CN111010158A - 一种可控电抗器的换流方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控电抗器的换流方法及装置，所述方法包括如下步骤：获取电感的投切指令以及当前的电流大小；根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。本发明实施例通过根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，实现了双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本方法具有控制简单、损耗小、可靠性高等突出优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种可控电抗器的换流方法及装置。
背景技术
双向开关投切电感的可控电抗器，在电力系统滤波、无功补偿、以及长波通信调谐等领域具有广阔的应用前景。其一种结构如图1所示，采用一组双向开关与电感并联作为一个可控电感模块，多个不同电感值的可控电感模块串联可实现总电抗的快速、精确可控。该可控电抗器的一个控制难点在于如何实现每个可控电感模块的电感快速、可靠投切。由于电感电流不能断路，最直接的方法是在检测电路电流大小，每次在电流过零点的时候投切电感。但一方面需要精确检测电流的过零点，否则在开关关断瞬间会造成极大的电压尖峰从而损坏开关器件；另一方面开关开通时电感电流会与并联的开关形成环流，增加开关器件的电流应力并增加损耗。
发明内容
本发明实施例提供一种可控电抗器的换流方法及装置，实现双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通。
第一方面，本发明实施例提供一种可控电抗器的换流方法，所述方法包括如下步骤：
获取电感的投切指令以及当前的电流大小；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
可选的，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通之前，所述方法还包括：
根据当前电流的峰值确定误差范围；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
结合所述误差范围以及当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
可选的，在投切指令为电感投入指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件；
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件。
可选的，在投切指令为电感切除指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
根据当前电流的过零点在所述误差范围内导通可控电抗器的开关器件。
第二方面，本发明实施例提供一种可控电抗器的换流装置，所述装置包括：
指令接收模块，用于获取电感的投切指令；
电流采样模块，用于获取当前的电流大小；
开关控制模块，用于根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
本发明实施例通过根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，实现了双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本方法具有控制简单、损耗小、可靠性高等突出优点，具有积极的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为双向开关投切电感的可控电抗器示意图；
图2为本发明实施例一个可控电抗模块电路结构图；
图3本发明第一实施例当接收到电感投入指令时输入电流i>0的换流示意图；
图4本发明第一实施例当接收到电感投入指令时输入电流i<0的换流示意图；
图5本发明第二实施例当接收到电感切除指令时输入电流i>0的换流示意图；
图6本发明第二实施例当接收到电感切除指令时输入电流i<0的换流示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本发明第一实施例提供一种可控电抗器的换流方法，所述方法包括如下步骤：
获取电感的投切指令以及当前的电流大小；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
具体的说，本实施例中以一组双向开关与电感并联的可控电抗模块进行举例说明，多个可控电抗模块的换流方法以此类推，如图2所示，采用全控性开关器件IGBT、IGCT或MOSFET两只反向串联作为一个双向开关，每只开关器件S1和S2分别包括一只反并联二极管D1和D2。当开关S1和S2导通时，输入交流电流i流经双向开关，电感被旁路，整个可控电感模块的电感值为0，当开关S1和S2关断时，输入交流电流i流经电感，整个可控电感模块的电感值为L。
可选的，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通之前，所述方法还包括：
根据当前电流的峰值确定误差范围；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
结合所述误差范围以及当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
