專利名稱：一種tsc型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置及觸發(fā)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TSC型觸發(fā)裝置及觸發(fā)控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于電網(wǎng)容量的增加，對(duì)電網(wǎng)無功要求也日益增加。解決好電網(wǎng)無功補(bǔ)償問題，提高功率因數(shù)，以降低線損，節(jié)約能源，挖掘發(fā)供電設(shè)備的潛力，是當(dāng)前各國電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，輸電線路、高壓配電網(wǎng)和低壓用戶的三大部分的線損中，低壓用戶的線損最大，大量的無功功率嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，增大了線路的電失和電能損耗，嚴(yán)重影響著能源、制造等相關(guān)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，無功功率補(bǔ)償對(duì)改善電能質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓意義重大。由于低壓配電建設(shè)滯后，網(wǎng)架薄弱、設(shè)施老化、線路線徑小，配電變壓器大部份為高能耗變壓器，所以電力部門大力推廣低壓無功就地補(bǔ)償裝置。低壓補(bǔ)償是直接對(duì)輸電線路和用電負(fù)荷進(jìn)償，效果比較理想。
目前，在電力系統(tǒng)和工業(yè)系統(tǒng)中，較多采用無源電力濾波裝置和晶閘管控制電抗器裝置，例如申請(qǐng)?zhí)枮?00820032974.8的中國實(shí)用新型專利，其公開了一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，該系統(tǒng)可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償、抑制電壓波動(dòng)和提高功率因數(shù)，但無源電力濾波裝置只能補(bǔ)償固定的無功功率，晶閘管控制電抗器裝置在工作中產(chǎn)生的感性無功電流會(huì)被固定電容中的容性無功電流抵消掉，容易造成器件和容量的浪費(fèi)，并且由于輸配電線路和負(fù)荷多呈現(xiàn)感性，因此在電力系統(tǒng)中多采用電容進(jìn)行補(bǔ)償。
晶閘管投切電容器組(Thyristor Switched capacitor簡稱TSC),在解決電網(wǎng)穩(wěn)定性以及配電電能質(zhì)量等問題中發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用，其中，TSC是Thyristor SwitchedCapacitor的縮寫，以下簡稱TSC。選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻觸發(fā)晶閘管，使電容器的投入不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，是設(shè)計(jì)TSC控制電路中最為關(guān)鍵的技術(shù)。選取合適的觸發(fā)時(shí)刻總的原則是，TSC投入電容時(shí)，也就是晶閘管開通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器殘壓的幅值和相位相同。這是由于若投入時(shí)刻電容上的電壓與系統(tǒng)電壓不相等，將會(huì)導(dǎo)致電容上的電壓發(fā)生突變，根據(jù)電容器的特性，會(huì)造成很大的沖擊電流，很可能破壞晶閘管或給電源帶來高頻振蕩等不良影響。但是無論投入前電容器充電電壓(也稱殘壓)是多少，其往往都是不易測量的，所以必須通過其他一些方法來選取合適的開關(guān)時(shí)刻。
由于TSC無功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)大多數(shù)為諧波電流比較嚴(yán)重的場合，而諧波電流會(huì)引起電壓畸變，特別是在煤炭、冶煉、化工等行業(yè)尤為嚴(yán)重。因此如果采用簡單的過零比較器產(chǎn)生檢測信號(hào)，就會(huì)出現(xiàn)檢測方波信號(hào)在電網(wǎng)電壓零點(diǎn)附近多次電平跳躍現(xiàn)象，從而導(dǎo)致程序混亂，造成晶閘管閥誤觸發(fā)，嚴(yán)重的時(shí)候可能使晶閘管閥損壞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有TSC無功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)出現(xiàn)檢測方波信號(hào)在電網(wǎng)電壓零點(diǎn)附近多次電平跳躍現(xiàn)象的問題，提供了一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置及觸發(fā)控制方法。
一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，該觸發(fā)裝置包括A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置，且A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)完全相同，其中，A相觸發(fā)裝置包括檢測單元、邏輯處理單元、觸發(fā)單元一和觸發(fā)單元二；
