CN101453106A - 固态切换开关、晶闸管阀体及其强迫切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固态切换开关，包括控制单元、机械开关和晶闸管阀体，机械开关和晶闸管阀体采用小车安装。本发明还提供了用于固态切换开关的晶闸管阀体及其强迫切换方法。本发明的固态切换开关容易实现与开闭站的并柜。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种SSTS(Solid StateTransfer Switch，固态切换开关)，以及晶闸管阀体及其强迫切换方法。
背景技术
随着经济的不断发展，用户对电能质量的要求越来越高。而暂态电能质量问题，如电压暂降(Voltage Sags)和瞬时断电等严重影响用户设备的正常运行。
针对这些电能质量问题，传统处理方法(采用普通的过电压抑制器防止过电压损坏设备、采用滤波器减小谐波畸变的影响、采用不间断电源(UPS)保护某些关键性设备、安装机械切换开关的备自投及双电源供电、安装自备发电机等)存在投入资金大缺点。
自八十年代末，各公司便开始了10kV固态切换的专题研究，并陆续地推出了相应的产品化装置。各大公司根据实际用户情况的不同，开发的SSTS在设计理念、结构、控制逻辑等方面各不相同。
一种SSTS采用纯晶闸管设计方案，晶闸管在运行过程中一直导通(正向和反向晶闸管各导通半个周波)，虽然晶闸管两端压降很小，但流过的却是比较大的负荷电流，会产生很大的热量和损耗，必须采取一定的冷却措施。常见冷却方法包括水冷、油冷、风冷等。冷却设备势必增加系统的复杂性和运行维护的费用，降低了装置的效率和可靠性。因此设计方案中，切换速度虽快，但损耗大，效率低，采用水冷成本高，占地面积大，维护复杂。因此，这种SSTS很难与开闭站并柜。
发明内容
本发明旨在提供一种固态切换开关、晶闸管阀体及其强迫切换方法，能够解决上述的SSTS很难与开闭站并柜的问题。
在本发明的实施例中，提供了一种固态切换开关，包括控制单元、机械开关和晶闸管阀体，机械开关和晶闸管阀体采用小车安装。本发明还提供了用于固态切换开关的晶闸管阀体及其强迫切换方法。
在本发明的实施例中，还提供了一种用于固态切换开关的晶闸管阀体，包括：主电源；晶闸管V11和晶闸管V12，晶闸管V11的输出端连接至晶闸管V12的输入端，并连接至主电源的输出端；备用电源；晶闸管V21和晶闸管V22，晶闸管V21的输出端连接至晶闸管V22的输入端，并连接至备用电源的输出端；晶闸管V11的输入端、晶闸管V12的输出端、晶闸管V21的输入端、和晶闸管V22的输出端连接在一起，共同连接至安装的负载。
在本发明的实施例中，还提供了一种用于固态切换开关的晶闸管阀体的强迫切换方法，晶闸管阀体包括：主电源；晶闸管V11和晶闸管V12，晶闸管V11的输出端连接至晶闸管V12的输入端，并连接至主电源的输出端；备用电源；晶闸管V21和晶闸管V22，晶闸管V21的输出端连接至晶闸管V22的输入端，并连接至备用电源的输出端；晶闸管V11的输入端、晶闸管V12的输出端、晶闸管V21的输入端、和晶闸管V22的输出端连接在一起，共同连接至安装的负载。
