CN107743032B - 一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法，通过设置用于实现交流线路工作电流双向导通的双向导通支路、用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路且将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点的强制转移支路、用于为整流支路提供交流电的供电电源以及用于将供电电源提供的交流电转换为直流电的整流支路，实现交流快速开关装置的毫秒级导通和关断，进而实现交流线路的毫秒级快速投切，导通和关断的操作时间均可达到1ms。且本发明采用IGBT，综合利用率较高，通过利用IGBT的可控特性与耐反压和耐电流水平，实现对交流快速开关装置进行高频的导通和关断控制，强制转移支路中的电容供电的供电电源采用交流电源，便于就地取源，方便装置的安装。

Description

一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法。

背景技术

交流开关是电力系统中的关键设备，其主要功能是进行支路的导通和关断操作，在切除电力系统扰动源、快速切除负荷、防止电力系统故障扩展等方面发挥着至关重要的作用。

电网安全稳定有三道防线，分别为：①第一道防线，为高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护不损失负荷，快速隔离故障；②第二道防线，为保障电网安全运行的安全自动装置允许损失少量负荷，避免元件过载、电网失稳；③第三道防线，为失步解列与频率、电压控制采取一切必要手段避免电网崩溃。以上三道防线分别涉及故障源能否被快速切除、负荷能否被精准快速切除、关键断面能否迅速断开三个关键条件，而这三个关键条件的满足都需要交流开关能够快速动作。

交流开关在切除电力系统扰动源、快速切除负荷、防止电力系统故障扩展等方面发挥着至关重要的作用，且其动作时间越快，越有利于保障电力系统的安全稳定性。目前交流高压开关为机械式开关，在进行关断操作时需要等待交流电流过零点，当交流电流过零时机械开关方可动作，并且机械元件的断开速度较慢，总的关断操作时间一般为40～60毫秒甚至更久。交流机械式开关的动作时间慢，不利于电力系统的安全稳定运行。

发明内容

为了克服上述现有技术中机械开关因动作时间慢不利于电力系统的安全稳定运行的不足，本发明提供一种基于可控器件的交流快速开关装置及其控制方法，该交流快速开关装置通过设置用于实现交流线路工作电流双向导通的双向导通支路、用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路且将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点的强制转移支路、用于为整流支路提供交流电的供电电源以及用于将供电电源提供的交流电转换为直流电的整流支路，实现交流快速开关装置的毫秒级导通和关断。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于可控器件的交流快速开关装置，包括：

双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；

强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；

供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及

整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。

所述强制转移支路还包括限流模块和第一全桥模块；

所述限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；

所述第一全桥模块包括串联的第一桥臂模块和第二桥臂模块，以及串联的第三桥臂模块和第四桥臂模块。

所述第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；

所述第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块。

所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；

所述第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；

所述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块；

所述子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；

所述全控器件采用IGBT或IGCT。

所述全控器件采用IGBT时，第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。

所述全控器件采用IGCT时，所述一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

所述第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。

所述整流支路与强制转移支路中的电容并联，所述电容一端连接公共点G，另一端连接公共点K。

所述整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；

所述第二全桥模块包括串联的第五桥臂模块和第六桥臂模块，以及串联的第七桥臂模块和第八桥臂模块。

所述第三电阻模块和电感模块串联；

所述第一电阻模块、第二电阻模块和第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述电感模块包括多个电感，多个电感以串联、并联或串并联结合的方式连接。

所述第五桥臂模块和第六桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的二极管；

所述第七桥臂模块和第八桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的晶闸管；

所述第五桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第六桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第七桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；

所述第八桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q。

所述双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；

所述第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；

所述第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；

所述第一二极管模块和第二二极管模块均包括多个二极管，多个二极管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第一晶闸管模块和第二晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接。

所述第一二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N1，阴极均朝向第二双向导通模块；

所述第一晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极均朝向第二双向导通模块；

所述第二二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N2，阴极均朝向第一双向导通模块；

所述第二晶闸管模块中的晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极均朝向第一双向导通模块。

所述公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，所述公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；

