6中当Isspe超出设定的限流阀值Limiting_TH时，限流和短路故障检测部分3 首先在限流逻辑指令Limiting上输出脉冲宽度为Tunilting的逻辑高（'1'）脉冲使交流固 态功率控制器进入限流状态。在限流状态结束前，限流和短路故障检测部分3判断线路是 否发生短路故障；如果发生短路故障，则在限流过程稳定后，Vpmreraut将保持非常低的电压 (例如接近0V)，而V_TH是由用户设定的短路故障下负载电压阀值（有效值），典型可设置 为60%左右的额定电压有效值。如果发生短路故障，则第二比较器38输出逻辑高（'1'）， 第三非门39输出逻辑低（'0'），短路故障逻辑脉冲信号Sh〇rt_Trip为逻辑低（'0'）。
[0082] 若判断线路发生短路故障时，限流和短路故障检测部分3输出Shortjrip逻辑低 脉冲；短路故障解除时，短路故障检测模块输出Shortjrip为逻辑高。
[0083] 图7为交流固态功率控制器仿真模型中反时限过流检测部分典型的反时限保护 特性的示意图。该模块的特性曲线和方程可以根据用户需要和交流产品的过流保护特性自 由设置。图7只给出了典型的反时限保护曲线，该曲线对应的方程可以参考南京航空航天 大学硕士论文"交流固态功率控制器的研究"（陈昌林：交流固态功率控制器的研究[D].南 京航空航天大学硕士论文，2008)。当反时限过流检测部分2判断线路或者固态功率控制器 发生过流故障时，反时限过流检测部分2输出0L_Trip为逻辑低脉冲，过流故障解除时反时 限过流检测部分2输出为0L_Trip逻辑高。
[0084] 图8-10是本发明仿真模型的仿真波形示意图，可以看出该仿真模型能够很好地 模拟交流固态功率控制器在正常开通、正常关断、过载关断、两种短路故障关断模式等各个 过程中的阻抗和电流的变化规律。
[0085] 以上仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本 发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1. 一种交流固态功率控制器仿真模型，其特征在于包括数字逻辑部分（1)、反时限过 流检测部分（2)、限流和短路故障检测部分（3)和阻抗状态转换部分（4)，数字逻辑部分（1) 输入交流固态功率控制器的开通/关断控制指令（CMD)、短路保护关断模式设置（SOMS)、过 流故障逻辑脉冲信号（〇L_Trip)、短路故障逻辑脉冲信号（Sh〇rt_Trip)，进行逻辑组合后 输出过零点开关指令（ZeroON/OFF)和短路故障慢关断指令（ShortOFF)到阻抗状态转换部 分⑷； 反时限过流检测部分（2)检测交流固态功率控制器电流（Issrc)，判断是否发生过流故 障，当发生过流故障时，输出过流故障逻辑脉冲信号（〇L_Trip)到数字逻辑部分（1); 限流和短路故障检测部分（3)检测交流固态功率控制器电流（Issrc)和输出电压 (%。__)，判断是否发生短路故障；当交流固态功率控制器电流（1%%)超出设定的限流阀 值时，输出限流逻辑指令（Limiting)至阻抗状态转换部分（4);当发生短路故障时，输出短 路故障逻辑脉冲信号（Sh〇rt_Trip)至数字逻辑部分（1); 阻抗状态转换部分（4)综合输入的过零点开关指令（ZeroON/OFF)、短路故障慢关断指 令（ShortOFF)及限流逻辑指令（Limiting)，实现交流固态功率控制器7种状态的10种转 换，并提供功率输入、功率输出端口（Powerin、Powerout)，10种状态转换及相应的状态转 换函数如下： ① 状态转换Si-S4;相应的状态转换函数TF1 : (ZeroON/OFF = 1) & (ShortOFF = 1) & (Limiting = 0) = 1 其中ZeroON/OFF表示过零点开关指令，ShortOFF表示短路故障慢关断指令，Limiting表示限流逻辑指令； ② 状态转换S4- S 2;相应的状态转换函数TF2 :Sign [V SSPC匕)]+Sign [VSSPC⑴]=0,其 中Vssrc (h)表示在Si状态下、过零点开关指令从0变化到1的ti时刻交流固态功率控制器 功率输入和功率输出电压差；VSSPe (t)表示t时刻交流固态功率控制器功率输入和功率输出 电压差瞬时值， ③ 状态转换S2-S5;相应的状态转换函数TF3 : (ZeroON/OFF = 0) & (ShortOFF = 1) & (Limiting = 0) = 1 ④ 状态转换S5- S1;相应的状态转换函数TF4 :Sign[Vssrc(t4)]+Sign[Vssrc(t)]=0 