基于固态开关的电路控制方法和固态开关技术

本发明专利技术示例性实施例提供一种基于固态开关的电路控制方法和固态开关，其中的方法包括：确定固态开关所属的系统电压正常且负载的变流器无故障后，判断主断路器是否闭合；当所述主断路器闭合后，向所述固态开关发送充电指令，所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，以使所述固态开关处于通路时，对直流侧的电容充电；对所述固态开关的开关频率进行控制，并对所述充电指令包括的占空比的脉冲以递增的方式进行调整。本发明专利技术采用了特定设计的固态开关，且固态开关采用独特的充电指令进行控制，能够通过控制开关的脉冲宽度限制充电电流的上升速度，提升变流器系统的安全、可靠、稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于固态开关的电路控制方法和固态开关
本专利技术示例性实施例涉及轨道交通
，尤其涉及一种基于固态开关的电路控制方法和固态开关。
技术介绍
在轨道交通如高铁的充电过程中，现有充电电路中所使用的开关均为机械式开关，在实际的应用中，机械式开关在通流状态下切换充电回路时，主触头会产生拉弧现象，高温电弧会烧蚀主触头使其发生熔焊，从而使得开关发生形变甚至是损毁，极大的缩短了机械式开关的使用寿命，导致充电开关可靠性差，增加了系统的维护成本。而且由于其机械式的结构组成，从接受到动作信号到电磁电压线圈受电带动触头动作，整个响应过程时间过长。当系统出现故障时，过长的机械响应时间，导致其快速性不够，不能迅速切断电路，影响系统的安全运行。在充电过程中，为避免输入电压直接加载到中间支撑电容上而产生瞬间峰值电流，在充电回路中加入了充电电阻，但是由于充电时间长，而且充电开关和线路短接开关的电压等级相同，因此充电开关的成本较高，为减少充电时间，一般采用减小充电电阻阻值的方式，当采用较小阻值的充电电阻时，充电电阻的功率则会加大，在使用的过程当中会造成发热严重的问题，从而带来散热、成本、体积等不利因素，也使得在规定时间内充电次数受到限制。现有的充电电路和控制方法中，当中间支撑电容上的电压与系统电源电压幅值比达到规定要求时，闭合线路短接开关，完成整个充电过程。但是，在充电后期，中间支撑电容上的电压与系统电源电压之间的差值越来越小，使得充电速度变得非常缓慢，所需的充电时间也延长。如果，当充电时间达到限制时，而中间电压还未达到要求值，此时充电电路中的短接开关闭合条件就无法满足，则可能导致发生充电故障。若降低中间电压与主变压器次边的电压幅值比，短接开关闭合时压差过大，冲击电流过大，也将严重影响开关的使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术示例性实施例的目的在于提出一种基于固态开关的电路控制方法和固态开关，以解决目前的轨道交通设施在交流充电时出现的响应时间长和充电时间长的问题。基于上述目的，本专利技术示例性实施例提供了一种基于固态开关的电路控制方法，所述方法包括：确定固态开关所属的系统电压正常且负载的变流器无故障后，判断主断路器是否闭合；当所述主断路器闭合后，向所述固态开关发送充电指令，所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，以使所述固态开关处于通路时，对直流侧的电容进行充电；对所述固态开关的开关频率进行控制，并对所述充电指令包括的占空比的脉冲以递增的方式进行调整。结合上述说明，在本专利技术实施例另一种可能的实施方式中，所述方法还包括：对所述电容两端电压是否大于预设倍数的峰值电压进行判断；当电压小于或等于预设倍数的峰值电压时，则重复进行所述对所述直流侧的电容进行充电的步骤，以继续充电；当所述电容两端电压大于预设倍数的电源电压时，对所述固态开关的导通状态进行控制，以确保充电完成。结合上述说明，在本专利技术实施例另一种可能的实施方式中，所述方法还包括：通过充电指令的调制波形对所述固态开关的通断进行控制。结合上述说明，在本专利技术实施例另一种可能的实施方式中，所述所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，包括：在充电初期给定一个小导通脉冲宽度，以限制电容两端的冲击电流幅值和关断时固态开关两端的过电压；逐步增加脉冲宽度，以增加充电后期的充电速度。第二方面，本专利技术示例性实施例还提供了一种固态开关，所述固态开关应用于变流器的充电电路，所述固态开关包括电子支路及缓冲支路，所述电子支路为电力电子器件反向并联组成，所述缓冲支路为通过电容和电阻串联组成，所述缓冲支路与所述电子支路间并联。上述的固态开关，所述电力电子器件包括晶闸管、绝缘栅双极型晶体管IGBT或者集成门极换流晶闸管IGCT中的一种或两种及以上的组合。上述的固态开关，所述固态开关包括若干组串并联的电子支路及缓冲支路形成的拓展式固态开关，各组的电子支路及缓冲支路的电性参数相同。上述的固态开关，所述固态开关电路经过四象限脉冲整流器后与直流支撑电容电连接。