CN114551157A - 一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路 - Google Patents

一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路。在该动作控制方法中，由于可以根据与接收到的动作指令相对应的上次动作的动作时间误差，对可控开关的标定动作时间进行修正，即：将上次动作的动作时间误差考虑到本次动作中，所以可以一定程度上规避可控开关的参数不确定性和器件老化导致的动作时间的不确定性，即使得可控开关的本次动作的结束时刻更加接近自身输入电压的目标过零时刻，从而可以降低在本次动作瞬间的冲击电流或切换功率；因此本申请提供的可控开关的动作控制方法可以降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率。

Description

一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路。
背景技术
目前，储能逆变器通常具备旁路带载功能，当电网恢复时，相应的旁路继电器吸合，以为用户的重要负载提供供电；当个别负载异常或者电网异常时，相应的旁路继电器断开，以保证其他负载正常工作。
但是，当负载端口有输入电容或者负载为容性负载时，若旁路继电器在电网电压瞬时值较大的时刻吸合，如图1a所示，则瞬间便会产生较大的冲击电流，或者，若旁路断路器在电网峰值处断开，如图1b所示，则存在较高的切换功率，从而导致开关触点的烧蚀，进而加速开关触点的老化。
因此，如何降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率，是亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可控开关的动作控制方法和逆变器的开关电路，以降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本申请一方面提供一种可控开关的动作控制方法，包括：
在接收到动作指令后，确定与所述动作指令相对应的上次动作的动作时间误差；
根据所述动作时间误差，对所述可控开关的标定动作时间进行修正；
根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻；所述目标过零时刻为所述输入电压在接收所述动作指令的时刻之后的过零时刻；
在时间达到所述本次动作的开始时刻时，控制所述可控开关开始动作。
可选的，确定所述上次动作的结束时刻和在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻，包括：
确定所述上次动作的结束时刻和在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻；
用所述上次动作的结束时刻减去在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻，得到所述动作时间误差。
可选的，根据所述动作时间误差，对所述可控开关的标定动作时间进行修正，包括：
将所述动作时间误差与所述标定动作时间之和作为修正结果。
可选的，在将所述动作时间误差与所述标定动作时间之和作为修正结果之前，还包括：
将所述动作时间误差输入到PI控制器或P控制器中，利用相应控制器的结果对所述动作时间误差进行更新。
可选的，在根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻之前，还包括：
确定所述可控开关在所述本次动作时相对于所述上次动作时的动作温度误差；
根据所述动作温度误差，对所述标定动作时间进行修正。
可选的，确定所述可控开关在所述本次动作时相对于所述上次动作时的动作温度误差，包括：
分别获取所述可控开关在所述上次动作时的温度和所述本次动作时的温度；
用所述可控开关在本次动作时的温度减去所述可控开关在所述上次动作时的温度，得到所述动作温度误差。
可选的，根据所述动作温度误差，对所述标定动作时间进行修正，包括：
获取所述可控开关的高温下的温度拟合系数，并将所述动作温度误差与所述温度拟合系数相乘，得到第一调节量；
将所述第一调节量与所述标定动作时间之和作为修正结果。
可选的，在执行根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻的步骤之前、之后或同时，还包括：
对所述本次动作的实际动作时间进行检测；
判断所述检测结果是否超出所述可控开关的标定动作时间范围；
若所述检测结果超出所述标定动作时间范围，则通过计数判断所述检测结果超出所述标定动作时间范围的累计次数是否超过预设值；
若所述检测结果超出所述标定动作时间范围的累计次数超过所述预设值，则上传云端保存，并发出警告。
可选的，所述可控开关，包括：继电器、接触器或断路器。
本申请另一方面提供一种逆变器的开关电路，包括：主电路和控制模块；其中：
