一种全关断过程的晶闸管宏模型及其实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种晶闸管模型及其控制方法，具体涉及一种全关断过程的晶闸管宏模型及其实现方法。晶闸管宏模型包括依次连接的主模块、控制模块和反向恢复模块，反向恢复模块与正向阻断恢复模块连接，正向阻断恢复模块包括二极管D4、控制开关SW2、受控电压源Egr和电阻Rgr；所述二极管D4的阴极与控制开关SW2的一端连接；所述受控电压源Egr与二极管D4的阳极连接；所述电阻Rgr与控制开关SW2的另一端连接；通过控制开关SW2逻辑判断比较关断角与晶闸管实时关断时间的大小。本发明采用在普通晶闸管宏模型中加入正向阻断恢复模块的方法，能完整反应晶闸管的关断过程，较准确地模拟晶闸管的各种工作状态和特性，有助于换流阀换相失败的研究。
【专利说明】一种全关断过程的晶闸管宏模型及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晶闸管模型及其控制方法，具体涉及一种全关断过程的晶闸管宏模型及其实现方法。
【背景技术】
[0002]晶闸管宏模型是以晶闸管外特性为基础，利用电路仿真软件中普通电气元器件构成的子电路来模拟特性。普通晶闸管宏模型以外特性为基础的集总参数电路和解析表达式构成，能反应晶闸管的开通、关断，反向恢复等工作特性；但是未对晶闸管的正向阻断恢复特性进行描述。而正向阻断恢复特性直接影响晶闸管关断过程的成败。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种全关断过程的晶闸管宏模型及其实现方法，本发明采用在普通晶闸管宏模型中加入正向阻断恢复模块的方法，能完整反应晶闸管的关断过程，准确地模拟晶闸管的各种工作状态和特性，有助于换流阀换相失败的研究。
[0004]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0005]本发明提供一种全关断过程的晶闸管宏模型，所述晶闸管宏模型包括依次连接的主模块、控制模块和反向恢复模块，其改进之处在于，所述反向恢复模块与正向阻断恢复模块连接，所述正向阻断恢复模块包括二极管D4、控制开关SW2、受控电压源E#和电阻R# ;所述二极管D4的阴极与控制开关SW2的一端连接；所述受控电压源E#与二极管D4的阳极连接；所述电阻R#与控制开关SW2的另一端连接；通过控制开关SW2逻辑判断比较关断角与晶闸管实时关断时间的大小。
[0006]进一步地，所述主模块包括反并联的二极管Dfc和二极管Dbf ;并联的电容Cf、电阻
&、受控电流源和二极管Don-受控电压源E1串联支路；二极管Don-受控电压源E1串联支路由串联的二极管Don和受控电压源E1组成；与二极管Dbf和二极管Don阴极和阳极同方向；
[0007]所述控制模块包括并联的受控电流源Irc、电容Con、二极管D1-直流电压源V1串联支路和二极管D2 ;二极管D1-电压源V1串联支路由串联的二极管D1和直流电压源V1组成；所述二极管D1和二极管D2的阴极和阳极反方向；
[0008]所述反向恢复模块包括二极管03-控制开关SW1串联支路；所述受控电压源Err与二极管D3的阳极连接；电阻Rrr与控制开关SW1的一端连接；二极管D3-控制开关SW1串联支路由串联的二极管D3和控制开关SW1 ;所述二极管的D3的阴极和电容Crr均与控制开关Sff1的另一端连接；
[0009]在主模块和控制模块之间连接有二极管Deil和直流电压源Eeil串联支路；所述二极管Deil和电压源Eeil串联支路由串联的二极管Deil和直流电压源Eeil组成。
[0010]本发明还提供一种全关断过程的晶闸管宏模型的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:[0011](I)建立正向阻断恢复模块，比较晶闸管关断角与晶闸管关断时间t,的大小；
[0012](2)产生正向阻断恢复电流Igr ；
[0013](3)控制晶闸管在重新施加正向电压时的工作状态；
[0014](4)若晶闸管已经正向导通，则控制开关复断开状态。
