一种基于全控器件的SSTS切换开关装置及其控制方法与流程

一种基于全控器件的ssts切换开关装置及其控制方法
技术领域
1.本技术属于电压转换开关技术领域，具体涉及一种基于全控器件的ssts切换开关装置及其控制方法。


背景技术：

2.随着高端制造业的飞速发展，通讯、医疗等各行各业对电源连续供电的要求越来越高，对供电可高性的要求也日趋强烈，在这种前提下，对关键负荷供电过程中双路电源的快速切换就尤为重要。近年来，固态切换开关(solid state transfer switch，ssts)作为新型定制电力配套产品越来越广泛的应用在电网重要负荷的供电中。一般使用的ssts采用可控硅整流器(silicon controlled rectifier，scr)装置，通过将控制信号加在scr的栅极端子上，使它们进入导通状态。并根据主电源和备用电源的状态对它们进行换向。ssts可降低双路电源切换情况下关键供电负荷失电的风险，大大提高了关键负荷的供电可靠性。
3.一般而言，主电源关断和备用电源的接通间隔越小越好。受限于scr无法自然换向关断特性，常规ssts的典型切换时间一般在5ms-10ms之间，在负载串联变压器的系统中，切换过程往往伴随变压器直流磁通增大引起的变压器饱和，切换时间会更长、甚至无法切换。同时，如果利用全控器件直接替换scr，成本又太高，无法进行大规模推广和应用。


