本發(fā)明涉及電網領域，尤其涉及一種強制關斷晶閘管的系統(tǒng)以及方法。

背景技術：

晶閘管一種半控型功率半導體器件。當晶閘管承受正向壓降，收到門級觸發(fā)信號，且電流大于擎住電流時，晶閘管會導通。當門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管并不能自己關斷，而是只有當流過晶閘管的電流小于擎住電流時，才會關斷。在50hz的交流電路的應用中，每10ms流過晶閘管的電流都會有一次過零，這意味著在50hz的交流電路中應用的晶閘管，至多需要等待半個周期的時間，晶閘管才能關斷。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種強制關斷晶閘管的系統(tǒng)以及方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種強制關斷晶閘管的系統(tǒng)，包括：

逆變器，電網的正輸出端經由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網的負輸出端連接逆變器的負輸出端，負載連接在逆變器的正輸出端和負輸出端之間；

檢測模塊，用于檢測負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv；

晶閘管電流控制模塊，分別與所述檢測模塊以及逆變器連接，用于在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，根據檢測模塊實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷。

優(yōu)選的，所述晶閘管電流控制模塊包括：

負載電流修正模塊，用于將負載電流iload乘以一個修正系數k后輸出；

電流差值計算模塊，用于將負載電流修正模塊輸出的結果減去輸出電流iinv后輸出；

電流控制器，用于根據電流差值計算模塊的實時輸出結果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv與負載電流iload的符號相同，且逆變器的輸出電流iinv的絕對值大于等于負載電流iload的絕對值；

pwm發(fā)生器，用于將電流控制器的輸出轉換成一組pwm脈沖以驅動逆變器中的開關。

優(yōu)選的，所述電流控制器為pi控制器或者滯環(huán)電流控制器。

優(yōu)選的，所述晶閘管電流控制模塊還包括：

3s/2s坐標變換模塊，輸入端連接檢測模塊，輸出端分別連接負載電流修正模塊和電流差值計算模塊，用于將檢測模塊輸出的負載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標系變換至兩相靜止坐標系，并將負載電流iload的轉換結果輸送至負載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉換結果輸送至電流差值計算模塊；

2s/3s坐標變換模塊，連接于電流控制器和pwm發(fā)生器之間，用于將電流控制器的輸出從兩相靜止坐標系變換至三相靜止坐標系后輸送至pwm發(fā)生器。

優(yōu)選的，所述晶閘管電流控制模塊還包括：

ppl鎖相環(huán)，用于根據電網電壓確定旋轉變換矢量角θ；

3s/2r坐標變換模塊，輸入端連接檢測模塊，輸出端分別連接負載電流修正模塊和電流差值計算模塊，用于基于所述旋轉變換矢量角θ，將檢測模塊輸出的負載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標系變換至兩相旋轉坐標系，并將負載電流iload的轉換結果輸送至負載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉換結果輸送至電流差值計算模塊；

2r/3s坐標變換模塊，連接于電流控制器和pwm發(fā)生器之間，用于基于所述旋轉變換矢量角θ，將電流控制器的輸出從兩相旋轉坐標系變換至三相靜止坐標系后輸送至pwm發(fā)生器。

其中，所述檢測模塊包括：負載電流檢測器以及逆變器輸出電流檢測器。

優(yōu)選的，所述負載電流檢測器采用電流互感器或霍爾電流傳感器，所述逆變器輸出電流檢測器采用電流互感器或霍爾電流傳感器。

本發(fā)明還要求保護一種強制關斷晶閘管的方法，包括：

檢測模塊檢測負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv；

晶閘管電流控制模塊在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，根據檢測模塊實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷；

其中，晶閘管電流控制模塊分別與所述檢測模塊以及逆變器連接，電網的正輸出端經由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網的負輸出端連接逆變器的負輸出端，負載連接在逆變器的正輸出端和負輸出端之間。

