弧電源系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種弧電源系統(tǒng)及其控制方法，通過控制交流開關(guān)柜斷路器通斷，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)接入電源接通或關(guān)斷，通過控制整流進線交流柜斷路器通斷，實現(xiàn)晶閘管整流器輸入電源接通或關(guān)斷，通過控制交流開關(guān)柜斷路器和整流進線交流柜斷路器接通或關(guān)斷，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的初步選擇；通過變換調(diào)壓整流變壓器檔位，控制調(diào)壓整流變壓器各分接點，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的粗放調(diào)節(jié)；晶閘管整流器包括兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，通過對晶閘管整流器中晶閘管元件的導通角進行控制，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的精細調(diào)節(jié)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有弧電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、操作繁瑣、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍窄、功率小、運行時間短的技術(shù)問題。
【專利說明】弧電源系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及大功率變流【技術(shù)領域】，尤其是涉及一種廣泛應用于工業(yè)、軍工、科研等領域的可控寬電壓調(diào)節(jié)弧電源系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，弧電源已經(jīng)在軍工、科研、工業(yè)污染物處理等方面得到越來越來越廣泛的應用?；‰娫吹呢撦d一般為特種負載，如:磁體線圈、電弧加熱器、電爐等，具有輸出電壓、電流可調(diào)，波形連續(xù)等的特點，可作為特種負載產(chǎn)生高壓直流電能來源。而弧電源輸出的電壓范圍直接決定了其可適用負載的范圍，輸出電壓的范圍影響了弧電源的寬領域應用。
[0003]目前，弧電源整流裝置系統(tǒng)在國內(nèi)已有應用，在現(xiàn)有技術(shù)當中與本發(fā)明相關(guān)的內(nèi)容主要有以下文獻:
文獻一為清華大學謝星葵于2005年發(fā)表在《清華大學》2005年碩士論文中的論文《大功率變極性等離子體弧焊電源系統(tǒng)的研究》。該論文以大功率等離子弧焊為負載，詳細介紹了弧電源的研制，并對弧焊電源功率轉(zhuǎn)換回路、弧焊電源控制系統(tǒng)、弧焊系統(tǒng)的集成進行了闡述。該電源系統(tǒng)包含兩部分，一部分為主弧電源，另一部分為引弧電源。主弧電源是正式弧焊工況下的工作主電源，引弧電源是負載起弧階段的輔助電源。該系統(tǒng)主電源采用“AC-DC-AC-DC-AC”單電源雙逆變結(jié)構(gòu)，輔助電源取主電源第一段“AC-DC”方式起弧。這種弧電源裝置電源系統(tǒng)缺點有三，其一是由于電源分為主弧電源和引弧電源，故起弧到正式工況控制及工藝處理復雜，極易造成滅弧現(xiàn)象；其二是電源裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，不利于工業(yè)化實現(xiàn)；其三是電源裝置輸出電壓范圍窄，故存在應用的局限性。文獻一將弧電源一分為二，分割成主弧電源和引弧電源，電源裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、工藝操作繁瑣、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍窄、功率小、運行時間短，具有一定的局限性。
[0004]文獻二為于洋于2007年7月2日發(fā)表在《大連理工大學碩士學位論文》中的論文《用于污染物處理的電弧等離子體電源研制》。該論文以6kW直流拉弧逆變等離子體電源的設計及制造為目的，指出了等離子體在污染物處理上的優(yōu)勢，介紹了國內(nèi)外在此技術(shù)上的進展及應用，并對取樣于逆變弧焊電源電路部分設計，對弧焊電源的發(fā)展也作了簡單介紹。文獻二以直流拉弧逆變設計思路，具體介紹了其在污染物處理上的優(yōu)勢，但是文獻二中記載的這種弧電源裝置采用逆變電源設計，電源裝置結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復雜。另外，這種弧電源需采用專用的高頻變壓器，而高頻變壓的器材料及制造工藝都十分復雜，技術(shù)設計及工程實現(xiàn)難度較大，增加系統(tǒng)裝置成本，且電壓調(diào)節(jié)范圍窄，不適用于大量污染物的處理。同時，這種弧電源還存在偏磁飽和，以及高次諧波干擾等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種弧電源系統(tǒng)及其控制方法，解決現(xiàn)有弧電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、工藝操作繁瑣、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍窄、功率小、運行時間短的技術(shù)問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種弧電源系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種弧電源系統(tǒng)，包括:
交流開關(guān)柜斷路器，一端與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端與調(diào)壓整流變壓器相連，用于電網(wǎng)側(cè)輸入電源的接通與關(guān)斷；
調(diào)壓整流變壓器，一端與所述交流開關(guān)柜斷路器相連，另一端與整流進線交流柜斷路器相連，通過變換所述調(diào)壓整流變壓器的檔位，控制所述調(diào)壓整流變壓器的各分接點，進行輸出電源的粗放調(diào)節(jié)；
整流進線交流柜斷路器，一端與所述調(diào)壓整流變壓器相連，另一端與晶閘管整流器相連，負責所述調(diào)壓整流變壓器輸入電源的接通或關(guān)斷，所述弧電源系統(tǒng)通過所述交流開關(guān)柜斷路器和所述整流進線交流柜斷路器的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)輸出電源電壓范圍的初步選擇；
晶閘管整流器，包括兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，所述晶閘管整流一端與所述整流進線交流柜斷路器相連，另一端與負載相連，通過對所述晶閘管整流器的晶閘管元件導通角進行控制，實現(xiàn)輸出電源的精細調(diào)節(jié)。
[0007]優(yōu)選的，所述交流開關(guān)柜斷路器進一步包括斷路器QF01、斷路器QF02和斷路器QF03，所述斷路器QF01、斷路器QF02和斷路器QF03的一端分別與電網(wǎng)側(cè)相連。
[0008]優(yōu)選的，所述調(diào)壓整流變壓器進一步包括變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3，所述變壓器Tl的一端與所述斷路器QFOl的另一端相連，所述變壓器T2的一端與所述斷路器QF02的另一端相連，所述變壓器T3的一端與所述斷路器QF03的另一端相連。
[0009]優(yōu)選的，所述整流進線交流柜斷路器進一步包括斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13，所述晶閘管整流器包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述斷路器QFll的一端與所述變壓器Tl的另一端相連，所述斷路器QF12—端與所述變壓器T2的另一端相連，所述斷路器QF13 —端與所述變壓器T3的另一端相連；所述斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13的另一端分別與所述三組獨立的晶閘管整流單元的交流輸入端相連，所述三組獨立的晶閘管整流單元的直流輸出端彼此串聯(lián)成一個總的輸出端與所述負載相連，所述負載為弧電源負載。
[0010]優(yōu)選的，在所述晶閘管整流器的晶閘管整流單元的輸出端進一步并聯(lián)有續(xù)流二極管。
[0011]優(yōu)選的，所述晶閘管整流單元采用三相橋式整流電路結(jié)構(gòu)，通過預設曲線實現(xiàn)所述三組獨立的晶閘管整流單元不同組合的運行模式，實現(xiàn)三組獨立的晶閘管整流單元順序?qū)ǎ瑥亩鴮崿F(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)在不同輸出功率下的可控寬范圍電壓調(diào)節(jié)。
