[發明專利]一種應用于微電網與公共電網連接的靜態開關及控制方法

有效

• 申請號: 201210569974.2
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103066621A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 茆美琴;張健;杜燕;汪海寧;劉寧;蘇建徽;張國榮;趙永超
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種應用于微電網與公共電網連接的靜態開關，其特征是：包括一個帶有旁路電路的主電路和一個控制器；所述帶有旁路電路的主電路設置在公共電網與微電網之間；由所述控制器控制所述主電路的開通和關斷；并以所述主電路的開通和關斷實現微電網的并網和離網；所述控制器對公共電網側與微電網側的電壓、頻率和相位以及流過旁路電路的電流進行采樣獲得采樣信號，利用所述采樣信號分別計算得到微電網側和公共電網側電壓有效值、頻率值和相位值以及流過旁路電路的電流有效值；當微電網處于離網狀態時，控制器通過實時比較微電網側和公共電網側之間的電壓有效值差值、頻率差值以及相位差值，以捕獲合適的并網時刻，指令主電路開通，實現微電網并網；當微電網處于并網狀態時，利用所述微電網側和公共電網側電壓有效值、頻率值、相位值以及流過旁路電路的電流有效值判斷出公共電網側電能質量問題、公共電網側故障或旁路電路電流超過設定值，指令主電路關斷，實現微電網離網。

2.根據權利要求1所述應用于微電網與公共電網連接的靜態開關，其特征是：所述主電路設置為可控三相交流通路，所述可控三相交流通路中每相交流通路由兩組電力電子開關組成雙向交流通道；在所述可控三相交流通路的兩側分別串聯設置主電路斷路器QF1和主電路斷路器QF2；針對串聯設置有主電路斷路器QF1和主電路斷路器QF2的可控三相交流通路設置旁路電路，在所述旁路電路中串聯設置旁路斷路器QF3和手動開關KM1，所述可控三相交流通路、主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2和旁路斷路器QF3是由控制器輸出信號控制。

3.根據權利要求1所述的應用于微電網與公共電網連接的靜態開關，其特征是：所述控制器設置為：

一嵌入式ARM芯片，用于對所述采樣信號進行計算分析判斷，輸出A1、A2、A3、A4、A5和A6各路信號，實現對電力電子開關驅動電路的控制，輸出A7、A8和A9各路信號實現對主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2和旁路斷路器QF3驅動電路的控制；

一微電網側信號采樣電路，包括硬件過零檢測電路，所述微電網側信號采樣電路用于采集微電網側電壓、頻率和相位信號；

一公共電網側信號采樣電路，包括硬件過零檢測電路，所述公共電網側信號采樣電路用于采集公共電網側電壓、頻率和相位信號；

一旁路電路信號采樣電路，所述旁路電路電流采樣電路用于采集微電網并網狀態下，公共電網與微電網之間流過的電流信號；

一電力電子開關驅動電路，用于將ARM芯片輸出的A1、A2、A3、A4、A5和A6各路控制信號轉化成可控三相交流通路中電力電子器件的驅動信號d1、d2、d3、d4、d5和d6；

一斷路器控制電路，用于將ARM芯片輸出的A7、A8和A9各路控制信號轉換成能夠驅動各斷路器的控制信號j1、j2和j3；

一通信接口電路，用于所述控制器和外部設備的連接和信息傳遞；ARM芯片利用采樣信號實時計算得到微電網側和公共電網側電壓、電流、頻率和相位信息，通過所述控制器中的通信接口電路實現電壓、電流、頻率和相位信息的遠程傳輸，實現開關主電路的遠程監控和操作；通過通信接口電路實現與微電網中逆變器的信息傳遞和控制，實現微電網中能量管理的功能，或者協助上層設備實現微電網能量管理；

一鍵盤/顯示接口電路，用于人機互動；

一警報輸出接口電路，用于在所述在主電路或控制器工作異常時警報。

4.一種權利要求1所述應用于微電網與公共電網連接的靜態開關的控制方法，其特征是：

并網控制過程：微電網處于離網狀態時，主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2、可控三相交流通路、旁路斷路器QF3處于斷開狀態，手動開關KM1處于閉合狀態；所述控制器對公共電網側與微電網側的電壓、頻率和相位進行采樣獲得采樣信號，由所述ARM芯片對所述電壓采樣信號利用均方根值的方法實時計算分別獲得微電網側電壓有效值U_M和公共電網側電壓有效值U_E，對所述電壓采樣信號利用硬件過零檢測的方法分別測得微電網側頻率f_M、微電網側相位δ_M和公共電網側頻率f_E、公共電網側相位δ_E；

當微電網側與公共電網側之間的電壓差值、頻率差值和相位差值滿足條件a和條件b時，主電路中主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2閉合，可控三相交流通路導通，實現微電網并網，在微電網并網穩定運行后，閉合旁路斷路器QF3，由旁路電路實現并網狀態下微電網和公共電網的正常連接，斷開所述可控三相交流通路，斷開主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2，實現可控三相交流通路完全斷電；

條件a：微電網側和公共電網側電壓，頻率，相位差小于標準值；

條件b：(f_M-f_G)×(δ_M-δ_G)＞0，并且(f_M-f_G)＜0

離網控制過程：

微電網處于并網狀態時，所述主電路中主電路斷路器QF1、主電路斷路器QF2，可控三相交流通路處于斷開狀態，旁路斷路器QF3、手動開關KM1處于閉合狀態；由控制器中ARM芯片對公共電網側和公共電網側的電壓、頻率和相位以及流過旁路電路的電流進行采樣獲得采樣信號，由所述ARM芯片對所述電壓采樣信號利用均方根值的方法實時計算分別獲得微電網側電壓有效值U_M和公共電網側電壓有效值U_E，對所述電流采樣信號利用均方根值的方法實時計算獲得流過旁路電路的電流有效值I_p；對所述電壓采樣信號利用硬件過零檢測的方法分別測得微電網側頻率f_M、微電網側相位δ_M和公共電網側頻率f_E、公共電網側相位δ_E；判斷出在公共電網側出現電能質量問題或公共電網側故障時，主電路斷路器QF1和主電路斷路器QF2閉合，可控三相交流通路閉合，由可控三相交流通路實現微電網和公共電網之間的連接；斷開旁路斷路器QF3，斷開可控三相交流通路，斷開主電路斷路器QF1和主電路斷路器QF2，從而斷開微電網與公共電網的連接;在判斷出流過旁路電路的電流超過設定值時，旁路斷路器QF3斷開。