優(yōu)選的，所述的調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷包括：

負載電流修正模塊將負載電流iload乘以一個修正系數k后輸出；

電流差值計算模塊將負載電流修正模塊輸出的結果減去輸出電流iinv后輸出；

電流控制器根據電流差值計算模塊的實時輸出結果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv與負載電流iload的符號相同，且逆變器的輸出電流iinv的絕對值大于等于負載電流iload的絕對值，其中，pwm發(fā)生器用于將電流控制器的輸出轉換成一組pwm脈沖以驅動逆變器中的開關。

優(yōu)選的，所述電流控制器為pi控制器或者滯環(huán)電流控制器。

實施本發(fā)明的強制關斷晶閘管的系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，可以根據檢測模塊實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv調節(jié)逆變器的輸出電流iinv，以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷，總之本發(fā)明可以達到晶閘管門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管能快速關斷的效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明的強制關斷晶閘管的系統(tǒng)的邏輯框圖；

圖2是本發(fā)明的強制關斷晶閘管的系統(tǒng)的等效原理圖；

圖3是本發(fā)明應用于三相系統(tǒng)的結構示意圖一；

圖4是本發(fā)明應用于三相系統(tǒng)的結構示意圖二；

圖5是本發(fā)明應用于三相系統(tǒng)的結構示意圖三。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的典型實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容更加透徹全面。

需要說明的是，詞語“相等”、“相同”“同時”或者其他類似的用語，不限于數學術語中的絕對相等或相同，在實施本專利所述權利時，可以是工程意義上的相近或者在可接受的誤差范圍內。詞語“相連”或“連接”或者其他類似的用語，不僅僅包括將兩個實體直接相連，也包括通過具有有益改善效果的其他實體間接相連。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

本發(fā)明總的思路是：在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，根據實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術方案的詳細的說明，而不是對本申請技術方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例以及實施例中的技術特征可以相互組合。

參考圖1，本發(fā)明的強制關斷晶閘管的系統(tǒng)包括：

逆變器20，電網的正輸出端經由晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網的負輸出端連接逆變器的負輸出端，負載連接在逆變器的正輸出端和負輸出端之間；

檢測模塊10，用于檢測負載電流iload、逆變器20的輸出電流iinv；具體的，所述檢測模塊10包括：檢測負載電流iload的負載電流檢測器以及檢測輸出電流iinv的逆變器輸出電流檢測器。其中，所述負載電流檢測器可以采用但不限于電流互感器或霍爾電流傳感器，所述逆變器輸出電流檢測器可以采用但不限于電流互感器或霍爾電流傳感器。

晶閘管電流控制模塊30，分別與所述檢測模塊10以及逆變器20連接，用于在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，根據檢測模塊10實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調節(jié)逆變器20的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷。

具體的，參考圖2，vs為電網電壓。u1是一個雙向晶閘管(由兩個晶閘管反并聯組成)。圖中，is是流過晶閘管的電流，iload是負載電流，iinv是逆變器的輸出電流。u2是逆變器20的電感。s1和s2是逆變器20的全控型半導體開關，例如igbt或者mosfet。u3、u4是逆變器20的儲能元件，例如電池或者電容。

由圖2可知，流過晶閘管的電流is、負載電流iload和逆變器20的輸出電流iinv之間滿足方程1所示的約束關系：

is＝iload-iinv(1)

對比晶閘管關斷的條件和方程(1)可知，當晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，只要控制逆變器20的電流iinv，使得它與負載電流iload的符號相同，而且它的絕對值|iinv|大于等于負載電流的絕對值|iload|，則流過晶閘管的電流is過零，晶閘管關斷。因此，具體的，所述晶閘管電流控制模塊30包括：

負載電流修正模塊31，用于將負載電流iload乘以一個修正系數k后輸出，即輸出k*iload；此處是為了保證最終逆變器20的電流iinv和負載電流iload的符號相同，而且還滿足電流|iinv|大于等于負載電流的絕對值|iload|?？梢岳斫獾氖?，負載電流修正模塊既可以是純軟件模塊，也可以是硬件模塊，例如乘法器。

