(1. 深圳供电局有限公司 518000;2. 佛山中嘉智联能源科技有限公司 528010)
摘要：本文提出了一种基于二极管整流和晶闸管的反压关断电路，该反压关断电路可实现晶闸管的快速关断。该电路可应用于动态电压恢复器（DVR），本文提出的反压关断电路不但可以快递关断处于导通状态的晶闸管，并且可以确保系统发生电压畸变时的关断效果。。仿真结论验证了该电路的有效性。
关键词：电压补偿；反压关断
A new inverse voltage turn-off circuit
SUN Jie1, FENG Hai-yang2
(1. Shenzhen Power Supply Bureau Co., Ltd. 518000;2. China FoShan Cooperation Energy Internet Co. Ltd. 528010)
Abstract： In this paper, a novel topology including the thyristor inverse voltage turn-off circuit and inverter is proposed. Comparing to DVR, it not only can turn-off the thyristor very quickly but can work when a voltage interrupt happens. When the inverse voltage turn-off circuit is started, it first shift the thyristor current in main loop to inverse voltage turn-off circuit, then by a resonance circuit the thyristor in inverse voltage turn-off circuit is also be turned-off.. The simulation results confirmed the validity of the inverse voltage turn-off circuit.
Keywords：inverse voltage turn-off; thyristor
1 引 言
当输电线路发生雷击或对地短路故障后会导致继电保护重合闸，由于重合闸时间通常在几百毫秒以上，因此输电线路发生的电压暂降会传播到配电网直到终端用户，进一步导致电网终端用户电压敏感负荷出现停机等现象[1]。为企业造成巨大安全问题和经济损失[2]。
目前解决电压暂降的主要方法有不间断电源（UPS），动态电压恢复器（DVR）和动态暂降校正装置（DYSC）。UPS由于不但可以解决电压暂降问题还可以解决电压长时间中断问题而得到广泛应用，但随着我国双回路主要供电方式的推广，电网电压长时间中断问题几乎不再出现，而同时由于UPS损耗大、成本高且蓄电池维护工作量大等问题而为很多企业造成新的问题。DVR作为治理电压暂降的主流方案虽然得到广泛应用[3,4，5]，但由于其工作原理是串联叠加方案，因此当电网重合闸导致系统断路时无法工作[5]。DYSC虽然解决了DVR存在的主要问题[6,7]，但由于使用单相全桥拓扑结构导致价格昂贵无法推广[8]。
本文提出了一种快速的晶闸管反压关断电路，因为当系统电压发生暂降时，其电压波形会发生严重畸变，如果此时启动并联型逆变器做电压源输出会产生极大环流从而烧毁逆变器。因此当发生电压暂降时首先通过晶闸管反压关断电路将其快速可靠关断，再启动逆变器电压源工作模式便可实现负荷由电网供电到由逆变器供电的无缝切换。
2 电路原理介绍
2.1 整体方案介绍
如图1所示，晶闸管反压关断电路、双向反并联晶闸SCR1、并联逆变器。反压关断电路由单相升压变压器、电阻R、单相全桥二极管整流电路、直流支撑电容C1和C2、单相串联晶闸管SCR2和输出电抗L组成。
图1整体方案电路图
Fig. 1 the overall scheme
电压补偿功能由并联逆变器实现。当电网发生电压暂降时，首先启动反压关断电路关断正在导通的双向晶闸管后，之后启动并联逆变器工作在电压源模式继续为被保护负荷供电。
2.2 双向晶闸管反压关断电路
晶闸管被强迫关断必须满足如下两个条件：
1）晶闸管流通的载流子必须转移到其它电流环路；
2）晶闸管反压必须持续0.2ms以上。
第一个晶闸管关断条件与负荷电流和系统电抗关系紧密，由于负荷电抗和系统电抗的影响，流经晶闸管的电流无法被强迫关断，但可以通过提供其它电流回路将晶闸管载流子进行转移。第二晶闸管关断条件是由晶闸管自身特性决定的，即如果施加在晶闸管两端的反压持续时间不够会导致晶闸管再次导通现象。
