一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶閘管模型及其控制方法，具體涉及一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型及其實(shí)現(xiàn)方法。晶閘管宏模型包括依次連接的主模塊、控制模塊和反向恢復(fù)模塊，反向恢復(fù)模塊與正向阻斷恢復(fù)模塊連接，正向阻斷恢復(fù)模塊包括二極管D4、控制開關(guān)SW2、受控電壓源Egr和電阻Rgr；所述二極管D4的陰極與控制開關(guān)SW2的一端連接；所述受控電壓源Egr與二極管D4的陽極連接；所述電阻Rgr與控制開關(guān)SW2的另一端連接；通過控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間的大小。本發(fā)明采用在普通晶閘管宏模型中加入正向阻斷恢復(fù)模塊的方法，能完整反應(yīng)晶閘管的關(guān)斷過程，較準(zhǔn)確地模擬晶閘管的各種工作狀態(tài)和特性，有助于換流閥換相失敗的研究。
【專利說明】一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶閘管模型及其控制方法，具體涉及一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶閘管宏模型是以晶閘管外特性為基礎(chǔ)，利用電路仿真軟件中普通電氣元器件構(gòu)成的子電路來模擬特性。普通晶閘管宏模型以外特性為基礎(chǔ)的集總參數(shù)電路和解析表達(dá)式構(gòu)成，能反應(yīng)晶閘管的開通、關(guān)斷，反向恢復(fù)等工作特性；但是未對晶閘管的正向阻斷恢復(fù)特性進(jìn)行描述。而正向阻斷恢復(fù)特性直接影響晶閘管關(guān)斷過程的成敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型及其實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明采用在普通晶閘管宏模型中加入正向阻斷恢復(fù)模塊的方法，能完整反應(yīng)晶閘管的關(guān)斷過程，準(zhǔn)確地模擬晶閘管的各種工作狀態(tài)和特性，有助于換流閥換相失敗的研究。
[0004]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明提供一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型，所述晶閘管宏模型包括依次連接的主模塊、控制模塊和反向恢復(fù)模塊，其改進(jìn)之處在于，所述反向恢復(fù)模塊與正向阻斷恢復(fù)模塊連接，所述正向阻斷恢復(fù)模塊包括二極管D4、控制開關(guān)SW2、受控電壓源E#和電阻R# ;所述二極管D4的陰極與控制開關(guān)SW2的一端連接；所述受控電壓源E#與二極管D4的陽極連接；所述電阻R#與控制開關(guān)SW2的另一端連接；通過控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間的大小。
[0006]進(jìn)一步地，所述主模塊包括反并聯(lián)的二極管Dfc和二極管Dbf ;并聯(lián)的電容Cf、電阻
&、受控電流源和二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路；二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Don和受控電壓源E1組成；與二極管Dbf和二極管Don陰極和陽極同方向；
[0007]所述控制模塊包括并聯(lián)的受控電流源Irc、電容Con、二極管D1-直流電壓源V1串聯(lián)支路和二極管D2 ;二極管D1-電壓源V1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D1和直流電壓源V1組成；所述二極管D1和二極管D2的陰極和陽極反方向；
[0008]所述反向恢復(fù)模塊包括二極管03-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路；所述受控電壓源Err與二極管D3的陽極連接；電阻Rrr與控制開關(guān)SW1的一端連接；二極管D3-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D3和控制開關(guān)SW1 ;所述二極管的D3的陰極和電容Crr均與控制開關(guān)Sff1的另一端連接；
[0009]在主模塊和控制模塊之間連接有二極管Deil和直流電壓源Eeil串聯(lián)支路；所述二極管Deil和電壓源Eeil串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Deil和直流電壓源Eeil組成。
[0010]本發(fā)明還提供一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型的實(shí)現(xiàn)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:[0011](I)建立正向阻斷恢復(fù)模塊，比較晶閘管關(guān)斷角與晶閘管關(guān)斷時間t,的大小；
[0012](2)產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)電流Igr ；
[0013](3)控制晶閘管在重新施加正向電壓時的工作狀態(tài)；
