本發(fā)明涉及電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)：

晶閘管一種半控型功率半導(dǎo)體器件。當(dāng)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(dǎo)通。當(dāng)門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管并不能自己關(guān)斷，而是只有當(dāng)流過晶閘管的電流小于擎住電流時，才會關(guān)斷。在50hz的交流電路的應(yīng)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(yīng)用的晶閘管，至多需要等待半個周期的時間，晶閘管才能關(guān)斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的系統(tǒng)，包括：

逆變器，電網(wǎng)的正輸出端經(jīng)由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網(wǎng)的負(fù)輸出端連接逆變器的負(fù)輸出端，負(fù)載連接在逆變器的正輸出端和負(fù)輸出端之間；

檢測模塊，用于檢測流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us；

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(jù)檢測模塊實(shí)時檢測到的流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us，調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷。

其中，所述的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零包括：當(dāng)晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，如果流過晶閘管的電流is為正，則控制逆變器的輸出電壓uinv大于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is減小并過零；如果流過晶閘管的電流is為負(fù)，則控制逆變器的輸出電壓uinv小于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is增大并過零。

較佳的，所述晶閘管電流控制模塊包括：

電壓增量模塊，用于根據(jù)流過晶閘管的電流is輸出電壓增量；

電壓差值計(jì)算模塊，用于將電網(wǎng)電壓us與電壓增量模塊的輸出結(jié)果相加并減去輸出電壓uinv后輸出；

電壓控制器，用于根據(jù)電壓差值計(jì)算模塊的實(shí)時輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電壓uinv等于電網(wǎng)電壓us和電壓增量之和；

pwm發(fā)生器，用于將電壓控制器的輸出轉(zhuǎn)換成一組pwm脈沖以驅(qū)動逆變器中的開關(guān)。

較佳的，所述電壓增量模塊具體包括：

符號模塊，用于根據(jù)流過晶閘管的電流is以及函數(shù)f(is)，確定電壓增量的符號，其中，

乘法模塊，用于將符號模塊的輸出乘以一個增量值δu以得到所述電壓增量并輸出。

較佳的，所述電壓控制器為pi控制器或者滯環(huán)電壓控制器。

較佳的，所述晶閘管電流控制模塊還包括：

3s/2s坐標(biāo)變換模塊，連接于檢測模塊和電壓差值計(jì)算模塊之間，用于將檢測模塊輸出的輸出電壓uinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相靜止坐標(biāo)系后輸入電壓差值計(jì)算模塊；

2s/3s坐標(biāo)變換模塊，連接于電壓控制器和pwm發(fā)生器之間，用于將電壓控制器的輸出從兩相靜止坐標(biāo)系變換至三相靜止坐標(biāo)系后輸入pwm發(fā)生器；

較佳的，所述晶閘管電流控制模塊還包括：

ppl鎖相環(huán)，用于根據(jù)電網(wǎng)電壓確定旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ；

3s/2r坐標(biāo)變換模塊，連接于檢測模塊和電壓差值計(jì)算模塊之間，用于基于所述旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ，將檢測模塊輸出的輸出電壓uinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后輸入電壓差值計(jì)算模塊；

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

本發(fā)明還公開了一種強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的方法，包括：

檢測模塊檢測流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us；

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(jù)檢測模塊實(shí)時檢測到的流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us，調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)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(wǎng)的正輸出端經(jīng)由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網(wǎng)的負(fù)輸出端連接逆變器的負(fù)輸出端，負(fù)載連接在逆變器的正輸出端和負(fù)輸出端之間。

其中，所述的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零包括：當(dāng)晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，如果流過晶閘管的電流is為正，則控制逆變器的輸出電壓uinv大于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is減小并過零；如果流過晶閘管的電流is為負(fù)，則控制逆變器的輸出電壓uinv小于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is增大并過零。

較佳的，所述的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零具體包括：

電壓增量模塊根據(jù)流過晶閘管的電流is輸出電壓增量；

電壓差值計(jì)算模塊將電網(wǎng)電壓us與電壓增量模塊的輸出結(jié)果相加并減去輸出電壓uinv后輸出；

電壓控制器根據(jù)電壓差值計(jì)算模塊的實(shí)時輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電壓uinv等于電網(wǎng)電壓us和電壓增量之和，其中，pwm發(fā)生器用于將電壓控制器的輸出轉(zhuǎn)換成一組pwm脈沖以驅(qū)動逆變器中的開關(guān)。