[0012]優(yōu)選的，所述弧電源系統(tǒng)還進一步包括上位機監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場控制單元、交流開關(guān)柜繼電器保護器、整流進線交流柜繼電保護器、整流變壓器保護器、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器、續(xù)流二極管檢測保護模塊和晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊；
所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)與所述現(xiàn)場控制單元相連，所述現(xiàn)場控制單元與所述晶閘管整流器相連，所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場控制單元實現(xiàn)對所述晶閘管整流器的控制，所述現(xiàn)場控制單元向所述晶閘管整流器中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，并檢測所述晶閘管整流器的工作狀態(tài)；
所述現(xiàn)場控制單元通過所述交流開關(guān)柜繼電器保護器與交流開關(guān)柜斷路器相連，所述交流開關(guān)柜繼電器保護器實現(xiàn)對所述弧電源系統(tǒng)的保護； 所述現(xiàn)場控制單元通過所述整流進線交流柜繼電保護器與整流進線交流柜斷路器相連，所述現(xiàn)場控制單元通過所述整流進線交流柜繼電保護器實現(xiàn)對所述晶閘管整流器的保護；
所述現(xiàn)場控制單元分別與所述整流變壓器保護器、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器相連，所述整流變壓器保護器、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器分別與所述調(diào)壓整流變壓器相連，所述現(xiàn)場控制單元通過控制所述整流變壓器保護器實現(xiàn)對所述調(diào)壓整流變壓器的保護，所述現(xiàn)場控制單元通過所述有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器實現(xiàn)對所述調(diào)壓整流變壓器的檔位變換；
所述現(xiàn)場控制單元還分別與所述續(xù)流二極管檢測保護模塊、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊相連，所述續(xù)流二極管檢測保護模塊、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊分別與所述晶閘管整流器相連，所述續(xù)流二極管檢測保護模塊實現(xiàn)對所述晶閘管整流器晶閘管整流單元中續(xù)流二極管的狀態(tài)監(jiān)測和保護，所述晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊實現(xiàn)對所述晶閘管整流器晶閘管整流單元中晶閘管元件的觸發(fā)和狀態(tài)監(jiān)測。
[0013]本發(fā)明還另外具體提供了一種對上述弧電源系統(tǒng)進行控制的方法的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種弧電源系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟:
510:通過控制所述交流開關(guān)柜斷路器的通斷，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)接入電源的接通或關(guān)斷，通過控制所述整流進線交流柜斷路器的通斷，實現(xiàn)所述晶閘管整流器輸入電源的接通或關(guān)斷，通過所述交流開關(guān)柜斷路器和所述整流進線交流柜斷路器的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的初步選擇；
511:通過變換所述調(diào)壓整流變壓器的檔位，控制所述調(diào)壓整流變壓器的各分接點，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的粗放調(diào)節(jié)；
512:通過對所述晶閘管整流器中晶閘管元件的導通角進行控制，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的精細調(diào)節(jié)。
[0014]優(yōu)選的，所述晶閘管整流器進一步包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括單組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
Al:閉合所述斷路器QFOl和所述斷路器QF11，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設單組晶閘管整流單元中第一組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第一組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?2.025MW的功率輸出要求；
A2:閉合所述斷路器QF02和所述斷路器QF12，調(diào)節(jié)所述變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設單組晶閘管整流單元中第二組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第二組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?2.025MW的功率輸出要求；
A3:閉合所述斷路器QF03和所述斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設單組晶閘管整流單元中第三組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第三組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?2.025MW的功率輸出要求。
[0015]優(yōu)選的，所述晶閘管整流器進一步包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括雙組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
B1:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF02和斷路器QF12，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl和所述變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第二組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?4.05MW的功率輸出要求；
B2:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl和所述變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?4.05MW的功率輸出要求；
B3:閉合所述斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器T2和所述變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設兩組晶閘管整流單元中第二組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?4.05MW的功率輸出要求；
優(yōu)選的，所述晶閘管整流器進一步包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括三組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
Cl:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?4050V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組橋O?4050V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?6.075MW的功率輸出要求；
C2:閉合所述斷路器QFOl、斷路器QFl1、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?4050V之間任意值，觸發(fā)模式為等α角觸發(fā)方式，現(xiàn)場控制單元根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角α，將所述控制觸發(fā)角α以脈沖形式，同時觸發(fā)第一組、第二組和第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元O?4050V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O?