其中VSSPe(t4)表示在S2状态下、过零点开关指令从1变化到0的14时刻、交流固态功 率控制器功率输入和功率输出电压差； ⑤ 状态转换S2-S3;相应的状态转换函数TF5 : (ZeroON/OFF = 1) & (ShortOFF = 1) & (Limiting = 1) = 1 ⑥ 状态转换S3-S2;相应的状态转换函数TF6 : (ZeroON/OFF = 1) & (ShortOFF = 1) & (Limiting = 0) = 1 ⑦ 状态转换S3-S6;相应的状态转换函数TF7 : (ZeroON/OFF = 0) & (ShortOFF = 1) & (Limiting = 1) = 1 ⑧ 状态转换S6- S1;相应的状态转换函数TF8 :Sign[Vssrc(t9)]+Sign[Vssrc(t)]=0 其中VSSPe(t9)表示在S3状态下、过零点开关指令从1变化到0的19时刻、交流固态功 率控制器功率输入和功率输出电压差； ⑨ 状态转换S3- S7;相应的状态转换函数TF9 :ShortOFF=0 ⑩状态转换s7-S1;相应的状态转换函数TF10 :ISSPC(t) =0,其中Issrc(t)为交流固态 功率控制器电流瞬时值； 其中，7种状态及相应的状态方程定义如下： 状态S1:关断态；S丨相应的状态方程为Eql:Issrc(t) =UO/IW;其中尺卿为交流固 态功率控制器关断态电阻值； 状态S2:导通态；S2相应的状态方程为Eq2:Issrc(t) = 其中1?_为交流固 态功率控制器导通态电阻值； 状态S3:限流态；S3相应的状态方程为Eq3:ISSpC(t) =VSSpC(t)/RUmiting;其中R Limiting^J 交流固态功率控制器限流态电阻值； 状态S4:零电压开通过程；S4相应的状态方程为Eq4 :Isspc(t) -Vsspc (t)/RSSPC (t) 其中Rssrc(t)表示交流固态功率控制器t时刻的电阻值； 状态S5:从导通态到零电流关断过程；S5相应的状态方程为Eq5 : 丄sspcQtj-VSSPC(.tj/KSSPC(.tj状态s6:从限流态到零电流关断过程；S6相应的状态方程为Eq6 :Isspc(t) -Vsspc (t)/RSSPC (t) 状态s7:短路故障时电流线性下降慢关断；S7相应的状态方程为Eq7 :实中Issre(t12)表示在S3状态下、短路故障慢关断指令从1 变化到〇的t12时刻的交流固态功率控制器电流瞬时值；Tf为用户设定的短路电流下降时 间。2.如权利要求1所述的交流固态功率控制器仿真模型，其特征在于数字逻辑部分（1) 包括：第一RS触发器（11)和第二RS触发器（14)，第一非门（15)，第一三输入与门（12)， 第一或门（13)，第二或门（16);交流固态功率控制器的开通/关断控制指令（CMD)连于第 一三输入与门（12)第一输入端和第一、第二RS触发器的置位端；短路故障保护关断模式设 置指令（S0MS)连于第一或门（13)的第一输入端和第一非门（15)的输入端；短路故障脉 冲逻辑信号（Sh〇rt_Trip)连于第二RS触发器（14)清零端，过流故障脉冲逻辑信号（0L_ Trip)连于第一RS触发器（11)清零端，第一RS触发器（11)的输出正端连于第一三输入与 门（12)的第二输入端，第一非门（15)的输出端连于第二或门（16)的第一输入端，第二RS 触发器（14)的输出正端连于第一或门（13)的第二输入端和第二或门（16)的第二输入端， 第一三输入与门（12)输出信号作为过零点开关指令（ZeroON/OFF)输出至阻抗状态转换部 分（4)，第二或门（16)输出信号作为短路故障慢关断指令（ShortOFF)输出至阻抗状态转换 部分（4)。
【专利摘要】本发明公开一种应用于电力系统建模和数字仿真的交流固态功率控制器的仿真模型。该交流固态功率控制器仿真模型不基于实际电路和元器件的仿真模型，采用混合信号状态机模型实现阻抗转换部分，定义了一系列状态和状态转换函数以及各状态下描述交流固态功率控制器输出电压、电流特性的状态方程，不但准确模拟了交流固态功率控制器在正常开通、正常关断、过载关断、短路故障两种关断模式等各个过程中的阻抗和电流的变化规律，而且能够保证较快的仿真速度。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105116759
【申请号】CN201510534618
【发明人】阮立刚, 王莉, 叶家瑜
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月27日