摘要：為解決電網供電電壓跌落及短時斷電的問題，實現(xiàn)了對負載的不間斷供電，設計了基于雙DSP和FPGA的固態(tài)轉換開關(SSTS)控制系統(tǒng)。介紹了SSTS設備的工作原理，通過仿真論證了強制切換(MBB)控制策略及單相電壓跌落檢測算法的有效性和必要性。根據(jù)改進后的SSTS系統(tǒng)控制算法，通過對功能的層次化解析，建立了雙DSP+FPGA控制系統(tǒng)架構，并簡單介紹了各系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)方法。最后給出了380 V SSTS裝置部分運行結果。實驗結果表明，所采用的控制系統(tǒng)架構及控制策略是正確可行的。
關鍵詞：固態(tài)轉換開關；電壓跌落檢測；切換控制

1 引言
SSTS是一種解決電壓短時跌落的電力電子設備。隨著電力電子器件的發(fā)展，采用可控電力電子器件取代機械開關，可實現(xiàn)高速投切，且設備壽命長，賦予了SSTS全新的意義。在此以晶閘管型固態(tài)開關裝置為研究對象，首先在電磁暫態(tài)仿真平臺PSCAD／EMTDC建立了10 kV／1 MW中壓SSTS系統(tǒng)模型。通過仿真對現(xiàn)有電壓跌落檢測算法以及切換控制策略進行了研究和改進。在仿真基礎上，對SSTS控制系統(tǒng)功能進行了梳理和層次化解析，提出基于雙DSP+FPGA的硬件控制架構。
該控制平臺可實現(xiàn)多達24路的模擬信號同步實時采樣。通過將系統(tǒng)測試、控制功能在多處理器中分工合作，有效提高了系統(tǒng)運算速度，減少了軟件開發(fā)復雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。該控制平臺在各種智能電網電力電子測控設備上具有廣泛的應用前景。

2 SSTS原理與系統(tǒng)仿真
SSTS系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

主、備用側電源分別通過晶閘管連接到負載。在正常工作時，負載接入主側電源工作運行，當系統(tǒng)監(jiān)測到主側電源有電壓跌落、過流或過溫故障時，系統(tǒng)自動將負載切換到備用側電源。SSTS控制系統(tǒng)的研究重點在于電壓跌落檢測算法和切換控制策略。為研究這些問題，在電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD／EMTDC中建立了10 kV／1 MW中壓SSTS的系統(tǒng)模型并根據(jù)系統(tǒng)故障種類和負載種類的不同，進行了全面仿真。負載種類包括：容性負載、阻性負載、感性負載和變壓器型負載。電壓跌落故障包括：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路、單相跌落30％和三相跌落30％等。
2．1 系統(tǒng)切換控制策略仿真
SSTS切換控制策略主要包括電流過零切換(BBM)和MBB兩種，其切換控制流程如圖2所示。通過仿真發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)負載為功率因數(shù)較低的阻感負載或變壓器時，若SSTS之前發(fā)生短路故障，系統(tǒng)電流過零非常緩慢，大大影響系統(tǒng)切換速度。由仿真結果可知，當系統(tǒng)負載功率因數(shù)為0．3，呈現(xiàn)感性時，系統(tǒng)電流過零耗時60 ms。當系統(tǒng)負載端連有10 kV／400 V變壓器時，由于變壓器勵磁電感作用，電流過零耗時超過了4 s。為保證系統(tǒng)在20 ms內完成電源切換，必須采用MBB控制策略。

仿真還發(fā)現(xiàn)，若短路故障發(fā)生在負載側，此時將故障負載投切到備用電源，會給備用電源側線路帶來電流沖擊，造成備用電源線路及其設備損壞。因此應對故障位置加以判斷。當主側發(fā)生電壓跌落且伴有較大故障電流時，說明故障位置在SSTS后，此時不宜切入備用側電源，可按照繼電保護重合閘的方案進行處理。