[发明专利]一种应用于微电网与公共电网连接的静态开关及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于微电网与公共电网连接的静态开关及其控制方法，特别涉及ARM芯片控制的可控三相交流通路电子开关及其旁路电路，以及与微电网运行模式相关的自动控制方法。

背景技术

微电网是目前国内外电网研究的最新课题，它能够大力促进以可再生能源为主的分布式电源的并网，有效提高传统电网的容量，减少温室气体的排放；连接微电网与大电网的静态开关是微电网在并网与离网模式之间自动、平滑和快速转换的重要部件。

用静态开关实现微电网连接和断开公共电网有三个主要原因：第一，利用静态开关实现微电网并网或离网的暂态过程，没有使用机械动作部分，因此与利用机械动作部分实现微电网并网与离网的传统开关相比它的寿命大大的延长了；第二，当重新连接到电网时，需要做一系列复杂的同步检查，所以需要专用的开关；普通的中断开关可以起到断开公共电网的作用，但是完整的静态开关需要在合适的时候重新连接到公共电网，而且对微电网不能产生严重的电磁暂态干扰；第三，静态开关除了能够实现微电网的并网与离网控制之外还需要能够实现对微电网内部微电源逆变器的监测和控制，实现微电网的能量管理或者协助上层设备实现微电网的能量管理，但是，目前实际应用中还没有完整的静态开关可用于实际微电网系统。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于微电网与公共电网连接的静态开关及控制方法，以实现微电网的平滑并网与离网的全自动控制，对微电网进行故障保护。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明应用于微电网与公共电网连接的静态开关的结构特点是：包括一个带有旁路电路的主电路和一个控制器；所述带有旁路电路的主电路设置在公共电网与微电网之间；由所述控制器控制所述主电路的开通和关断；并以所述主电路的开通和关断实现微电网的并网和离网；所述控制器对公共电网侧与微电网侧的电压、频率和相位以及流过旁路电路的电流进行采样获得采样信号，利用所述采样信号分别计算得到微电网侧和公共电网侧电压有效值、频率值和相位值以及流过旁路电路的电流有效值；当微电网处于离网状态时，控制器通过实时比较微电网侧和公共电网侧之间的电压有效值差值、频率差值以及相位差值，以捕获合适的并网时刻，指令主电路开通，实现微电网并网；当微电网处于并网状态时，利用所述微电网侧和公共电网侧电压有效值、频率值、相位值以及流过旁路电路的电流有效值判断出公共电网侧电能质量问题、公共电网侧故障或旁路电路电流超过设定值，指令主电路关断，实现微电网离网。

本发明应用于微电网与公共电网连接的静态开关的结构特点也在于：

所述主电路设置为可控三相交流通路，所述可控三相交流通路中每相交流通路由两组电力电子开关组成双向交流通道；在所述可控三相交流通路的两侧分别串联设置主电路断路器QF1和主电路断路器QF2；针对串联设置有主电路断路器QF1和主电路断路器QF2的可控三相交流通路设置旁路电路，在所述旁路电路中串联设置旁路断路器QF3和手动开关KM1，所述可控三相交流通路、主电路断路器QF1、主电路断路器QF2和旁路断路器QF3是由控制器输出信号控制。

本发明应用于微电网与公共电网连接的静态开关的结构特点还在于：所述控制器设置为：

一嵌入式ARM芯片，用于对所述采样信号进行计算分析判断，输出A1、A2、A3、A4、A5和A6各路信号，实现对电力电子开关驱动电路的控制，输出A7、A8和A9各路信号实现对主电路断路器QF1、主电路断路器QF2和旁路断路器QF3驱动电路的控制；

一微电网侧信号采样电路，包括硬件过零检测电路，所述微电网侧信号采样电路用于采集微电网侧电压、频率和相位信号；

一公共电网侧信号采样电路，包括硬件过零检测电路，所述公共电网侧信号采样电路用于采集公共电网侧电压、频率和相位信号；

一旁路电路信号采样电路，所述旁路电路电流采样电路用于采集微电网并网状态下，公共电网与微电网之间流过的电流信号；

一电力电子开关驱动电路，用于将ARM芯片输出的A1、A2、A3、A4、A5和A6各路控制信号转化成可控三相交流通路中电力电子器件的驱动信号d1、d2、d3、d4、d5和d6；

一断路器控制电路，用于将ARM芯片输出的A7、A8和A9各路控制信号转换成能够驱动各断路器的控制信号j1、j2和j3；