[0015]进一步地，所述步骤(1)中，通过正向阻断恢复模块中的控制开关SW2逻辑判断比较晶闸管关断角与晶闸管实时关断时间tq的大小；当关断角小于晶闸管实时关断时间tq，即晶闸管在重新施加正向电压时未完成正向阻断恢复过程时，控制开关SW2闭合；当关断角小于晶闸管实时关断时间t,时，正向阻断恢复控制电流1#=0，受控电流源Irc〈0，晶闸管维持关断状态，维持控制开关SW2断开状态。
[0016]进一步地，所述步骤(2)中，控制开关SW2闭合，受控电压源Eg,对电阻Rg,放电，产生正向阻断恢复控制电流Iy进而使受控电流源Irc>0，Uctrl=O, E1=O,晶闸管在重新施加正向电压时导通；晶闸管导通后，控制开关SW2断开，则受控电压源E#对电阻Rg充电，不产生正向阻断恢复控制电流1-
[0017]进一步地，所述步骤(3)中，利用控制模块中的受控电流源Irc的电流运算，控制晶闸管在重新施加正向电压时的工作状态；
[0018]控制模块中V1为IV的直流电压源，用以提供控制模块电压Uetrt=I的值洱为电压控制的受控电压源，则:
[0019]E1 = Uak.Uctrl ①；
[0020]由上式可知，当Uctrl=O时E1=O,晶闸管导通；当Uctrl=I时E1=Uffi,晶闸管关断；控制模块利用电流控制的受控电流源Irc对各支路电流的运算来实现对Urfri的控制；Irc如下式所示:
[0021]Ifc = Ig+ a (If-1L) +Ir+Igr ②；
[0022]Uak为主模块中A和K两点之间的电压山表示二极管Deil和直流电压源Eeil串联支路的电流；α是半试验系数，其值介于O和I之间；If为晶闸管正向电流:
[0023]If — IAK+1 Cf+1 Dbf+1RL ③；
[0024]其中二极管Dm和受控电压源E1串联支路的电流；Irf为电容Cf支路的电流；Iiw为二极管Dbf支路的电流；k为电阻&支路的电流；
[0025]込为晶闸管的擎住电流，为常量，取决于晶闸管自身特性山为晶闸管反向电流:
[0026]Ir = Irr+IDbr ④；
[0027]其中:1?为受控电流源的电流；Ilta为二极管Dfc支路的电流；I#为正向阻断恢复控制电流，表示电阻R#支路的电流；
[0028]当Irc>0，将对电容Cm充电，当Cm充电到上负下正时，Uetal=O,晶闸管导通；反之不导通。
[0029]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0030]本发明采用在普通晶闸管宏模型中加入正向阻断恢复模块的方法，能完整反应晶闸管的关断过程，准确地模拟晶闸管的各种工作状态和特性，有助于换流阀换相失败的研究。具体的:
[0031]1、本发明采用正向阻断恢复模块来模拟晶闸管的正向阻断恢复过程，可直观得到晶闸管在关断后任意时刻施加正向电压时，其电压电流的变化情况。[0032]2、本发明采用支路电流计算和逻辑运算控制的方法，使描述的晶闸管正向阻断恢复特性更加精确可靠。
[0033]3，本发明提供的晶闸管宏模型可根据不同晶闸管的实际关断特性，灵活设计参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明提供的晶闸管宏模型结构图；
[0035]图2是本发明提供的关断时间为600us时，晶闸管开通、关断及施加正压全过程的电压电流波形；；
[0036]图3是本发明提供的关断时间为SOOus时，晶闸管开通、关断及施加正压全过程的电压电流波形。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0038]本发明采用在普通晶闸管宏模型中加入正向阻断恢复模块的方法，能完整反应晶闸管的关断过程，准确地模拟晶闸管的各种工作状态和特性，有助于换流阀换相失败的研究。
[0039]本发明一种全关断过程的晶闸管宏模型，其结构图如图1所示，所述晶闸管宏模型包括依次连接的主模块、控制模块和反向恢复模块，其特征在于，所述反向恢复模块与正向阻断恢复模块连接，所述正向阻断恢复模块包括二极管D4、控制开关SW2、受控电压源E#和电阻R# ;所述二极管D4的阴极与控制开关SW2的一端连接；所述受控电压源E#与二极管D4的阳极连接；所述电阻R#与控制开关SW2的另一端连接；通过控制开关SW2逻辑判断比较关断角与晶闸管实时关断时间的大小。