6.075MW的功率輸出要求。
[0016]優(yōu)選的，當選擇等α角觸發(fā)方式時，所述現(xiàn)場控制單元按照所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)中的預設曲線同時向三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送相同的觸發(fā)角α，并快速調(diào)節(jié)所述觸發(fā)角α的大小，從而快速實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)按照預設曲線運行。
[0017]優(yōu)選的，當選擇順序觸發(fā)方式時，三組晶閘管整流單元按所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)中的預設曲線順序觸發(fā)導通，當選擇的第一組晶閘管整流單元滿開放仍無法達到預設電壓時，則所述現(xiàn)場控制單元順序開通第二組晶閘管整流單元和/或第三組晶閘管整流單元，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元導通的順序控制。
[0018]優(yōu)選的，所述現(xiàn)場控制單元進一步采用光電隔離通訊方式向所述晶閘管整流器晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，所述現(xiàn)場控制單元與所述晶閘管整流器晶閘管整流單元中的晶閘管元件每隔一定時間通信一次，所述現(xiàn)場控制單元每隔一定周期調(diào)整一次觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)每個脈波的連續(xù)可調(diào)。
[0019]優(yōu)選的，所述現(xiàn)場控制單元根據(jù)弧電源系統(tǒng)中負載的情況，在起弧階段的預設曲線由所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)在等α角觸發(fā)方式或順序觸發(fā)方式中選擇，正常工況運行下采用順序觸發(fā)方式，對每一個脈波進行精確控制，從而達到所述弧電源系統(tǒng)晶閘管整流器的寬范圍輸出電壓動態(tài)調(diào)節(jié)。
[0020]優(yōu)選的，當所述現(xiàn)場控制單元檢測到運行過程中有晶閘管整流單元發(fā)生故障，所述現(xiàn)場控制單元迅速斷開發(fā)生故障的晶閘管整流單元的交流輸入端，同時另外兩組晶閘管整流單元接收所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)的預設曲線輸入，在檢測到所述負載達到熄弧電流前，迅速投入運行，從而保證所述負載工況的順利完成。
[0021]通過實施上述本發(fā)明提供的弧電源系統(tǒng)及其控制方法，具有如下技術(shù)效果:
(I)本發(fā)明采用兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，通過對輸入端電源的接通或斷開控制，可以實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸出功率連續(xù)可調(diào)，可滿足不同電壓輸出等級，不同功率輸出的工況模式；
(2)當本發(fā)明弧電源系統(tǒng)的負載預設輸出電壓較低時，采用單組晶閘管整流單元運行方式，現(xiàn)場控制單元采用預設輸出電壓控制方式，可以實現(xiàn)對單組晶閘管整流單元中每個晶閘管元件、每個輸出脈沖的調(diào)節(jié)，并通過與調(diào)壓整流變壓器的配合可使系統(tǒng)的諧波分量有效降低；
(3)本發(fā)明采用兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，每組晶閘管整流單元的輸出端并聯(lián)續(xù)流二極管的方式解決一旦出現(xiàn)串聯(lián)晶閘管元件故障，將導致整個系統(tǒng)故障保護造成弧電源系統(tǒng)運行中斷或無法使用的技術(shù)問題，充分保證了弧電源系統(tǒng)在故障情況下的可靠運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(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)明的一些實施例，對于本領域普通技術(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)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明弧電源系統(tǒng)一種【具體實施方式】的電氣連接拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明弧電源系統(tǒng)一種【具體實施方式】的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖；
圖中:1-交流開關(guān)柜斷路器，2-調(diào)壓整流變壓器，3-整流進線交流柜斷路器，4-晶閘管整流器，5-負載，6-上位機監(jiān)控系統(tǒng)，7-現(xiàn)場控制單元，8-交流開關(guān)柜繼電器保護器，9-整流進線交流柜繼電保護器，10-整流變壓器保護器，11-有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器，12-續(xù)流二極管檢測保護模塊，13-晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊。
【具體實施方式】
[0024]為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡寫或縮寫記載如下:
rcU:Field Control Unit,現(xiàn)場控制單元的簡稱,一種應用于整流裝置控制系統(tǒng)的終立而控制單兀；
DSP:Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器的簡稱；
CPLD: Comp I ex Programmable Logic Device,復雜可編程邏輯器件的簡稱；
弧電源:一種應用功率半導體元器件的固有特性把交流輸入電源轉(zhuǎn)化成直流輸出電源的變流裝置，其負載通常為電弧負載。
[0025]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]如附圖1、2所示，給出了本發(fā)明弧電源系統(tǒng)及其控制方法的具體實施例，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0027]實施例1:如附圖1所示，弧電源系統(tǒng)，包括:
交流開關(guān)柜斷路器1，一端與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端與調(diào)壓整流變壓器2相連，用于電網(wǎng)側(cè)輸入電源的接通與關(guān)斷；
調(diào)壓整流變壓器2，一端與交流開關(guān)柜斷路器I相連，另一端與整流進線交流柜斷路器3相連，通過變換調(diào)壓整流變壓器2的檔位，控制調(diào)壓整流變壓器2的各分接點，進行輸出電源的粗放調(diào)節(jié)；
整流進線交流柜斷路器3，一端與調(diào)壓整流變壓器2相連，另一端與晶閘管整流器4相連，負責調(diào)壓整流變壓器2輸入電源的接通或關(guān)斷，弧電源系統(tǒng)通過交流開關(guān)柜斷路器I和整流進線交流柜斷路器3的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)輸出電源電壓范圍的初步選擇；