所述檢測單元用于檢測待觸發(fā)的晶閘管功率單元的一號(hào)電壓信號(hào)和二號(hào)電壓信號(hào)；所述一號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元兩端的電壓正向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元的電壓；
所述二號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元兩端的電壓反向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元的電壓；
所述晶閘管功率單元的一號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元的一號(hào)電壓信號(hào)的輸入端;
所述晶閘管功率單元的二號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元的二號(hào)電壓信號(hào)的輸入端;
所述檢測單元的脈沖信號(hào)輸出端連接邏輯處理單元的脈沖信號(hào)輸入端；所述邏輯處理單元的兩個(gè)投切信號(hào)輸出端分別連接觸發(fā)單元一的投切信號(hào)輸入端和觸發(fā)單元二的投切信號(hào)輸入端；
觸發(fā)單元一的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元的一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端;
觸發(fā)單元二的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元的另一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端;
所述觸發(fā)單元一和觸發(fā)單元二的結(jié)構(gòu)相同。
應(yīng)用一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法，所述A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法相同，該A相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法的實(shí)現(xiàn)過程為:
檢測單元所采集到的晶閘管功率單元兩端的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過檢測單元進(jìn)行整形和濾波后，輸出濾波后的電壓信號(hào)至邏輯處理單元；邏輯處理單元對(duì)該濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷:
當(dāng)晶閘管功率單元兩端的電壓為正半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元輸出投切信號(hào)AC2給觸發(fā)單元二 ；該觸發(fā)單元二輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元的二號(hào)晶閘管；二號(hào)晶閘管承受反向電壓不導(dǎo)通，此時(shí)一號(hào)晶閘管承受正向電壓，門極AGl信號(hào)存在,一號(hào)晶閘管導(dǎo)通；
當(dāng)晶閘管功率單元兩端的電壓為正半周期過零點(diǎn)時(shí)，二號(hào)晶閘管導(dǎo)通；此時(shí)一號(hào)晶閘管承受反相偏置電壓關(guān)斷；
當(dāng)在晶閘管功率單元兩端的電壓為負(fù)半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元輸出投切信號(hào)ACl給觸發(fā)單元一；該觸發(fā)單元一輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元的一號(hào)晶閘管；一號(hào)晶閘管承受反向電壓不導(dǎo)通，此時(shí)二號(hào)晶閘管承受正向電壓，門極AG2信號(hào)存在,二號(hào)晶閘管導(dǎo)通；
當(dāng)晶閘管功率單元兩端的電壓為負(fù)半周期過零點(diǎn)時(shí)，一號(hào)晶閘管導(dǎo)通；此時(shí)二號(hào)晶閘管承受反相偏置電壓關(guān)斷。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):該觸發(fā)裝置以控制單元中的邏輯處理單元(CPLD)作為邏輯運(yùn)算核心，充分利用電力電子元件的自身特點(diǎn)，采用反相觸發(fā)和強(qiáng)制提前觸發(fā)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)了過零導(dǎo)通的投切開關(guān)、同時(shí)避免了自觸發(fā)過程中的沖擊和波動(dòng)，可不用考慮電容殘壓，進(jìn)行無沖擊電流的頻繁投切。強(qiáng)制提前觸發(fā)模式使晶閘管保持持續(xù)導(dǎo)通，降低了控制器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通過電壓過零前的電壓帶的檢測替代一個(gè)電壓點(diǎn)的檢測，讓檢測更加容易和準(zhǔn)確，提高了投切的準(zhǔn)確性。避免了檢測電路采樣比較等繁瑣的環(huán)節(jié)，使得整個(gè)觸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)簡捷、可靠性高、電路簡單，進(jìn)而降低了產(chǎn)品的成本，并且可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，有效地降低電能損失。