所述控制模块分别与所述主电路中设置的各可控开关的控制端相连，用于通过执行如本申请上一方面任一项所述的可控开关的动作控制方法，使所述开关电路接通回路。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种可控开关的动作控制方法。在该动作控制方法中，由于可以根据与接收到的动作指令相对应的上次动作的动作时间误差，对可控开关的标定动作时间进行修正，即：将上次动作的动作时间误差考虑到本次动作中，所以可以一定程度上规避可控开关的参数不确定性和器件老化导致的动作时间的不确定性，即使得可控开关的本次动作的结束时刻更加接近自身输入电压的目标过零时刻，从而可以降低在本次动作瞬间的冲击电流或切换功率，因此本申请提供的可控开关的动作控制方法可以降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1a为现有技术中旁路继电器在吸合时的状态示意图；
图1b为现有技术中旁路继电器在断开时的状态示意图；
图2-图9分别为本申请实施例提供的可控开关的动作控制方法的八种实施方式的流程示意图；
图10为本申请实施例提供的逆变器的开关电路中主电路的拓扑结构的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的可控开关的动作控制方法的控制框图；
图12a为采用本申请实施例提供的可控开关的动作控制方法后，可控开关在吸合时的状态示意图；
图12b为采用本申请实施例提供的可控开关的动作控制方法后，可控开关在断开合时的状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率，本申请提供一种可控开关的动作控制方法，其具体流程如图2所示，具体包括以下步骤：
S110、在接收到动作指令后，确定与动作指令相对应的上次动作的动作时间误差。
动作指令是控制可控开关动作的指令；在实际应用中，包括断开指令或吸合指令；在实际应用中，当动作指令为断开指令时，动作时间又被称为断开时间，动作的开始时刻被称为关闭时刻，动作的结束时刻被称为断开时刻；当动作指令为吸合指令时，动作时间又被称为吸合时间，动作的开始时刻被称为驱动时刻，动作的结束时刻被称为吸合时刻。
与动作指令相对应的上次动作，可以理解为：上次动作与动作指令相对应的本次动作是同一动作；比如，当接收到断开指令时，可控开关的本次动作为断开，从而与动作指令相对应的上次动作即为断开；当接收到吸合指令时，可控开关的本次动作为闭合，从而与动作指令相对应的上次动作即为闭合。
动作时间误差为可控开关的实际动作时间相对于理论动作时间的差值；其中，实际动作时间为可控开关在实际动作时所需的时间，理论动作时间为可控开关在理论动作时所需的时间，在实际应用中，动作时间误差等于实际动作时间减去标定动作时间。
在实际应用中，步骤S110的一种具体示例为：该示例的具体流程如图3所示，具体包括以下步骤：
S210、确定上次动作的结束时刻和在上次动作的过程中的目标过零时刻。
S220、用上次动作的结束时刻减去在上次动作的过程中的目标过零时刻，得到上次动作的动作时间误差。
由于无论是理论时间还是实际时间，两者的起点均为动作的开始时刻，即两者的起点相同，所以通过终点之间的差值即可计算出两者的差值。
上述仅为实际应用中的一种示例，在实际应用中，包括但不限于上述示例，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。
S120、根据上次动作的动作时间误差，对可控开关的标定动作时间进行修正。
可选的，可控开关可以为继电器，也可以为接触器，还可以为断路器，在实际应用中，包括但不限于上述实施方式，可视具体情况而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
其中，可控开关的标定动作时间为出厂时由厂商提供的在常温下的吸合或断开的平均时间。
由动作时间误差的定义可知，当上次动作的动作时间误差为负值时表明，可控开关的上次动作的速度偏快，本次动作要想使动作的结束时刻与可控开关的目标过零时刻重合，需要减小本次动作的理论动作时间；当上次动作的动作时间误差为正值时表明，可控开关的上次动作的速度偏慢，本次动作要想使动作的结束时刻与可控开关的目标过零时刻重合，需要延长本次动作的理论动作时间。
在实际应用中，步骤S120的一种具体示例为：该示例的具体流程如图4所示，具体包括以下步骤：
S310、将上次动作的动作时间误差与标定动作时间之和作为修正结果。
当上次动作的动作时间误差为负值时，修正结果小于标定动作时间，即将本次动作的理论动作时间减小；当上次动作的动作时间误差为正值时，修正结果大于标定动作时间，即将本次动作的理论动作时间延长。
步骤S120的另一种具体示例为：该示例的具体流程如图5所示，在上述示例的基础上，在步骤S310之前，还包括以下步骤：
S410、将上次动作的动作时间误差输入到PI控制器或P控制器中，利用相应控制器的结果对上次动作的动作时间误差进行更新。
需要说明的是，PI控制器和P控制器已经是比较成熟的技术，此处不再赘述；不过，通过PI控制器或P控制器后，本次动作的开始时刻更容易趋于稳定，即实现可控开关的动作的结束时刻与输入电压的目标过零时刻的重合。
上述仅为实际应用中的两种示例，在实际应用中，包括但不限于上述示例，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。
S130、根据修正结果和可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻。
