CN113394791A - 一种并联型dvr旁路晶闸管快速切除控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，DVR系统包括交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元包括依次串联在交流电网和负载间的输入开关、旁路开关及输出开关，旁路开关包括并联的晶闸管与接触器KM，晶闸管包括反向并联的晶闸管VT1和VT2，主路单元连接在输出开关的进线端上，包括依次串联的储能单元、ACDC/DCAC单元及变压器，DVR系统包括旁路整流充电模式与主路逆变模式，当电网电压正常时，DVR系统处于旁路整流充电模式，旁路开关中的晶闸管VT1、VT2轮流导通为负载供电；当电网电压发生异常时，DVR系统由旁路整流充电模式切换至主路逆变模式。该控制方法简单，实现了旁路整流充电模式与主路逆变模式的无缝衔接。

Description

一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法

技术领域

本发明涉及涉及电能质量治理领域，具体涉及一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法。

背景技术

随着用电设备的日益增加，电压敏感负荷也越来越多，对于电能质量的要求也越来越高，电压的暂降、暂升都会影响用电设备的正常运行，从而造成巨大的经济损失，而动态电压质量恢复器（DVR）是解决电压暂降、暂升最有效的一种措施。

并联型动态电压质量恢复器由主路及旁路两部分组成，电网电压异常时，电压质量恢复器旁路快速断开切除电网、主路由整流模式切换至逆变模式进行电压补偿，保证后级负荷可靠用电；当电网电压恢复正常供电时，主路由逆变模式切换至整流模式，退出补偿模式，为超级电容充电以支撑下次暂降补偿，旁路自动投入，此时由电网持续为后级负荷供电。电能质量问题的出现是随机的，所以主路、旁路需要进行快速的投入、切换，以保证用电负荷的正常运行。

为了实现无缝切换，旁路部分选用晶闸管，晶闸管属于半控型器件，可以控制其在几十微秒内导通，但是无法快速控制其关断，当撤销晶闸管的触发脉冲后，只有当晶闸管的阳极电流降低到维持电流以下，才能自行关断，最长的关断时间为电网频率的半个周期，即10ms，这对于电能质量电压暂降问题是不能实现快速补偿的。

如何解决上述问题，是本领域技术人员致力于解决的事情。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，该系统控制方法简单易实现，能够在保证电网电压发生暂降时，晶闸管能够快速切断，实现主路补偿模式与旁路模式的无缝衔接。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，DVR系统包括交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元包括依次串联在交流电网和负载间的输入开关、旁路开关及输出开关，旁路开关包括并联的晶闸管与接触器KM，所述晶闸管包括反向并联的晶闸管VT1和VT2，主路单元连接在输出开关的进线端上，包括依次串联的储能单元、ACDC/DCAC单元及变压器，所述DVR系统包括旁路整流充电模式与主路逆变模式，当电网电压正常时，DVR系统处于旁路整流充电模式，旁路开关中的晶闸管VT1、VT2轮流导通为负载供电，ACDC/DCAC单元以整流模式稳压，同时为储能单元充电；当电网电压发生异常时，DVR系统由旁路整流充电模式切换至主路逆变模式，具体步骤如下：

电网电压发生异常时，主路单元电感电流环采用闭环控制模式结合电网电压前馈，以负载电流信号作为电流环的输入信号，经比例控制器之后输出负载电流，主路单元输出的电流方向与负载电流方向一致，将导通的晶闸管上的电流全部换流到ACDC/DCAC单元，而后将旁路晶闸管关断，开启主路单元电压环运行，以电压源模式逆变输出电压为负载供电。

作为一种具体的实施方式，所述ACDC/DCAC单元包括三相三电平半桥单元、储能电容单元、LC滤波单元。

作为一种具体的实施方式，所述三相三电平半桥单元包括IGBT开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12及钳位二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，储能电容单元包括串联的电容C1和C2，IGBT开关管V1、V2、V3、V4依次串联，IGBT开关管V5、V6、V7、V8依次串联，IGBT开关管V9、V10、V11、V12依次串联，IGBT开关管V1、V5、V9的集电极依次相连并共同连接至电容C1的一端，电容C1的另一端连接电容C2的一端，IGBT开关管V4、V8、V12的发射极依次相连并共同连接至电容C2的另一端，钳位二极管D1与D2串联后分别连接在IGBT开关管V2、V3的两侧，钳位二极管D3与D4串联后分别连接在IGBT开关管V6、V7的两侧，钳位二极管D5与D6串联后分别连接在IGBT开关管V10、V11的两侧，钳位二极管D1与D2、二极管D3与D4、钳位二极管D5与D6的中点依次连接后连接至储能电容单元的电容中点处，储能电容单元通过电容中点连接至交流电网中。

