一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法，通过设置用于实现交流线路工作电流双向导通的双向导通支路、用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路且将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点的强制转移支路、用于为整流支路提供交流电的供电电源以及用于将供电电源提供的交流电转换为直流电的整流支路，实现交流快速开关装置的毫秒级导通和关断，进而实现交流线路的毫秒级快速投切，导通和关断的操作时间均可达到1ms。且本发明专利技术采用IGBT，综合利用率较高，通过利用IGBT的可控特性与耐反压和耐电流水平，实现对交流快速开关装置进行高频的导通和关断控制，强制转移支路中的电容供电的供电电源采用交流电源，便于就地取源，方便装置的安装。

An AC fast switch device based on controllable device and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法。
技术介绍
交流开关是电力系统中的关键设备，其主要功能是进行支路的导通和关断操作，在切除电力系统扰动源、快速切除负荷、防止电力系统故障扩展等方面发挥着至关重要的作用。电网安全稳定有三道防线，分别为：①第一道防线，为高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护不损失负荷，快速隔离故障；②第二道防线，为保障电网安全运行的安全自动装置允许损失少量负荷，避免元件过载、电网失稳；③第三道防线，为失步解列与频率、电压控制采取一切必要手段避免电网崩溃。以上三道防线分别涉及故障源能否被快速切除、负荷能否被精准快速切除、关键断面能否迅速断开三个关键条件，而这三个关键条件的满足都需要交流开关能够快速动作。交流开关在切除电力系统扰动源、快速切除负荷、防止电力系统故障扩展等方面发挥着至关重要的作用，且其动作时间越快，越有利于保障电力系统的安全稳定性。目前交流高压开关为机械式开关，在进行关断操作时需要等待交流电流过零点，当交流电流过零时机械开关方可动作，并且机械元件的断开速度较慢，总的关断操作时间一般为40～60毫秒甚至更久。交流机械式开关的动作时间慢，不利于电力系统的安全稳定运行。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中机械开关因动作时间慢不利于电力系统的安全稳定运行的不足，本专利技术提供一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法，该交流快速开关装置通过设置用于实现交流线路工作电流双向导通的双向导通支路、用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路且将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点的强制转移支路、用于为整流支路提供交流电的供电电源以及用于将供电电源提供的交流电转换为直流电的整流支路，实现交流快速开关装置的毫秒级导通和关断。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种基于可控器件的交流快速开关装置，包括：双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。所述强制转移支路还包括限流模块和第一全桥模块；所述限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；所述第一全桥模块包括串联的第一桥臂模块和第二桥臂模块，以及串联的第三桥臂模块和第四桥臂模块。所述第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；所述第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块。所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；所述第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；所述第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；所述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块；所述子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；所述全控器件采用IGBT或IGCT。所述全控器件采用IGBT时，第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。所述全控器件采用IGCT时，所述一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；所述第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；所述第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；所述第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。所述整流支路与强制转移支路中的电容并联，所述电容一端连接公共点G，另一端连接公共点K。所述整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；所述第二全桥模块包括串联的第五桥臂模块和第六桥臂模块，以及串联的第七桥臂模块和第八桥臂模块。所述第三电阻模块和电感模块串联；所述第一电阻模块、第二电阻模块和第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；所述电感模块包括多个电感，多个电感以串联、并联或串并联结合的方式连接。所述第五桥臂模块和第六桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的二极管；所述第七桥臂模块和第八桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的晶闸管；所述第五桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；所述第六桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；所述第七桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；所述第八桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q。所述双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；所述第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；所述第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；所述第一二极管模块和第二二极管模块均包括多个二极管，多个二极管以串联、并联或串并联结合的方式连接；所述第一晶闸管模块和第二晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接。所述第一二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N1，阴极均朝向第二双向导通模块；所述第一晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极均朝向第二双向导通模块；所述第二二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N2，阴极均朝向第一双向导通模块；所述第二晶闸管模块中的晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极均朝向第一双向导通模块。所述公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，所述公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；所述公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，包括：双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。

【技术特征摘要】
1.一种基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，包括：双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。2.根据权利要求1所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述强制转移支路还包括限流模块和第一全桥模块；所述限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；所述第一全桥模块包括串联的第一桥臂模块和第二桥臂模块，以及串联的第三桥臂模块和第四桥臂模块。3.根据权利要求2所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；所述第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块。4.根据权利要求3所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；所述第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；所述第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块。5.根据权利要求4所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块；所述子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；所述全控器件采用IGBT或IGCT。6.根据权利要求5所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述全控器件采用IGBT时，第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。7.根据权利要求5所述的基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，所述全控器件采用IGCT时，所述一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；所述第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；所述第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；所述第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。8.根据权利要求6或7所述的交流快速开关装置，其特征在于，所述整流支路与强制转移支路中的电容并联，所述电容一端连接公共点G，另一端连接公共点K。9.根据权利要求8所述的交流快速开关装置，其特征在于，所述整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；所述第二全桥模块包括串联的第五桥臂模块和第六桥臂模块，以及串联的第七桥臂模块和第八桥臂模块。10.根据权利要求9所述的交流快速开关装置，其特征在于，所述第三电阻模块和电感模块串联；所述第一电阻模块、第二电阻模块和第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁柱，王珊珊，赵兵，卜广全，马士聪，郭剑波，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11