雙路供電固體靜態切換開關控制策略

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在用于電壓暫降抑制的雙路供電固體靜態切換開關工作原理的基礎上，給出了兼備快速性和可靠性的電壓暫降檢測方法，利用dq 變換瞬時檢測主供電回路及備用供電回路的電壓有效值，經低通濾波器濾除噪聲干擾，所得結果與敏感負荷暫降極限電壓值比較決定切換指令的發送。在BBM 和MBB 切換控制策略的基礎上，提出了綜合考慮快速性和安全性的新型BBM 切換方法，通過檢測晶閘管壓降判斷主電源側晶閘管導通狀況，依據導通狀況分別控制備用電源側各相不同方向的晶閘管，通過施加反向電壓，強迫原導通晶閘管的快速關斷，達到既不形成環流又能快速切換的目的。基于電磁暫態的數字仿真驗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的2 個晶閘管模塊，這2 個晶閘管模塊將負載接入主電源或備用電源。每個晶閘管模塊由3 個晶閘管單元構成，相應地連接主電源或備用電源的A、B、C 三相。每個晶閘管單元由一對反并聯晶閘管組成（如VPP1／VPN1 和VAP1／VAN1），以保證通過正、反向電流。旁路機械開關SPb 和SAb 分別與晶閘管模塊A 和P 并聯，當晶閘管模塊退出運行時，由旁路機械開關給負載供電。隔離開關SM1p／SM2p和SM1a／SM2a 分別將2 個晶閘管模塊從主電路中完全隔離出來，以方便晶閘管的檢修、維護和測試。

二、雙路供電SSTS 的工作原理

SSTS 是串聯在電壓暫降敏感負荷與主、備用電壓之間的裝置。正常運行時，主電源通過SSTS 的晶閘管模塊P 給敏感負荷供電。當主電源發生電壓暫降并且電壓暫降的幅值超過敏感負載正常運行所能承受的限值時，SSTS 的控制系統發出切換指令，將敏感負荷切換至備用電源。SSTS 的控制系統主要由電壓檢測和投切控制2 部分組成。電壓暫降檢測的算法有很多，目前應用最多的檢測算法有電壓峰值檢測法、傅里葉變換法、小波變換法和dq 變換法。其中dq 變換法能瞬時求出電壓有效值，因此常用于實時性要求較高的用戶電力裝置，如有源電力濾波器（APF）、DVR 等。dq 坐標變換，即派克變換，其實質就是將靜止的abc 坐標系變成按順時針方向旋轉的dq0 坐標系，其旋轉角速度為三相電壓中的基波角頻率。經dq0 變換后，abc 坐標系下的三相對稱正序基波電壓分量轉換為在dq0 坐標系下的直流分量，這為電壓暫降的檢測提供了方便。電壓檢測的方法就是基于dq 坐標變換的快速檢測方法，根據檢測得到的電壓值和敏感負荷的電壓暫降承受極限值，決定是否進行切換操作。首先將測量單元實時測量的主電源各相電壓瞬時值進行dq 變換，經低通濾波器，濾除非直流分量。然后將變換得到的和代入式，計算出主電源的dq 坐標對應的電壓值Udq_p。最后將Udq_p 與敏感負荷的電壓暫降承受限值進行比較，如果Udq_p 大于負荷的承受限值，那么敏感負荷可以正常運行，電壓檢測系統不發送切換指令；如果Udq_p 小于負荷的承受限制，那么說明此時主電源的電壓已不能維持該負荷的正常運行，SSTS 應該立即實行投切操作，由電壓質量良好的備用電源給敏感負荷供電，因此電壓檢測系統發送切換指令。電壓檢測系統的另外一個任務是檢測、計算備用電源的電壓Udq_a，為切換控制做準備。切換控制是SSTS 控制系統的核心部分。如果SSTS 的控制系統出現問題，晶閘管模塊P 和晶閘管模塊A 同時被觸發而使主、備用電源并聯，此時主、備用電源之間會形成很大的環流，影響電網的穩定和設備的安全。BBM 控制方式是在即將退出運行的晶閘管模塊中流過的電流減小到零，晶閘管完全關斷后，再觸發即將投運的晶閘管模塊。這種控制方式可以完全避免主、備用電源并聯運行，保證電網和敏感負荷的安全運行；但SSTS 采用這種控制方式運行時，切換時間太長，會導致一些敏感負荷停運，從而限制了SSTS 的應用范圍。目的是強制即將退出運行的晶閘管模塊中流過的電流減小到零，加快切換過程，縮短切換時間。對于SSTS 各種不同的切換控制策略，現提出一種全新、快速的MBB 切換控制方式。該控制策略通過監測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，然后根據電流極性觸發另外一個晶閘管模塊中對應的晶閘管。切換控制是對各相分別進行控制，以A 相切換為例說明，B、C 控制方式相同。SSTS 切換控制系統接收到電壓檢測系統發出的切換指令后，切換控制系統判斷備用電源的電壓是否正常。當備用電源電壓正常時，切換控制系統封鎖晶閘管VPP1／VPN1的門極控制信號，而后根據VPP1／VPN1 的端電壓upsa 極性，觸發備用電源側晶閘管VAP1 或VAN1。如果upsa>0，說明電流是由電源流向負荷，流經晶閘管VPP1，此時觸發晶閘管VAP1。觸發晶閘管VAP1 后，若備用電源電壓的瞬時值高于主電源，那么在主、備用電源共同作用下晶閘管VPP1 上會被施加一個反向電壓，強制晶閘管VPP1 中的電流減小，縮短了切換時間。當晶閘管VPP1 中的電流減小到零，主電源A 相被斷開時，觸發晶閘管VAN1，完成負荷的切換過程。如果upsa<0，控制方式相似。值得一提的是，采用MBB 控制方式，在切換過程中，各相電壓的瞬時值等于主、備用電源電壓瞬時值的平均值。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。切換過程完成之后，敏感負荷由電壓質量相對較好的備用電源供電。如果主電源電壓恢復正常供電，為了確保主電源完全恢復，SSTS 切換控制系統延時4～5 個周期，而后封鎖晶閘管模塊A 的門極觸發信號，在各相電流過零點處觸發晶閘管模塊P。

總之，提出一種有效的SSTS 切換控制策略，該策略通過檢測各相晶閘管端電壓極性判斷流過晶閘管電流的極性，進而控制相應的晶閘管投切，克服了傳統控制策略以檢測電流極性為依據的一些弊端，縮短了SSTS 裝置的切換時間。