所述公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，所述公共点N与公共点G连接；

所述供电电源一端连接公共点W，另一端连接公共点Q。

本发明还提供一种交流快速开关装置的控制方法，包括交流快速开关装置的导通控制过程和关断控制过程；

所述导通控制过程为：持续向第一晶闸管模块和第二晶闸管模块中的晶闸管以及第一桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并停止向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管发送触发信号，实现交流快速开关装置的快速导通控制；

所述关断控制过程为：停止向第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块中的晶闸管发送触发信号，并向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号；经过设定时间后，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并向第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件发送触发，实现交流快速开关装置的快速关断控制。

所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，所述双向导通支路中交流线路的电流被转移到强制转移支路；

停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，且第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，所述强制转移支路中交流线路的电流降至零点，所述第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管均处于关断状态，实现交流快速开关装置的快速关断控制。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的基于可控器件的交流快速开关装置通过设置用于实现交流线路工作电流双向导通的双向导通支路、用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路且将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点的强制转移支路、用于为整流支路提供交流电的供电电源以及用于将供电电源提供的交流电转换为直流电的整流支路，实现交流快速开关装置的快速导通控制和关断控制；

本发明提供的技术方案中第一限流模块和第二限流模块均采用串联的晶闸管和电阻，第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均设有IGBT和与IGBT反并联的二极管，第五桥臂模块和第六桥臂模块均采用二极管，第七桥臂模块和第八桥臂模块均采用晶闸管，且第一双向导通模块和第二双向导通模块均设有并联的二极管和晶闸管，通过上述器件和各器件之间的串并联关系实现交流快速开关装置的毫秒级导通和关断，进而实现交流线路的毫秒级快速投切，导通和关断的操作时间均可达到1ms；

本发明提供的技术方案中第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块采用IGBT，综合利用率较高，通过利用IGBT的可控特性与耐反压和耐电流水平，实现对交流快速开关装置进行高频的导通和关断控制；

本发明提供的技术方案中的供电电源采用交流电源，便于就地取源，方便装置的安装。

附图说明

图1是本发明实施例1中基于可控器件的交流快速开关装置结构图；

图2是本发明实施例2中基于可控器件的交流快速开关装置结构图；

图3是本发明实施例2中交流快速开关装置应用于三相交流系统的接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

可控电力电子器件(简称可控器件)包括半控器件与全控器件。半控器件以晶闸管为代表，晶闸管是晶体闸流管的简称，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、逆变及变频等电子电路中。全控器件以绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)为代表，具有驱动功率小且饱和压降低的优点，广泛应用于变流系统、变频器、开关电源、牵引传动等领域。

本发明实施例1提供了一种基于上述可控器件的交流快速开关装置，该交流快速开关装置如图1所示，图1中，C表示强制转移支路中的电容，N1和N2表示交流快速开关装置所在交流线路上的两个节点，本发明实施例1提供的交流快速开关装置包括双向导通支路、强制转移支路、供电电源和整流支路，下面对上述四部分的功能分别进行详细说明：

其中的双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；

其中的强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；

其中的供电电源，用于为整流支路提供交流电；

其中的整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。

上述的强制转移支路除了包括电容C，其还包括限流模块和第一全桥模块；

其中的限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；

第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；

第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块；

上述的第一电阻模块和第二电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；

上述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

上述的第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；

上述的第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；

其中的第一全桥模块包括第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块，其中第一桥臂模块和第二桥臂模块串联，且第三桥臂模块和第四桥臂模块串联。

上述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块，子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；其中的全控器件可采用IGBT，也可采用IGCT。

以下分别针对全控器件采用IGBT或IGCT时，第一全桥模块中各个器件的连接关系进行详细说明：

1、全控器件采用IGBT时，具体的连接关系如下：

1)第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，第一桥臂模块中所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

2)第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，第二桥臂模块中所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

3)第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，第三桥臂模块中所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

4)第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，第四桥臂模块中所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。

2、全控器件采用IGCT时，具体的连接关系如下：

1)第一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，第一桥臂模块中所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