为实现双向开关的快速、可靠开通和关断，本发明提供一种软开关换流方法，不需要精确检测电流过零点，能够实现双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本实施例中提出根据当前电流的峰值确定误差范围，由此可以结合误差范围以及当前电流的过零点响应投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
本实施例根据当前电流的过零点响应投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，实现了双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本方法具有控制简单、损耗小、可靠性高等突出优点。
可选的，在投切指令为电感投入指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件；
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件。
具体的说，电流从开关器件的集电极流入发射极流出为正向导通，从反并联二极管的正极流入负极流出为反向导通，本实施例中，电感投入指令的情况分为两种情况，在投切指令为电感投入指令且当前电流大于零的情况下，
当需要投入电感时，双向开关开始时是一直导通的，需要关断开关将输入电流从双向开关换流到电感，对应于投切指令为电感投入指令且当前电流大于零的情况，也即可控电抗器接收到电感投入指令时输入电流i>0，如图3所示，此时输入电流流经双向开关的S1和D2，此时开关器件S1正向导通，开关器件S2反向导通。
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件，包括：
若t0时刻接收到电感投入指令，本实施例中在输入电流过零也即T/2时刻之前先关断反向导通的开关器件S2，其中T为电流周期，此时电流输出端一侧的开关器件S2是软关断，电流依然流经S1和D2，此时不需要很高的电流检测精度。在本实施例中可以取一较小电流比如电流峰值im的5％作为检测误差，也即可以根据误差范围将电流过零区间确定在T/2±Δt/2之间，由此本实施例中将反向导通的开关器件S2的关断时刻t1的范围设置为t0≤t1≤T/2-Δt/2。
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件，包括：
在输入电流过零点之后电流开始反向，由于前述反向导通的开关器件S2已经关断，输入电流只能流经电感，二极管D2承受反压自然关断，从而实现了输入电流从双向开关到电感的自然换流，进一步在本实施例中再关断开关器件S1则为零电流关断，同样考虑一定的电流检测误差，本实施例中可以将开关器件S1的关断时刻t2设置为T/2+Δt/2≤t2≤3T/4，由此实现开关器件S1的零电流关断。
在本实施例中，从t0时刻接收到电感投入指令到T/2时刻完成换流，切换时间不超过半个电流周期，实现了双向开关的快速、可靠开通和关断，本实施例的一种软开关换流方法，不需要精确检测电流过零点，能够实现双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通。
可选的，在投切指令为电感投入指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件；
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件。
具体的说，在本实施例中，进一步说明另外一种情况，也即在投切指令为电感投入指令且当前电流小于零的情况。
本实施例中当接收到电感投入指令时输入电流i<0的情况，如图4所示，此时输入电流流经双向开关的S2和D1，本实施例中采用以下步骤关断双向开关：
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件，包括：
若t0时刻接收到电感投入指令，本实施例中在输入电流过零也即T/2时刻之前先关断电流输入端一侧的开关器件S1，其中T为电流周期，此时电流输入端一侧的开关器件S1是软关断，电流依然流经S2和D1，在该种情形下开关器件S2正向导通，开关器件S1反向导通。此时不需要很高的电流检测精度，本实施例中同样取一较小电流作为检测误差，也即可以根据误差范围将电流过零区间确定在T/2±Δt/2之间，由此本实施例中将反向导通的开关器件S1的关断时刻t1的范围设置为t0≤t1≤T/2-Δt/2。
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件，包括：
在输入电流过零点之后电流开始反向，由于反向导通的开关器件S1已经关断，输入电流只能流经电感，二极管D1承受反压自然关断，从而实现了输入电流从双向开关到电感的自然换流，进一步在本实施例中再关断开关器件S2则为零电流关断，同样考虑一定的电流检测误差，本实施例中可以将开关器件S2的关断时刻t2设置为T/2+Δt/2≤t2≤3T/4，由此实现开关器件S2的零电流关断。
从t0时刻接收到电感投入指令到T/2时刻完成换流，切换时间不超过半个电流周期，实现了双向开关的快速、可靠开通和关断，本实施例的一种软开关换流方法，不需要精确检测电流过零点，能够实现双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通。
采用上述换流方法，在投入电感时可保证双向开关的两只开关管均是在电流完全为零的时候自然关断，关断损耗几乎为0，而且对电流检测精度要求低。
综上本发明方法具有如下优点：
1、不需要精确检测电流过零点，允许一定的幅值检测误差，并可设置较大的相位延时以保证可靠检测，对电流测量的精度要求低，易于实现；
2、由于双向开关的两只开关管均是在电流为零的时候自然关断，不仅开关损耗小，而且电流波形连续，电压尖峰小、电磁干扰小；
3、响应速度快，在半个电流周期之内完成电抗器投切；
4、适用于任何电抗器类型，对于不同频率场合都可以适用。
实施例二