圖1是本發(fā)明所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置的A相觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是投切電力電容器的晶閘管觸發(fā)裝置確定的投入時(shí)刻相位圖，圖中U為晶閘管功率單元兩端的電壓，20ms為一個(gè)電網(wǎng)電壓周期；在電網(wǎng)電壓是正半周期接近零點(diǎn)時(shí)，即Oms附近，VT2承受反向電壓，此時(shí)給VT2發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；當(dāng)在電網(wǎng)電壓是負(fù)半周期接近零點(diǎn)時(shí)，即IOms附近，VTl承受反向電壓，此時(shí)給VTl發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。
圖3是晶閘管功率單兀不意圖，圖中AKl和AK2為反并聯(lián)晶閘管的兩端，AGl和AG2分別為晶閘管VTl和晶閘管VT2的門極；
圖4是CPLD芯片的引腳示意圖5是光耦電路組件的電路原理圖6是邏輯門電路1-2的電路原理圖7是觸發(fā)電路一的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一:下面結(jié)合圖1、圖3和圖5說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，該觸發(fā)裝置包括A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置，且A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)完全相同，其中，A相觸發(fā)裝置包括檢測單元1、邏輯處理單元2、觸發(fā)單元一 3和觸發(fā)單元二 4 ；
所述檢測單元I用于檢測待觸發(fā)的晶閘管功率單元5的一號(hào)電壓信號(hào)和二號(hào)電壓信號(hào)；所述一號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元5兩端的電壓正向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元5的電壓；
所述二號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元5兩端的電壓反向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元5的電壓；
所述晶閘管功率單元5的一號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元I的一號(hào)電壓信號(hào)的輸入端；
所述晶閘管功率單元5的二號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元I的二號(hào)電壓信號(hào)的輸入端；
所述檢測單元I的脈沖信號(hào)輸出端連接邏輯處理單元2的脈沖信號(hào)輸入端；所述邏輯處理單元2的兩個(gè)投切信號(hào)輸出端分別連接觸發(fā)單元一3的投切信號(hào)輸入端和觸發(fā)單元二 4的投切信號(hào)輸入端；
觸發(fā)單元一 3的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元5的一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端;
觸發(fā)單元二 4的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元5的另一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端；
所述觸發(fā)單元一 3和觸發(fā)單元二 4的結(jié)構(gòu)相同。
本實(shí)施方式中所述的晶閘管功率單元5是采用兩個(gè)反并聯(lián)的一號(hào)晶閘管VTl和二號(hào)晶閘管VT2實(shí)現(xiàn)的。
具體實(shí)施方式
二:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的檢測單元I包括光耦電路組件1-1和邏輯門電路1-2 ；
檢測單元I檢測的待觸發(fā)晶閘管功率單元5的一號(hào)電壓信號(hào)的輸出端與光耦電路組件1-1的一號(hào)電壓信號(hào)的輸入端連接；
檢測單元I檢測的待觸發(fā)晶閘管功率單元5的二號(hào)電壓信號(hào)的輸出端與光耦電路組件1-1的二號(hào)電壓信號(hào)的輸入端連接；
光I禹電路組件1-1的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸出端連接邏輯門電路1-2的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸入端；
光耦電路組件1-1的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸出端連接邏輯門電路1_2的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸入端；
邏輯門電路1-2輸出脈沖信號(hào)給邏輯處理單元2。
具體實(shí)施方式
三:下面結(jié)合圖1和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的邏輯處理單元2是采用可編程邏輯器件CPLD實(shí)現(xiàn)的。
具體實(shí)施方式
四:下面結(jié)合圖1和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一和實(shí)施方式二所作的進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的光耦電路組件1-1包括二十號(hào)電阻R20、二十二號(hào)電阻R22、第一光耦電路1-1-1和第二光耦電路1_1_2 ；
