一种基于电力电子开关的高压电源快切系统及其控制方法技术方案

一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其控制方法包括：初始化、信号检测、处理、发出脉冲、信号切换；其优越性在于：①控制方便；②切换时间小，切换过程的冲击电压和冲击电流最小；③主电路过零触发；④最快时间检测出系统的电源故障；⑤执行速度快，实时控制能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统供电安全领域，特别是。
技术介绍
目前，保证企业负荷供电的安全可靠性对企业具有重要意义，若负荷断电将会给企业带来重大的经济损失，因此企业电网现在多采用双向电源工作方式，两路电源互为备用，以保证企业电网的连续可靠运行。现在企业中应用最广泛的是备自投，在企业电网的工作电源因故障或在不正常的工作情况下，断路器将动作将其切除，备用电源将会通过备自头接入。备自投切换方式同时也存在着相应的问题，备自投的切换时间长，一般在4秒左右，其无相频检测，因此产生的 冲击电流和冲击电压都很大，故障率高，电动机易受冲击损坏或缩短寿命。近年来，微机型厂用电快切装置的应用大大提高了厂用电的可靠性。该系统自动切换速度非常快，切换冲击小，成功率高，解决了备自投存在的问题，大大提高了企业电网的供电安全。目前高压真空断路器的最快合闸时间为50ms左右，由于微机型快切装置的切换时间受到高压真空断路器的分合闸时间的限制，这大大限制了快切的切换时间。在一些供电质量要求很高的场合，特别是一些敏感负荷，这时就需要一种更加快速的切换系统来保障电源供电的可靠性。随着电力电子技术的不断发展，电力电子开关管的容量不断增大，将电力电子器件作为开关应用于高压电源快切系统将成为未来的热点，电力电子开关通断时间为微秒级，切换时间更快，所产生的冲击更小，实现软切换的性能。应用晶闸管反并联的电路结构，这一结构已在UPS (uninterrupted power supply-不间断电源)、超导故障限流器中得 到了应用。晶闸管反并联的电路可以实现电压过零点，当交流电压处于正半周时，触发晶闸管导通，当电压处于负半周时晶闸管自动关断。采用小波变换的方法进行故障信号的检测，基于小波信号奇异性检测的电力系统故障检测算法利用故障电压信号的固有特性，结合小波变换对奇异信号的检测功能，通过检测小波变换模极大值点来检测故障信号，相比于其它的故障检测方法，这方法速度最快，一般在Ims以内，而且有很好的除噪性能，从而保证最快时间检测出系统的电源故障，使切换的响应时间更短。相比较微机型电源快切装置，电力电子开关应用于高压电源快切其主要的优点在于它的切换时间的快速性；其电力电子开关管的单管容量还不足以满足要求，这就要进行串并联的方式来解决其容量不足的问题。由于电力电子开关采用的是无触点开通，相比于机械开关其切换过程中产生的冲击更小，对负荷的影响也更小，保证了负荷的连续可靠运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，它可以克服现有技术的不足，采用了一种晶闸管反并联的结构，大大减小切换时间，降低电源切换过程的冲击，保证负荷的连续运行，是一种可靠、无触点的电源切换方式，且操作简单。本专利技术的技术方案一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。所述快切控制系统包括A/D转换模块、DSP控制单元、脉冲发生器单元、数据接口单元、通信接口单元和人机界面单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述DSP控制单元的输入端连接A/D转换模块的输出端，其输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与数据接口单元和通信接口单元呈双向连接；所述通信接口单元与人机界面单元也呈双向连接；所述脉冲发生器的输出端为电力 电子开关主电路单元发送脉冲信号。所述DSP控制单元采用双DSP控制方式，由DSP控制器I和DSP控制器2构成；其中，所述DSP控制器I的输入端连接A/D转换模块的输出端，同时与数据接口单元呈双向连接；所述DSP的控制器2输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与通信接口单元呈双向连接；所述DSP控制器I和DSP控制器2之间也呈双向连接。所述DSP控制单元采用双DSP芯片，且DSP控制器I和DSP控制器2分别为TI公司生产的TMS320C6713芯片和TMS320F2835芯片；其中，作为DSP控制器I的TMS320C6713芯片为主处理器、作为DSP控制器2的TMS320F2835芯片从处理器；所述A/D转换模块采用仪表放大器AD620芯片。所述信号检测电路包括电流检测电路和电压检测电路。所述电流检测电路是由电流互感器CT和电流信号调理电路组成；其中，所述电流互感器CT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电流信号调理电路的输入端连接；所述电流信号调理电路是由电阻R9、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R7和电容C3组成；其中，所述的电阻R9与电流互感器CT的二次侧并联，且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R7的一端；所述电容C3连接于电阻R7和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容Cl、电容C2及运算放大器LM324I组成；所述电阻Rl和电阻R2串联后，电阻Rl另一端连接运算放大器LM324I的同向输入端；所述电阻R2的一端连接电流互感器CT的输出端，其另一端与R9的一端相连；所述电阻R3和电容Cl呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324I的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R5并联在运算放大器LM324I的反向输入端和输出之间；所述电容C2并联在电阻Rl和电阻R2的串联连接点以及运算放大器LM324I的输出端之间；所述电阻R4的一端与运放运算放大器LM324I的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；所述稳压电路由电阻R6、可调电阻R8、运算放大器LM324II和双向稳压管组成；其中，所述电阻R8的两端并联在运算放大器LM324II的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324II的同向输入端经电阻R6接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324II的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；所述双向稳压管是由稳压管D1、稳压管D2、稳压管D3和稳压管D4构成；其中，所述稳压管Dl和稳压管D2同方向串联，而稳压管D3和稳压管D4同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；所述交流提升模块是交流提升放大器INA128I。所述电压检测电路是由电压互感器PT和电压信号调理电路组成；其中，所述电压 互感器PT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电压信号调理电路的输入端连接；所述电压信号调理电路是由电阻R18、R19、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R16和电容C6组成；其中，所述的电阻R18、R19串联后与电压互感器PT的二次侧并联，电阻R18、R19连接点且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。

