一种与全控型器件组合使用的晶闸管的关断方法、系统、设备及介质

本发明属于电力电子控制，尤其涉及一种与全控型器件组合使用的晶闸管的关断方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在电力电子变换领域，常有将导通损耗低、成本低的晶闸管与开关速度快、可控性好的全控型器件组合使用的场景，如变频器工频旁路切换系统、模块化可重构变流器、动态电压恢复器、不间断电源、储能变流器并离网系统以及其他逆变器与固态继电器组合使用的场景。然而晶闸管作为半控型器件，一旦导通无法通过门极直接关断，必须依赖外部电路强制其电流过零。晶闸管关断失败将导致系统模式切换失败、保护动作失效，甚至引发短路故障，严重威胁设备与系统的安全。

2、晶闸管作为固态继电器的关断方法可分为三类，第一类是晶闸管与全控型器件串联使用时，全控型器件封波使晶闸管电流下降至维持电流以下，晶闸管自然关断，然而该方法容易受到并联设备的干扰，导致关断失败，引起系统故障（j. di et al., "areconfigurable modular topology for pv converter to improve overcurrentcapacity and flexibility," ieee open j. power electron, vol. 7, pp. 1117-1132, 2026.）；第二类是晶闸管利用交流电本身每半个周期自然过零的特点进行关断，然而该方法要求电网稳定且速度慢，最长需要10ms；第三类是通过辅助电路（通常由电容、电感及辅助开关器件构成）在需要关断的晶闸管两端施加反向电压，强制其电流过零，然而该方法依赖体积庞大的辅助电路，增大了整体电路的复杂性且成本高。且以上方法均无法得到晶闸管关断状态的信息，在电网扰动，负载变化以及辅助电路故障情况下，对晶闸管关断状态的误判可能导致系统故障。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的目的在于一种与全控型器件组合使用的晶闸管的关断方法、系统、设备及介质，通过控制全控型器件，使其对晶闸管施加与电感电流方向相反的电压，从而加速晶闸管关断，而后通过施加同向电压以确认晶闸管的关断状态，形成一种晶闸管闭环关断机制。该方法从根本上消除了因扰动导致的晶闸管关断失败的风险，且使晶闸管能够在直流和交流工况下快速关断。

2、为了实现发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种与全控型器件组合使用的晶闸管的关断方法，包括：

4、获取当前电路中的电流流通模式；

5、当所述电流为双向流通时，先判断电感电流方向以确定待关断晶闸管；基于电流方向执行关断操作，并在关断后执行验证操作；

6、当所述电流为单向流通时，基于晶闸管方向执行关断操作，并在关断后执行验证操作；

7、其中，所述关断操作为：控制全控型器件在待关断晶闸管两端施加反向偏压，强制关断晶闸管；

8、所述验证操作为：控制全控型器件在该晶闸管两端施加正向偏压，验证晶闸管关断状态；若电感电流低于所设定的安全阈值，则该晶闸管关断成功；若电感电流高于所设定的安全阈值，则该晶闸管关断失败，返回关断操作。

9、所述判断电感电流方向以确定待关断晶闸管的逻辑为：若电感电流的采样值或积分值的符号为正，则判定电感电流方向为流出开关单元，记为，确定正向晶闸管为待关断晶闸管；若电感电流的采样值或积分值的符号为负，则判定电感电流方向为流入开关单元，记为，确定反向晶闸管为待关断晶闸管；所述开关单元包括全控型器件和晶闸管。

10、所述强制关断晶闸管的具体流程为：若，控制全控型器件在桥臂中点输出比节点1电压低的电压；若，控制全控型器件在桥臂中点输出比节点1电压高的电压。

11、该关断方法还包括：在强制关断晶闸管之前，控制全控型器件在待关断晶闸管两端施加反向偏压，验证确定的待关断晶闸管是否正确；若电感电流低于安全阈值，则表明待关断晶闸管判定正确；若电感电流超过安全阈值，则表明待关断晶闸管误判，则将电感电流方向取反。

12、所述控制全控型器件在该晶闸管两端施加正向偏压的具体流程为：若，控制全控型器件在桥臂中点输出比节点1电压低的电压；若，控制全控型器件在桥臂中点输出比节点1电压高的电压。

13、所设定的安全阈值高于电感电流峰值；所设定的电感电流异常值高于所设定的安全阈值。

14、施加所述反向偏压和正向偏压时需保证节点1的对地电位处于母线负极对地电位至母线正极对地电位之间。

15、本发明还提供了一种与全控型器件组合使用的晶闸管的关断系统，包括：

16、判断模块：获取当前电路中的电流流通模式；当所述电流为双向流通时，先判断电感电流方向以确定待关断晶闸管；基于电流方向执行关断操作，并在关断后执行验证操作；当所述电流为单向流通时，基于晶闸管方向执行关断操作，并在关断后执行验证操作；

17、关断模块：用于控制全控型器件在待关断晶闸管两端施加反向偏压，强制关断晶闸管；

18、验证模块：用于控制全控型器件在该晶闸管两端施加正向偏压，验证晶闸管关断状态；若电感电流低于所设定的安全阈值，则该晶闸管关断成功；若电感电流高于所设定的安全阈值，则该晶闸管关断失败，返回关断模块。

19、本发明还提供了一种电子设备，包括：

20、存储器：存储上述晶闸管的关断方法的计算机程序，为计算机可读取的设备；

21、处理器：用于执行所述计算机程序时实现上述晶闸管的关断方法。

22、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述晶闸管的关断方法。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、1、本发明提出了“电感电流方向检测-反向偏压强制关断晶闸管-正向偏压验证晶闸管关断状态”的晶闸管闭环关断方法，无需依赖器件特性、电网自然过零、负载特性或专门的辅助换流电路，仅通过控制与晶闸管串联的全控型器件即可实现晶闸管主动且快速的关断，并通过验证晶闸管关断状态确保了晶闸管关断结果的可靠性。

25、2、本发明由全控型器件提供反压，使晶闸管能够在直流电路和交流电路均可以正常关断，扩大了晶闸管的应用范围。

26、3、本发明在施加反向偏压强迫晶闸管关断初期设置电流方向验证环节，具备误判后的自纠正能力，有效应对检测误差，确保关断过程的可靠性。

27、4、本发明仅通过软件算法实现，无需新增硬件或改造电路拓扑，仅通过控制全控型器件的开关状态即可实现，实现成本低，易于推广应用。

28、综上所述，本发明所提方法不依赖器件特性、电网、负载和辅助电路，而是通过控制全控型器件施加反向偏压主动关断晶闸管，并通过施加正向偏压对晶闸管进行关断状态验证，形成一个主动的、闭环的、可靠的关断机制。该方法从根本上消除了因pwm（脉冲宽度调制）开关动作干扰或电网电压扰动而导致的晶闸管关断失败的风险，从而保障了系统安全可靠运行。同时该方法使晶闸管能适用于直流电路和交流电路中，并显著缩短晶闸管的关断时间。