10kV固态转换开关控制的关键技术研究

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现代工业和科技飞速发展,越来越多对电压敏感的负荷投入使用,如精密仪器制造工艺、计算机信息设备、连续生成过程的自动控制设备等,这些生产工艺和用电设备对供电系统的电能质量提出了更高的要求;与此同时,电网中大量的冲击性负荷以及非线性负荷投入使用,严重污染了供电系统的电能质量。因此,有效治理电能质量问题成为国内外研究的热点。  统计表明,在所有电能质量问题中电压跌落与电压短时中断占所有电能质量问题的70~80%[1],因此治理电压跌落与电压短时中断成了当务之急。在众多治理电压跌落和短时中断的方案中,固态转换开关(SSTS)是性价比最好的一种方案[2]。固态转换开关通过利用大功率电力电子技术和基于微处理器、数字信号处理和光纤通信技术,有效实现敏感负荷的不间断供电。  固态转换开关(SSTS)系统由主电路和控制系统组成。主电路和控制系统的硬件相当于人的身体,而控制算法相当于人的灵魂。控制算法的性能直接影响固态转换开关的运行特性,因此研究出一套好的控制算法有着极其重要的意义。文章的研究重点就是控制系统的算法设计。  本文首先简单介绍了固态转换开关(SSTS)的工作原理和主要器件的参数设计,在此基础上对系统的控制算法进行了详细分析研究。控制算法主要包括电压跌落检测算法和双电源切换控制算法。电压跌落检测算法的主要功能是快速、准确地判出电网的工作状态,尤其是要及时判断电网是否发生电压跌落故障。鉴于电压跌落检测算法应用广泛,目前国内外学者提出的电压跌落检测算法也是多种多样,包括常见的三相dq坐标变换检测算法、αβ坐标变换检测算法、单相电压跌落检测算法、正负序双旋转坐标变换检测算法。在对这些算法详细的理论和仿真分析的基础上,综合各算法的优点和缺点,提出单相电压跌落检测算法与三相dq变换检测算法的结合作为固态转换开关的电压跌落检测算法。双电源切换控制算法的主要功能是当检测到电网发生电压跌落情况下,安全、快速、可靠地将敏感负荷转移到备用电源上,保证对敏感负荷的供电不受影响。目前,国内外对于固态转换开关的切换控制算法主要有两种,分别是自然过零BBM(Break-Before-Make)切换算法和强迫切换MBB(Make-Before-Break)切换算法。本文详细分析了这两种算法,并针对这两种算法的缺点提出安全区投切SSZ(Switching in Security Zone)切换算法,最后通过仿真验证该算法的有效性。第五章针对实现控制算法的载体——控制系统的硬件设计进行简单介绍。  出于安全性考虑,固态转换开关(SSTS)控制系统首先在380V样机上完成电压跌落检测和电源切换验证试验。在确定控制算法的可靠性和整个控制系统硬件的运行稳定性基础上,完成了最后的10kV系统试验。  文章最后给出了380V样机试验和10kV系统的试验结果,结果表明该系统完成预定的技术指标要求,达到了改善电能质量的日的。
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