電流差值計算模塊32，用于將負載電流修正模塊31輸出的結果k*iload減去輸出電流iinv后輸出?？梢岳斫獾氖牵娏鞑钪涤嬎隳K32既可以是純軟件模塊，也可以是硬件模塊，例如減法器。

pwm發(fā)生器34，用于將電流控制器的輸出轉換成一組互補的pwm脈沖以驅動逆變器中的開關s1和s2。

電流控制器33，用于根據電流差值計算模塊32的實時輸出結果k*iload-iinv，通過pwm發(fā)生器34控制逆變器20的輸出電流iinv的符號等于負載電流iload的符號，且輸出電流的iinv絕對值大于等于負載電流iload的絕對值。

需要說明的是，電流控制器33可以是一個pi控制器，也可以是一個滯環(huán)電流控制器等，但不限于本文提及的兩種控制器。由于電流控制器33的控制是一個快速的反饋調節(jié)的過程，所以可以達到快速關斷晶閘管的效果。

圖2中的逆變器20是一個單相半橋逆變器，可以理解的是，當逆變器20更換為單相全橋逆變器時，同樣可以使用。

另外，本系統(tǒng)同樣適用于三相電網系統(tǒng)，此時只需要針對每一相支路如圖2所示進行設計即可。

參考圖3，是直接采用三相靜止坐標系的數據進行計算控制。參考圖4、5，還可以將數據進行坐標系變化后進行計算控制，例如三相靜止坐標系變換至兩相靜止坐標系或者兩相旋轉坐標系，圖3-圖5中，s1和s2、s3和s4、s5和s6分別是逆變器中逆變橋的三組橋臂的開關。

如圖4中晶閘管電流控制模塊還包括：

3s/2s坐標變換模塊，輸入端連接檢測模塊，輸出端分別連接負載電流修正模塊和電流差值計算模塊，用于將檢測模塊輸出的負載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標系變換至兩相靜止坐標系，并將負載電流iload的轉換結果輸送至負載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉換結果輸送至電流差值計算模塊；

2s/3s坐標變換模塊，連接于電流控制器和pwm發(fā)生器之間，用于將電流控制器的輸出從兩相靜止坐標系變換至三相靜止坐標系后輸送至pwm發(fā)生器。

如圖5中，晶閘管電流控制模塊還包括：

ppl鎖相環(huán)，用于根據電網電壓usa、usb、usc確定旋轉變換矢量角θ；

3s/2r坐標變換模塊，輸入端連接檢測模塊，輸出端分別連接負載電流修正模塊和電流差值計算模塊，用于基于所述旋轉變換矢量角θ，將檢測模塊輸出的負載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標系變換至兩相旋轉坐標系，并將負載電流iload的轉換結果輸送至負載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉換結果輸送至電流差值計算模塊；

2r/3s坐標變換模塊，連接于電流控制器和pwm發(fā)生器之間，用于基于所述旋轉變換矢量角θ，將電流控制器的輸出從兩相旋轉坐標系變換至三相靜止坐標系后輸送至pwm發(fā)生器。

基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還公開了一種強制關斷晶閘管的方法，包括：

s100、檢測模塊檢測負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv；

s200、晶閘管電流控制模塊在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，根據檢測模塊實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷；

其中，晶閘管電流控制模塊分別與所述檢測模塊以及逆變器連接，電網的正輸出端經由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網的負輸出端連接逆變器的負輸出端，負載連接在逆變器的正輸出端和負輸出端之間。

其中，步驟s200中所述的調節(jié)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷包括：

s210、負載電流修正模塊將負載電流iload乘以一個修正系數k后輸出；

s220、電流差值計算模塊將負載電流修正模塊輸出的結果減去輸出電流iinv后輸出；

s230、電流控制器根據電流差值計算模塊的實時輸出結果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv的符號等于負載電流iload的符號，且輸出電流的iinv的絕對值大于等于負載電流iload的絕對值，其中，pwm發(fā)生器用于將電流控制器的輸出轉換成一組pwm脈沖以驅動逆變器中的開關。

綜上所述，實施本發(fā)明的強制關斷晶閘管的系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明在晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，可以根據檢測模塊實時檢測到的負載電流iload、逆變器的輸出電流iinv調節(jié)逆變器的輸出電流iinv，以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關斷，總之本發(fā)明可以達到晶閘管門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管能快速關斷的效果。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。