技术实现要素：

4.为此，本技术提供一种基于全控器件和机械开关切换模块的ssts切换开关装置及其控制方法，旨在解决目前固态切换开关电源切换时间长、无法有效分断直流分量电流，可靠性较低且成本较高的问题。
5.为实现以上目的，本技术采用如下技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种基于全控器件的ssts切换开关装置，包括控制器、主电源、备用电源、igbt全控器件和电源切换模块；所述控制器的输入端分别与主电源和备用电源连接，所述igbt全控器件与控制器的输出端连接；所述主电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载；所述备用电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载。
7.进一步地，所述igbt全控器件包括第一igbt全控器件和第二igbt全控器件，第一igbt全控器件的输入端与所述电源切换模块连接，第二igbt全控器件的输入端与第一igbt全控器件的输出端连接；第二igbt全控器件的输出端连接负载；所述控制器的输出端分别与第一igbt全控器件和第二igbt全控器件连接。
8.进一步地，所述电源切换模块具体为第一开关k1和第二开关k2。
9.进一步地，所述电源切换模块具体为第一开关k1和第二开关k2时，所述第一开关k1的两端分别与主电源和igbt全控器件连接；所述第二开关k2的两端分别与备用电源和igbt全控器件连接。
10.进一步地，所述第一开关k1的常态为合闸。
11.进一步地，所述第二开关k2的常态为分闸。
12.进一步地，所述第一开关k1和第二开关k2均采用低压电磁斥力机械开关。
13.第二方面，本技术提供一种基于全控器件的ssts切换开关装置的控制方法，所述方采用第一方面任一项所述基于全控器件的ssts切换开关装置实现，所述控制方法包括：
14.s1：将第一开关k1合闸，第二开关k2分闸，导通igbt全控器件，利用主电源通过第一开关k1和igbt全控器件给负载供电；
15.s2：检测到主电源发生故障后，igbt全控器件闭锁，分闸第一开关k1；
16.s3：第一开关k1分闸完成后，合闸第二开关k2，同时解锁igbt全控器件；当第二开关k2完成合闸后，利用备用电源通过第二开关k2和igbt全控器件给负载供电。
17.本技术采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
18.通过本技术提供的基于全控器件的ssts切换开关装置，其包括控制器、主电源、备用电源、igbt全控器件和电源切换模块；所述控制器的输入端分别与主电源和备用电源连接，所述igbt全控器件与控制器的输出端连接；所述主电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载；所述备用电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载。在该装置结构下，本技术方案通过电源切换模块来替换常规ssts的scr、外加igbt全控器件对电路导通进行控制，能避免外界环境的影响，在主电源发生故障时快速切换备用电源来对负载进行供电，缩短了开关的切换时间，提高了供电可靠性的同时又降低设备成本
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
21.图1是基于全控器件的ssts切换开关装置示意图；
22.图2是根据一示例性实施例示出的采用低压电磁斥力机械开关的ssts切换开关装置示意图；
23.图3是根据一示例性实施例示出的ssts切换开关装置正常运行示意图；
24.图4是根据一示例性实施例示出的ssts切换开关装置故障运行示意图；
25.图5是根据一示例性实施例示出的ssts切换开关装置电源切换示意图；
26.图6是基于全控器件的ssts切换开关装置的控制方法流程图。
具体实施方式
27.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
28.请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种基于全控器件的ssts切换开关装置的示意图，如图1所示，该装置包括控制器、主电源、备用电源、igbt全控器件和电源切换模块；所述控制器的输入端分别与主电源和备用电源连接，所述igbt全控器件与控制器的输出端连接；所述主电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载；所述备用电源依次通过所述电源切换模块、igbt全控器件串联至负载。其中，控制器具有输入端，用以接收代表该主电源和备用电源的电压电平v1、v2，根据v1、v2来判断主电源和备用电源的运行状态。
29.进一步地，在一个实施例中，所述igbt全控器件包括第一igbt全控器件和第二igbt全控器件，第一igbt全控器件的输入端与所述电源切换模块连接，第二igbt全控器件的输入端与第一igbt全控器件的输出端连接；第二igbt全控器件的输出端连接负载；所述控制器的输出端分别与第一igbt全控器件和第二igbt全控器件连接。本技术方案经过试验核算，如果在ssts切换开关中利用全控器件直接替换scr部件，所需要的全控器件数量至少为6组，这无疑增加了设备成本。而在本技术方案的装置结构设计下，全控器件的数量只有3组，避免了利用全控器件直接替换scr成本太高且无法进行大规模推广和应用的问题。
30.具体的，本技术方案中的电源切换模块具体为第一开关k1和第二开关k2，具体可根据装置的实际需求选择。
31.进一步地，在一个实施例中，如图2所示，电源切换模块具体为第一开关k1和第二开关k2时，第一开关k1的两端分别与主电源和igbt全控器件连接；第二开关k2的两端分别与备用电源和igbt全控器件连接。其中，第一开关k1的常态为合闸。第二开关k2的常态为分闸。
32.具体的，本技术方案中，第一开关k1和第二开关k2均采用低压电磁斥力机械开关。目前igbt全控器件的解锁、闭锁时间为us级，按照低压电磁斥力机械开关分闸2ms、合闸2ms计算，无论负载系统是否配置变压器，本技术方案设计的基于全控器件的ssts切换开关装置的切换时间均能够控制在5ms以内。相较于现有常规的ssts开关明显缩短了电源的切换时间。此外，在实际应用中，如果第一开关k1和第二开关k2采用联动设计，本技术方案设计ssts切换开关装置的切换时间能够控制在3ms以内，可进一步缩短电源切换时间。
33.其中，如下图3所示，正常运行时，第一开关k1合闸、第二开关k2分闸，igbt全控器件导通。主电源通过第一开关k1和igbt全控器件给负载供电。
34.在控制器检测到主电源发生故障后，如图4所示，先将igbt全控器件闭锁，随后分闸第一开关k1。igbt全控器件闭锁后，负载短时供电中断，因此第一开关k1执行无弧分断，分闸时间和绝缘电压建立时间只取决于第一开关k1的动作时间，不受外界环境影响。
35.如图5所示，在第一开关k1分闸完成后，合闸第二开关k2、同时解锁全控器件igbt，当第二开关k2完成合闸后，负载供电恢复。备用电源通过第二开关k2和igbt全控器件给负载供电。
36.具体的，请参照请参阅图6，图6是根据一示例性实施例示出的一种开关电源保护电路控制方法的示意图，所述控制方法采用本技术方案提供的基于全控器件的ssts切换开关装置实现，所述控制方法包括：
37.s1：将第一开关k1合闸，第二开关k2分闸，导通igbt全控器件，利用主电源通过第一开关k1和igbt全控器件给负载供电；
38.s2：检测到主电源发生故障后，igbt全控器件闭锁，分闸第一开关k1；
39.s3：第一开关k1分闸完成后，合闸第二开关k2，同时解锁igbt全控器件；当第二开关k2完成合闸后，利用备用电源通过第二开关k2和igbt全控器件给负载供电。
40.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
41.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。
42.应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
43.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
44.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
45.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
46.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
47.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。