[发明专利]一种交流固态功率控制器的混合信号状态机仿真方法

摘要

本发明公开一种应用于电力系统建模和数字仿真的交流固态功率控制器的仿真模型。该交流固态功率控制器仿真模型不基于实际电路和元器件的仿真模型，采用混合信号状态机模型实现阻抗转换部分，定义了一系列状态和状态转换函数以及各状态下描述交流固态功率控制器输出电压、电流特性的状态方程，不但准确模拟了交流固态功率控制器在正常开通、正常关断、过载关断、短路故障两种关断模式等各个过程中的阻抗和电流的变化规律，而且能够保证较快的仿真速度。

主权项

一种交流固态功率控制器仿真方法，其特征在于包括数字逻辑部分(1)、反时限过流检测部分(2)、限流和短路故障检测部分(3)和阻抗状态转换部分(4)，数字逻辑部分(1)输入交流固态功率控制器的开通/关断控制指令(CMD)、短路故障保护关断模式设置指令(SOMS)、过流故障逻辑脉冲信号(OL_Trip)、短路故障逻辑脉冲信号(Short_Trip)，进行逻辑组合后输出过零点开关指令(ZeroON/OFF)和短路故障慢关断指令(ShortOFF)到阻抗状态转换部分(4)；反时限过流检测部分(2)检测交流固态功率控制器电流(ISSPC)，判断是否发生过流故障，当发生过流故障时，输出过流故障逻辑脉冲信号(OL_Trip)到数字逻辑部分(1)；限流和短路故障检测部分(3)检测交流固态功率控制器电流(ISSPC)和输出电压(VPowerout)，判断是否发生短路故障；当交流固态功率控制器电流(ISSPC)超出设定的限流阀值时，输出限流逻辑指令(Limiting)至阻抗状态转换部分(4)；当发生短路故障时，输出短路故障逻辑脉冲信号(Short_Trip)至数字逻辑部分(1)；阻抗状态转换部分(4)综合输入的过零点开关指令(ZeroON/OFF)、短路故障慢关断指令(ShortOFF)及限流逻辑指令(Limiting)，实现交流固态功率控制器7种状态的10种转换，并提供功率输入、功率输出端口(Powerin、Powerout)，10种状态转换及相应的状态转换函数如下：①状态转换S1→S4；相应的状态转换函数TF1：(ZeroON/OFF＝1)&(ShortOFF＝1)&(Limiting＝0)＝1其中ZeroON/OFF表示过零点开关指令，ShortOFF表示短路故障慢关断指令，Limiting表示限流逻辑指令；②状态转换S4→S2；相应的状态转换函数TF2：Sign[VSSPC(t1)]+Sign[VSSPC(t)]＝0，其中VSSPC(t1)表示在S1状态下、过零点开关指令从0变化到1的t1时刻交流固态功率控制器功率输入和功率输出电压差；VSSPC(t)表示t时刻交流固态功率控制器功率输入和功率输出电压差瞬时值，③状态转换S2→S5；相应的状态转换函数TF3：(ZeroON/OFF＝0)&(ShortOFF＝1)&(Limiting＝0)＝1④状态转换S5→S1；相应的状态转换函数TF4：Sign[VSSPC(t4)]+Sign[VSSPC(t)]＝0其中VSSPC(t4)表示在S2状态下、过零点开关指令从1变化到0的t4时刻、交流固态功率控制器功率输入和功率输出电压差；⑤状态转换S2→S3；相应的状态转换函数TF5：(ZeroON/OFF＝1)&(ShortOFF＝1)&(Limiting＝1)＝1⑥状态转换S3→S2；相应的状态转换函数TF6：(ZeroON/OFF＝1)&(ShortOFF＝1)&(Limiting＝0)＝1⑦状态转换S3→S6；相应的状态转换函数TF7：(ZeroON/OFF＝0)&(ShortOFF＝1)&(Limiting＝1)＝1⑧状态转换S6→S1；相应的状态转换函数TF8：Sign[VSSPC(t9)]+Sign[VSSPC(t)]＝0其中VSSPC(t9)表示在S3状态下、过零点开关指令从1变化到0的t9时刻、交流固态功率控制器功率输入和功率输出电压差；⑨状态转换S3→S7；相应的状态转换函数TF9：ShortOFF＝0⑩状态转换S7→S1；相应的状态转换函数TF10：ISSPC(t)＝0，其中ISSPC(t)为交流固态功率控制器电流瞬时值；其中，7种状态及相应的状态方程定义如下：状态S1：关断态；S1相应的状态方程为Eq1：ISSPC(t)＝VSSPC(t)/ROFF；其中ROFF为交流固态功率控制器关断态电阻值；状态S2：导通态；S2相应的状态方程为Eq2：ISSPC(t)＝VSSPC(t)/RON；其中RON为交流固态功率控制器导通态电阻值；状态S3：限流态；S3相应的状态方程为Eq3：ISSPC(t)＝VSSPC(t)/RLimiting；其中RLimiting为交流固态功率控制器限流态电阻值；状态S4：零电压开通过程；S4相应的状态方程为Eq4：其中RSSPC(t)表示交流固态功率控制器t时刻的电阻值；状态S5：从导通态到零电流关断过程；S5相应的状态方程为Eq5：状态S6：从限流态到零电流关断过程；S6相应的状态方程为Eq6：状态S7：短路故障时电流线性下降慢关断；S7相应的状态方程为Eq7：其中ISSPC(t12)表示在S3状态下、短路故障慢关断指令从1变化到0的t12时刻的交流固态功率控制器电流瞬时值；Tf为用户设定的短路电流下降时间。