所述第一光稱電路1-1-1包括一號(hào)光電稱合器U4、二十三號(hào)電阻R23和二十四號(hào)電阻R24 ；
所述第二光稱電路1-1-2包括二號(hào)光電稱合器U6、二十六號(hào)電阻R26和二十七號(hào)電阻R27 ；
所述晶閘管功率單兀5的一號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接二十號(hào)電阻R20的一端，該二十號(hào)電阻R20的另一端同時(shí)連接一號(hào)光電稱合器U4信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極和二號(hào)光電耦合器U6信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極；
所述晶閘管功率單元5的二號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接二十二號(hào)電阻R22的一端，該二十二號(hào)電阻R22的另一端同時(shí)連接一號(hào)光電稱合器U4信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極和二號(hào)光電稱合器U6信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極；
所述一號(hào)光電稱合器U4信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十三號(hào)電阻R23后輸出一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl給邏輯門電路1-2 ；
所述一號(hào)光電I禹合器U4信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十四號(hào)電阻R24后連接電源地；
所述光耦電路U4輸出側(cè)光敏三極管的集電極連接電源Vccl ；
所述二號(hào)光電I禹合器U6信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十六號(hào)電阻R26后輸出二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2給邏輯門電路1-2 ；
所述二號(hào)光電稱合器U6信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十七號(hào)電阻R27后連接電源地；
所述二號(hào)光電稱合器U6輸出側(cè)光敏三極管的集電極連接電源Vccl。
在本實(shí)施方式中，當(dāng)電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值與電容殘壓相等時(shí)，晶閘管功率單元5上電壓為零，光電耦合器U4在晶閘管功率單元5兩端的電壓正向過零時(shí)導(dǎo)通，這時(shí)一號(hào)光電耦合器U4輸出一號(hào)脈沖信號(hào)AJVT1, 二號(hào)光電f禹合器U6在晶閘管功率單兀5兩端的電壓反向過零時(shí)導(dǎo)通,這時(shí)二號(hào)光電稱合器U6輸出二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2。所述的一號(hào)光電稱合器U4和二號(hào)光電耦合器U6實(shí)現(xiàn)了電路的電氣隔離和方波整形。
具體實(shí)施方式
五:下面結(jié)合圖1和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一和實(shí)施方式二所作的進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的邏輯門電路1-2包括與門電路U5、十七號(hào)電阻R17、十九號(hào)電阻R19、二十八號(hào)電阻R28、二十九號(hào)電阻R29、二號(hào)電容C2和三號(hào)電容C3 ；
所述與門電路U5為型號(hào)是74HC08的與門電路，用于將由光耦電路組件1_1輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行整形和濾波；
所述光I禹電路組件1-1的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸出端連接與門電路U5的引腳I和引腳2，該與門電路U5的3號(hào)引腳經(jīng)過十九號(hào)電阻R19后同時(shí)連接二號(hào)電容C2的一端、十七號(hào)電阻R17的一端、與門電路U5的引腳12和與門電路U5的引腳13 ；
所述二號(hào)電容C2的另一端同時(shí)連接十七號(hào)電阻R17的另一端和電源地；
所述光耦電路組件1-1的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸出端連接與門電路U5的引腳4和引腳5，該與門電路U5的引腳6經(jīng)過二十八號(hào)電阻R28后同時(shí)連接三號(hào)電容C3的一端、二十九號(hào)電阻R29的一端、與門電路U5的引腳9和與門電路U5的引腳10 ；
所述三號(hào)電容C3的另一端同時(shí)連接二十九號(hào)電阻R29的另一端和電源地；
與門電路U5的引腳11輸出整形和濾波后的一號(hào)電壓信號(hào)AVTl ;與門電路U5的引腳8輸出整形和濾波后的二號(hào)電壓信號(hào)AVT2。