2)第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，第二桥臂模块中所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

3)第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，第三桥臂模块中所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

4)第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，第四桥臂模块中所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。

上述的整流支路与强制转移支路中的电容并联，该电容一端连接上述公共点G，另一端连接上述公共点K。

上述的整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；

其中的第二全桥模块包括第五桥臂模块、第六桥臂模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块，其中第五桥臂模块和第六桥臂模块串联，第七桥臂模块和第八桥臂模块串联。

上述的第三电阻模块和电感模块串联；

第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；

上述整流支路中电感模块包括多个电感，多个电感以串联、并联或串并联结合的方式连接。

上述第五桥臂模块和第六桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的二极管；

上述第七桥臂模块和第八桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的晶闸管；

第二全桥模块中的第五桥臂模块、第六桥臂模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块中器件的连接关系如下：

1)第五桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，第五桥臂模块中所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

2)第六桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，第六桥臂模块中所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

3)第七桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，第七桥臂模块中所有晶闸管的阳极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；

4)第八桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，第八桥臂模块中所有晶闸管的阳极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q。

本发明实施例1提供的交流快速开关装置中的双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；

其中第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；

其中第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；

上述第一二极管模块和第二二极管模块均包括多个二极管，多个二极管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

上述第一晶闸管模块和第二晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接。

1、第一二极管模块和第二二极管模块中二极管的朝向具体如下：

1)第一二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N1，阴极均朝向第二双向导通模块；

2)第二二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N2，阴极均朝向第一双向导通模块；

2、第一晶闸管模块和第二晶体管模块中晶体管的朝向具体如下：

1)第一晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极均朝向第二双向导通模块；

2)第二晶闸管模块中的晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极均朝向第一双向导通模块。

上述的公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，且公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；

上述的公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，公共点N与公共点G连接；

其中供电电源一端连接公共点W，另一端连接公共点Q。

本发明实施例1还提供了一种交流快速开关装置的控制方法，该控制方法包括本发明实施例1提供的交流快速开关装置具体的导通控制过程和关断控制过程，下面分别详细介绍上述交流快速开关装置的导通控制过程和关断控制过程：

1、导通控制过程为：

持续向第一晶闸管模块和第二晶闸管模块中的晶闸管以及第一桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并停止向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管发送触发信号，实现交流快速开关装置的快速导通控制；

2、关断控制过程为：

停止向第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块中的晶闸管发送触发信号，并向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号；经过设定时间后，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并向第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件发送触发，实现交流快速开关装置的快速关断控制，该快速开关装置的导通时间不高于1ms。

上述关断控制过程中，第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，双向导通支路中交流线路的电流被转移到强制转移支路；进一步的，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，且第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，强制转移支路中交流线路的电流降至零点，第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管均处于关断状态，实现交流快速开关装置的快速关断控制，该快速开关装置的关断时间可在1ms内完成。

实施例2

本发明实施例2提供一种基于上述可控器件的交流快速开关装置，该交流快速开关装置的具体结构如图2所示，图2中，C表示强制转移支路中的电容，N1和N2表示交流快速开关装置所在交流线路上的两个节点，S表示供电电源，D11、D12、D31、D32、D33、D34、D41、D42均为二极管，TH11、TH12、TH21、TH22、TH41、TH42均为晶闸管，T31、T32、T33、T34均为IGBT，R21、R22、R1均为电阻，L1为电感；本发明实施例2提供的基于可控器件的交流快速开关装置包括双向导通支路、强制转移支路、供电电源和整流支路，下面对上述四部分的功能分别进行详细说明：

其中的双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；

其中的强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；

其中的供电电源，用于为整流支路提供交流电；

其中的整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电。

上述的强制转移支路除了包括电容C，其还包括限流模块和第一全桥模块；

其中的限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；

第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；

第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块；

上述的第一电阻模块包括电阻R21，第二电阻模块包括电阻R22；

上述第三晶闸管模块包括晶闸管TH21，晶闸管TH21的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；