上述的固态开关，所述缓冲支路包括串联的电容和电阻，所述串联的电容与电阻的两端电连接于所述电子支路的两端，以用于对所述电子支路的两端进行限压。上述的固态开关，所述固态开关电路还包括散热装置，各所述电子支路及缓冲支路安装于所述散热装置。从上面所述可以看出，本专利技术示例性实施例提供的基于固态开关的电路控制方法和固态开关，由于采用了特定设计的固态开关，以取代传统中的机械式开关，使得切换时不会出现电弧烧蚀，有良好的可靠性和更长的使用寿命，且固态开关采用独特的充电指令，能够通过控制开关的脉冲宽度限制充电电流的上升速度，在限制充电电流迅速上升的同时，还能够通过控制开关的开断频率大大缩短控制电路中的电容的充电时间，避免了原充电电路因充电时间过长造成短接开关闭合失败而导致的充电故障发生，进一步提升了变流器系统的安全、可靠、稳定运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术示例性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专利技术示例性实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术示例性实施例基于固态开关的电路控制方法的基本流程示意图；图2为本专利技术示例性实施例具体时的电路示意图；图3为本专利技术示例性实施例预设占空比脉冲调制示意图；图4为本专利技术示例性实施例递增占空比脉冲调制示意图；图5为本专利技术示例性实施例电压判断流程示意图；图6为本专利技术示例性实施例的一种预设脉冲宽度的波形示意图；图7为本专利技术示例性实施例递增脉冲宽度的波形示意图；图8为本专利技术示例性实施例的固态开关结构示意图；图9为本专利技术示例性实施例的固态开关拓扑式结构示意图；图10为本专利技术示例性实施例固态开关的控制电路结构示意图；图11为本专利技术示例性实施例具体实施于轨道交通牵引电路时的电路连接示意图。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。需要说明的是，除非另外定义，本专利技术示例性实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术示例性实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于固态开关的电路控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定固态开关所属的系统电压正常且负载的变流器无故障后，判断主断路器是否闭合；/n当所述主断路器闭合后，向所述固态开关发送充电指令，所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，以使所述固态开关处于通路时，对直流侧的电容进行充电；/n对所述固态开关的开关频率进行控制，并对所述充电指令包括的占空比的脉冲以递增的方式进行调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于固态开关的电路控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定固态开关所属的系统电压正常且负载的变流器无故障后，判断主断路器是否闭合；
当所述主断路器闭合后，向所述固态开关发送充电指令，所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，以使所述固态开关处于通路时，对直流侧的电容进行充电；
对所述固态开关的开关频率进行控制，并对所述充电指令包括的占空比的脉冲以递增的方式进行调整。


2.根据权利要求1所述的电路控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述电容两端电压是否大于预设倍数的峰值电压进行判断；
当电压小于或等于预设倍数的峰值电压时，则重复进行所述对直流侧的电容进行充电的步骤，以继续充电；
当所述电容两端电压大于预设倍数的电源电压时，对所述固态开关的导通状态进行控制，以确保充电完成。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过充电指令的调制波形对所述固态开关的通断进行控制。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所述充电指令为按照预设的占空比控制所述固态开关的通断，包括：
在充电初期给定一个小导通脉冲宽度，以限制电容两端的冲击电流幅值和关断时固态开关两端的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文广，易康，苏亮亮，张志学，文宇良，刘少奇，邹扬举，林珍君，孙璐，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43