光耦電路組件1-1輸出信號(hào)AJVTl和信號(hào)AJVT2分別經(jīng)與門電路U5進(jìn)行進(jìn)一步整形和濾波后輸出電壓信號(hào)AVTl和AVT2至邏輯處理單元2的引腳98和引腳99。脈沖信號(hào)AJVTl經(jīng)與門電路U5的引腳I和引腳2輸入，由引腳3輸出，經(jīng)過電阻R19、R17和電容C2組成的濾波電路，由引腳12和引腳13輸入，最后由引腳11輸出AVTl信號(hào)；信號(hào)AJVT2經(jīng)與門電路U5的引腳4和引腳5輸入，由引腳6輸出，經(jīng)過電阻R28、R29和電容C3組成的濾波電路，由引腳9和引腳10輸入，最后由引腳8輸出AVT2信號(hào)。邏輯處理單元2根據(jù)AVTl信號(hào)和AVT2信號(hào)來發(fā)出觸發(fā)命令信號(hào)。
具體實(shí)施方式
六:下面結(jié)合圖1和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的觸發(fā)單元一 3包括光電耦合器U2、三號(hào)電阻R3、四號(hào)電阻R4、五號(hào)電阻R5、六號(hào)電阻R6、七號(hào)電阻R7、八號(hào)電阻R8、一號(hào)二極管Dl、二號(hào)二極管D2和三極管Ql ；
所述邏輯處理單元2的投切信號(hào)ACl的輸出端同時(shí)連接四號(hào)電阻R4的一端和光電率禹合器U2信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極；
該四號(hào)電阻R4的另一端連接電源地；
所述光電耦合器U2信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極經(jīng)過七號(hào)電阻R7后連接電源地；
所述光電稱合器U2信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極連接電源地一；
所述光電稱合器U2信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的集電極同時(shí)連接五號(hào)電阻R5的一端和六號(hào)電阻R6的一端，該五號(hào)電阻R5另一端連接電源Vccl，該六號(hào)電阻R6的另一端連接三極管Ql的基極；
所述三極管Ql的發(fā)射極連接電源Vccl，該三極管Ql的集電極連接一號(hào)二極管Dl的陽極；
所述一號(hào)二極管Dl的陰極經(jīng)過三號(hào)電阻R3后同時(shí)與八號(hào)電阻R8的一端、二號(hào)二極管D2的陰極和晶閘管功率單元5的門極AGl連接；
該八號(hào)電阻R8的另一端同時(shí)連接二號(hào)二極管D2的陽極、電源地一和晶閘管功率單元5的AKl ；
電阻R7用來限制光電耦合器的導(dǎo)通電流，限流電阻用來對(duì)通過光電耦合器晶閘管的電流加以限制，起到對(duì)器件的保護(hù)作用；二極管Dl采用肖特基二極管，防止誤導(dǎo)通；電阻R8和二極管D2共同組成晶閘管門極保護(hù)電路。門極電阻R8的功能是給晶閘管的觸發(fā)電流分流，它對(duì)增強(qiáng)電路的抗干擾性和溫度穩(wěn)定性是十分重要的。
具體實(shí)施方式
七:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的是采用一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)的TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)控制方法，所述A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法相同，該A相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法的實(shí)現(xiàn)過程為:
檢測單元I所采集到的晶閘管功率單元5兩端的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過檢測單元I進(jìn)行整形和濾波后，輸出過濾后的電壓信號(hào)至邏輯處理單元2 ;邏輯處理單元2對(duì)該過濾后的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷:
當(dāng)晶閘管功率單元5兩端的電壓為正半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元2輸出投切信號(hào)AC2給觸發(fā)單元二 4 ;該觸發(fā)單元二 4輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元5的二號(hào)晶閘管VT2 ;二號(hào)晶閘管VT2承受反向電壓不導(dǎo)通；此時(shí)一號(hào)晶閘管VTl承受正向電壓，門極AGl信號(hào)存在,一號(hào)晶 閘管VTl導(dǎo)通；
當(dāng)晶閘管功率單元5兩端的電壓為正半周期過零點(diǎn)時(shí)，二號(hào)晶閘管VT2導(dǎo)通；此時(shí)一號(hào)晶閘管VTl承受:反相偏置電壓關(guān)斷；
當(dāng)在晶閘管功率單元5兩端的電壓為負(fù)半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元2輸出投切信號(hào)ACl給觸發(fā)單元一 3 ;該觸發(fā)單元一 3輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元5的一號(hào)晶閘管VTl ;—號(hào)晶閘管VTl承受反向電壓不導(dǎo)通,此時(shí)二號(hào)晶閘管VT2承受正向電壓，門極AG2信號(hào)存在，二號(hào)晶閘管VT2導(dǎo)通；