晶閘管整流器4，包括兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，晶閘管整流器4 一端與整流進線交流柜斷路器3相連，另一端與負載5相連，通過對晶閘管整流器4的晶閘管元件導通角進行控制，實現(xiàn)輸出電源的精細調(diào)節(jié)。
[0028]通過實施實施例1描述的技術(shù)方案便能夠?qū)崿F(xiàn)使用范圍廣、可控、電壓調(diào)節(jié)范圍大的弧電源系統(tǒng)。
[0029]作為本發(fā)明一種典型的實施例，交流開關(guān)柜斷路器I采用IOkV交流開關(guān)柜斷路器，交流開關(guān)柜斷路器I進一步包括斷路器QFOl、斷路器QF02和斷路器QF03，斷路器QFOl、斷路器QF02和斷路器QF03的一端分別與電網(wǎng)側(cè)相連。調(diào)壓整流變壓器2進一步包括變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3，變壓器Tl的一端與斷路器QFOl的另一端相連，變壓器T2的一端與斷路器QF02的另一端相連，變壓器T3的一端與斷路器QF03的另一端相連。整流進線交流柜斷路器進一步3包括斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13，晶閘管整流器4包括三組獨立的晶閘管整流單元，斷路器QFll的一端與變壓器Tl的另一端相連，斷路器QF12 一端與變壓器T2的另一端相連，斷路器QF13 —端與變壓器T3的另一端相連。斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13的另一端分別與三組獨立的晶閘管整流單元的交流輸入端相連，三組獨立的晶閘管整流單元的直流輸出端彼此串聯(lián)成一個總的輸出端與負載5相連，負載5為弧電源負載。
[0030]實施例2:在實施例1的基礎之上，晶閘管整流單元進一步采用三相橋式整流電路結(jié)構(gòu)，通過預設曲線實現(xiàn)三組獨立的晶閘管整流單元不同組合的運行模式，實現(xiàn)三組獨立的晶閘管整流單元順序?qū)?，從而實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)在不同輸出功率下的可控寬范圍電壓調(diào)節(jié)。在晶閘管整流器4晶閘管整流單元的輸出端進一步并聯(lián)有續(xù)流二極管，如附圖1中所示的續(xù)流二極管D1、D2和D3。本實施例通過三組晶閘管整流單元內(nèi)部串聯(lián)，每組晶閘管整流單元輸出端并聯(lián)續(xù)流二極管的方式解決弧電源系統(tǒng)給一旦出現(xiàn)串聯(lián)晶閘管元件故障，將導致整個系統(tǒng)故障保護而造成弧電源系統(tǒng)運行中斷或無法使用的問題。
[0031 ] 實施例3:如附圖2所示，弧電源系統(tǒng)進一步包括上位機監(jiān)控系統(tǒng)6、現(xiàn)場控制單元7、交流開關(guān)柜繼電器保護器8、整流進線交流柜繼電保護器9、整流變壓器保護器10、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器11、續(xù)流二極管檢測保護模塊12和晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊13 ；
上位機監(jiān)控系統(tǒng)6與現(xiàn)場控制單元7相連，現(xiàn)場控制單元7與晶閘管整流器4相連，上位機監(jiān)控系統(tǒng)6通過現(xiàn)場控制單元7實現(xiàn)對晶閘管整流器4的控制，現(xiàn)場控制單元7向晶閘管整流器4中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，并檢測晶閘管整流器4的工作狀態(tài)；
現(xiàn)場控制單元7通過交流開關(guān)柜繼電器保護器8與交流開關(guān)柜斷路器I相連，交流開關(guān)柜繼電器保護器8實現(xiàn)對弧電源系統(tǒng)的保護； 現(xiàn)場控制單元7通過整流進線交流柜繼電保護器9與整流進線交流柜斷路器3相連，現(xiàn)場控制單元7通過整流進線交流柜繼電保護器9實現(xiàn)對晶閘管整流器4的保護；
現(xiàn)場控制單元7分別與整流變壓器保護器10、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器11相連，整流變壓器保護器10、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器11分別與調(diào)壓整流變壓器2相連，現(xiàn)場控制單元7通過控制整流變壓器保護器10實現(xiàn)對調(diào)壓整流變壓器2的保護，現(xiàn)場控制單元7通過有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器11實現(xiàn)對調(diào)壓整流變壓器2的檔位變換；
現(xiàn)場控制單元7還分別與續(xù)流二極管檢測保護模塊12、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊13相連，續(xù)流二極管檢測保護模塊12、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊13分別與晶閘管整流器4相連，續(xù)流二極管檢測保護模塊12實現(xiàn)對晶閘管整流器4晶閘管整流單元中續(xù)流二極管的狀態(tài)監(jiān)測和保護，晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊13實現(xiàn)對晶閘管整流器4的晶閘管整流單元中晶閘管元件的觸發(fā)和狀態(tài)監(jiān)測。
[0032]現(xiàn)場控制單元7以DSP+CPLD為核心，實現(xiàn)本發(fā)明【具體實施方式】所描述的弧電源系統(tǒng)內(nèi)晶閘管整流單元中晶閘管元件觸發(fā)脈沖的發(fā)送、回報脈沖檢測，續(xù)流二極管回報脈沖檢測，晶閘管整流器4本體故障信息，變壓器檔位信息故障報警、變壓器輸入端斷路器跳閘等信號進行檢測與控制。
[0033]具體實施例3進一步提高了弧電源系統(tǒng)故障保護運行時的可靠性，在系統(tǒng)發(fā)生故障或非正常操作流程關(guān)閉后，能夠迅速切斷故障點，有效切斷故障部位與其他部位的聯(lián)系，確保故障不擴散化，之后再進行檢修和維護，能夠快速切斷故障點，同時保證系統(tǒng)的可靠運行。
[0034]實施例4:一種對上述弧電源系統(tǒng)進行控制的方法，包括以下步驟:
510:通過控制交流開關(guān)柜斷路器I的通斷，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)接入電源的接通或關(guān)斷，通過控制整流進線交流柜斷路器3的通斷，實現(xiàn)晶閘管整流器4輸入電源的接通或關(guān)斷，通過交流開關(guān)柜斷路器I和整流進線交流柜斷路器3的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的初步選擇；
511:通過變換調(diào)壓整流變壓器2的檔位，控制調(diào)壓整流變壓器2的各分接點，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的粗放調(diào)節(jié)；
512:通過對晶閘管整流器4中晶閘管元件的導通角進行控制，實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的精細調(diào)節(jié)。