本发明第二实施例提供一种可控电抗器的换流方法，所述方法包括如下步骤：
获取电感的投切指令以及当前的电流大小；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
具体的说，本实施例中以一组双向开关与电感并联的可控电抗模块进行举例说明，多个可控电抗模块的换流方法以此类推，如图2所示，采用全控性开关器件IGBT、IGCT或MOSFET两只反向串联作为一个双向开关，每只开关器件S1和S2分别包括一只反并联二极管D1和D2。当开关S1和S2导通时，输入交流电流i流经双向开关，电感被旁路，整个可控电感模块的电感值为0，当开关S1和S2关断时，输入交流电流i流经电感，整个可控电感模块的电感值为L。
可选的，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通之前，所述方法还包括：
根据当前电流的峰值确定误差范围；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
结合所述误差范围以及当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
为实现双向开关的快速、可靠开通和关断，本发明提供一种软开关换流方法，不需要精确检测电流过零点，能够实现双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本实施例中提出根据当前电流的峰值确定误差范围，由此可以结合误差范围以及当前电流的过零点响应投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
本实施例根据当前电流的过零点响应投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，实现了双向开关的零电流自然关断和近似零电流导通，本方法具有控制简单、损耗小、可靠性高等突出优点。
可选的，在投切指令为电感切除指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
根据当前电流的过零点在所述误差范围内导通可控电抗器的开关器件。
本实施例对应于电感切除的方法，当需要切除电感时，双向开关开始时是一直关断的，需要开通开关将输入电流从电感换流到双向开关，本实施例中为保证开关器件在电流近似为零时开通，可以取一较小电流比如电流峰值im的5％作为检测误差，由此可以在电流近似过零点也即电流过零区间T/2±Δt/2的之间导通开关器件S1和S2。
在本发明方法的一种实施方式中，由于电流检测有一定的相位延时，当接收到电感切除指令时若电流为正，如图5所示，则可以在输入电流为5％im时刻开通双向开关。
当接收到电感切除指令时若电流为负，如图6所示，则在输入电流为-5％im时刻开通双向开关，此时从t0时刻接收到电感投入指令到电流过零区间T/2±Δt/2完成换流，切换时间也不超过半个电流周期。
采用上述换流方法在切除电感时也可保证双向开关在电流较小近似为零的时候开通，开通损耗小，而且投切速度快，整个投切时间均不超过半个电流周期。
综上本发明方法具有如下优点：
1、不需要精确检测电流过零点，允许一定的幅值检测误差，并可设置较大的相位延时以保证可靠检测，对电流测量的精度要求低，易于实现；
2、由于双向开关的两只开关管均是在电流为零的时候自然关断，不仅开关损耗小，而且电流波形连续，电压尖峰小、电磁干扰小；
3、响应速度快，在半个电流周期之内完成电抗器投切；
4、适用于任何电抗器类型，对于不同频率场合都可以适用。
实施例三
本发明第三实施例提供一种可控电抗器的换流装置，所述装置包括：
指令接收模块，用于获取电感的投切指令；
电流采样模块，用于获取当前的电流大小；
开关控制模块，用于根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种可控电抗器的换流方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取电感的投切指令以及当前的电流大小；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通之前，所述方法还包括：
根据当前电流的峰值确定误差范围；
根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
结合所述误差范围以及当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在投切指令为电感投入指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
在当前电流的过零点之前根据所述误差范围优先关断反向导通的开关器件；
在电流过零后根据所述误差范围关断剩余的零电流开关器件。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在投切指令为电感切除指令的情况下，根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通，包括：
根据当前电流的过零点在所述误差范围内导通可控电抗器的开关器件。
5.一种可控电抗器的换流装置，其特征在于，所述装置包括：
指令接收模块，用于获取电感的投切指令；
电流采样模块，用于获取当前的电流大小；
开关控制模块，用于根据当前电流的过零点响应所述投切指令以控制可控电抗器的开关器件关断或导通。
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| CN111010158B (zh) | 2023-11-21 |
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