當(dāng)晶閘管功率單元5兩端的電壓為負(fù)半周期過零點(diǎn)時(shí)，一號(hào)晶閘管VTl導(dǎo)通；此時(shí)~■號(hào)晶閘管VT2承受:反相偏置電壓關(guān)斷。
本實(shí)施方式是以A相的晶閘管開關(guān)為例，對(duì)于B相和C相，觸發(fā)與導(dǎo)通原理與此相同。
本發(fā)明的工作原理如下:
當(dāng)U為晶閘管功率單元兩端的電壓，20ms為一個(gè)電網(wǎng)電壓周期，在反并聯(lián)的晶閘管功率單元5未給觸發(fā)信號(hào)時(shí)，檢測其兩端電壓U，當(dāng)晶閘管功率單元5兩端電壓接近零點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)承受反相電壓的單只晶閘管，由于半導(dǎo)體器件的特性關(guān)系，該晶閘管此時(shí)承受反相偏置電壓無法導(dǎo)通，但是，一旦此晶閘管功率單元5兩端電壓過零之后，其自然承受正向電壓導(dǎo)通，并在其后通過在門極施加連續(xù)的觸發(fā)信號(hào)，使得晶閘管的工作模擬二極管模式(即一旦晶閘管進(jìn)入正向偏置器件即自然導(dǎo)通，而當(dāng)通過器件的電流小于維持電流時(shí)器件自然關(guān)斷)。具體如圖2所示，在晶閘管功率單元5兩端的電壓是正半周期接近零點(diǎn)時(shí)，即Oms附近，VT2承受反向電壓，此時(shí)給VT2發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；當(dāng)在晶閘管功率單元5兩端的電壓為負(fù)半周期接近零點(diǎn)時(shí)，即IOms附近，VTl承受反向電壓，此時(shí)給VTl發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。
在上述過程中晶閘管功率單元5兩端的電壓很小，由于過零準(zhǔn)確，電容器接入電網(wǎng)時(shí)，電容器與電網(wǎng)之間沒有壓差，因此投入電容器時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電流沖擊，電流也沒有階躍變化，能夠迅速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。對(duì)于電力信號(hào)來說，信號(hào)成份復(fù)雜、幅度可變，基波頻率不是嚴(yán)格變化而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，這就需要用一個(gè)過零比較器來實(shí)現(xiàn)每一個(gè)電網(wǎng)電壓周期的零點(diǎn)定位，由于檢測一個(gè)點(diǎn)電壓是很困難而且容易受到干擾的，通過電壓過零前的電壓帶的檢測替代一個(gè)電壓點(diǎn)的檢測，讓檢測更加容易和準(zhǔn)確。
權(quán)利要求
1.一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，該觸發(fā)裝置包括A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置，且A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)完全相同，其中，A相觸發(fā)裝置包括檢測單元(I)、邏輯處理單元(2)、觸發(fā)單元一(3)和觸發(fā)單元二⑷； 所述檢測單元(I)用于檢測待觸發(fā)的晶閘管功率單元(5)的一號(hào)電壓信號(hào)和二號(hào)電壓信號(hào)；所述一號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元(5)兩端的電壓正向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元(5)的電壓； 所述二號(hào)電壓信號(hào)是指當(dāng)待觸發(fā)的晶閘管功率單元(5)兩端的電壓反向過零時(shí)，經(jīng)過晶閘管功率單元(5)的電壓； 所述晶閘管功率單元(5)的一號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元(I)的一號(hào)電壓信號(hào)的輸入端； 所述晶閘管功率單元(5)的二號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接檢測單元(I)的二號(hào)電壓信號(hào)的輸入端； 所述檢測單元(I)的脈沖信號(hào)輸出端連接邏輯處理單元(2)的脈沖信號(hào)輸入端；所述邏輯處理單元(2)的兩個(gè)投切信號(hào)輸出端分別連接觸發(fā)單元一(3)的投切信號(hào)輸入端和觸發(fā)單元二(4)的投切信號(hào)輸入端； 觸發(fā)單元一(3)的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元(5)的一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端; 觸發(fā)單元二(4)的觸發(fā)命令信號(hào)輸出端為晶閘管功率單元(5)的另一個(gè)觸發(fā)命令信號(hào)輸入端； 所述觸發(fā)單元一(3)和觸發(fā)單元二(·4)的結(jié)構(gòu)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述檢測單元(I)包括光耦電路組件(1-1)和邏輯門電路(1-2 ); 檢測單元(I)檢測的待觸發(fā)晶閘管功率單元(5)的一號(hào)電壓信號(hào)的輸出端與光耦電路組件(1-1)的一號(hào)電壓信號(hào)的輸入端連接； 檢測單元(I)檢測的待觸發(fā)晶閘管功率單元(5)的二號(hào)電壓信號(hào)的輸出端與光耦電路組件(1-1)的二號(hào)電壓信號(hào)的輸入端連接； 