上述第四晶闸管模块包括晶闸管TH22，晶闸管TH22的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；

其中的第一全桥模块包括第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块，其中第一桥臂模块和第二桥臂模块串联，且第三桥臂模块和第四桥臂模块串联。

上述第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括单个子模块，子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；其中的全控器件采用IGBT。

于是，第一桥臂模块包括T31和D31，第二桥臂模块包括T32和D32，第三桥臂模块包括T33和D33，第四桥臂模块包括T34和D34。

下面详细说明第一桥臂模块、第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块中IGBT的朝向：

1)T31的发射极连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，T31的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

2)T32的发射极连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，T32的集电极连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

3)T33的发射极连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，T33的集电极连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

4)T34的发射极连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，T34的集电极连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y。

上述的整流支路与强制转移支路中的电容C并联，电容C一端连接上述公共点G，另一端连接上述公共点K。

上述的整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；

其中的第二全桥模块包括第五桥臂模块、第六桥臂模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块，其中第五桥臂模块和第六桥臂模块串联，第七桥臂模块和第八桥臂模块串联。

上述的第三电阻模块和电感模块串联；

第三电阻模块包括电阻R1，电感模块包括电感L1；

上述第五桥臂模块包括D41，第六桥臂模块包括D42；

上述第七桥臂模块包括TH41，第八桥臂模块包括TH42；

下面详细介绍第五桥臂模块和第六桥臂模块中二极管以及第七桥臂模块和第八桥臂模块中晶闸管的朝向：

1)D41的阴极连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，D41的阳极连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

2)D42的阴极连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，D42的阳极连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

3)TH41的阴极连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，TH41的阳极连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；

4)TH42的阴极连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，TH42的阳极连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q。

本发明实施例2提供的交流快速开关装置中的双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；

其中第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；

其中第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；

1、第一二极管模块和第二二极管模块中二极管的朝向如下：

1)第一二极管模块包括D11，D11的阳极朝向节点N1，阴极朝向第二双向导通模块；

2)第二二极管模块包括D12，D12的阳极朝向节点N2，阴极朝向第一双向导通模块；

2、第一晶闸管模块和第二晶闸管模块中晶闸管的朝向如下：

1)第一晶闸管模块包括TH11，TH11的阴极朝向节点N1，阳极朝向第二双向导通模块；

2)第二晶闸管模块包括TH12，TH12的阴极朝向节点N2，阳极朝向第一双向导通模块。

上述的公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，且公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；

上述的公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，公共点N与公共点G连接；

其中供电电源一端连接公共点W，另一端连接公共点Q。

本发明实施例2还提供了一种交流快速开关装置的控制方法，该控制方法包括上述本发明实施例2提供的交流快速开关装置具体的导通控制过程和关断控制过程，下面分别详细介绍上述交流快速开关装置的导通控制过程和关断控制过程：

1、导通控制过程为：

持续向TH11、TH12、T31和T33发送触发信号，并停止向TH21和TH22发送触发信号，实现交流快速开关装置由关断状态到导通状态的切换，即实现交流快速开关装置的快速导通控制；当该快速开关装置处于导通状态时，节点N1与节点N2的支路电流经由双向导通支路流过，该快速开关装置的导通时间不高于1ms。

2、关断控制过程为：

停止向TH11、TH12、TH41和TH42发送触发信号，并向TH21、TH22、T32和T33发送触发信号；经过设定时间后，停止向T32和TH33发送触发信号，并向T31和T34发送触发，

TH21、TH22以及T32、T33接收到触发信号后，双向导通支路中交流线路的电流被转移到强制转移支路；进一步的，停止向T32和T33发送触发信号，且T31和T34接收到触发信号后，强制转移支路中交流线路的电流降至零点，TH11、TH12、TH21、TH22均处于关断状态，实现节点N1和节点N2之间交流电路电气联系的关断，即实现交流快速开关装置的快速关断控制，该快速开关装置的关断时间可在1ms内完成。

