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

摘要

本发明公开了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，其特征是：包括一个主电路和一个控制器；主电路设置在公共电网与微电网之间；由控制器控制主电路的开通和关断；并以主电路的开通和关断实现微电网的并网和离网；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，通过计算判断指令主电路开通或关断实现微电网离网或并网。本发明实现了微电网的平滑并网与离网的全自动控制，并能够通过控制器对微电网中微电源逆变器进行监测和控制，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。

主权项

一种应用于微电网与公共电网连接的静态开关，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；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；其特征是：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；一通信接口电路，用于所述控制器和外部设备的连接和信息传递；ARM芯片利用采样信号实时计算得到微电网侧和公共电网侧电压、电流、频率和相位信息，通过所述控制器中的通信接口电路实现电压、电流、频率和相位信息的远程传输，实现开关主电路的远程监控和操作；通过通信接口电路实现与微电网中逆变器的信息传递和控制，实现微电网中能量管理的功能，或者协助上层设备实现微电网能量管理；一键盘/显示接口电路，用于人机互动；一警报输出接口电路，用于在所述主电路或控制器工作异常时警报；所述应用于微电网与公共电网连接的静态开关的控制方法是：并网控制过程：微电网处于离网状态时，主电路断路器QF1、主电路断路器QF2、可控三相交流通路、旁路断路器QF3处于断开状态，手动开关KM1处于闭合状态；所述控制器对公共电网侧与微电网侧的电压、频率和相位进行采样获得采样信号，由所述ARM芯片对所述电压采样信号利用均方根值的方法实时计算分别获得微电网侧电压有效值U_M和公共电网侧电压有效值U_E，对所述电压采样信号利用硬件过零检测的方法分别测得微电网侧频率f_M、微电网侧相位δ_M和公共电网侧频率f_E、公共电网侧相位δ_E；当微电网侧与公共电网侧之间的电压差值、频率差值和相位差值满足条件a和条件b时，主电路中主电路断路器QF1、主电路断路器QF2闭合，可控三相交流通路导通，实现微电网并网，在微电网并网稳定运行后，闭合旁路断路器QF3，由旁路电路实现并网状态下微电网和公共电网的正常连接，断开所述可控三相交流通路，断开主电路断路器QF1、主电路断路器QF2，实现可控三相交流通路完全断电；条件a：微电网侧和公共电网侧电压，频率，相位差小于标准值；条件b：    (f_M‑f_E)×(δ_M‑δ_E)>0，并且(f_M‑f_E)<0离网控制过程：微电网处于并网状态时，所述主电路中主电路断路器QF1、主电路断路器QF2，可控三相交流通路处于断开状态，旁路断路器QF3、手动开关KM1处于闭合状态；由控制器中ARM芯片对公共电网侧和公共电网侧的电压、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，由所述ARM芯片对所述电压采样信号利用均方根值的方法实时计算分别获得微电网侧电压有效值U_M和公共电网侧电压有效值U_E，对所述电流采样信号利用均方根值的方法实时计算获得流过旁路电路的电流有效值I_p；对所述电压采样信号利用硬件过零检测的方法分别测得微电网侧频率f_M、微电网侧相位δ_M和公共电网侧频率f_E、公共电网侧相位δ_E；判断出在公共电网侧出现电能质量问题或公共电网侧故障时，主电路断路器QF1和主电路断路器QF2闭合，可控三相交流通路闭合，由可控三相交流通路实现微电网和公共电网之间的连接；断开旁路断路器QF3，断开可控三相交流通路，断开主电路断路器QF1和主电路断路器QF2，从而断开微电网与公共电网的连接；在判断出流过旁路电路的电流超过设定值时，旁路断路器QF3断开。