雙路供電固體靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)控制策略

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在用于電壓暫降抑制的雙路供電固體靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)工作原理的基礎(chǔ)上，給出了兼?zhèn)淇焖傩院涂煽啃缘碾妷簳航禉z測(cè)方法，利用dq 變換瞬時(shí)檢測(cè)主供電回路及備用供電回路的電壓有效值，經(jīng)低通濾波器濾除噪聲干擾，所得結(jié)果與敏感負(fù)荷暫降極限電壓值比較決定切換指令的發(fā)送。在BBM 和MBB 切換控制策略的基礎(chǔ)上，提出了綜合考慮快速性和安全性的新型BBM 切換方法，通過(guò)檢測(cè)晶閘管壓降判斷主電源側(cè)晶閘管導(dǎo)通狀況，依據(jù)導(dǎo)通狀況分別控制備用電源側(cè)各相不同方向的晶閘管，通過(guò)施加反向電壓，強(qiáng)迫原導(dǎo)通晶閘管的快速關(guān)斷，達(dá)到既不形成環(huán)流又能快速切換的目的?；陔姶艜簯B(tài)的數(shù)字仿真驗(yàn)證了所提切換控制策略的正確性及有效性。

一、三相雙路供電SSTS 的主電路

三相雙路供電SSTS 主電路如圖1 所示。它包括主電源和備用電源側(cè)的2 個(gè)晶閘管模塊，這2 個(gè)晶閘管模塊將負(fù)載接入主電源或備用電源。每個(gè)晶閘管模塊由3 個(gè)晶閘管單元構(gòu)成，相應(yīng)地連接主電源或備用電源的A、B、C 三相。每個(gè)晶閘管單元由一對(duì)反并聯(lián)晶閘管組成（如VPP1／VPN1 和VAP1／VAN1），以保證通過(guò)正、反向電流。旁路機(jī)械開(kāi)關(guān)SPb 和SAb 分別與晶閘管模塊A 和P 并聯(lián)，當(dāng)晶閘管模塊退出運(yùn)行時(shí)，由旁路機(jī)械開(kāi)關(guān)給負(fù)載供電。隔離開(kāi)關(guān)SM1p／SM2p和SM1a／SM2a 分別將2 個(gè)晶閘管模塊從主電路中完全隔離出來(lái)，以方便晶閘管的檢修、維護(hù)和測(cè)試。

