[发明专利]具有限流功能的交流固态功率控制器控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流固态功率控制器的控制方法及装置，属于电力电子与电工技术领域。

背景技术

固态功率控制器(Solid State Power Controller, 简称SSPC)是以半导体功率管为核心、集继电器的开关转换功能和断路器的保护功能于一体的固态配电装置。SSPC具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高、便于计算机远程控制等优点。

交流SSPC用于飞机、舰船交流电源系统或者民用配电网，实现交流功率电路的接通或断开，并完成电路故障保护和隔离。

交流SSPC的主功率电路一般采用两个功率MOSFET反串联。在交流SSPC控制方法方面，为了提高对负载的兼容性，降低SSPC开通容性负载或整流桥负载过程中的冲击电流、抑制SSPC关断过程中功率管两端的电压应力，通常采用“零电压开通、零电流关断”的控制策略。如在中国发明专利201010216988.7、CN101662275A和美国专利US7196436中均采用了上述的主电路和控制方法，其共同的不足之处是：

（1）不具有故障电流限流功能，电源系统电能质量受短路故障电流的影响较大；

（2）在开通大容量的容性负载或整流桥负载过程仅仅采取“零电压开通”的控制策略对冲击电流的抑制远远不够，因此带容性和整流桥负载能力较低；

（3）在负载短路故障过程中采取直接关断故障电流的控制策略，功率管电压应力较高;并且抗干扰能力差，在起动大容量的容性负载或整流桥负载过程容易产生误保护。

发明内容

本发明的首要目的是针对前述背景技术中的不足之处，提供一种交流固态功率控制器的限流控制方法，提高交流SSPC带大容量容性负载和整流桥负载的能力，降低交流SSPC短路故障关断时的电压应力，增强交流SSPC的抗干扰能力。

为了实现上述发明目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种交流固态功率控制器的限流控制方法，交流固态功率控制器的功率主电路包含主支路和检测电阻，主支路由第一功率管和第二功率管反串联组成，其特征在于限流控制方法包括如下步骤：

（1）在交流固态功率控制器的功率主电路中设置限流支路，限流支路和主支路并联，该并联结构的一端作为交流固态功率控制器的功率输入端连接外部交流电源，另一端与检测电阻串联，作为交流固态功率控制器的功率输出端连接负载至功率地；限流支路由第三功率管、第四功率管和限流电阻组成，第三功率管和第四功率管反串联后与限流电阻串联； 

（2）当交流固态功率控制器接收到开通命令时，首先判断此时交流电源电压处于正半周期还是负半周期：若交流电源电压处于正半周期，则立即开通第二功率管，然后等待交流电源电压由正变负以后再开通第一功率管，并立刻开通第三和第四功率管；若接收到开通命令时交流电源电压处于负半周期，则立即开通第一功率管，然后等待交流电源电压由负变正以后再开通第二功率管，并立刻开通第三和第四功率管；从而完成在半个电源电压周期内自然零电压开通交流固态功率控制器；

（3）当交流固态功率控制器的负载为大容量阻容性负载或者具有较大滤波电容的整流桥负载时，则交流固态功率控制器在零电压开通过程完成后，第一、第二、第三、第四功率管均已导通，交流固态功率控制器的电流随着交流电压的增加而快速上升，当检测到交流固态功率控制器电流绝对值大于设定的限流阀值时，则立刻关断第一和第二功率管，并延时设定时间检测负载电压平均值；若此时负载电压平均值上升至设定的第三电压阀值，则检测负载电压平均值是否达到设定的第二电压阀值，若达到则重新开通第一和第二功率管；

（4）当交流固态功率控制器接收到关断命令时或者由于过流故障而延时关断时，首先判断此时负载是否有电流以及负载电流处于正半周期还是负半周期：若负载无电流，则立刻关断第一、第二、第三、第四功率管；若负载电流处于正半周期，则立即关断第二、第三、第四功率管，然后等待负载电流由正变负时自然过零关断，再关断第一功率管；若负载电流处于负半周期，则立即关断第一、第三、第四功率管，然后等待负载电流由负变正时自然过零关断，再关断第二功率管；从而在半个电源周期内自然零电流关断交流固态功率控制器；

（5）当交流固态功率控制器在启动或正常导通过程中发生短路故障时，则在检测到交流固态功率控制器电流绝对值大于设定的限流阀值时，立刻关断第一和第二功率管，并延时设定时间检测负载电压平均值；若此时负载电压平均值未能上升至设定的第三电压阀值，则认为发生短路故障，此时关断第三和第四功率管。