一种微电网用柔性并离网切换装置，由静态开关电路、驱动电路及智能控制单元组成。静态开关电路是切换装置的硬件主体；采用全控型半导体器件IGBT实现快速通断；并通过IGBT模块与四个二极管的排列实现其对双向电压与电流的阻断能力；在微电网及大电网的交流母线上均装有浪涌吸收抑制器件，避免IGBT过压失效。驱动电路采用光藕驱动；并实现控制信号与驱动信号的隔离；通过+15V与-9V的驱动电压确保IGBT快速可靠通断。智能控制单元采用数字化信号处理器作为控制元件；通过数据采集电路完成对电网的状态及同步逻辑的诊断，根据诊断结果，利用I/O口实现对静态开关的智能控制及状态监测；通过通讯模块实现其与外部其他设备及上位机的数据交互。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于微电网的柔性并网离网的切换装置。
技术介绍
传统意义上的开关只是一个机械的硬件装置，如继电器，但随着半导体技术的发展，高速可控型开关不断涌现，如晶闸管SCR、IGBT、IGCT。基于半导体技术的高速开关与当前数字信号处理器技术的结合，完全可以设计出满足微电网要求的柔性开关。根据IEEE1547与UL1741对并网的要求，开关应具有快速、保护、同步等特性，另外考虑到现场的实际安装条件及成本。基于CB技术的开关响应速度较慢，继电器的开关速度一般在20ms到100ms之间，但电路设计与控制简单，导通电阻低，价格低廉，因此在对开关速度要求不是很高的场合被广泛采用。基于晶闸管SCR技术的开关响应速度一般在半个工频周期到一个工频周期(对50Hz的电网为10ms到20ms)，有些制造商提供的产品响应速度可以达到四分之一个工频周期，已经完全满足微电网系统静态开关的要求；基于IGBT技术的开关响应速度一般在100 μ s之内并且可以实现瞬间关断。对于更高电压等级的开关可用IGCT来代替IGBTo快速并离网切换是微电网的核心技术之一，近几年来随着微电网技术的发展，并离网切换技术也成为研究的热点，但大多主要是从微电网的技术需求，提出并离网快速切换的方法，没有单独针对快速切换装置本身的角度提出。中国专利CN 102170134 B公开了一种基于G00SE通讯方法的微电网并离网平滑切换智能控制方法，根据不同并网点开关位置状态组合逻辑表达式，匹配出微电网当前运行模式，通过实时采集各个并网点、负荷、分布式电源、储能逆变器的功率信息，同时根据匹配出的运行模式，计算当前并网点的交换功率值，判断出功率盈缺情况，制定负荷/分布式电源切除计划，最终完成微电网离网平滑控制。针对快速开关装置本体，目前多采用半控型半导体开关晶闸管，对于全控型器件IGBT作为快速切换开关的装置很少。中国专利CN 103401266 B公开了一种实现逆变器并离网无缝切换的装置及方法，开关主体采用可控硅SCR，控制单元采用数字信号处理器，通过检测到的通过所述滤波电感的电流的方向，反向给定控制量限幅值，向处于闭合状态的所述反并联可控硅发出关断信号来实现开关的快速关断。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种微电网用柔性并网离网的切换装置。本专利技术基于全控型半导体器件IGBT，开关单元具有完备的保护、驱动及控制电路，并结合智能控制单元的数字信号处理器实现对微电网的快速并离网切换。本专利技术开关电路本体速度快、功耗较小、采用全数字化智能控制，控制方法简单，能够实现微电网的快速平滑切换。本专利技术的技术方案如下:本专利技术微电网用柔性并离网切换装置主要由静态开关电路、驱动电路及智能控制单元三部分组成。静态开关电路的输入端接入微电网，静态开关电路的输出端接入大电网；驱动电路的输入端连接到智能控制单元的输出I/O端口，驱动电路的输出端连接到静态开关电路的控制端口 ；在静态开关电路的输入端、输出端的三相交流母线上均安装了电压、电流传感器；在全控型IGBT开关电路上安装了温度传感器，电压、电流及温度传感器的采样信号作为智能控制单元的输入，智能控制单元的输出端通过I/O 口以模拟信号的形式接到驱动电路。静态开关电路是切换装置的硬件主体。本专利技术采用全控型半导体器件IGBT实现快速通断。但由于典型的商业性IGBT模块并不具有电压与电流的双向关断能力，而微电网要求开关必须具有双向电压与电流的阻断能力，本专利技术通过对二极管与IGBT的不同排列来实现这一功能。由于IGBT具有高速关断电流的能力，为防止di/dt耦合在IGBT上产生很大的电压冲击，电路主体在IGBT开关的输入、输出两侧均安装了浪涌吸收抑制器件，从而避免IGBT过压失效；相比机械开关，半导体开关尽管开关速度快，但其抗过压及过载能力差，为对其进行全方位保护，在IGBT开关进入口的两侧均安装了电压与电流传感器，用于检测电网的电压和电流，电压与电流传感器通过信号线接入智能控制单元。