[0035]根據(jù)弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍及輸出功率的不同，弧電源系統(tǒng)可以選擇如下實施例5至7的運行方式。
[0036]實施例5:晶閘管整流器4進一步包括三組獨立的晶閘管整流單元，在實施例4的基礎上，弧電源系統(tǒng)控制方法進一步包括單組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
Al:閉合斷路器QFOl和斷路器QF11，調(diào)節(jié)變壓器Tl的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設單組晶閘管整流單元中第一組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第一組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)
O?2.025MW的功率輸出要求； A2:閉合斷路器QF02和斷路器QF12，調(diào)節(jié)變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設單組晶閘管整流單元中第二組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第二組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?2.025MW的功率輸出要求；
A3:閉合斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設單組晶閘管整流單元中第三組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O?1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第三組晶閘管整流單元O?1350V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?2.025MW的功率輸出要求。
[0037]實施例6:晶閘管整流器4進一步包括三組獨立的晶閘管整流單元，在實施例4的基礎上，弧電源系統(tǒng)控制方法進一步包括雙組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
B1:閉合斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF02和斷路器QF12，調(diào)節(jié)變壓器Tl和變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第二組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?4.05MW的功率輸出要求；
B2:閉合斷路器QFOl、斷路器QFl1、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)變壓器Tl和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?4.05MW的功率輸出要求；
B3:閉合斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設兩組晶閘管整流單元中第二組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O?2700V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?
4.05MW的功率輸出要求；
實施例7:晶閘管整流器4進一步包括二組獨立的晶閘管整流單兀，在實施例4的基礎上，弧電源系統(tǒng)控制方法包括三組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟:
Cl:閉合斷路器QFOl、斷路器QFl1、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?4050V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組橋O?4050V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?6.075MW的功率輸出要求；
C2:閉合斷路器QFOl、斷路器QFl1、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O?4050V之間任意值，觸發(fā)模式為等α角觸發(fā)方式，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角α，將控制觸發(fā)角α以脈沖形式，同時觸發(fā)第一組、第二組和第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元O?4050V可控電壓預設輸出，滿足弧電源系統(tǒng)O?6.075MW的功率輸出要求。
[0038]當選擇等α角觸發(fā)方式時，現(xiàn)場控制單元7按照上位機監(jiān)控系統(tǒng)6中的預設曲線同時向三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送相同的觸發(fā)角α，并快速調(diào)節(jié)觸發(fā)角α的大小，從而快速實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)按照預設曲線運行。
[0039]當選擇順序觸發(fā)方式時，三組晶閘管整流單元按上位機監(jiān)控系統(tǒng)6中的預設曲線順序觸發(fā)導通，當選擇的第一組晶閘管整流單元滿開放仍無法達到預設電壓時，則現(xiàn)場控制單元7順序開通第二組晶閘管整流單元和/或第三組晶閘管整流單元，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元導通的順序控制。
[0040]實施例8:在前述實施例的基礎上，現(xiàn)場控制單元7進一步采用光電隔離通訊方式向晶閘管整流器4的晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，現(xiàn)場控制單元7與晶閘管整流器4的晶閘管整流單元中的晶閘管元件每隔一定時間通信一次，現(xiàn)場控制單元7每隔一定周期調(diào)整一次觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)每個脈波的連續(xù)可調(diào)，基本無超調(diào)。作為本發(fā)明一種典型的實施例，現(xiàn)場控制單元7與晶閘管元件每隔Ims通信一次，現(xiàn)場控制單元7每隔20ms調(diào)整一次觸發(fā)脈沖。預設曲線是指根據(jù)弧電源系統(tǒng)的負載特性及其工況要求，在弧電源系統(tǒng)運行之前由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6預先設置電壓或電流區(qū)段運行數(shù)值。隔段時間進行廣播通信是為了實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)輸出電壓、電流的高精度調(diào)節(jié)，其廣播通信時間與弧電源系統(tǒng)的電壓輸出直接相關(guān)。隔段時間調(diào)整觸發(fā)脈沖是為了實現(xiàn)對直流輸出各個脈波的調(diào)節(jié)，進一步提高電壓和電流的輸出精度。