作为一种具体的实施方式，所述储能单元采用了超级电容。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，其旁路单元采用了依次串联在交流电网和负载间的输入开关、旁路开关及输出开关，主路单元采用了依次串联的储能单元、ACDC/DCAC单元及变压器，并且主路单元连接在输出开关的进线端上，当电网电压发生异常时，主路单元电感电流环以闭环控制模式运行，结合电网电压前馈，以负载电流信号作为电流环的输入信号，经比例控制器之后输出负载电流，主路单元输出的电流方向与负载电流方向一致，将导通的晶闸管上的电流全部换流到ACDC/DCAC单元，而后将旁路晶闸管关断，开启主路单元电压环运行，以电压源模式逆变输出电压为负载供电。该控制方式无论是阻性载、阻感载、阻容载或者是整流载，都能够保证电网电压暂降时，晶闸管快速关断，主路立即进行补偿，实现主路补偿模式与旁路模式的无缝衔接。

附图说明

图1是DVR系统的示意图；

图2是三相并联型DVR电路的拓扑图；

图3是晶闸管换流的状态图；

图4是晶闸管与主路单元换流示意图；

图5是主路单元电感电流闭环控制的示意图；

图6是主路逆变补偿电压、电流双闭环控制示意图；

图7是主路整流稳压电压、电流双闭环控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，该DVR系统包括交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元包括依次串联在交流电网和负载间的输入开关、旁路开关及输出开关，旁路开关包括并联的晶闸管与接触器KM，该晶闸管包括反向并联的晶闸管VT1和VT2，接触器KM是为了当晶闸管发生故障时，通过接触器KM吸合将电网与负载接通，保证后级负载的正常供电。主路单元连接在输出开关的进线端上，包括依次串联的储能单元、ACDC/DCAC单元及变压器，参见图1所示。这里储能单元可根据电网电压暂降时间的长短来选择合适电容的超级电容进行补偿支撑。

该DVR系统包括旁路整流充电模式与主路逆变模式，当电网电压正常时，DVR系统处于旁路整流充电模式，旁路开关中的晶闸管VT1、VT2轮流导通为负载供电，ACDC/DCAC单元以整流模式稳压，同时为储能单元充电；当电网电压发生异常时，DVR系统由旁路整流充电模式切换至主路逆变模式，具体步骤如下：

电网电压发生异常时，主路单元电感电流环采用闭环控制模式结合电网电压前馈，主路单元电感电流采用闭环控制的示意图见图5所示，以负载电流信号作为电流环的输入信号，经比例控制器之后输出负载电流，主路单元输出的电流方向与负载电流方向一致，将导通的晶闸管上的电流全部换流到ACDC/DCAC单元，而后将旁路晶闸管关断，开启主路单元电压环运行，以电压源模式逆变输出电压为负载供电，晶闸管的换流状态参见图3所示，晶闸管与主路单元的换流状态参见图4所示。

采用闭环控制系统相对于开环控制系统多了一个反馈，根据负反馈原理，对偏差进行控制，电电感电流作为内环控制，为了提高其快速跟踪效果，采用比例控制，该控制方式能够快速跟踪给定，但是其稳态误差比较大，所以电流闭环时，将负载电流作为给定，输出不能完全跟踪给定，就不能够换流成功，所以为了将晶闸管上的负载电流能够完全换到主路上，就需要在电流源模式下，将负载电流给定值根据当前比例控制的跟踪效果增大相应的倍数，这样就能在电流源闭环运行模式下，1:1输出负载电流，成功将晶闸管上的电流换至主路模单元，在撤掉晶闸管驱动后，就能够在几百微秒时间内使晶闸管阳极电流降到维持电流以下，晶闸管快速关断；电流源运行时，在晶闸管尚未断开时，当前电网电压会通过晶闸管加到主流模块的输出侧，所以在电流源模式下，需要在电流闭环控制中加入电网电压前馈控制，产生抵消电网电压的桥侧电压，以确保电感电流闭环时是真正的电流源模式，输出与负载电流大小方向一致的电流来与晶闸管进行换流，换流结束之后再开启电压环，以电压源模式逆变输出电压为用电设备供电，直至电网电压恢复正常，旁路晶闸管投入，主路再次切换为整流模式进行稳压、充电，主路单元的电压、电流闭环控制方式见图6、7所示。