其中，修正结果为对可控开关的标定动作时间进行修正时所得到的结果，即为本次动作的动作时间；目标过零时刻为输入电压在接收动作指令的时刻之后的过零时刻，可以是在接收动作指令的时刻之后的第一个过零时刻，比如图12b中的t0′；也可以是在接收到动作指令的时刻之后的第二个过零时刻，以避免因此本次动作的开始时刻超前于接收到动作指令的时刻，而导致可控开关无法正常正常动作。
S140、在时间达到本次动作的开始时刻时，控制可控开关开始动作。
在本实施例中，由于可以根据与接收到的动作指令相对应的上次动作的动作时间误差，对可控开关的标定动作时间进行修正，即：将上次动作的动作时间误差考虑到本次动作中，所以可以一定程度上规避可控开关的参数不确定性和器件老化导致的动作时间的不确定性，即使得可控开关的本次动作的结束时刻更加接近自身输入电压的目标过零时刻，从而可以降低在本次动作瞬间的冲击电流或切换功率，因此本申请提供的可控开关的动作控制方法可以降低可控开关在动作瞬间的冲击电流或切换功率；从而可以最小化可控开关的触点损耗，进而达到延长产品寿命的目的。
需要说明的是，在本申请提供的可控开关的动作控制方法中，可控开关指的是可控机械开关，比如断路器、接触器或继电器等，可视具体情况而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
由于温度变化也会对可控开关的动作时间造成影响，所以在确定本次动作的动作时间时，需要将温度因素考虑其中。因此，本申请另一实施例提供可控开关的动作控制方法的另一种具体实施方式，其具体流程可参见图6(仅在图2的基础上进行展示)，在上述实施方式的基础上，在步骤S130之前，还包括以下步骤：
S510、确定可控开关在本次动作时相对于上次动作时的动作温度误差。
动作温度误差为可控开关在本次动作时的温度相对于上次动作时温度的差值。
在实际应用中，步骤S510的一种具体示例为：该示例的具体流程可参见图7(仅在图6的基础上进行展示)，具体包括以下步骤：
S610、分别获取可控开关在上次动作时的温度和在本次动作时的温度。
S620、用可控开关在本次动作时的温度减去可控开关在上次动作时的温度，得到动作温度误差。
上述仅为实际应用中的两种示例，在实际应用中，包括但不限于上述示例，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。
S520、根据动作温度误差，对标定动作时间进行修正。
在实际应用中，步骤S520的一种具体示例为：该示例的具体流程可参见图8(仅在图6的基础上进行展示)，具体包括以下步骤：
S710、获取可控开关的高温下的温度拟合系数，并将动作温度误差与温度拟合系数相乘，得到第一调节量。
其中，高温下的温度拟合系数K是出厂预设参数，用来表征温度与动作时间的关系；因此，可以利用其和动作温度误差来计算出温度对动作时间的影响，即第一调节量。
S720、将第一调节量与标定动作时间之和作为修正结果。
上述仅为实际应用中的两种示例，在实际应用中，包括但不限于上述示例，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，在本实施例中，将温度对动作时间的影响考虑进来，从而可以在一定程度上避免温度导致的动作时间的不确定性，进而使得可控开关的本次动作的结束时刻更加接近自身输入电压的目标过零时刻；因此可以进一步降低在本次动作瞬间的冲击电流或切换功率，从而最小化可控开关的触点损耗，并达到延长产品寿命的目的。
本申请另一实施例提供可控开关的动作控制方法的另一种具体实施方式，其具体流程可参见图9(仅在图2的基础上对步骤S810～步骤S840在步骤S130之后进行展示)，在上述实施方式的基础上，在执行步骤S130之前、之后或同时，还包括以下步骤：
S810、对本次动作的实际动作时间进行检测。
S820、判断检测结果是否超出可控开关的标定动作时间范围。
若检测结果超出标定动作时间范围，则执行步骤S830；若检测结果未超出标定动作时间范围，则返回执行步骤S110。
其中，标定动作时间范围的上限等于标定动作时间加上公差范围，标定动作时间范围的下限等于标定动作时间减去公差范围；公差范围也是可控开关出厂时由厂家提供的。
S830、通过计数判断检测结果超出标定动作时间范围的累计次数是否超过预设值。
其中，预设值是根据实际情况进行设定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
若检测结果超出标定动作时间范围的累计次数超过预设值，则执行步骤S840；若检测结果超出标定动作时间范围的累计次数未超过预设值，则返回执行步骤S110。
S840、上传云端保存，并发出警告。
在本实施例中，通过实际动作时间超出标定动作时间范围的累计次数是否超过预设值进行判断，可以检测出该可控开关是否出现故障，即可以实现对可控开关的健康状态监测，从而可以提高可控开关所在电路的安全性。
以可控开关的吸合过程为例，对可控开关的动作控制方法进行具体说明，其具体控制框图如图11所示，其具体过程如下：