[0041]實施例9:在前述實施例的基礎上，現(xiàn)場控制單元7根據(jù)弧電源系統(tǒng)中負載5的情況，在起弧階段的預設曲線由上位機監(jiān)控系統(tǒng)6在等α角觸發(fā)方式或順序觸發(fā)方式中選擇，正常工況運行下則采用順序觸發(fā)方式，對每一個脈波進行精確控制，從而達到弧電源系統(tǒng)晶閘管整流器4的寬范圍輸出電壓動態(tài)調(diào)節(jié)。
[0042]實施例10:在弧電源系統(tǒng)運行中，負載5—般為電弧加熱器，電弧在起弧階段需要晶閘管整流器4有足夠高的空載電壓。而在起弧后的運行過程中，電源突然切斷會對弧電源系統(tǒng)造成過電壓沖擊，直接損傷負載5或晶閘管整流器4，甚至造成人身傷害事故。故弧電源系統(tǒng)在運行過程中除采用交流供電系統(tǒng)繼電保護和整流控制系統(tǒng)本體保護雙重保護夕卜，還必須實現(xiàn)故障點切除后，另外兩組晶閘管整流單元迅速無縫鏈接投入的功能?；谶@種情況，在前述實施例的基礎上，當現(xiàn)場控制單元7檢測到運行過程中突然有一組晶閘管整流單元發(fā)生故障(如交流電壓輸入丟失、直流輸出電壓急速下降、晶閘管元件故障)，現(xiàn)場控制單元7迅速斷開發(fā)生故障的晶閘管整流單元的交流輸入端，同時另外兩組晶閘管整流單元接收上位機監(jiān)控系統(tǒng)6的預設曲線輸入，在檢測到負載5達到熄弧電流前，迅速投入運行，從而保證電弧加熱器的穩(wěn)定燃燒，保證負載5工況的順利完成，從而實現(xiàn)弧電源系統(tǒng)在出現(xiàn)故障下的可靠運行。
[0043]通過實施本發(fā)明具體實施例描述的弧電源系統(tǒng)及其控制方法技術(shù)方案，采用三相橋式整流電路的晶閘管整流單元串聯(lián)方式連接，通過對輸入端電源的接通和斷開控制，可以實現(xiàn)輸出電壓O?4050V連續(xù)可調(diào)，輸出功率O?6.075麗連續(xù)可調(diào)，可滿足不同電壓輸出等級，不同功率輸出的工況模式。當弧電源系統(tǒng)的負載5預設輸出電壓較低時，采用單組晶閘管整流單元運行方式，現(xiàn)場控制單元采用預設輸出電壓控制方式，可以實現(xiàn)對單組晶閘管整流單元中每個晶閘管元件、每個輸出脈沖的調(diào)節(jié)，并通過與調(diào)壓整流變壓器2的配合可使弧電源系統(tǒng)的諧波分量有效降低。同時，在弧電源系統(tǒng)帶負載運行過程中，弧電源系統(tǒng)的三組晶閘管整流單元中任意一組晶閘管整流單元出現(xiàn)故障時，可通過晶閘管整流器故障保護斷開其輸入端的交流斷路器，切斷故障輸入點，另外兩組晶閘管整流單元無縫鏈接，順序投入運行，從而在保護好晶閘管整流器本體的前提下，使弧電源系統(tǒng)本次帶負載工況運行模式正常完成，實現(xiàn)了弧電源系統(tǒng)在故障情況下的可靠運行。
[0044]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于，包括: 交流開關(guān)柜斷路器(1)，一端與電網(wǎng)側(cè)相連，另一端與調(diào)壓整流變壓器(2)相連，用于電網(wǎng)側(cè)輸入電源的接通與關(guān)斷； 調(diào)壓整流變壓器(2)，一端與所述交流開關(guān)柜斷路器(I)相連，另一端與整流進線交流柜斷路器(3)相連，通過變換所述調(diào)壓整流變壓器(2)的檔位，控制所述調(diào)壓整流變壓器(2)的各分接點，進行輸出電源的粗放調(diào)節(jié)； 整流進線交流柜斷路器(3)，一端與所述調(diào)壓整流變壓器(2)相連，另一端與晶閘管整流器(4)相連，負責所述調(diào)壓整流變壓器(2)輸入電源的接通或關(guān)斷，所述弧電源系統(tǒng)通過所述交流開關(guān)柜斷路器(I)和所述整流進線交流柜斷路器(3)的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)輸出電源電壓范圍的初步選擇； 晶閘管整流器(4)，包括兩組以上以串聯(lián)方式連接的晶閘管整流單元，所述晶閘管整流器(4) 一端與所述整流進線交流柜斷路器(3)相連，另一端與負載(5)相連，通過對所述晶閘管整流器(4)的晶閘管元件導通角進行控制，實現(xiàn)輸出電源的精細調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:所述交流開關(guān)柜斷路器(I)包括斷路器QFO1、斷路器QF02和斷路器QF03，所述斷路器QFO1、斷路器QF02和斷路器QF03的一端分別與電網(wǎng)側(cè)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)壓整流變壓器(2)包括變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3，所述變壓器Tl的一端與所述斷路器QFOl的另一端相連，所述變壓器T2的一端與 所述斷路器QF02的另一端相連，所述變壓器T3的一端與所述斷路器QF03的另一端相連 。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:所述整流進線交流柜斷路器(3)包括斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13，所述晶閘管整流器(4)包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述斷路器QFll的一端與所述變壓器Tl的另一端相連，所述斷路器QF12一端與所述變壓器T2的另一端相連，所述斷路器QF13—端與所述變壓器T3的另一端相連；所述斷路器QF11、斷路器QF12和斷路器QF13的另一端分別與所述三組獨立的晶閘管整流單元的交流輸入端相連，所述三組獨立的晶閘管整流單元的直流輸出端彼此串聯(lián)成一個總的輸出端與所述負載(5)相連，所述負載(5)為弧電源負載。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:在所述晶閘管整流器(4)晶閘管整流單元的輸出端并聯(lián)有續(xù)流二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:所述晶閘管整流單元采用三相橋式整流電路結(jié)構(gòu)，通過預設曲線實現(xiàn)所述三組獨立的晶閘管整流單元不同組合的運行模式，實現(xiàn)三組獨立的晶閘管整流單元順序?qū)?，從而實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)在不同輸出功率下的可控寬范圍電壓調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、6中任一權(quán)利要求所述的一種弧電源系統(tǒng)，其特征在于:所述弧電源系統(tǒng)還包括上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)、現(xiàn)場控制單元(7)、交流開關(guān)柜繼電器保護器(8)、整流進線交流柜繼電保護器(9)、整流變壓器保護器(10)、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器(11)、續(xù)流二極管檢測保護模塊(12)和晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊(13)； 所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6 )與所述現(xiàn)場控制單元(7 )相連，所述現(xiàn)場控制單元(7 )與所述晶閘管整流器(4)相連，所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)通過現(xiàn)場控制單元(7)實現(xiàn)對所述晶閘管整流器(4)的控制，所述現(xiàn)場控制單元(7)向所述晶閘管整流器(4)中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，并檢測所述晶閘管整流器(4)的工作狀態(tài)； 