光率禹電路組件(1-1)的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸出端連接邏輯門電路(1-2)的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸入端； 光耦電路組件(1-1)的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸出端連接邏輯門電路(1-2)的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸入端； 邏輯門電路(1-2 )輸出脈沖信號(hào)給邏輯處理單元(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述邏輯處理單元(2)是采用可編程邏輯器件CPLD實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述的光耦電路組件(1-1)包括二十號(hào)電阻R20、二十二號(hào)電阻R22、第一光耦電路(1-1-1)和第二光I禹電路(1_1_2)； 所述第一光稱電路(1-1-1)包括一號(hào)光電稱合器(U4)、二十三號(hào)電阻R23和二十四號(hào)電阻R24 ；所述第二光稱電路(1-1-2)包括二號(hào)光電稱合器(U6)、二十六號(hào)電阻R26和二十七號(hào)電阻R27 ； 所述晶閘管功率單元(5)的一號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接二十號(hào)電阻R20的一端，該二十號(hào)電阻R20的另一端同時(shí)連接一號(hào)光電稱合器(U4)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極和二號(hào)光電稱合器(U6)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極； 所述晶閘管功率單元(5)的二號(hào)電壓信號(hào)輸出端連接二十二號(hào)電阻R22的一端，該二十二號(hào)電阻R22的另一端同時(shí)連接一號(hào)光電耦合器(U4)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極和二號(hào)光電稱合器(U6)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極； 所述一號(hào)光電稱合器(U4)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十三號(hào)電阻R23后輸出一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl給邏輯門電路(1-2)； 所述一號(hào)光電I禹合器(U4)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十四號(hào)電阻R24后連接電源地； 所述光耦電路U4輸出側(cè)光敏三極管的集電極連接電源Vccl ； 所述二號(hào)光電稱合器(U6)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十六號(hào)電阻R26后輸出二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2給邏輯門電路(1-2)； 所述二號(hào)光電耦合器(U6)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極經(jīng)過二十七號(hào)電阻R27后連接電源地； 所述二號(hào)光電稱合器(U6)輸出側(cè)光敏三極管的集電極連接電源Vccl。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述的邏輯門電路(1-2)包括與門電路(U5)、十七號(hào)電阻R17、十九號(hào)電阻R19、二十八號(hào)電阻R28、二十九號(hào)電阻R29、二號(hào)電容C2和三號(hào)電容C3 ； 所述與門電路(U5)為型號(hào)是74HC08的與門電路，用于將由光耦電路組件(1-1)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行整形和濾波； 所述光I禹電路組件(1-1)的一號(hào)脈沖信號(hào)AJVTl的輸出端連接與門電路(U5)的引腳I和引腳2，該與門電路(U5)的3號(hào)引腳經(jīng)過十九號(hào)電阻R19后同時(shí)連接二號(hào)電容C2的一端、十七號(hào)電阻R17的一端、與門電路(U5)的引腳12和與門電路(U5)的引腳13 ； 所述二號(hào)電容C2的另一端同時(shí)連接十七號(hào)電阻R17的另一端和電源地； 所述光耦電路組件(1-1)的二號(hào)脈沖信號(hào)AJVT2的輸出端連接與門電路(U5)的引腳4和引腳5，該與門電路(U5)的引腳6經(jīng)過二十八號(hào)電阻R28后同時(shí)連接三號(hào)電容C3的一端、二十九號(hào)電阻R29的一端、與門電路(U5)的引腳9和與門電路(U5)的引腳10 ； 所述三號(hào)電容C3的另一端同時(shí)連接二十九號(hào)電阻R29的另一端和電源地； 與門電路(U5)的引腳11輸出整形和濾波后的一號(hào)電壓信號(hào)AVTl ;與門電路(U5)的引腳8輸出整形和濾波后的二號(hào)電壓信號(hào)AVT2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述的觸發(fā)單兀一(3)包括光電稱合器(U2)、三號(hào)電阻R3、四號(hào)電阻R4、五號(hào)電阻R5、六號(hào)電阻R6、七號(hào)電阻R7、八號(hào)電阻R8、一號(hào)二極管(D1)、二號(hào)二極管(D2)和三極管(Ql)； 