基于投切开关阵列的能量路由器及投切开关的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于投切开关阵列的能量路由器及投切开关的控制方法，本发明专利技术以数字信号处理器为核心，实时监测各分布式电源的电压、电流、各支路的负荷，综合各分布式电源的输出能力、实时电价和负载特性等因素，确定最优电路拓扑结构方式，自适应的控制投切开关阵列中投切开关的投入与切除，实现能量分配的协调控制、提高微电网运行的经济性。投切开关采用磁保持继电器与双向可控硅并联的方式构成，由双向可控硅实现电压过零投入，电流过零切除，磁保持继电器来通过连续的负载电流，双向可控硅仅仅在电路切换时短时工作，这样避免了可控硅长期工作损耗大的问题，也避免了投入时的涌流问题和分断电路时产生电弧。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于低压配电用电气设备，涉及控制器、投切开关阵列，具体是一种。【
技术介绍
】近年来，电动汽车、太阳能等分布式电源得到了越来越多的重视与应用，随着容量的增大以及范围的扩展，由小容量分布式电源形成的微电网研究则更加令人关注。这类微电网中的分布式电源主要包括风力发电机、光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机等。微电网作为配电网和分布式电源的桥梁，是国际能源与电力技术发展的前沿和焦点。微电网作为大电网的有益补充，是实现智能电网高效、环保、优质供电的重要环节，这与国家正在大力提倡的“大电网战略”一致。对于不同的分布电源有不同的运行方式，在确保微电网正常运行时，如何对这些分布式电源进行合理的管理，以保证微电网在不同时段都能满足负荷的电能质量要求，并且获得最理想的经济效益，是微电网技术的关键问题之一。现有的投切开关大都采用交流接触器、可控硅电子开关、断路器等投切方式，交流接触器在投入和切除时会产生很大的涌流和过电压，而可控硅电子开关虽然解决了投切过程中的涌流和过电压等问题，但是其通态条件下导通电阻高、发热量大、，需外加辅助散热器件多、结构复杂、成本高，占用空间大。磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器。磁保持继电器的触点开闭状态是由永久磁钢产生的磁力所保持，只需对线圈施加一个一定宽度的脉冲电流，就可以控制继电器接通/关断状态的转换。磁保持继电器处于接通或关断状态下均为稳定状态，不需要长期通电，可以达到节能的目的。与接触器、断路器等其他机械式有触电开关类似，磁保持继电器在进行接通或关断的过程中都会产生电弧；另外其切换过程需要一定时间，会造成负载电路失电。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种，该能量路由器基于磁保持继电器和双向可控硅组成的投切开关阵列，依据微电网运行的经济性评价优选最佳电路拓扑结构，并按照一定时序自适应的控制投切开关接通和关断，实现电路拓扑结构的转换，可靠性高、损耗小、成本低，有助于提高用电的经济性。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现:—种基于投切开关阵列的能量路由器，包括投切开关阵列和控制器;所述控制器包括数字信号处理器、电源模块、采样电路、驱动电路、通讯接口、显示界面和存储芯片；数字信号处理器通过驱动电路与投切开关阵列相连，投切开关阵列包括由控制器控制的多个投切开关，且每个投切开关均能够独立进行投切动作。本专利技术进一步的改进在于:所述采样电路包括用于采集各分布电源的电压和电流、负载电路电流的传感器和用于将采集到的电压或电流信号转换为电压信号的信号调理电路以及模数转换电路;经过信号调理电路的电压信号经过模数转换后输入数字信号处理器。所述投切开关包括相并联的磁保持继电器和双向可控硅，数字信号处理器分别对磁保持继电器和双向可控硅的驱动电路进行控制，实现投切开关的过零投切。所述驱动电路包括光耦驱动电路和过零控制光耦电路;数字信号处理器通过光耦驱动电路触发磁保持继电器动作，通过过零控制光耦电路触发双向可控硅动作。—种投切开关阵列的控制方法，包括以下步骤:I)对数字信号处理器及其外围电路进行初始化设置；2)周期性的采集各分布电源的电压和电流以及各支路的负载电流，并对其进行检测，计算各项电气参数；3)若当前电压或电流值超过预设的阈值，判定为故障，在发生故障的情况下，执行步骤4);若未检测到故障，执行步骤5);4)故障信息报警和存储，返回步骤2);5)综合各分布电源的输出能力及其实时电价和各负载电路的特性，采用多分布式电源能量优化协调控制策略，定时检测系统的可靠性及经济性情况，若检测到当前的系统结构分配不是最优配置方式，执行步骤6);否则，执行步骤7);6)按最优配置方式，控制投切开关阵列中各投切开关投切操作，然后执行步骤7);7)存储并显示各项参数，并给出相应的指示信号，然后返回步骤2)。