通过上述技术方案，本发明实现了容易与开闭站并柜的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的晶闸管阀体的电路原理图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
本发明的一个实施例提供了一种固态切换开关，包括控制单元、机械开关和晶闸管阀体，机械开关和晶闸管阀体采用小车安装。
由于机械开关和晶闸管阀体采用小车安装，所以容易实现与开闭站的并柜。
在上述的固态切换开关中，还可以包括旁路开关柜，其与控制单元、快速机械开关和晶闸管阀体旁路连接，用于备用。
控制单元可以采用高速数据处理芯片，以CAN通讯和SPI同步串口通讯为基础，实现控制器分层分布控制结构，这种分层分布式结构系统构架清晰，各层相互隔离，可大大简化系统设计，增加系统可靠性和可扩展性。同时，该控制单元采用判断快速机械开关位置状态与判断电流过零同时进行的控制策略，缩短了由于采用机械开关造成的切换延时；采用强迫换流技术，既保证不造成系统合环，又缩短了负载的断流时间；在很大概率上缩短了整个切换时间；
快速机械开关可以采用电磁斥力机构和双稳态组合碟簧保持机构以及大功率脉冲电源，实现了开关的快速动作，分闸时间小于等于2ms，合闸时间小于等于6ms；采用内置于触头簧结构中的合闸液压缓冲器抑制合闸弹跳；采用快速响应光电传感器实现开关位置快速回报，回报时间0.7ms，充分保证下一个操作的及时性。利用大功率脉冲电源实现具有电容恒压控制、五防电气联锁、状态及控制信号的快速通讯、电容欠压闭锁操作智能化功能；该开关采用固封极柱和特殊不锈钢构件，实现了小车安装的柜式结构。
晶闸管阀体可以采用压装式结构和特殊设计的拉杆，将阀元件、保护电路以及散热元件有机整合到一起，实现了小车安装的柜式结构；该晶闸管阀体不仅具备晶闸管阀短时通流的散热能力，而且还具有换流快、体积小、结构简单和安装维护方便等优点。
普通开关柜可以用作故障检修时的旁路开关，可实现设备的不停电检修。
上述基于小车安装的快速机械开关和阀体的柜式复合结构固态切换开关用于10kV电力系统，可以提高供电可靠性和电能质量，克服传统处理方法的缺陷。
该SSTS采用快速开关和晶闸管阀体并联的形式，利用晶闸管阀体在快速开关分断和闭合过程中分流、钳压作用，实现快速开关迅速分断和闭合，能够完成从电压异常线路向电压正常线路迅速切换(≤15ms)，保证用户设备的正常运行。
其中，控制单元采用高速数据处理芯片，采用强迫切换控制策略以及快速检测算法，实现了电源故障的控诉识别以及切换过程的快速完成。
针对各种SSTS装置的应用，控制策略有两种：过零切换策略和强迫切换控制策略，过零切换策略在各类型SSTS在设备已经广泛使用。而本发明采用了强迫切换控制策略。
在相关技术中，另一种SSTS采用晶闸管阀体与普通机械开关并联的复合开关，平时通过普通机械开关向负载供电，切换中打开机械开关，由晶闸管完成切换，切换完成后，闭合备用电源侧的机械开关，由此开关向负荷供电；在此方案中晶闸管平时不导通，仅在切换过程中导通数十毫秒，因此这种复合开关损耗小，关效率可达99％，省去了冷却设备，但是切换速度大于一个周波(25mS)。
通过以上技术方案，本SSTS装置保证在任何情况下切换时间不大于15mS，在三相断电的情况下切换时间不超过10mS.