二、雙路供電SSTS 的工作原理

SSTS 是串聯(lián)在電壓暫降敏感負(fù)荷與主、備用電壓之間的裝置。正常運(yùn)行時(shí)，主電源通過(guò)SSTS 的晶閘管模塊P 給敏感負(fù)荷供電。當(dāng)主電源發(fā)生電壓暫降并且電壓暫降的幅值超過(guò)敏感負(fù)載正常運(yùn)行所能承受的限值時(shí)，SSTS 的控制系統(tǒng)發(fā)出切換指令，將敏感負(fù)荷切換至備用電源。SSTS 的控制系統(tǒng)主要由電壓檢測(cè)和投切控制2 部分組成。電壓暫降檢測(cè)的算法有很多，目前應(yīng)用最多的檢測(cè)算法有電壓峰值檢測(cè)法、傅里葉變換法、小波變換法和dq 變換法。其中dq 變換法能瞬時(shí)求出電壓有效值，因此常用于實(shí)時(shí)性要求較高的用戶(hù)電力裝置，如有源電力濾波器（APF）、DVR 等。dq 坐標(biāo)變換，即派克變換，其實(shí)質(zhì)就是將靜止的abc 坐標(biāo)系變成按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的dq0 坐標(biāo)系，其旋轉(zhuǎn)角速度為三相電壓中的基波角頻率。經(jīng)dq0 變換后，abc 坐標(biāo)系下的三相對(duì)稱(chēng)正序基波電壓分量轉(zhuǎn)換為在dq0 坐標(biāo)系下的直流分量，這為電壓暫降的檢測(cè)提供了方便。電壓檢測(cè)的方法就是基于dq 坐標(biāo)變換的快速檢測(cè)方法，根據(jù)檢測(cè)得到的電壓值和敏感負(fù)荷的電壓暫降承受極限值，決定是否進(jìn)行切換操作。首先將測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量的主電源各相電壓瞬時(shí)值進(jìn)行dq 變換，經(jīng)低通濾波器，濾除非直流分量。然后將變換得到的和代入式，計(jì)算出主電源的dq 坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的電壓值Udq_p。最后將Udq_p 與敏感負(fù)荷的電壓暫降承受限值進(jìn)行比較，如果Udq_p 大于負(fù)荷的承受限值，那么敏感負(fù)荷可以正常運(yùn)行，電壓檢測(cè)系統(tǒng)不發(fā)送切換指令；如果Udq_p 小于負(fù)荷的承受限制，那么說(shuō)明此時(shí)主電源的電壓已不能維持該負(fù)荷的正常運(yùn)行，SSTS 應(yīng)該立即實(shí)行投切操作，由電壓質(zhì)量良好的備用電源給敏感負(fù)荷供電，因此電壓檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送切換指令。電壓檢測(cè)系統(tǒng)的另外一個(gè)任務(wù)是檢測(cè)、計(jì)算備用電源的電壓Udq_a，為切換控制做準(zhǔn)備。切換控制是SSTS 控制系統(tǒng)的核心部分。如果SSTS 的控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，晶閘管模塊P 和晶閘管模塊A 同時(shí)被觸發(fā)而使主、備用電源并聯(lián)，此時(shí)主、備用電源之間會(huì)形成很大的環(huán)流，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和設(shè)備的安全。BBM 控制方式是在即將退出運(yùn)行的晶閘管模塊中流過(guò)的電流減小到零，晶閘管完全關(guān)斷后，再觸發(fā)即將投運(yùn)的晶閘管模塊。這種控制方式可以完全避免主、備用電源并聯(lián)運(yùn)行，保證電網(wǎng)和敏感負(fù)荷的安全運(yùn)行；但SSTS 采用這種控制方式運(yùn)行時(shí)，切換時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致一些敏感負(fù)荷停運(yùn)，從而限制了SSTS 的應(yīng)用范圍。目的是強(qiáng)制即將退出運(yùn)行的晶閘管模塊中流過(guò)的電流減小到零，加快切換過(guò)程，縮短切換時(shí)間。對(duì)于SSTS 各種不同的切換控制策略，現(xiàn)提出一種全新、快速的MBB 切換控制方式。該控制策略通過(guò)監(jiān)測(cè)晶閘管模塊中各晶閘管的端電壓,判斷晶閘管中電流的極性，然后根據(jù)電流極性觸發(fā)另外一個(gè)晶閘管模塊中對(duì)應(yīng)的晶閘管。切換控制是對(duì)各相分別進(jìn)行控制，以A 相切換為例說(shuō)明，B、C 控制方式相同。SSTS 切換控制系統(tǒng)接收到電壓檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的切換指令后，切換控制系統(tǒng)判斷備用電源的電壓是否正常。當(dāng)備用電源電壓正常時(shí)，切換控制系統(tǒng)封鎖晶閘管VPP1／VPN1的門(mén)極控制信號(hào)，而后根據(jù)VPP1／VPN1 的端電壓upsa 極性，觸發(fā)備用電源側(cè)晶閘管VAP1 或VAN1。如果upsa>0，說(shuō)明電流是由電源流向負(fù)荷，流經(jīng)晶閘管VPP1，此時(shí)觸發(fā)晶閘管VAP1。觸發(fā)晶閘管VAP1 后，若備用電源電壓的瞬時(shí)值高于主電源，那么在主、備用電源共同作用下晶閘管VPP1 上會(huì)被施加一個(gè)反向電壓，強(qiáng)制晶閘管VPP1 中的電流減小，縮短了切換時(shí)間。當(dāng)晶閘管VPP1 中的電流減小到零，主電源A 相被斷開(kāi)時(shí)，觸發(fā)晶閘管VAN1，完成負(fù)荷的切換過(guò)程。如果upsa<0，控制方式相似。值得一提的是，采用MBB 控制方式，在切換過(guò)程中，各相電壓的瞬時(shí)值等于主、備用電源電壓瞬時(shí)值的平均值。因此，MBB 控制方式與BBM 控制方式相比，能縮短切換時(shí)間，減小電壓暫降的幅值，但并不能完全消除電壓暫降。切換過(guò)程完成之后，敏感負(fù)荷由電壓質(zhì)量相對(duì)較好的備用電源供電。如果主電源電壓恢復(fù)正常供電，為了確保主電源完全恢復(fù)，SSTS 切換控制系統(tǒng)延時(shí)4～5 個(gè)周期，而后封鎖晶閘管模塊A 的門(mén)極觸發(fā)信號(hào)，在各相電流過(guò)零點(diǎn)處觸發(fā)晶閘管模塊P。

總之，提出一種有效的SSTS 切換控制策略，該策略通過(guò)檢測(cè)各相晶閘管端電壓極性判斷流過(guò)晶閘管電流的極性，進(jìn)而控制相應(yīng)的晶閘管投切，克服了傳統(tǒng)控制策略以檢測(cè)電流極性為依據(jù)的一些弊端，縮短了SSTS 裝置的切換時(shí)間。