所述邏輯處理單元(2)的投切信號(hào)ACl的輸出端同時(shí)連接四號(hào)電阻R4的一端和光電率禹合器(U2)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陽極； 該四號(hào)電阻R4的另一端連接電源地；所述光電耦合器(U2)信號(hào)輸入側(cè)發(fā)光二極管的陰極經(jīng)過七號(hào)電阻R7后連接電源地； 所述光電稱合器(U2)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的發(fā)射極連接電源地一； 所述光電稱合器(U2)信號(hào)輸出側(cè)光敏三極管的集電極同時(shí)連接五號(hào)電阻R5的一端和六號(hào)電阻R6的一端，該五號(hào)電阻R5另一端連接電源Vccl，該六號(hào)電阻R6的另一端連接三極管(Ql)的基極； 所述三極管(Ql)的發(fā)射極連接電源Vccl，該三極管(Ql)的集電極連接一號(hào)二極管(Dl)的陽極； 所述一號(hào)二極管(Dl)的陰極經(jīng)過三號(hào)電阻R3后同時(shí)與八號(hào)電阻R8的一端、二號(hào)二極管(D2)的陰極和晶閘管功率單元(5)的門極AGl連接； 該八號(hào)電阻R8的另一端同時(shí)連接二號(hào)二極管(D2)的陽極、電源地一和晶閘管功率單元(5)的 AK1。
7.應(yīng)用權(quán)利要求1、2、3或4所述一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法，其特征在于，所述A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法相同，該A相觸發(fā)裝置的觸發(fā)控制方法的實(shí)現(xiàn)過程為: 檢測單元(I)所采集到的晶閘管功率單元(5)兩端的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過檢測單元(I)進(jìn)行整形和濾波后，輸出過濾后的電壓信號(hào)至邏輯處理單元(2);邏輯處理單元(2)對(duì)該過濾后的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷: 當(dāng)晶閘管功率單元(5)兩端的電壓為正半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元(2)輸出投切信號(hào)AC2給觸發(fā)單元二(4);該觸發(fā)單元二(4)輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元(5)的二號(hào)晶閘管(VT2) ;二號(hào)晶閘管(VT2)承受反向電壓不導(dǎo)通；此時(shí)一號(hào)晶閘管(VTl)承受正向電壓，門極AGl信號(hào)存在,一號(hào)晶閘管(VTl)導(dǎo)通； 當(dāng)晶閘管功率單元(5)兩端的電壓為正半周期過零點(diǎn)時(shí)，二號(hào)晶閘管(VT2)導(dǎo)通；此時(shí)一號(hào)晶閘管(VTl)承受:反相偏置電壓關(guān)斷； 當(dāng)在晶閘管功率單元(5)兩端的電壓為負(fù)半周期接近零點(diǎn)時(shí)，邏輯處理單元(2)輸出投切信號(hào)ACl給觸發(fā)單元一(3);該觸發(fā)單元一(3)輸出觸發(fā)信號(hào)給晶閘管功率單元(5)的一號(hào)晶閘管(VTl);—號(hào)晶閘管(VTl)承受反向電壓不導(dǎo)通,此時(shí)二號(hào)晶閘管(VT2)承受正向電壓，門極AG2信號(hào)存在,二號(hào)晶閘管(VT2)導(dǎo)通； 當(dāng)晶閘管功率單元(5)兩端的電壓為負(fù)半周期過零點(diǎn)時(shí)，一號(hào)晶閘管(VTl)導(dǎo)通；此時(shí)~■號(hào)晶閘管(VT2)承受:反相偏置電壓關(guān)斷。
全文摘要
一種TSC型低壓動(dòng)態(tài)投切開關(guān)的觸發(fā)裝置及觸發(fā)控制方法，涉及一種TSC型觸發(fā)裝置及觸發(fā)控制方法。為解決現(xiàn)有TSC無功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)出現(xiàn)檢測方波信號(hào)在電網(wǎng)電壓零點(diǎn)附近多次電平跳躍現(xiàn)象的問題。該觸發(fā)裝置包括A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置，且A相觸發(fā)裝置、B相觸發(fā)裝置和C相觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)完全相同，其中，A相觸發(fā)裝置包括檢測單元、邏輯處理單元、觸發(fā)單元一和觸發(fā)單元二；該裝置的檢測單元用于采集晶閘管功率單元的電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)輸出至邏輯處理單元的脈沖信號(hào)輸入端；所述邏輯處理單元發(fā)送投切信號(hào)給觸發(fā)單元一、二；觸發(fā)單元一、二發(fā)送觸發(fā)命令信號(hào)至晶閘管功率單元。本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)和工業(yè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103151787SQ201310116569
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者李國勇 申請(qǐng)人:李國勇