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(jí)觸發(fā)信號(hào)，且電流大于擎住電流時(shí)，晶閘管會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)門級(jí)觸發(fā)信號(hào)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(shí)，才會(huì)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(huì)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(gè)周期的時(shí)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(duì)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(cè)模塊，用于檢測(cè)負(fù)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(cè)模塊以及逆變器連接，用于在晶閘管門級(jí)觸發(fā)脈沖消失后，根據(jù)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調(diào)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(guān)斷。

優(yōu)選的，所述晶閘管電流控制模塊包括：

負(fù)載電流修正模塊，用于將負(fù)載電流iload乘以一個(gè)修正系數(shù)k后輸出；

電流差值計(jì)算模塊，用于將負(fù)載電流修正模塊輸出的結(jié)果減去輸出電流iinv后輸出；

電流控制器，用于根據(jù)電流差值計(jì)算模塊的實(shí)時(shí)輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv與負(fù)載電流iload的符號(hào)相同，且逆變器的輸出電流iinv的絕對(duì)值大于等于負(fù)載電流iload的絕對(duì)值；

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

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(biāo)變換模塊，輸入端連接檢測(cè)模塊，輸出端分別連接負(fù)載電流修正模塊和電流差值計(jì)算模塊，用于將檢測(cè)模塊輸出的負(fù)載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相靜止坐標(biāo)系，并將負(fù)載電流iload的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至負(fù)載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至電流差值計(jì)算模塊；

2s/3s坐標(biāo)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(biāo)系變換至三相靜止坐標(biāo)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(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，輸入端連接檢測(cè)模塊，輸出端分別連接負(fù)載電流修正模塊和電流差值計(jì)算模塊，用于基于所述旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ，將檢測(cè)模塊輸出的負(fù)載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并將負(fù)載電流iload的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至負(fù)載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至電流差值計(jì)算模塊；

2r/3s坐標(biāo)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(zhuǎn)變換矢量角θ，將電流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)系后輸送至pwm發(fā)生器。

其中，所述檢測(cè)模塊包括：負(fù)載電流檢測(cè)器以及逆變器輸出電流檢測(cè)器。

優(yōu)選的，所述負(fù)載電流檢測(cè)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(cè)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(hù)一種強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管的方法，包括：

檢測(cè)模塊檢測(cè)負(fù)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(jí)觸發(fā)脈沖消失后，根據(jù)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調(diào)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(guān)斷；

其中，晶閘管電流控制模塊分別與所述檢測(cè)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。

優(yōu)選的，所述的調(diào)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(guān)斷包括：

負(fù)載電流修正模塊將負(fù)載電流iload乘以一個(gè)修正系數(shù)k后輸出；

電流差值計(jì)算模塊將負(fù)載電流修正模塊輸出的結(jié)果減去輸出電流iinv后輸出；

電流控制器根據(jù)電流差值計(jì)算模塊的實(shí)時(shí)輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv與負(fù)載電流iload的符號(hào)相同，且逆變器的輸出電流iinv的絕對(duì)值大于等于負(fù)載電流iload的絕對(duì)值，其中，pwm發(fā)生器用于將電流控制器的輸出轉(zhuǎn)換成一組pwm脈沖以驅(qū)動(dòng)逆變器中的開關(guān)。

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(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(jí)觸發(fā)脈沖消失后，可以根據(jù)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv調(diào)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(guān)斷，總之本發(fā)明可以達(dá)到晶閘管門級(jí)觸發(fā)信號(hào)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(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)”或者其他類似的用語，不限于數(shù)學(xué)術(shù)語中的絕對(duì)相等或相同，在實(shí)施本專利所述權(quán)利時(shí)，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(gè)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(jí)觸發(fā)脈沖消失后，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調(diào)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(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(duì)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(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)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(cè)模塊10，用于檢測(cè)負(fù)載電流iload、逆變器20的輸出電流iinv；具體的，所述檢測(cè)模塊10包括：檢測(cè)負(fù)載電流iload的負(fù)載電流檢測(cè)器以及檢測(cè)輸出電流iinv的逆變器輸出電流檢測(cè)器。其中，所述負(fù)載電流檢測(cè)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(cè)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(cè)模塊10以及逆變器20連接，用于在晶閘管門級(jí)觸發(fā)脈沖消失后，根據(jù)檢測(cè)模塊10實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調(diào)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(guān)斷。