所述現(xiàn)場控制單元(7)通過所述交流開關(guān)柜繼電器保護器(8)與交流開關(guān)柜斷路器(I)相連，所述交流開關(guān)柜繼電器保護器(8)實現(xiàn)對所述弧電源系統(tǒng)的保護； 所述現(xiàn)場控制單元(7)通過所述整流進線交流柜繼電保護器(9)與整流進線交流柜斷路器(3 )相連，所述現(xiàn)場控制單元(7 )通過所述整流進線交流柜繼電保護器(9 )實現(xiàn)對所述晶閘管整流器(4)的保護； 所述現(xiàn)場控制單元(7)分別與所述整流變壓器保護器(10)、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器(11)相連，所述整流變壓器保護器(10 )、有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器(11)分別與所述調(diào)壓整流變壓器(2)相連，所述現(xiàn)場控制單元(7)通過控制所述整流變壓器保護器(10)實現(xiàn)對所述調(diào)壓整流變壓器(2)的保護，所述現(xiàn)場控制單元(7)通過所述有載調(diào)壓開關(guān)分接位置控制器(11)實現(xiàn)對所述調(diào)壓整流變壓器(2)的檔位變換； 所述現(xiàn)場控制單元(7)還分別與所述續(xù)流二極管檢測保護模塊(12)、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊(13)相連，所述續(xù)流二極管檢測保護模塊(12)、晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊(13)分別與所述晶閘管整流器(4)相連，所述續(xù)流二極管檢測保護模塊(12)實現(xiàn)對所述晶閘管整流器(4)晶閘管整流單元中續(xù)流二極管的狀態(tài)監(jiān)測和保護，所述晶閘管整流器觸發(fā)與檢測模塊(13)實現(xiàn)對所述晶閘管整流器(4)晶閘管整流單元中晶閘管元件的觸發(fā)和狀態(tài)監(jiān)測。
8.一種對權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的弧電源系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于，包括以下步驟: 510:通過控制所述交流開關(guān)`柜斷路器(I)的通斷，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)接入電源的接通或關(guān)斷，通過控制所述整流進線交流柜斷路器(3)的通斷，實現(xiàn)所述晶閘管整流器(4)輸入電源的接通或關(guān)斷，通過所述交流開關(guān)柜斷路器(I)和所述整流進線交流柜斷路器(3)的接通或關(guān)斷控制，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的初步選擇； 511:通過變換所述調(diào)壓整流變壓器(2)的檔位，控制所述調(diào)壓整流變壓器(2)的各分接點，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的粗放調(diào)節(jié)； 512:通過對所述晶閘管整流器(4)中晶閘管元件的導通角進行控制，實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)輸出電壓范圍的精細調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述晶閘管整流器(4)包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括單組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟: Al:閉合所述斷路器QFOl和所述斷路器QF11，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設單組晶閘管整流單元中第一組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O~1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第一組晶閘管整流單元O~1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~2.025MW的功率輸出要求；A2:閉合所述斷路器QF02和所述斷路器QF12，調(diào)節(jié)所述變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設單組晶閘管整流單元中第二組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O~1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第二組晶閘管整流單元O~1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~2.025MW的功率輸出要求； A3:閉合所述斷路器QF03和所述斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設單組晶閘管整流單元中第三組晶閘管整流單元運行方式，輸出電壓預設為O~1350V之間的任意值，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式觸發(fā)第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)第三組晶閘管整流單元O~1350V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~2.025MW的功率輸出要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述晶閘管整流器(4)包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括雙組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟: B1:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF02和斷路器QF12，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl和所述變壓器T2的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第二組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O~2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元或第二組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O~2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~4.05MW的功率輸出要求； B2:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl和所述變壓器T3的有載調(diào)壓開 