較佳的，所述的電壓增量模塊根據(jù)流過晶閘管的電流is輸出電壓增量包括：

符號模塊根據(jù)流過晶閘管的電流is以及函數(shù)f(is)，確定電壓增量的符號，其中，

乘法模塊，用于將符號模塊的輸出乘以一個增量值δu以得到所述電壓增量并輸出。

實(shí)施本發(fā)明的強(qiáng)制關(guān)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(jù)流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv，以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷，總之本發(fā)明可以達(dá)到晶閘管門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管能快速關(guān)斷的效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明的強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的系統(tǒng)的邏輯框圖；

圖2是本發(fā)明的強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的系統(tǒng)的等效原理圖；

圖3是本發(fā)明應(yīng)用于三相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖4是本發(fā)明應(yīng)用于三相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖5是本發(fā)明應(yīng)用于三相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖三。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的典型實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)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(shù)學(xué)術(shù)語中的絕對相等或相同，在實(shí)施本專利所述權(quán)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(nèi)。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(shí)體直接相連，也包括通過具有有益改善效果的其他實(shí)體間接相連。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)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(shù)語只是為了描述具體的實(shí)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(jù)實(shí)時檢測到的流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us，調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷。

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

參考圖1，本發(fā)明的強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的系統(tǒng)包括：

逆變器20，電網(wǎng)的正輸出端經(jīng)由晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網(wǎng)的負(fù)輸出端連接逆變器的負(fù)輸出端，負(fù)載連接在逆變器的正輸出端和負(fù)輸出端之間；

檢測模塊10，用于檢測流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us；具體的，所述檢測模塊10包括：電網(wǎng)電壓檢測器11、晶閘管電流檢測器12、逆變器輸出電壓檢測器13。其中，晶閘管電流檢測器12可以采用但不限于電流互感器或霍爾電流傳感器，電網(wǎng)電壓檢測器11、逆變器輸出電壓檢測器13可以采用但不限于電壓互感器。

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(jù)檢測模塊10實(shí)時檢測到的流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us，調(diào)節(jié)逆變器20的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷。

具體的，參考圖2，us為電網(wǎng)電壓。u1是一個雙向晶閘管(由兩個晶閘管反并聯(lián)組成)。圖中，is是流過晶閘管的電流，iload是負(fù)載電流，iinv是逆變器的輸出電流，uinv是逆變器的輸出電壓。u2是逆變器的電感。s1和s2是逆變器20的全控型半導(dǎo)體開關(guān)，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。u5是晶閘管串聯(lián)的電感。

由圖2可知，忽略晶閘管壓降的條件下，流過晶閘管的電流is與逆變器輸出電壓uinv之間滿足方程(1)所示的約束關(guān)系：

其中，ls代表電感u5的電感值，由方程(1)可知，控制逆變器的輸出電壓uinv，就能控制晶閘管的電流is。因此，所述的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零包括：當(dāng)晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，如果流過晶閘管的電流is為正，則控制逆變器的輸出電壓uinv大于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is減小并過零；如果流過晶閘管的電流is為負(fù)，則控制逆變器的輸出電壓uinv小于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is增大并過零。

具體的，為了實(shí)現(xiàn)以上對逆變器的輸出電壓uinv的控制，所述晶閘管電流控制模塊30具體包括：電壓增量模塊、電壓差值計(jì)算模塊33、電壓控制器34、pwm發(fā)生器35。

其中，電壓增量模塊用于根據(jù)流過晶閘管的電流is輸出電壓增量。具體的，所述電壓增量模塊具體包括符號模塊31和乘法模塊32。

符號模塊31用于根據(jù)流過晶閘管的電流is以及函數(shù)f(is)，確定電壓增量的符號，其中，

乘法模塊32用于將符號模塊31的輸出乘以一個增量值δu以得到所述電壓增量并輸出，即電壓增量為f(is)*δu。

此處，電壓增量為f(is)*δu是為了在電流is為正時，保證最終逆變器20的輸出電壓uinv大于電網(wǎng)電壓us，以及在電流is為負(fù)時，保證最終逆變器20的輸出電壓uinv小于電網(wǎng)電壓us。

可以理解的是，符號模塊31和乘法模塊32既可以是純軟件模塊，也可以是硬件模塊，例如符號模塊31可以利用比較器實(shí)現(xiàn)，乘法模塊32可以利用乘法器實(shí)現(xiàn)。