[0040]主模块包括反并联的二极管Dfc和二极管Dbf ;并联的电容Cf、电阻&、受控电流源Irr和二极管Don-受控电压源E1串联支路；二极管Don-受控电压源E1串联支路由串联的二极管Don和受控电压源E1组成；与二极管Dbf和二极管Don阴极和阳极同方向；
[0041 ] 所述控制模块包括并联的受控电流源Irc、电容Con、二极管D1-直流电压源V1串联支路和二极管D2 ;二极管D1-电压源V1串联支路由串联的二极管D1和直流电压源V1组成；所述二极管D1和二极管D2的阴极和阳极反方向；
[0042]所述反向恢复模块包括二极管03-控制开关SW1串联支路；所述受控电压源Err与二极管D3的阳极连接；电阻Rrr与控制开关SW1的一端连接；二极管D3-控制开关SW1串联支路由串联的二极管D3和控制开关SW1 ;所述二极管的D3的阴极和电容Crr均与控制开关Sff1的另一端连接；
[0043]在主模块和控制模块之间连接有二极管Deil和直流电压源Eeil串联支路；所述二极管Deil和电压源Eeil串联支路由串联的二极管Deil和直流电压源Eeil组成。
[0044]控制模块中的受控电流源Irc的电流运算，控制晶闸管在重新施加正向电压时的工作状态；
[0045]控制模块中V1为IV的直流电压源，用以提供控制模块电压Urtrt=I的值洱为电压控制的受控电压源，则:[0046]E1 = Uak.Uctrl ①；
[0047]由上式可知，当IW1=O时E1=O,晶闸管导通；当Uctrl=I时E1=Uffi,晶闸管关断；控制模块利用电流控制的受控电流源Irc对各支路电流的运算来实现对Urfri的控制；Irc如下式所示:
[0048]Ifc = Ig+ a (If-1L) +Ir+Igr ②；
[0049]Uak为附图1主模块中A和K两点之间的电压山表示二极管Dcd和直流电压源Ecd串联支路的电流；α是半试验系数，其值介于O和I之间；If为晶闸管正向电流:
[0050]If — IAK+1 Cf+1 Dbf+1RL ③；
[0051]Iffi为二极管Dm和受控电压源E1串联支路的电流Jcf为电容Cf支路的电流；IDbf为二极管Dbf支路的电流；I&为电阻&支路的电流；
[0052]込为晶闸管的擎住电流，为一常量，取决于晶闸管自身特性山为晶闸管反向电流:
[0053]Ir = Irr+IDbr ④；
[0054]Irr为受控电流源的电流；IDfc为二极管Dfc支路的电流；Igr为正向阻断恢复控制电流，表示电阻R#支路的电流。当IFC>0，将对电容Cm充电，当Cm充电到上负下正时，Uctrl=O,晶闸管导通；反之不导通。
[0055]正向阻断恢复模块中SW2为控制开关。当关断角小于晶闸管关断时间t,时，即在重新施加正向电压时晶闸管不能完成正向阻断恢复过程时。控制开关SW2闭合，受控电压源Egr对电阻R#放电，产生正向阻断恢复控制电流I#，进而使受控电流源Irc>0，Uctrl=O, E1=O,晶闸管在重新施加正向电压时导通。晶闸管导通后，控制开关SW2则断开。若关断角大于晶闸管的实时关断时间t,时，即在重新施加正压时刻，晶闸管已恢复正向电压阻断能力，则控制开关SW2维持断开状态，正向阻断恢复控制电流lgr=0，受控电流源Irc〈0，晶闸管维持关断状态。其中关断时间为600US和800US时，晶闸管开通、关断及施加正压全过程的电压电流波形分别如图2和3所示。
[0056]本发明在晶闸管宏模型加入了正向阻断恢复模块，使之能完整和准确地描述晶闸管的关断过程。
[0057]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种全关断过程的晶闸管宏模型，所述晶闸管宏模型包括依次连接的主模块、控制模块和反向恢复模块，其特征在于，所述反向恢复模块与正向阻断恢复模块连接，所述正向阻断恢复模块包括二极管D4、控制开关SW2、受控电压源E#和电阻R# ;所述二极管D4的阴极与控制开关SW2的一端连接；所述受控电压源E#与二极管D4的阳极连接；所述电阻R#与控制开关另一端连接；通过控制开关SW2逻辑判断比较关断角与晶闸管实时关断时间的大小。
