[发明专利]一种固态复合开关装置及其控制方法

说明书

一种固态复合开关装置，所述复合开关装置包括：机械开关QF、晶闸管阀组、消弧变压器和消弧电源；所述机械开关QF与所述消弧变压器高压侧串联后再与所述晶闸管阀组并联；所述消弧变压器低压侧与所述消弧电源并联；所述晶闸管阀组与阀基电子设备连接；所述晶闸管阀组、机械开关QF和消弧电源分别依据所述阀基电子设备下发的开合闸命令动作；本发明提供的复合开关装置适用于中压配用电系统，在任意工作状态下均不存在电弧和过电压，且能量损耗小，满足中压配用电中开关频繁工作的需要，提高机械开关使用寿命，这在工业生产中有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及中压配用电系统的开关装置，具体涉及一种固态复合开关装置及其控制方法。

背景技术

随着社会经济的发展，社会生产的电气化广度与深度日益提升，用电形式呈现多样化，用电质量需求也日益严苛。在大工业生产行业，如：冶金、电气化铁路、石油开采、化工生产等，为满足大功率用电要求，往往直接使用10kV、27.5kV、35kV电压等级的中压配电网直接进行供电。因此，在某些工况下会不可避免的对中压配电网中的断路器进行频繁操作。但是在高压、大电流的工况中，断路器分合闸过程中产生的电弧对断路器触头的烧蚀，会对断路器的电气寿命造成极大的影响。例如在重载电气化铁路牵引供电系统中使用的地面过分相开关，石油开采装置中的游梁式抽油机中所使用的断路器，高压无功补偿装置投切电容器等，其分合闸周期为分钟级甚至秒级，这意味着每天会对断路器进行上百次的开关操作，而一般断路器的寿命仅为一万次左右，从而导致在上述应用工况下的断路器更换周期为1～3个月。如此频繁的断路器更换，造成了极大的物资损耗，同时也降低了生产效率。

为此，在上述应用场合多采用复合开关替代传统开关，以延长开关寿命。现有10kV及以下电压等级的固态开关拓扑形式多采用晶闸管并联机械开关，该拓扑可以实现零电压合闸，达到合闸无电弧的目的；但是在分闸过程，机械开关先分闸动作产生电弧，晶闸管依靠电弧产生的压降才能导通，实现电流转移后才能熄灭关断电弧。10kV以上电压等级的复合开关，由于并联的晶闸管层数较多，为保证晶闸管在分闸过程中可靠导通，需要在机械开关支路中串联电抗器。但是，复合开关处于导通状态时，串联电抗器一直接入回路，电抗器持续工作一方面存在功率损耗，另一方面，串联电抗器造成的压降也会对负载造成一定影响。再者，复合开关在关断时，串联电抗器中储存的电磁能量需在回路中释放，表现形式为电抗器端间过电压，频繁的关断操作过电压会对机械开关及晶闸管阀组造成损坏。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种固态复合开关装置及其控制方法。

本发明提供的技术方案是：一种固态复合开关装置，所述复合开关装置包括：机械开关QF、晶闸管阀组(1)、消弧变压器和消弧电源；

所述机械开关QF与所述消弧变压器高压侧串联后再与所述晶闸管阀组(1)并联；

所述消弧变压器低压侧与所述消弧电源并联；

所述晶闸管阀组(1)与阀基电子设备连接；

所述晶闸管阀组(1)、机械开关QF和消弧电源分别依据所述阀基电子设备下发的开合闸命令动作。

优选的，所述晶闸管阀组(1)包括：多个串联的晶闸管阀TY和高电位控制板；

所述多个串联的晶闸管阀TY通过所述高电位控制板与所述阀基电子设备连接。优选的，所述消弧电源的输入端接入380V交流电源，工作于整流状态；

所述消弧电源的输出端与所述消弧变压器低压侧连接，工作于逆变状态，根据所述复合开关的需要逆变出相应的工频交流电压；

消弧电源采用SVPWM调制方式，控制策略采用瞬时功率算法，在DQ坐标系下分别对有功电流、无功电流进行调节控制。

优选的，所述消弧电源包括：两组背靠背设置的三相半桥PWM变流器和两组半导体开关器件；