当在t3时刻接收到吸合指令时，先确定上次动作的结束时刻t1(如图12a所示)和上次动作过程中的目标过零时刻t0(如图12a所示)，并计算上次动作的动作时间误差terror＝t1-t0；将上次动作的动作时间误差terror输入到PI控制器中，并利用PI控制器的结果对上次动作的动作时间误差terror进行更新，更新后的上次动作的动作时间误差记为terror′；获取可控开关在上次动作时的温度T1和在本次动作时的温度T0，并计算动作温度误差Terror＝T0-T1；获取可控开关的高温下的温度拟合系数K，并计算第一调节量tg＝K×Terror；计算出本次动作的动作时间tswitch＝ti+terror′+tg，其中ti为可控开关的标定动作时间；确定本次动作的目标过零时刻t0′，并计算出本次动作的开始时刻t2′＝t0′-tswitch；最后，在时间达到本次动作的开始时刻t2′时，控制可控开关开始动作。
本申请另一实施例提供一种逆变器的开关电路，具体包括：主电路和控制模块；其中，主电路的拓扑结构如图10所示，此处不再赘述。
在该逆变器的开关电路中，控制模块分别与主电路中设置的各可控开关的控制端相连，用于通过执行如上述实施例提供的可控开关的动作控制方法，使该开关电路接通回路。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可控开关的动作控制方法，其特征在于，包括：
在接收到动作指令后，确定与所述动作指令相对应的上次动作的动作时间误差；
根据所述动作时间误差，对所述可控开关的标定动作时间进行修正；
根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻；所述目标过零时刻为所述输入电压在接收所述动作指令的时刻之后的过零时刻；
在时间达到所述本次动作的开始时刻时，控制所述可控开关开始动作。
2.根据权利要求1所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，确定所述上次动作的结束时刻和在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻，包括：
确定所述上次动作的结束时刻和在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻；
用所述上次动作的结束时刻减去在所述上次动作的过程中的所述目标过零时刻，得到所述动作时间误差。
3.根据权利要求1所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，根据所述动作时间误差，对所述可控开关的标定动作时间进行修正，包括：
将所述动作时间误差与所述标定动作时间之和作为修正结果。
4.根据权利要求3所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，在将所述动作时间误差与所述标定动作时间之和作为修正结果之前，还包括：
将所述动作时间误差输入到PI控制器或P控制器中，利用相应控制器的结果对所述动作时间误差进行更新。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，在根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻之前，还包括：
确定所述可控开关在所述本次动作时相对于所述上次动作时的动作温度误差；
根据所述动作温度误差，对所述标定动作时间进行修正。
6.根据权利要求5所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，确定所述可控开关在所述本次动作时相对于所述上次动作时的动作温度误差，包括：
分别获取所述可控开关在所述上次动作时的温度和所述本次动作时的温度；
用所述可控开关在本次动作时的温度减去所述可控开关在所述上次动作时的温度，得到所述动作温度误差。
7.根据权利要求5所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，根据所述动作温度误差，对所述标定动作时间进行修正，包括：
获取所述可控开关的高温下的温度拟合系数，并将所述动作温度误差与所述温度拟合系数相乘，得到第一调节量；
将所述第一调节量与所述标定动作时间之和作为修正结果。
8.根据权利要求1至4任一项所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，在执行根据修正结果和所述可控开关的输入电压的目标过零时刻，确定本次动作的开始时刻的步骤之前、之后或同时，还包括：
对所述本次动作的实际动作时间进行检测；
判断所述检测结果是否超出所述可控开关的标定动作时间范围；
若所述检测结果超出所述标定动作时间范围，则通过计数判断所述检测结果超出所述标定动作时间范围的累计次数是否超过预设值；
若所述检测结果超出所述标定动作时间范围的累计次数超过所述预设值，则上传云端保存，并发出警告。
9.根据权利要求1至4任一项所述的可控开关的动作控制方法，其特征在于，所述可控开关，包括：继电器、接触器或断路器。
10.一种逆变器的开关电路，其特征在于，包括：主电路和控制模块；其中：
所述控制模块分别与所述主电路中设置的各可控开关的控制端相连，用于通过执行如权利要求1至9任一项所述的可控开关的动作控制方法，使所述开关电路接通回路。
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