【技术特征摘要】
1.一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。2.根据权利要求I所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述快切控制系统包括A/D转换模块、DSP控制单元、脉冲发生器单元、数据接口单元、通信接口单元和人机界面单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述DSP控制单元的输入端连接A/D转换模块的输出端，其输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与数据接口单元和通信接口单元呈双向连接；所述通信接口单元与人机界面单元也呈双向连接；所述脉冲发生器的输出端为电力电子开关主电路单兀发送脉冲信号。3.根据权利要求2所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述DSP控制单元采用双DSP控制方式，由DSP控制器I和DSP控制器2构成；其中，所述DSP控制器I的输入端连接A/D转换模块的输出端，同时与数据接口单元呈双向连接；所述DSP的控制器2输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与通信接口单元呈双向连接；所述DSP控制器I和DSP控制器2之间也呈双向连接。4.根据权利要求2所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述DSP控制单元采用双DSP芯片，且DSP控制器I和DSP控制器2分别为TI公司生产的TMS320C6713芯片和TMS320F2835芯片；其中，作为DSP控制器I的TMS320C6713芯片为主处理器、作为DSP控制器2的TMS320F2835芯片从处理器；所述A/D转换模块采用仪表放大器AD620芯片。5.根据权利要求I所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述信号检测电路包括电流检测电路和电压检测电路。6.根据权利要求5所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述电流检测电路是由电流互感器CT和电流信号调理电路组成；其中，所述电流互感器CT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电流信号调理电路的输入端连接； 所述电流信号调理电路是由电阻R9、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R7和电容C3组成；其中，所述的电阻R9与电流互感器CT的二次侧并联，且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R7的一端；所述电容C3连接于电阻R7和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地； 所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容Cl、电容C2及运算放大器LM324I组成；所述电阻Rl和电阻R2串联后，电阻Rl另一端连接运算放大器LM324I的同向输入端；所述电阻R2的一端连接电流互感器CT的输出端，其另一端与R9的一端相连；所述电阻R3和电容Cl呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324I的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R5并联在运算放大器LM324I的反向输入端和输出之间；所述电容C2并联在电阻Rl和电阻R2的串联连接点以及运算放大器LM324I的输出端之间；所述电阻R4的一端与运放运算放大器LM324I的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接； 所述稳压电路由电阻R6、可调电阻R8、运算放大器LM324II和双向稳压管组成；其中，所述电阻R8的两端并联在运算放大器LM324II的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324II的同向输入端经电阻R6接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324II的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接； 所述双向稳压管是由稳压管D1、稳压管D2、稳压管D3和稳压管D4构成；其中，所述稳压管Dl和稳压管D2同方向串联，而稳压管D...

【专利技术属性】
技术研发人员：马幼捷，杨亚光，周雪松，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：