其中，電壓差值計(jì)算模塊33用于將電網(wǎng)電壓us與電壓增量模塊的輸出結(jié)果相加并減去輸出電壓uinv后輸出，即輸出us+f(is)*δu-uinv；

其中，電壓控制器34用于根據(jù)電壓差值計(jì)算模塊33的實(shí)時輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器20的輸出電壓uinv等于電網(wǎng)電壓us和電壓增量之和，即控制逆變器20的輸出電壓uinv等于us+f(is)*δu。

需要說明的是，電壓控制器34可以是一個pi控制器，也可以是一個滯環(huán)電壓控制器等，但不限于本文提及的兩種控制器。由于電壓控制器34的控制是一個快速的反饋調(diào)節(jié)的過程，所以可以達(dá)到快速關(guān)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(dāng)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(wǎng)系統(tǒng)，此時只需要針對每一相支路如圖2所示進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。

參考圖3，是直接采用三相靜止坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算控制參考圖4、5，還可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系變化后進(jìn)行計(jì)算控制，例如三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相靜止坐標(biāo)系或者兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(guān)。

如圖4中晶閘管電流控制模塊還包括：

3s/2s坐標(biāo)變換模塊，連接于檢測模塊10和電壓差值計(jì)算模塊33之間，用于將檢測模塊10輸出的輸出電壓uinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相靜止坐標(biāo)系后輸入電壓差值計(jì)算模塊33；

2s/3s坐標(biāo)變換模塊，連接于電壓控制器34和pwm發(fā)生器35之間，用于將電壓控制器34的輸出從兩相靜止坐標(biāo)系變換至三相靜止坐標(biāo)系后輸入pwm發(fā)生器35；

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(jù)電網(wǎng)電壓usa、usb、usc確定旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ；

3s/2r坐標(biāo)變換模塊，連接于檢測模塊10和電壓差值計(jì)算模塊33之間，用于基于所述旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ，將檢測模塊10輸出的輸出電壓uinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后輸入電壓差值計(jì)算模塊33；

2r/3s坐標(biāo)變換模塊，連接于電壓控制器34和pwm發(fā)生器35之間，用于基于所述旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ，將電壓控制器34的輸出從兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換至三相靜止坐標(biāo)系后輸入pwm發(fā)生器35。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還公開了一種強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的方法，包括：

s100、檢測模塊檢測流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us；

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(jù)檢測模塊實(shí)時檢測到的流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us，調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)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(wǎng)的正輸出端經(jīng)由所述晶閘管連接逆變器的正輸出端，電網(wǎng)的負(fù)輸出端連接逆變器的負(fù)輸出端，負(fù)載連接在逆變器的正輸出端和負(fù)輸出端之間。

其中，步驟s200中所述的調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv以使得流過晶閘管的電流is過零包括：當(dāng)晶閘管門級觸發(fā)脈沖消失后，如果流過晶閘管的電流is為正，則控制逆變器的輸出電壓uinv大于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is減小并過零；如果流過晶閘管的電流is為負(fù)，則控制逆變器的輸出電壓uinv小于電網(wǎng)電壓us，以使流過晶閘管的電流is增大并過零，具體為：

s210、電壓增量模塊根據(jù)流過晶閘管的電流is輸出電壓增量；

s220、電壓差值計(jì)算模塊將電網(wǎng)電壓us與電壓增量模塊的輸出結(jié)果相加并減去輸出電壓uinv后輸出；

s230、電壓控制器根據(jù)電壓差值計(jì)算模塊的實(shí)時輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電壓uinv等于電網(wǎng)電壓us和電壓增量之和，其中，pwm發(fā)生器用于將電壓控制器的輸出轉(zhuǎn)換成一組pwm脈沖以驅(qū)動逆變器中的開關(guān)。

其中，步驟s210具體包括：

s211、符號模塊根據(jù)流過晶閘管的電流is以及函數(shù)f(is)，確定電壓增量的符號，其中，

s222、乘法模塊，用于將符號模塊的輸出乘以一個增量值δu以得到所述電壓增量并輸出。

綜上所述，實(shí)施本發(fā)明的強(qiáng)制關(guān)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(jù)流過晶閘管的電流is、逆變器的輸出電壓uinv、電網(wǎng)電壓us調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓uinv，以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷，總之本發(fā)明可以達(dá)到晶閘管門級觸發(fā)信號消失后，晶閘管能快速關(guān)斷的效果。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)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(hù)之內(nèi)。