双路供电固体静态切换开关控制策略

（内蒙古自治区广播电视局正镶白851 台，内蒙古 锡林郭勒盟 013800）

在用于电压暂降抑制的双路供电固体静态切换开关工作原理的基础上，给出了兼备快速性和可靠性的电压暂降检测方法，利用dq 变换瞬时检测主供电回路及备用供电回路的电压有效值，经低通滤波器滤除噪声干扰，所得结果与敏感负荷暂降极限电压值比较决定切换指令的发送。在BBM 和MBB 切换控制策略的基础上，提出了综合考虑快速性和安全性的新型BBM 切换方法，通过检测晶闸管压降判断主电源侧晶闸管导通状况，依据导通状况分别控制备用电源侧各相不同方向的晶闸管，通过施加反向电压，强迫原导通晶闸管的快速关断，达到既不形成环流又能快速切换的目的。基于电磁暂态的数字仿真验证了所提切换控制策略的正确性及有效性。

一、三相双路供电SSTS 的主电路

三相双路供电SSTS 主电路如图1 所示。它包括主电源和备用电源侧的2 个晶闸管模块，这2 个晶闸管模块将负载接入主电源或备用电源。每个晶闸管模块由3 个晶闸管单元构成，相应地连接主电源或备用电源的A、B、C 三相。每个晶闸管单元由一对反并联晶闸管组成（如VPP1／VPN1 和VAP1／VAN1），以保证通过正、反向电流。旁路机械开关SPb 和SAb 分别与晶闸管模块A 和P 并联，当晶闸管模块退出运行时，由旁路机械开关给负载供电。隔离开关SM1p／SM2p和SM1a／SM2a 分别将2 个晶闸管模块从主电路中完全隔离出来，以方便晶闸管的检修、维护和测试。

二、双路供电SSTS 的工作原理

SSTS 是串联在电压暂降敏感负荷与主、备用电压之间的装置。正常运行时，主电源通过SSTS 的晶闸管模块P 给敏感负荷供电。当主电源发生电压暂降并且电压暂降的幅值超过敏感负载正常运行所能承受的限值时，SSTS 的控制系统发出切换指令，将敏感负荷切换至备用电源。SSTS 的控制系统主要由电压检测和投切控制2 部分组成。电压暂降检测的算法有很多，目前应用最多的检测算法有电压峰值检测法、傅里叶变换法、小波变换法和dq 变换法。其中dq 变换法能瞬时求出电压有效值，因此常用于实时性要求较高的用户电力装置，如有源电力滤波器（APF）、DVR 等。dq 坐标变换，即派克变换，其实质就是将静止的abc 坐标系变成按顺时针方向旋转的dq0 坐标系，其旋转角速度为三相电压中的基波角频率。经dq0 变换后，abc 坐标系下的三相对称正序基波电压分量转换为在dq0 坐标系下的直流分量，这为电压暂降的检测提供了方便。电压检测的方法就是基于dq 坐标变换的快速检测方法，根据检测得到的电压值和敏感负荷的电压暂降承受极限值，决定是否进行切换操作。首先将测量单元实时测量的主电源各相电压瞬时值进行dq 变换，经低通滤波器，滤除非直流分量。然后将变换得到的和代入式，计算出主电源的dq 坐标对应的电压值Udq_p。最后将Udq_p 与敏感负荷的电压暂降承受限值进行比较，如果Udq_p 大于负荷的承受限值，那么敏感负荷可以正常运行，电压检测系统不发送切换指令；如果Udq_p 小于负荷的承受限制，那么说明此时主电源的电压已不能维持该负荷的正常运行，SSTS 应该立即实行投切操作，由电压质量良好的备用电源给敏感负荷供电，因此电压检测系统发送切换指令。电压检测系统的另外一个任务是检测、计算备用电源的电压Udq_a，为切换控制做准备。切换控制是SSTS 控制系统的核心部分。如果SSTS 的控制系统出现问题，晶闸管模块P 和晶闸管模块A 同时被触发而使主、备用电源并联，此时主、备用电源之间会形成很大的环流，影响电网的稳定和设备的安全。BBM 控制方式是在即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零，晶闸管完全关断后，再触发即将投运的晶闸管模块。这种控制方式可以完全避免主、备用电源并联运行，保证电网和敏感负荷的安全运行；但SSTS 采用这种控制方式运行时，切换时间太长，会导致一些敏感负荷停运，从而限制了SSTS 的应用范围。目的是强制即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零，加快切换过程，缩短切换时间。对于SSTS 各种不同的切换控制策略，现提出一种全新、快速的MBB 切换控制方式。该控制策略通过监测晶闸管模块中各晶闸管的端电压,判断晶闸管中电流的极性，然后根据电流极性触发另外一个晶闸管模块中对应的晶闸管。切换控制是对各相分别进行控制，以A 相切换为例说明，B、C 控制方式相同。SSTS 切换控制系统接收到电压检测系统发出的切换指令后，切换控制系统判断备用电源的电压是否正常。当备用电源电压正常时，切换控制系统封锁晶闸管VPP1／VPN1的门极控制信号，而后根据VPP1／VPN1 的端电压upsa 极性，触发备用电源侧晶闸管VAP1 或VAN1。如果upsa>0，说明电流是由电源流向负荷，流经晶闸管VPP1，此时触发晶闸管VAP1。触发晶闸管VAP1 后，若备用电源电压的瞬时值高于主电源，那么在主、备用电源共同作用下晶闸管VPP1 上会被施加一个反向电压，强制晶闸管VPP1 中的电流减小，缩短了切换时间。当晶闸管VPP1 中的电流减小到零，主电源A 相被断开时，触发晶闸管VAN1，完成负荷的切换过程。如果upsa<0，控制方式相似。值得一提的是，采用MBB 控制方式，在切换过程中，各相电压的瞬时值等于主、备用电源电压瞬时值的平均值。因此，MBB 控制方式与BBM 控制方式相比，能缩短切换时间，减小电压暂降的幅值，但并不能完全消除电压暂降。切换过程完成之后，敏感负荷由电压质量相对较好的备用电源供电。如果主电源电压恢复正常供电，为了确保主电源完全恢复，SSTS 切换控制系统延时4～5 个周期，而后封锁晶闸管模块A 的门极触发信号，在各相电流过零点处触发晶闸管模块P。

总之，提出一种有效的SSTS 切换控制策略，该策略通过检测各相晶闸管端电压极性判断流过晶闸管电流的极性，进而控制相应的晶闸管投切，克服了传统控制策略以检测电流极性为依据的一些弊端，缩短了SSTS 装置的切换时间。