[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

技術領域

本發明涉及一種應用于微電網與公共電網連接的靜態開關及其控制方法，特別涉及ARM芯片控制的可控三相交流通路電子開關及其旁路電路，以及與微電網運行模式相關的自動控制方法。

背景技術

微電網是目前國內外電網研究的最新課題，它能夠大力促進以可再生能源為主的分布式電源的并網，有效提高傳統電網的容量，減少溫室氣體的排放；連接微電網與大電網的靜態開關是微電網在并網與離網模式之間自動、平滑和快速轉換的重要部件。

用靜態開關實現微電網連接和斷開公共電網有三個主要原因：第一，利用靜態開關實現微電網并網或離網的暫態過程，沒有使用機械動作部分，因此與利用機械動作部分實現微電網并網與離網的傳統開關相比它的壽命大大的延長了；第二，當重新連接到電網時，需要做一系列復雜的同步檢查，所以需要專用的開關；普通的中斷開關可以起到斷開公共電網的作用，但是完整的靜態開關需要在合適的時候重新連接到公共電網，而且對微電網不能產生嚴重的電磁暫態干擾；第三，靜態開關除了能夠實現微電網的并網與離網控制之外還需要能夠實現對微電網內部微電源逆變器的監測和控制，實現微電網的能量管理或者協助上層設備實現微電網的能量管理，但是，目前實際應用中還沒有完整的靜態開關可用于實際微電網系統。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供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，以實現微電網的平滑并網與離網的全自動控制，對微電網進行故障保護。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明應用于微電網與公共電網連接的靜態開關的結構特點是：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。

本發明應用于微電網與公共電網連接的靜態開關的結構特點也在于：

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。

本發明應用于微電網與公共電網連接的靜態開關的結構特點還在于：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；