图1示出了根据本发明实施例的晶闸管阀体的电路原理图，其包括：
主电源；
晶闸管V11和晶闸管V12，晶闸管V11的输出端连接至晶闸管V12的输入端，并连接至主电源的输出端；
备用电源；
晶闸管V21和晶闸管V22，晶闸管V21的输出端连接至晶闸管V22的输入端，并连接至备用电源的输出端；
晶闸管V11的输入端、晶闸管V12的输出端、晶闸管V21的输入端、和晶闸管V22的输出端连接在一起，共同连接至安装的负载。
本发明的实施例提供了用于该晶闸管阀体的强迫切换方法。
检测到主电源故障后，先移除晶闸管V11和晶闸管V12触发脉冲，并判断电流i1方向。
若i1大于0，则首先开始触发晶闸管V21，分以下几种情形：
1)若u1大于u2，晶闸管V21此时还不能导通，也说明此时还不能给晶闸管V22触发脉冲，否则会有环流。
2)若u1小于u2，V21此时开始导通，并迫使i1加速过零。
3)待检测到i1过零后，延时触发晶闸管V22(考虑晶闸管关断时间)。
大多数情况下，在i1向零逼近的过程中晶闸管V21都会导通，且有一个迫使i1加速过零的过程。
若i1小于0，分析与上类似，首先开始触发V22，待i1过零延时1ms后开始触发晶闸管V21。
检测到电源故障时候，若检测到i1接近0，则延时确保i1在没有外界强迫的条件下可靠过零关断，然后同时触通晶闸管V21和晶闸管V22。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1)平时晶闸管阀体不导通，与之并联的快速机械开关闭合导通，减少了晶闸管的导通损耗，提高了效率高，可达99％以上；同时也提高了设备运行的可靠性。
2)采用强迫切换策略以及高速数据处理芯片的控制单元，加之快速检测算法，因此切换速度快，小于15mS。
3)采用小车柜式安装结构，易实现与开闭站的并柜以及不停电检修。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固态切换开关，包括控制单元、机械开关和晶闸管阀体，
其特征在于，所述机械开关和晶闸管阀体采用小车安装。
2.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于，还包括：
旁路开关柜，与所述控制单元、快速机械开关和晶闸管阀体旁路连接，用于备用。
3.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于，所述控制单元以CAN通讯和SPI同步串口通讯为基础。
4.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于，所述控制单元在控制过程中同时判断所述机械开关位置状态与电流过零。
5.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于，所述机械开关为电磁斥力机构和双稳态组合碟簧保持机构，包括：内置于触头簧结构中的合闸液压缓冲器，快速响应光电传感器，用于回报开关位置，大功率脉冲电源；以及固封极柱和不锈钢构件。
6.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于，所述晶闸管阀体为压装式结构。
7.一种用于固态切换开关的晶闸管阀体，其特征在于，包括：
主电源；
晶闸管V11和晶闸管V12，晶闸管V11的输出端连接至晶闸管V12的输入端，并连接至所述主电源的输出端；
备用电源；
晶闸管V21和晶闸管V22，晶闸管V21的输出端连接至晶闸管V22的输入端，并连接至所述备用电源的输出端；
晶闸管V11的输入端、晶闸管V12的输出端、晶闸管V21的输入端、和晶闸管V22的输出端连接在一起，共同连接至安装的负载。
8.一种用于固态切换开关的晶闸管阀体的强迫切换方法，其特征在于，所述晶闸管阀体包括：主电源；晶闸管V11和晶闸管V12，晶闸管V11的输出端连接至晶闸管V12的输入端，并连接至所述主电源的输出端；备用电源；晶闸管V21和晶闸管V22，晶闸管V21的输出端连接至晶闸管V22的输入端，并连接至所述备用电源的输出端；晶闸管V11的输入端、晶闸管V12的输出端、晶闸管V21的输入端、和晶闸管V22的输出端连接在一起，共同连接至安装的负载。
9.根据权利要求8所述的强迫切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测到所述主电源故障后，先移除晶闸管V11和晶闸管V12触发脉冲，并判断电流i1方向，
若i1大于0，
1)若u1大于u2，晶闸管V21不能导通；
2)若u1小于u2，V21此时开始导通，并迫使i1加速过零；
3)待检测到i1过零后，延时触发晶闸管V22；
若i1小于0，
1)若u1大于u2，晶闸管V22不能导通；
2)若u1小于u2，V22此时开始导通，并迫使i1加速过零；
3)待检测到i1过零后，延时触发晶闸管V21；
其中，i1是所述主电源输出端的电流，u1是所述主电源输出端的电压，u2是所述备用电源输出端的电压。
10.根据权利要求9所述的强迫切换方法，其特征在于，还包括以下步骤：
若i1接近0，则延时确保i1在没有外界强迫的条件下可靠过零关断，然后同时触通晶闸管V21和晶闸管V22。
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