如图3所示，本发明实施例2提供的交流快速开关装置可应用于三相交流系统。交流快速开关装置设有三个，分别以串联方式接入三相交流线路中，其中，B表示交流快速开关，N1、N2均表示节点，具体地，N1和N2为交流快速开关装置所串联交流线路的连接端口。A1和A2为A相交流线路上的节点，形成A1-A2线路；B1和B2为B相交流线路上的节点，形成B1-B2线路；C1和C2为C相交流线路上的节点，形成C1-C2线路。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于可控器件的交流快速开关装置，其特征在于，包括：

双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；

强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；

供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及

整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电；

所述强制转移支路还包括限流模块和第一全桥模块；

所述限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；

所述第一全桥模块包括串联的第一桥臂模块和第二桥臂模块，以及串联的第三桥臂模块和第四桥臂模块；

所述第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；

所述第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块；

所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；

所述第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；

所述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块；

所述子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；

所述全控器件采用IGBT或IGCT；

所述全控器件采用IGBT时，第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y；

所述全控器件采用IGCT时，所述一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

所述第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y；

所述整流支路与强制转移支路中的电容并联，所述电容一端连接公共点G，另一端连接公共点K；

所述整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；

所述第二全桥模块包括串联的第五桥臂模块和第六桥臂模块，以及串联的第七桥臂模块和第八桥臂模块；

所述第三电阻模块和电感模块串联；

所述第一电阻模块、第二电阻模块和第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述电感模块包括多个电感，多个电感以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第五桥臂模块和第六桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的二极管；

所述第七桥臂模块和第八桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的晶闸管；

所述第五桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第六桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第七桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；

所述第八桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q；

所述双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；

所述第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；

所述第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；

所述第一二极管模块和第二二极管模块均包括多个二极管，多个二极管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第一晶闸管模块和第二晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第一二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N1，阴极均朝向第二双向导通模块；

所述第一晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极均朝向第二双向导通模块；

所述第二二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N2，阴极均朝向第一双向导通模块；

所述第二晶闸管模块中的晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极均朝向第一双向导通模块；

所述公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，所述公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；

所述公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，所述公共点N与公共点G连接；

所述供电电源一端连接公共点W，另一端连接公共点Q；

导通控制过程为：持续向第一晶闸管模块和第二晶闸管模块中的晶闸管以及第一桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并停止向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管发送触发信号，实现交流快速开关装置的快速导通控制；

关断控制过程为：停止向第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块中的晶闸管发送触发信号，并向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号；经过设定时间后，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并向第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件发送触发，实现交流快速开关装置的快速关断控制，该快速开关装置的导通时间不高于1ms；

所述关断控制过程中，第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，双向导通支路中交流线路的电流被转移到强制转移支路；进一步的，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，且第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，强制转移支路中交流线路的电流降至零点，第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管均处于关断状态，实现交流快速开关装置的快速关断控制，该快速开关装置的关断时间可在1ms内完成。

2.一种如权利要求1所述的交流快速开关装置的控制方法，其特征在于，包括交流快速开关装置的导通控制过程和关断控制过程；

所述导通控制过程为：持续向第一晶闸管模块和第二晶闸管模块中的晶闸管以及第一桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并停止向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管发送触发信号，实现交流快速开关装置的快速导通控制；

所述关断控制过程为：停止向第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第七桥臂模块和第八桥臂模块中的晶闸管发送触发信号，并向第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号；经过设定时间后，停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，并向第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件发送触发，实现交流快速开关装置的快速关断控制；

所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管以及第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，所述双向导通支路中交流线路的电流被转移到强制转移支路；

停止向第二桥臂模块和第三桥臂模块中的全控器件发送触发信号，且第一桥臂模块和第四桥臂模块中的全控器件接收到触发信号后，所述强制转移支路中交流线路的电流降至零点，所述第一晶闸管模块、第二晶闸管模块、第三晶闸管模块和第四晶闸管模块中的晶闸管均处于关断状态，实现交流快速开关装置的快速关断控制；