这里，所述ACDC/DCAC单元包括三相三电平半桥单元、储能电容单元、LC滤波单元，参见图2所示。该三相三电平半桥单元包括IGBT开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12及钳位二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，储能电容单元包括串联的电容C1和C2，IGBT开关管V1、V2、V3、V4依次串联，IGBT开关管V5、V6、V7、V8依次串联，IGBT开关管V9、V10、V11、V12依次串联，IGBT开关管V1、V5、V9的集电极依次相连并共同连接至电容C1的一端，电容C1的另一端连接电容C2的一端，IGBT开关管V4、V8、V12的发射极依次相连并共同连接至电容C2的另一端，钳位二极管D1与D2串联后分别连接在IGBT开关管V2、V3的两侧，钳位二极管D3与D4串联后分别连接在IGBT开关管V6、V7的两侧，钳位二极管D5与D6串联后分别连接在IGBT开关管V10、V11的两侧，钳位二极管D1与D2、二极管D3与D4、钳位二极管D5与D6的中点依次连接后连接至储能电容单元的电容中点处，储能电容单元通过电容中点连接至交流电网中。

本发明提出的并联型DVR的旁路晶闸管快速切换技术，旁路时，反并联的两个晶闸管的导通取决于负载电流方向，换流时采用电感电流闭环，将负载电流作为控制系统的输入信号，经过比例控制器输出负载电流，主路单元输出的负载电流与负载电流方向一致，将导通的晶闸管上的电流全部换到主路单元，所以这种控制方式下不需要判断负载电流的方向，也不需要知道当前导通的晶闸管是VT1、VT2中的哪一个，将当前负载电流作为给定，通过电流闭环就能将晶闸管电流成功换流，快速切除晶闸管。

其控制方式简单、可靠、易实现，且无论是阻性负载、阻容负载、阻感负载还是整流负载下，都能够使晶闸管在500us以内快速关断，提高了并联型DVR的动态响应性能，实现了电压暂降时，后级用电设备的可持续供电。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，其特征在于，DVR系统包括交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元包括依次串联在交流电网和负载间的输入开关、旁路开关及输出开关，旁路开关包括并联的晶闸管与接触器KM，所述晶闸管包括反向并联的晶闸管VT1和VT2，主路单元连接在输出开关的进线端上，包括依次串联的储能单元、ACDC/DCAC单元及变压器，所述DVR系统包括旁路整流充电模式与主路逆变模式，当电网电压正常时，DVR系统处于旁路整流充电模式，旁路开关中的晶闸管VT1、VT2轮流导通为负载供电，ACDC/DCAC单元以整流模式稳压，同时为储能单元充电；当电网电压发生异常时，DVR系统由旁路整流充电模式切换至主路逆变模式，具体步骤如下：

电网电压发生异常时，主路单元电感电流环采用闭环控制模式结合电网电压前馈，以负载电流信号作为电流环的输入信号，经比例控制器之后输出负载电流，主路单元输出的电流方向与负载电流方向一致，将导通的晶闸管上的电流全部换流到ACDC/DCAC单元，而后将旁路晶闸管关断，开启主路单元电压环运行，以电压源模式逆变输出电压为负载供电。

2.根据权利要求1所述的并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，其特征在于，所述ACDC/DCAC单元包括三相三电平半桥单元、储能电容单元、LC滤波单元。

3.根据权利要求2所述的并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，其特征在于，所述三相三电平半桥单元包括IGBT开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12及钳位二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，储能电容单元包括串联的电容C1和C2，IGBT开关管V1、V2、V3、V4依次串联，IGBT开关管V5、V6、V7、V8依次串联，IGBT开关管V9、V10、V11、V12依次串联，IGBT开关管V1、V5、V9的集电极依次相连并共同连接至电容C1的一端，电容C1的另一端连接电容C2的一端，IGBT开关管V4、V8、V12的发射极依次相连并共同连接至电容C2的另一端，钳位二极管D1与D2串联后分别连接在IGBT开关管V2、V3的两侧，钳位二极管D3与D4串联后分别连接在IGBT开关管V6、V7的两侧，钳位二极管D5与D6串联后分别连接在IGBT开关管V10、V11的两侧，钳位二极管D1与D2、二极管D3与D4、钳位二极管D5与D6的中点依次连接后连接至储能电容单元的电容中点处，储能电容单元通过电容中点连接至交流电网中。

4.根据权利要求1所述的并联型DVR旁路晶闸管快速切除控制方法，其特征在于，所述储能单元采用了超级电容。

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