当系统电源正常时，SCR1被触发导通，即SCR1处于导通状态，SCR2不被触发，三相逆变器处于不控整流状态，C1和C2通过单相升压变压器和二极管整流电路充电。一旦系统电源发生电压暂降，首先停止SCR1触发，同时启动晶闸管反压关断电路关断SCR1，之后启动三相桥逆变器作为电压源逆变输出为负荷供电。如果反压关断电路需要关断处于导通状态的双向晶闸管SCR1的上管，则触发导通反压关断电路中串联晶闸管SCR2的上管，此时C1的电压作为反压会施加到SCR1的上管，因此SCR1的上管会在0.2ms之内被关断。若反压关断电路需要关断处于导通状态的双向晶闸管SCR1的上管，则触发导通反压关断电路中串联晶闸管SCR2的下管。
根据前述晶闸管关断条件1，C1、SCR2上管和输出电抗L组成了新的电流回路，如图1红色曲线所示。由于C1电压高于系统相电压，当SCR2上管被触发导通后，流过SCR1上管的电流会被转移到新的电流回路。因此晶闸管条件1被满足。
根据前述晶闸管关断条件2，C1放电速度需要大于0.2ms，这里通过加入输出电抗L。由于L会影响电流转移过程，因此需要详细计算L的值以满足关断条件2。
2.3反压关断电路工作原理
假设AB相的晶闸管SCR1处于导通状态，并形成回路，且A相SCR1上管导通，B相的SCR1下管导通。当检测到电网发生电压暂降时则启动反压关断电路。根据上述分析此时应分别启动A相晶闸管反压关断电路SCR2的上管和B相晶闸管反压关断电路的下管，这样构成了新的电流通路。
当SCR1被关断后，三相电流会被转移到基于SCR2的反压关断电路中，如图1红线给出了存在于两相之间的一相电流转移回路。图2给出了存在于A、B两相之间的电流转移回路，其中CA1是反压关断电路中的C1，LA是反压关断电路中的L，CB1是反压关断电路中的C1，LB是反压关断电路中的L，晶闸管A是A相反压关断电路SCR2的上管，晶闸管B是B相反压关断电路SCR2的下管。同时，当SCR2被导通后则会停止SCR2的触发信号。因此，当电流方向与SCR2正向方向相反时则会导致SCR2被关断。
图2基于AB两相的电流回路
Fig.2 Equivalent circuit of A B phase of three phase
图3是将图2近一步简化得到的，其中C3为CA1与CA2的和，L3是LA和LB的和。
图3基于图2的等效模型
Fig. 3 Circuit model of Fig. 2
由图3可知，C3与L3构成了串联谐振电路，因此当谐振被激发后SCR2会被反向电流关断。
3 仿真结果分析
3.1晶闸管关断电路参数设计
根据图2晶闸管反压关断电路介绍可知，在图3中有：
,
表1 晶闸管反压关断电路参数
Table I Circuit parameters for power circuit
3.2反压关断电路功能仿真
3.2.1感性负载
当负荷为感性负载时时，这里取值为10mH。当去掉图3中的晶闸管和逆变器后，如图4所示为谐振回路的谐振电流，表现为正负交替波形。
图4不包括晶闸管与逆变器的谐振电路及其电流波形
Fig. 4 Fig.3 resonant circuit without thyristor and inverter
如图5所示为加入晶闸管的谐振回路。
图5不包括逆变器的谐振电路
Fig. 5 Fig. 3 resonant circuit without inverter
通过对比图4和5可知，谐振过程在C3、L3和负荷之间形成，当对SCR2发出触发信号后，SCR2会持续导通0.2ms后被谐振电流关断。
3.2.2阻性负载
当负载时纯电阻时仿真结果如图6所示。
图6电阻负荷的谐振电路及其电流波形
Fig. 6resonant circuit when Load is a resistor
如图6所示，C3放电过程是指数衰减的，因此SCR2只有当IL1为0是才能自然关断。
3.2.3阻感性负载
当负载是阻感负载时，仿真结果如图7所示。
图7功率因素0.8的阻感负载的谐振电路及其电流波形
Fig. 7Inductance load with power factor 0.8
如图7所示，当负荷是阻感负载时，在C3的放电过程中由于谐振的发生而导致SCR2被关断。
5 结 论
本文提出了一种晶闸管反压关断电路，该反压关断电路将处于导通状态的晶闸管载流子快速转移到另外一条回路，同时通过为该晶闸管施加反压而将其快速可靠的关断。反压关断电路中的核心器件是仍然晶闸管，正是由于反压关断电路的晶闸管导通为被关断晶闸管载流子转移提供了回路，并在导通过程中为该回路的谐振电路提供激励，通过该谐振过程将被关断晶闸管快速关断，最终实现了整个晶闸管关断过程。该关断电路具有快速性和可靠性，非常适用于电压补偿装置。
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论文作者:孙杰1,冯海洋2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：晶闸管论文; 电压论文; 谐振论文; 电流论文; 逆变器论文; 回路论文; 导通论文; 《电力设备》2017年第28期论文;