所述交流快速开关装置包括双向导通支路、强制转移支路、供电电源和整流支路；

所述双向导通支路，用于实现交流线路工作电流的双向导通；

所述强制转移支路，用于将双向导通支路中交流线路的电流转移到强制转移支路，并将转移到强制转移支路的交流线路的电流降至零点；

供电电源，用于为整流支路提供交流电；以及

整流支路，用于将供电电源提供的交流电转换为直流电，直流电为强制转移支路中的电容充电；

所述强制转移支路还包括限流模块和第一全桥模块；

所述限流模块包括串联的第一限流模块和第二限流模块；

所述第一全桥模块包括串联的第一桥臂模块和第二桥臂模块，以及串联的第三桥臂模块和第四桥臂模块；

所述第一限流模块包括串联的第三晶闸管模块和第一电阻模块；

所述第二限流模块包括串联的第四晶闸管模块和第二电阻模块；

所述第三晶闸管模块和第四晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第三晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极朝向第二限流模块；

所述第四晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极朝向第一限流模块；

所述第一桥臂模块和第二桥臂模块、第三桥臂模块和第四桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的子模块；

所述子模块包括全控器件和与全控器件反并联的二极管；

所述全控器件采用IGBT或IGCT；

所述全控器件采用IGBT时，第一桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第二桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

第三桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGBT的集电极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

第四桥臂模块中所有IGBT的发射极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGBT的集电极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y；

所述全控器件采用IGCT时，所述一桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第二桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第二桥臂模块之间的公共点A；

所述第三桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y，所有IGCT的阳极均连接第一桥臂模块和第三桥臂模块之间的公共点G；

所述第四桥臂模块中所有IGCT的阴极均连接第二桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点K，所有IGCT的阳极均连接第三桥臂模块和第四桥臂模块之间的公共点Y；

所述整流支路与强制转移支路中的电容并联，所述电容一端连接公共点G，另一端连接公共点K；

所述整流支路包括第三电阻模块、电感模块和第二全桥模块；

所述第二全桥模块包括串联的第五桥臂模块和第六桥臂模块，以及串联的第七桥臂模块和第八桥臂模块；

所述第三电阻模块和电感模块串联；

所述第一电阻模块、第二电阻模块和第三电阻模块均包括多个电阻，多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述电感模块包括多个电感，多个电感以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第五桥臂模块和第六桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的二极管；

所述第七桥臂模块和第八桥臂模块均包括多个串联、并联或串并联结合的晶闸管；

所述第五桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第六桥臂模块中所有二极管的阴极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q，所有二极管的阳极均连接第五桥臂模块和第六桥臂模块之间的公共点M；

所述第七桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第五桥臂模块和第七桥臂模块之间的公共点W；

所述第八桥臂模块中所有晶闸管的阴极均连接第七桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点N，所有晶闸管的阳极均连接第六桥臂模块和第八桥臂模块之间的公共点Q；

所述双向导通支路包括串联的第一双向导通模块和第二双向导通模块；

所述第一双向导通模块包括并联的第一二极管模块和第一晶闸管模块；

所述第二双向导通模块包括并联的第二二极管模块和第二晶闸管模块；

所述第一二极管模块和第二二极管模块均包括多个二极管，多个二极管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第一晶闸管模块和第二晶闸管模块均包括多个晶闸管，多个晶闸管以串联、并联或串并联结合的方式连接；

所述第一二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N1，阴极均朝向第二双向导通模块；

所述第一晶闸管模块中晶闸管的阴极均朝向节点N1，阳极均朝向第二双向导通模块；

所述第二二极管模块中的二极管的阳极均朝向节点N2，阴极均朝向第一双向导通模块；

所述第二晶闸管模块中的晶闸管的阴极均朝向节点N2，阳极均朝向第一双向导通模块；

所述公共点A与第一双向导通模块和第二双向导通模块之间的公共点J连接，所述公共点Y与第一限流模块和第二限流模块之间的公共点F连接；

所述公共点M通过串联的第三电阻模块和电感模块与公共点K连接，所述公共点N与公共点G连接；

所述供电电源一端连接公共点W，另一端连接公共点Q。