具體的，參考圖2，vs為電網(wǎng)電壓。u1是一個(gè)雙向晶閘管(由兩個(gè)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。u2是逆變器20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(chǔ)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(fù)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(guān)系：

is＝iload-iinv(1)

對(duì)比晶閘管關(guān)斷的條件和方程(1)可知，當(dāng)晶閘管門級(jí)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(fù)載電流iload的符號(hào)相同，而且它的絕對(duì)值|iinv|大于等于負(fù)載電流的絕對(duì)值|iload|，則流過晶閘管的電流is過零，晶閘管關(guān)斷。因此，具體的，所述晶閘管電流控制模塊30包括：

負(fù)載電流修正模塊31，用于將負(fù)載電流iload乘以一個(gè)修正系數(shù)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(fù)載電流iload的符號(hào)相同，而且還滿足電流|iinv|大于等于負(fù)載電流的絕對(duì)值|iload|?？梢岳斫獾氖牵?fù)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(jì)算模塊32，用于將負(fù)載電流修正模塊31輸出的結(jié)果k*iload減去輸出電流iinv后輸出。可以理解的是，電流差值計(jì)算模塊32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(zhuǎn)換成一組互補(bǔ)的pwm脈沖以驅(qū)動(dòng)逆變器中的開關(guān)s1和s2。

電流控制器33，用于根據(jù)電流差值計(jì)算模塊32的實(shí)時(shí)輸出結(jié)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(hào)等于負(fù)載電流iload的符號(hào)，且輸出電流的iinv絕對(duì)值大于等于負(fù)載電流iload的絕對(duì)值。

需要說明的是，電流控制器33可以是一個(gè)pi控制器，也可以是一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)只需要針對(duì)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，輸入端連接檢測(cè)模塊，輸出端分別連接負(fù)載電流修正模塊和電流差值計(jì)算模塊，用于將檢測(cè)模塊輸出的負(fù)載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相靜止坐標(biāo)系，并將負(fù)載電流iload的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至負(fù)載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至電流差值計(jì)算模塊；

2s/3s坐標(biāo)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(biāo)系變換至三相靜止坐標(biāo)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(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，輸入端連接檢測(cè)模塊，輸出端分別連接負(fù)載電流修正模塊和電流差值計(jì)算模塊，用于基于所述旋轉(zhuǎn)變換矢量角θ，將檢測(cè)模塊輸出的負(fù)載電流iload以及輸出電流iinv從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并將負(fù)載電流iload的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至負(fù)載電流修正模塊，將輸出電流iinv的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送至電流差值計(jì)算模塊；

2r/3s坐標(biāo)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(zhuǎn)變換矢量角θ，將電流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)系后輸送至pwm發(fā)生器。

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(cè)模塊檢測(cè)負(fù)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(jí)觸發(fā)脈沖消失后，根據(jù)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv，調(diào)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(guān)斷；

其中，晶閘管電流控制模塊分別與所述檢測(cè)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)逆變器的輸出電流iinv以使得流過晶閘管的電流is過零從而使晶閘管關(guān)斷包括：

s210、負(fù)載電流修正模塊將負(fù)載電流iload乘以一個(gè)修正系數(shù)k后輸出；

s220、電流差值計(jì)算模塊將負(fù)載電流修正模塊輸出的結(jié)果減去輸出電流iinv后輸出；

s230、電流控制器根據(jù)電流差值計(jì)算模塊的實(shí)時(shí)輸出結(jié)果通過pwm發(fā)生器控制逆變器的輸出電流iinv的符號(hào)等于負(fù)載電流iload的符號(hào)，且輸出電流的iinv的絕對(duì)值大于等于負(fù)載電流iload的絕對(duì)值，其中，pwm發(fā)生器用于將電流控制器的輸出轉(zhuǎn)換成一組pwm脈沖以驅(qū)動(dòng)逆變器中的開關(guān)。

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(jí)觸發(fā)脈沖消失后，可以根據(jù)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)到的負(fù)載電流iload、逆變器的輸出電流iinv調(diào)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(guān)斷，總之本發(fā)明可以達(dá)到晶閘管門級(jí)觸發(fā)信號(hào)消失后，晶閘管能快速關(guān)斷的效果。

上面結(jié)合附圖對(duì)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)。