所述步骤5)中，多分布式电源能量优化协调控制策略具体为:根据实时电价、各分布电源的输出功率特性、负荷状态以及负载特性，构建微电网运行状态预测的动态数学模型，对预期时域内每个时刻的状态量进行估计，以微电网运行费用最小为优化目标，优选最佳的电路拓扑结构，最终确定投切开关的动作时序。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术以数字信号处理器(DSP)为核心的基于投切开关阵列的能量路由器，能够实时监测各分布电源的电压、电流、各支路的负荷，并综合各分布电源的输出能力及其实时电价和各负载特性，对不同电路拓扑结构下的电费进行评估，选择出最优化的电路结构，控制投切开关阵列中相应投切开关进行电源和负载之间电路连接关系的调整，以实现能量分配的协调控制并提高微电网运行的经济效益。自适应的控制投切开关阵列中各开关的投入与切除，实现能量分配的协调控制并提高微电网运行的经济性。其投切开关采用磁保持继电器与双向可控硅并联的方式构成，它具有节能，各投切开关可独立操作，结构简单，易于实现智能控制等优点，具有很好的应用前景。进一步的，本专利技术投切开关阵列中各投切开关采用将磁保持继电器和双向可控硅并联构成，投切开关的投切过程为先通过控制器控制双向可控硅投入电路，然后用控制器控制磁保持继电器投入，磁保持继电器稳定投入后将可控硅退出电路，这样，保证磁保持继电器再投入时已经通过双向可控硅将电路接通，开关闭合时电路中不产生涌流、断开时不产生电弧，确保了投切过程的可靠性，同时磁保持继电器的触头开闭状态是依赖永久磁钢作用保持，不消耗能量，开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲信号触发完成，避免了双向可控硅损耗的问题。进一步的，本专利技术驱动电路是光耦隔离的驱动电路，磁保持继电器的驱动电路采用了内部自带光耦隔离的驱动芯片，双向可控硅的驱动电路采用了光耦隔离且自带过零检测的驱动芯片，集成度高、体积小。进一步的，本专利技术多分布式电源能量优化协调控制策略，依据实时电价、各分布电源的输出功率特性、负荷状态以及负载特性等因素，对预期时域内每个时刻的状态量进行估计，通过对不同电路拓扑结构下的经济性进行评价，优选最佳的电路拓扑结构，并确定投切开关的动作时序，自动进行切换，实现微网各组成部分之间能量协调控制和经济优化，合理降低微网运行成本。进一步的，本专利技术投切开关阵列由多个投切开关构成，每个投切开关可以在控制器的控制下进行独立的投切操作，实现相应电路的接通或分断。进一步的，本专利技术的控制器采用以数字信号处理器为核心的控制电路。其中外围电路将传感器检测到的电压、电流信号，经过信号调理电路和模数转换(A/D)电路进行变换后，送入数字信号处理器，在数字信号处理器中利用软件对采集到的信号进行滤波处理并计算，当负载侧出现过流或短路、过压、欠压、缺相等故障时，提供相应的故障报警信号，同时数字信号处理器发出动作指令，让相应的投切开关动作。该控制器还具有通信功能以及相应的显示功能。【【附图说明】】图1是本专利技术的整体结构框图；图2是本专利技术的投切开关结构框图；图3是本专利技术控制器硬件的结构框图；图4是本专利技术控制器软件流程图；图5是本专利技术的投切策略框图。【【具体实施方式】】下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述:参见图1，本专利技术包括控制器和投切开关阵列。控制器主要包括电源电路、采样电路、驱动电路、通信接口、显示界面和存储芯片。投切开关阵列由多个投本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于投切开关阵列的能量路由器，其特征在于，包括投切开关阵列和控制器；所述控制器包括数字信号处理器、电源模块、采样电路、驱动电路、通讯接口、显示界面和存储芯片；数字信号处理器通过驱动电路与投切开关阵列相连，投切开关阵列包括由控制器控制的多个投切开关，且每个投切开关均能够独立进行投切动作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张国钢，景培，王浩，耿英三，王建华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61