[发明专利]一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明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；