所述的驱动电路采用光藕驱动，并实现控制信号与驱动信号的隔离。智能控制单元发出的开关动作信号通过三极管驱动后经过光藕实现光电隔离。光藕供电采用+15V与-9V的驱动电压确保IGBT快速可靠通断。所述的智能控制单元采用数字化信号处理器作为控制器件；通过数据采集电路完成对电网的状态及同步逻辑的诊断，根据诊断结果，通过I/o 口实现对静态开关的智能控制及状态监测；通过通讯模块实现其与外部其他设备及上位机的数据交互。所述电网状态诊断采用了电压瞬时值与频率判断相结合的判断方法；同步逻辑诊断基于以下两个条件:(1)静态开关两侧的电压幅值差很小，理想情况为零；(2)静态开关两侧的电压存在频率差异。所述智能控制单元对IGBT开关主体的主要包括开通和关断两个过程:从关断到开通的控制流程:(1)当检测到大电网状态正常并与外部进行通讯；(2)进行同步逻辑诊断，直至满足同步条件；(3)下达开关开通指令。从开通到关断的控制流程为:当检测到大电网状态异常，下达开关断开指令。【附图说明】图1柔性静态开关组成框图；图2a静态开关开通时从微电网流向大电网的能量流向图；图2b静态开关开通时从大电网流向微电网的能量流向图；图2c静态开关关断时从微电网流向大电网的能量流向图；图2d静态开关开通时从大电网流向微电网的能量流向图；图3a基于双向浪涌吸收抑制器件的吸收保护电路拓扑；图3b基于Crowbar电路的吸收保护电路拓扑；图3c基于箝位吸收电路的吸收保护电路拓扑；图4静态开关切换控制流程图；图5自治到并网的切换波形；图6并网到自治的切换波形。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术微电网用柔性并离网切换装置主要由静态开关电路、驱动电路及智能控制单元三部分组成。静态开关电路的输入端连接微电网，静态开关电路为微电网三相交流电流通出口，静态开关电路的输出端连接大电网；驱动电路的输入端接到智能控制单元的输出I/O端口，驱动电路的输出端接到静态开关的控制端口 ；智能控制单元主要由调理电路及AD转换模块、I/O 口、电网故障及同步逻辑诊断及通讯模块组成；智能控制单元的输入接口接收来自静态开关电路上安装的电压、电流、温度传感器的输出信号，以及静态开关本体的状态信号，上述信号以模拟量的形式从I/O端口接入。智能控制单元的输出端通过I/O 口以模拟信号的形式接到驱动电路。所述的静态开关电路主体部分由一个IGBT器件S与四个整流二极管D1?D4组成；第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极及IGBT器件S的集电极C相联；第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极及IGBT器件S的发射极相联；第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阳极相联，并作为微电网的进线入口 ；第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极相联，并作为大电网的进线出口。除静态开关电路主体电路外，在静态开关电路的输入端及输出端分别装有浪涌吸收抑制器件:如图1所示安装的浪涌吸收抑制器件T1与T2 ;第一浪涌吸收抑制器件T1安装在输入端口的三相交流母线上，第一浪涌吸收抑制器件T1的一端与第一二极管D1的阳极及第二二极管D2的阴极相联，第一浪涌吸收抑制器件T1的另一端接地；第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微电网用柔性并离网切换装置，其特征在于，所述的切换装置包括静态开关电路、驱动电路及智能控制单元；所述静态开关电路的输入端接入微电网，静态开关电路的输出侧接入大电网；所述驱动电路的输入端接到智能控制单元的输出I/O端口，驱动电路的输出端接到静态开关电路的控制端口；所述智能控制单元的输入通过I/O口接收来自安装在静态开关电路上的电压、电流、温度传感器的输出信号，以及静态开关电路主体部分的IGBT器件状态信号，智能控制单元的输出端通过I/O口连接到驱动电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：伍春生，付勋波，许洪华，
申请(专利权)人：北京科诺伟业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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