關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設兩組晶閘管整流單元中第一組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O~2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O~2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~4.05MW的功率輸出要求； B3:閉合所述斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器T2和所述變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設兩組晶閘管整流單元中第二組和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O~2700V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第二組晶閘管整流單元、第三組晶閘管整流單元或第三組晶閘管整流單元、第二組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)雙組晶閘管整流單元O~2700V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~4.05MW的功率輸出要求。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述晶閘管整流器(4)包括三組獨立的晶閘管整流單元，所述弧電源系統(tǒng)控制方法包括三組晶閘管整流單元運行控制過程，該過程包括以下三種步驟: Cl:閉合所述斷路器QF01、斷路器QF11、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O~4050V之間任意值，觸發(fā)方式為順序觸發(fā)方式，觸發(fā)順序為第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元，現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角，將所述控制觸發(fā)角以脈沖形式順序觸發(fā)第一組、第二組、第三組晶閘管整流單元或第一組、第三組、第二組晶閘管整流單元或第二組、第一組、第三組晶閘管整流單元或第二組、第三組、第一組晶閘管整流單元或第三組、第一組、第二組晶閘管整流單元或第三組、第二組、第一組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組橋O~4050V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~6.075MW的功率輸出要求； C2:閉合所述斷路器QFOl、斷路器QFl1、斷路器QF02、斷路器QF12、斷路器QF03和斷路器QF13，調(diào)節(jié)所述變壓器Tl、變壓器T2和變壓器T3的有載調(diào)壓開關(guān)級位，由上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)預設三組晶閘管整流單元中第一組、第二組橋和第三組晶閘管整流單元串聯(lián)運行方式，輸出電壓預設為O~4050V之間任意值，觸發(fā)模式為等α角觸發(fā)方式，現(xiàn)場控制單元(7 )根據(jù)預設電壓通過運算處理計算出所述晶閘管整流單元中晶閘管元件的控制觸發(fā)角α，將所述控制觸發(fā)角α以脈沖形式，同時觸發(fā)第一組、第二組和第三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元O~4050V可控電壓預設輸出，滿足所述弧電源系統(tǒng)O~6.075MW的功率輸出要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于:當選擇等α角觸發(fā)方式時，所述現(xiàn)場控制單元(7)按照所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)中的預設曲線同時向三組晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送相同的觸發(fā)角α，并快速調(diào)節(jié)所述觸發(fā)角α的大小，從而快速實現(xiàn)所述弧電源系統(tǒng)按照預設曲線運行。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11、12中任一權(quán)利要求所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于:當選擇順序觸發(fā)方式時，三組晶閘管整流單元按所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)中的預設曲線順序觸發(fā)導通，當選擇的第一組晶閘管整流單元滿開放仍無法達到預設電壓時，則所述現(xiàn)場控制單元(7)順序開通第二組晶閘管整流單元和/或第三組晶閘管整流單元，實現(xiàn)三組晶閘管整流單元導通的順序控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于:所述現(xiàn)場控制單元(7)采用光電隔離通訊方式向所述晶閘管整流器(4)晶閘管整流單元中的晶閘管元件發(fā)送觸發(fā)脈沖，所述現(xiàn)場控制單元(7)與所述晶閘管整流器(4)晶閘管整流單元中的晶閘管元件每隔一定時間通信一次，所述現(xiàn)場控制單元(7)每隔一定周期調(diào)整一次觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)每個脈波的連續(xù)可調(diào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11、12、14中任一權(quán)利要求所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于:所述現(xiàn)場控制單元(7)根據(jù)弧電源系統(tǒng)中負載(5)的情況，在起弧階段的預設曲線由所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)在等α角觸發(fā)方式或順序觸發(fā)方式中選擇，正常工況運行下采用順序觸發(fā)方式，對每一個脈波進行精確控制，從而達到所述弧電源系統(tǒng)晶閘管整流器(4)的寬范圍輸出電壓動態(tài)調(diào)節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種弧電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于:當所述現(xiàn)場控制單元(7)檢測到運行過程中有晶閘管整流單元發(fā)生故障，所述現(xiàn)場控制單元(7)迅速斷開發(fā)生故障的晶閘管整流單元的交流輸入端，同時另外兩組晶閘管整流單元接收所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(6)的預設曲線輸入，在檢測到所述負載(5)達到熄弧電流前，迅速投入運行，從而保證所述負載(5)工況的順利完成。
【文檔編號】H02M7/155GK103715919SQ201310446244
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】王海軍, 張敏, 陳潔蓮, 郭民, 陶洪亮, 趙道德, 吳強, 曹洋, 黃燕艷, 陳元初, 周成, 初蕊, 孫茂, 柳浩 , 許汝波, 田華貴, 蔡宇峰, 鄧建華 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司