2.如权利要求1所述的晶闸管宏模型，其特征在于，所述主模块包括反并联的二极管Dbr和二极管Dbf ;并联的电容Cf、电阻&、受控电流源和二极管Don-受控电压源E1串联支路；二极管Don-受控电压源E1串联支路由串联的二极管Don和受控电压源E1组成；与二极管Dbf和二极管Don阴极和阳极同方向； 所述控制模块包括并联的受控电流源Irc、电容Con、二极管D1-直流电压源V1串联支路和二极管D2 ;二极管D1-电压源V1串联支路由串联的二极管D1和直流电压源V1组成；所述二极管D1和二极管D2的阴极和阳极反方向； 所述反向恢复模块包括二极管03-控制开关SW1串联支路；所述受控电压源Err与二极管D3的阳极连接；电阻Rrr与控制开关SW1的一端连接；二极管D3-控制开关SW1串联支路由串联的二极管D3和控制开关SW1 ;所述二极管的D3的阴极和电容Crr均与控制开关SW1的另一端连接； 在主模块和控制模块之间连接有二极管Deil和直流电压源Eeil串联支路；所述二极管Deil和电压源Eeil串联支路由串联的二极管Deil和直流电压源Eeil组成。
3.—种如权 利要求1-2中任一项所述的全关断过程的晶闸管宏模型的实现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: (O建立正向阻断恢复模块，比较晶闸管关断角与晶闸管关断时间t,的大小； (2)产生正向阻断恢复电流Igr； (3)控制晶闸管在重新施加正向电压时的工作状态； (4)若晶闸管已经正向导通，则控制开关SW2恢复断开状态。
4.如权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(1)中，通过正向阻断恢复模块中的控制开关SW2逻辑判断比较晶闸管关断角与晶闸管实时关断时间t,的大小；当关断角小于晶闸管实时关断时间t,，即晶闸管在重新施加正向电压时未完成正向阻断恢复过程时，控制开关SW2闭合；当关断角小于晶闸管实时关断时间t,时，正向阻断恢复控制电流1#=0，受控电流源Irc〈0，晶闸管维持关断状态，维持控制开关SW2断开状态。
5.如权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制开关SW2闭合，受控电压源E#对电阻R#放电，产生正向阻断恢复控制电流I#，进而使受控电流源Irc>0，Uctrl=OiE1=O,晶闸管在重新施加正向电压时导通；晶闸管导通后,控制开关SW2断开,则受控电压源E#对电阻Rg充电，不产生正向阻断恢复控制电流1-
6.如权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(3)中，利用控制模块中的受控电流源Irc的电流运算，控制晶闸管在重新施加正向电压时的工作状态； 控制模块中V1为IV的直流电压源，用以提供控制模块电压Urtrt=I的值洱为电压控制的受控电压源，则:
E1 = Uffi.Uctrl ①；由上式可知，当Uetrt=O时E1=O,晶闸管导通；当Uctrl=I时E1=Uffi,晶闸管关断；控制模块利用电流控制的受控电流源Irc对各支路电流的运算来实现对Urfri的控制；Irc如下式所示:
Ifc = Ig+a (If-11)+Ir+Igr ②； Uak为主模块中A和K两点之间的电压；Ie表示二极管Deil和直流电压源Eeil串联支路的电流；α是半试验系数，其值介于O和I之间；If为晶闸管正向电流:
If — IAK+1 Cf+1Dbf+1RL ③； 其中:IAK为二极管Dm和受控电压源E1串联支路的电流；Irf为电容Cf支路的电流；IDbf为二极管Dbf支路的电流；I&为电阻&支路的电流； 込为晶闸管的擎住电流，为常量，取决于晶闸管自身特性山为晶闸管反向电流:
Ir = Irr+IDbr ④； 其中:1?为受控电流源的电流；I lto为二极管Dfc支路的电流；I#为正向阻断恢复控制电流，表示电阻R#支路的电流； 当Irc>0，将对电容Cm充电，当Cm充电到上负下正时，Urtrt=O,晶闸管导通；反之不导通。
【文档编号】G06F17/50GK103838934SQ201410102811
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】阳岳希, 许韦华, 魏晓光, 査鲲鹏 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司