安全区切换方法，能够在高速切换的基础上，对潜在的故障环流最大值进行控制，确保系统在电流方向误判条件下，不会产生破坏性的影响，对提高系统的可靠性和安全性有重大意义。

技术方案：

本发明公开了一种具有故障环流抑制作用的固态开关切换控制方法。固态开关的原理如附图1所示，初始时，第一电源无电能质量问题，电子开关K1导通，负载在第一电源侧工作；当第一电源有电能质量问题时，将负载从第一电源支路M1切换到第二电源支路M2；所述电子开关K1和K2相同且都是由晶闸管构成，对于一相电路，由正向连接的晶闸管xPn和反相连接的晶闸管xNn构成，其中，X表示A相、B相或C相；n取值为1或2，分别表示电源1侧的晶闸管或电源2侧的晶闸管。切换过程如下所述：