[0014](4)若晶閘管已經(jīng)正向?qū)ǎ瑒t控制開關(guān)復(fù)斷開狀態(tài)。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，通過正向阻斷恢復(fù)模塊中的控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較晶閘管關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間tq的大小；當(dāng)關(guān)斷角小于晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間tq，即晶閘管在重新施加正向電壓時未完成正向阻斷恢復(fù)過程時，控制開關(guān)SW2閉合；當(dāng)關(guān)斷角小于晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間t,時，正向阻斷恢復(fù)控制電流1#=0，受控電流源Irc〈0，晶閘管維持關(guān)斷狀態(tài)，維持控制開關(guān)SW2斷開狀態(tài)。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，控制開關(guān)SW2閉合，受控電壓源Eg,對電阻Rg,放電，產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)控制電流Iy進(jìn)而使受控電流源Irc>0，Uctrl=O, E1=O,晶閘管在重新施加正向電壓時導(dǎo)通；晶閘管導(dǎo)通后，控制開關(guān)SW2斷開，則受控電壓源E#對電阻Rg充電，不產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)控制電流1-
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，利用控制模塊中的受控電流源Irc的電流運(yùn)算，控制晶閘管在重新施加正向電壓時的工作狀態(tài)；
[0018]控制模塊中V1為IV的直流電壓源，用以提供控制模塊電壓Uetrt=I的值洱為電壓控制的受控電壓源，則:
[0019]E1 = Uak.Uctrl ①；
[0020]由上式可知，當(dāng)Uctrl=O時E1=O,晶閘管導(dǎo)通；當(dāng)Uctrl=I時E1=Uffi,晶閘管關(guān)斷；控制模塊利用電流控制的受控電流源Irc對各支路電流的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)對Urfri的控制；Irc如下式所示:
[0021]Ifc = Ig+ a (If-1L) +Ir+Igr ②；
[0022]Uak為主模塊中A和K兩點(diǎn)之間的電壓山表示二極管Deil和直流電壓源Eeil串聯(lián)支路的電流；α是半試驗系數(shù)，其值介于O和I之間；If為晶閘管正向電流:
[0023]If — IAK+1 Cf+1 Dbf+1RL ③；
[0024]其中二極管Dm和受控電壓源E1串聯(lián)支路的電流；Irf為電容Cf支路的電流；Iiw為二極管Dbf支路的電流；k為電阻&支路的電流；
[0025]込為晶閘管的擎住電流，為常量，取決于晶閘管自身特性山為晶閘管反向電流:
[0026]Ir = Irr+IDbr ④；
[0027]其中:1?為受控電流源的電流；Ilta為二極管Dfc支路的電流；I#為正向阻斷恢復(fù)控制電流，表示電阻R#支路的電流；
[0028]當(dāng)Irc>0，將對電容Cm充電，當(dāng)Cm充電到上負(fù)下正時，Uetal=O,晶閘管導(dǎo)通；反之不導(dǎo)通。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0030]本發(fā)明采用在普通晶閘管宏模型中加入正向阻斷恢復(fù)模塊的方法，能完整反應(yīng)晶閘管的關(guān)斷過程，準(zhǔn)確地模擬晶閘管的各種工作狀態(tài)和特性，有助于換流閥換相失敗的研究。具體的:
[0031]1、本發(fā)明采用正向阻斷恢復(fù)模塊來模擬晶閘管的正向阻斷恢復(fù)過程，可直觀得到晶閘管在關(guān)斷后任意時刻施加正向電壓時，其電壓電流的變化情況。[0032]2、本發(fā)明采用支路電流計算和邏輯運(yùn)算控制的方法，使描述的晶閘管正向阻斷恢復(fù)特性更加精確可靠。
[0033]3，本發(fā)明提供的晶閘管宏模型可根據(jù)不同晶閘管的實(shí)際關(guān)斷特性，靈活設(shè)計參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明提供的晶閘管宏模型結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖2是本發(fā)明提供的關(guān)斷時間為600us時，晶閘管開通、關(guān)斷及施加正壓全過程的電壓電流波形；；
[0036]圖3是本發(fā)明提供的關(guān)斷時間為SOOus時，晶閘管開通、關(guān)斷及施加正壓全過程的電壓電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0038]本發(fā)明采用在普通晶閘管宏模型中加入正向阻斷恢復(fù)模塊的方法，能完整反應(yīng)晶閘管的關(guān)斷過程，準(zhǔn)確地模擬晶閘管的各種工作狀態(tài)和特性，有助于換流閥換相失敗的研究。
[0039]本發(fā)明一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，所述晶閘管宏模型包括依次連接的主模塊、控制模塊和反向恢復(fù)模塊，其特征在于，所述反向恢復(fù)模塊與正向阻斷恢復(fù)模塊連接，所述正向阻斷恢復(fù)模塊包括二極管D4、控制開關(guān)SW2、受控電壓源E#和電阻R# ;所述二極管D4的陰極與控制開關(guān)SW2的一端連接；所述受控電壓源E#與二極管D4的陽極連接；所述電阻R#與控制開關(guān)SW2的另一端連接；通過控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間的大小。
