为解决电压跌落问题，保证输电的可靠性，人们提出了设置备用电源的方案。当主电源发生电压跌落时关断主电源的开关并开通备用电源的开关，使负载转移至备用电源。在这个方案中，毫无疑问，开关为主要角色。传统的机械开关经过长时间的研究，在各种场合中，其应用已非常广泛。机械开关具有带负载能力强，导通压降低的优点，但其缺点也很突出，首先，机械开关在开断过程中常有电弧产生，其触头易损毁，因此需要灭弧装置，所以导致开关的体积过大。再者，机械开关的开关速度受到机械动作部分的限制，不够迅速，很难满足许多场合的要求[2]。SSTS（Solid State Transfer Switch）意思为固态转换开关，固态开关以电力电子器件为基础，使电路的通断过程由电力电子器件来完成，因此不会有电弧产生，也就不存在灭弧问题。虽然在导通状态下，电力电子器件存在一定的管压降，产生一定的损耗，但可使开关的开关速度达到毫秒级，这对用户而言，是有利的[3]。

要想使系统能正常运行且发生电压跌落时负载不受很大影响，必须要能迅速地判断出是否发生电压跌落，在发生电压跌落时要尽可能快地把负载切换至备用电源，此外，开关必须能承受一定的电压，使其不至于损坏。解决上述的问题正是固态开关的关键技术，包括：电压跌落检测算法、切换策略，串联拓扑。

1。2  固态开关关键技术发展现状

1。2。1  电压跌落检测算法

1。2。2  切换控制策略

1。2。3  中压固态开关

1。3  本文研究的内容

本文主要针对中压应用场合的晶闸管串联拓扑、电压跌落检测算法、切换策略进行研究论证。第二章对固态开关的基本原理、拓扑进行了探讨，此外，第二章还对晶闸管串联均压电路的拓扑进行了设计，对其中的元器件参数进行了分析计算。第三章详细地说明了电压跌落检测算法和切换策略。对各种电压跌落检测算法，电流过零切换策略和强制切换策略都被详细地分析说明。第四章在Pscad中建立了中压固态开关的仿真模型，对上文的理论分析计算进行了验证，主要包括对晶闸管串联均压的仿真和参数验证，基本d-q检测算法的仿真，两种切换策略的仿真等。通过仿真得到的一系列的波形和数据对理论分析进行验证，实现控制方法和参数的优化，为装置在实际中的研发打下了良好的理论分析基础。论文网

2  中压固态开关拓扑设计及参数计算

2。1  拓扑设计

如图 1所示，固态开关系统主要由主电源（左侧），备用电源(右侧)，晶闸管模块，控制模块以及负载组成。设备运行在10KV的中压系统中。主、备用电源皆为10KV，50HZ三相交流电源。晶闸管模块采用晶闸管串联结构，下文将详细介绍。负载则为三组并联的电阻和电容，星形接法，负载通过降压变压器接到电路中。控制模块对系统状态进行实时监测，其中电压跌落检测算法根据电路中电压的状况，判断其是否发生电压跌落。当电压跌落检测算法检测到主电源发生电压跌落时，将这一情况反馈至切换策略电路，切换策略迅速做出反应：使主电源侧的晶闸管关断、备用电源侧的晶闸管开通，当这两个过程完成时，负载即从主电源转移至备用电源。在主电源恢复正常以后，检测电路和控制电路再把备用侧晶闸管断开，通过触发主电源侧的晶闸管，使负载再从备用电源转移至主电源[5]。

图 1 固态开关基本原理图

如图 2所示搭建了多级晶闸管串联拓扑及其均压电路。拓扑主要由多级反并联的晶闸管对串联构成，每对晶闸管都并联有静态均压电阻和动态均压电容。在三相交流电系统中，反并联的晶闸管能保证正反电流都能顺利地通过。因为电压等级为10KV，单个晶闸管的额定电压不能到达要求，所以需要多级晶闸管串联。晶闸管串联涉及同步导通及均压问题，晶闸管串联时，同步导通的意义十分重要，若不同步导通，则会导致某些晶闸管短时间内会承受过大电压，而可能导致管子的损坏，若每个晶闸管模块的多个同向的晶闸管皆用同一个触发信号控制，则晶闸管可以大致上同步导通，但由于晶闸管不可能完全相同，所以其导通时间不可能完全相同。均压又分为动态均压和静态均压，静态均压是为了在晶闸管未开通的状态下，实现各个晶闸管的均压。在每组反并联的晶闸管两端并联一个相同的静态均压电阻Rp，即可实现静态均压[6]。为了使晶闸管在开关过程中也均压，可以在晶闸管两端并联一个电容C，当各个晶闸管不同时导通时，利用电容的特性强制使其均压，不使个别晶闸管承受过大的电压，而加入电阻R的目的是为了抑制过大的电流[7]。