[0040]主模塊包括反并聯(lián)的二極管Dfc和二極管Dbf ;并聯(lián)的電容Cf、電阻&、受控電流源Irr和二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路；二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Don和受控電壓源E1組成；與二極管Dbf和二極管Don陰極和陽極同方向；
[0041 ] 所述控制模塊包括并聯(lián)的受控電流源Irc、電容Con、二極管D1-直流電壓源V1串聯(lián)支路和二極管D2 ;二極管D1-電壓源V1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D1和直流電壓源V1組成；所述二極管D1和二極管D2的陰極和陽極反方向；
[0042]所述反向恢復(fù)模塊包括二極管03-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路；所述受控電壓源Err與二極管D3的陽極連接；電阻Rrr與控制開關(guān)SW1的一端連接；二極管D3-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D3和控制開關(guān)SW1 ;所述二極管的D3的陰極和電容Crr均與控制開關(guān)Sff1的另一端連接；
[0043]在主模塊和控制模塊之間連接有二極管Deil和直流電壓源Eeil串聯(lián)支路；所述二極管Deil和電壓源Eeil串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Deil和直流電壓源Eeil組成。
[0044]控制模塊中的受控電流源Irc的電流運(yùn)算，控制晶閘管在重新施加正向電壓時的工作狀態(tài)；
[0045]控制模塊中V1為IV的直流電壓源，用以提供控制模塊電壓Urtrt=I的值洱為電壓控制的受控電壓源，則:[0046]E1 = Uak.Uctrl ①；
[0047]由上式可知，當(dāng)IW1=O時E1=O,晶閘管導(dǎo)通；當(dāng)Uctrl=I時E1=Uffi,晶閘管關(guān)斷；控制模塊利用電流控制的受控電流源Irc對各支路電流的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)對Urfri的控制；Irc如下式所示:
[0048]Ifc = Ig+ a (If-1L) +Ir+Igr ②；
[0049]Uak為附圖1主模塊中A和K兩點(diǎn)之間的電壓山表示二極管Dcd和直流電壓源Ecd串聯(lián)支路的電流；α是半試驗系數(shù)，其值介于O和I之間；If為晶閘管正向電流:
[0050]If — IAK+1 Cf+1 Dbf+1RL ③；
[0051]Iffi為二極管Dm和受控電壓源E1串聯(lián)支路的電流Jcf為電容Cf支路的電流；IDbf為二極管Dbf支路的電流；I&為電阻&支路的電流；
[0052]込為晶閘管的擎住電流，為一常量，取決于晶閘管自身特性山為晶閘管反向電流:
[0053]Ir = Irr+IDbr ④；
[0054]Irr為受控電流源的電流；IDfc為二極管Dfc支路的電流；Igr為正向阻斷恢復(fù)控制電流，表示電阻R#支路的電流。當(dāng)IFC>0，將對電容Cm充電，當(dāng)Cm充電到上負(fù)下正時，Uctrl=O,晶閘管導(dǎo)通；反之不導(dǎo)通。
[0055]正向阻斷恢復(fù)模塊中SW2為控制開關(guān)。當(dāng)關(guān)斷角小于晶閘管關(guān)斷時間t,時，即在重新施加正向電壓時晶閘管不能完成正向阻斷恢復(fù)過程時?？刂崎_關(guān)SW2閉合，受控電壓源Egr對電阻R#放電，產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)控制電流I#，進(jìn)而使受控電流源Irc>0，Uctrl=O, E1=O,晶閘管在重新施加正向電壓時導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，控制開關(guān)SW2則斷開。若關(guān)斷角大于晶閘管的實(shí)時關(guān)斷時間t,時，即在重新施加正壓時刻，晶閘管已恢復(fù)正向電壓阻斷能力，則控制開關(guān)SW2維持?jǐn)嚅_狀態(tài)，正向阻斷恢復(fù)控制電流lgr=0，受控電流源Irc〈0，晶閘管維持關(guān)斷狀態(tài)。其中關(guān)斷時間為600US和800US時，晶閘管開通、關(guān)斷及施加正壓全過程的電壓電流波形分別如圖2和3所示。
[0056]本發(fā)明在晶閘管宏模型加入了正向阻斷恢復(fù)模塊，使之能完整和準(zhǔn)確地描述晶閘管的關(guān)斷過程。
[0057]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型，所述晶閘管宏模型包括依次連接的主模塊、控制模塊和反向恢復(fù)模塊，其特征在于，所述反向恢復(fù)模塊與正向阻斷恢復(fù)模塊連接，所述正向阻斷恢復(fù)模塊包括二極管D4、控制開關(guān)SW2、受控電壓源E#和電阻R# ;所述二極管D4的陰極與控制開關(guān)SW2的一端連接；所述受控電壓源E#與二極管D4的陽極連接；所述電阻R#與控制開關(guān)另一端連接；通過控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間的大小。
2.如權(quán)利要求1所述的晶閘管宏模型，其特征在于，所述主模塊包括反并聯(lián)的二極管Dbr和二極管Dbf ;并聯(lián)的電容Cf、電阻&、受控電流源和二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路；二極管Don-受控電壓源E1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Don和受控電壓源E1組成；與二極管Dbf和二極管Don陰極和陽極同方向； 所述控制模塊包括并聯(lián)的受控電流源Irc、電容Con、二極管D1-直流電壓源V1串聯(lián)支路和二極管D2 ;二極管D1-電壓源V1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D1和直流電壓源V1組成；所述二極管D1和二極管D2的陰極和陽極反方向； 所述反向恢復(fù)模塊包括二極管03-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路；所述受控電壓源Err與二極管D3的陽極連接；電阻Rrr與控制開關(guān)SW1的一端連接；二極管D3-控制開關(guān)SW1串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管D3和控制開關(guān)SW1 ;所述二極管的D3的陰極和電容Crr均與控制開關(guān)SW1的另一端連接； 在主模塊和控制模塊之間連接有二極管Deil和直流電壓源Eeil串聯(lián)支路；所述二極管Deil和電壓源Eeil串聯(lián)支路由串聯(lián)的二極管Deil和直流電壓源Eeil組成。
3.—種如權(quán) 利要求1-2中任一項所述的全關(guān)斷過程的晶閘管宏模型的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (O建立正向阻斷恢復(fù)模塊，比較晶閘管關(guān)斷角與晶閘管關(guān)斷時間t,的大小； (2)產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)電流Igr； (3)控制晶閘管在重新施加正向電壓時的工作狀態(tài)； (4)若晶閘管已經(jīng)正向?qū)?，則控制開關(guān)SW2恢復(fù)斷開狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟(1)中，通過正向阻斷恢復(fù)模塊中的控制開關(guān)SW2邏輯判斷比較晶閘管關(guān)斷角與晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間t,的大??；當(dāng)關(guān)斷角小于晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間t,，即晶閘管在重新施加正向電壓時未完成正向阻斷恢復(fù)過程時，控制開關(guān)SW2閉合；當(dāng)關(guān)斷角小于晶閘管實(shí)時關(guān)斷時間t,時，正向阻斷恢復(fù)控制電流1#=0，受控電流源Irc〈0，晶閘管維持關(guān)斷狀態(tài)，維持控制開關(guān)SW2斷開狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，控制開關(guān)SW2閉合，受控電壓源E#對電阻R#放電，產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)控制電流I#，進(jìn)而使受控電流源Irc>0，Uctrl=OiE1=O,晶閘管在重新施加正向電壓時導(dǎo)通；晶閘管導(dǎo)通后,控制開關(guān)SW2斷開,則受控電壓源E#對電阻Rg充電，不產(chǎn)生正向阻斷恢復(fù)控制電流1-
6.如權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，利用控制模塊中的受控電流源Irc的電流運(yùn)算，控制晶閘管在重新施加正向電壓時的工作狀態(tài)； 控制模塊中V1為IV的直流電壓源，用以提供控制模塊電壓Urtrt=I的值洱為電壓控制的受控電壓源，則:
E1 = Uffi.Uctrl ①；由上式可知，當(dāng)Uetrt=O時E1=O,晶閘管導(dǎo)通；當(dāng)Uctrl=I時E1=Uffi,晶閘管關(guān)斷；控制模塊利用電流控制的受控電流源Irc對各支路電流的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)對Urfri的控制；Irc如下式所示:
Ifc = Ig+a (If-11)+Ir+Igr ②； Uak為主模塊中A和K兩點(diǎn)之間的電壓；Ie表示二極管Deil和直流電壓源Eeil串聯(lián)支路的電流；α是半試驗系數(shù)，其值介于O和I之間；If為晶閘管正向電流:
If — IAK+1 Cf+1Dbf+1RL ③； 其中:IAK為二極管Dm和受控電壓源E1串聯(lián)支路的電流；Irf為電容Cf支路的電流；IDbf為二極管Dbf支路的電流；I&為電阻&支路的電流； 込為晶閘管的擎住電流，為常量，取決于晶閘管自身特性山為晶閘管反向電流:
Ir = Irr+IDbr ④； 其中:1?為受控電流源的電流；I lto為二極管Dfc支路的電流；I#為正向阻斷恢復(fù)控制電流，表示電阻R#支路的電流； 當(dāng)Irc>0，將對電容Cm充電，當(dāng)Cm充電到上負(fù)下正時，Urtrt=O,晶閘管導(dǎo)通；反之不導(dǎo)通。
【文檔編號】G06F17/50GK103838934SQ201410102811
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】陽岳希, 許韋華, 魏曉光, 査鯤鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司