一种串联型逆变器设备用智能开关制造技术

一种串联型逆变器设备用智能开关，包括串联型逆变器（１０）、滤波器（２０）、开关网络（３０）、负载（４０）、电网（５０）和控制系统（６０）。串联型逆变器（１０）输出通过交流母线（１０１）与滤波器（２０）连接；滤波器（２０）通过电气接口（１０２）与开关网络（３０）连接；开关网络（３０）通过电气接（１０３）分别与负载（４０）和电网（５０）连接；控制系统（６０）通过电气接口（１０４）与开关网络（３０）连接，通过电气接口（１０５）与串联型逆变器（１０）相接。本发明专利技术通过控制开关网络（３０），可以实现串联型逆变器（１０）串入或退出负载（４０）与电网（５０）的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于串联型逆变器设备的开关。
技术介绍
串联型逆变器设备与电网连接，用来改善系统中的电压质量问题。控制串联型逆 变器设备与电网连接的开关设备必须能够控制在尽可能短的时间内连接或断开电网，且要 求开关设备必须允许大电流正常通过并确保可靠关断。因此，开关设备的选择主要基于动 作时间和允许通过的电流能力两个指标来确定。在交流电力线路中，目前的研究通常使用 交流接触器或交流断路器来实现线路的通断。虽然交流接触器和交流断路器都可以在大电 流情况下工作，但由于它们都基于机械触头，动作速度较慢，通常需要几个甚至几十个工频 周期，难以满足开关设备的快速性要求。日本专利03108668提供了一种开关装置，在断路器的可动触头设置电场缓和电 极，在开路状态时和闭路状态时改变该电场缓和电极的位置，从而可连接可动触头与固定 触头。这样，可提高在开路状态位置的对地绝缘强度、极间绝缘强度，使设备小型化，实现低 成本化。另外，通过提高充电电流隔断性能、励磁电流隔断性能，可扩大在设备系统上的适 用范围。该专利所涉及的开关装置尽管改善了断路器的开关性能，但其速度问题仍未得到 解决，达不到串联型逆变器设备用开关的速度要求。串联型静态开关(Series Static Transfer Switch——SSTS)通常由无触点、无 机械动作的半导体开关器件组成，动作速度非常快。现在众多场合中应用的全控型半导体 功率器件，诸如GTR、IGBT等，作为静态开关使用，虽然具有很高的开关速度，但其功率水平 有一定限制，不具有电压和电流的双向关断能力，耐电压电流冲击能力相对较弱，而且造价 非常高。而晶闸管(或称为可控硅SCR)的通断电流能力最强，耐冲击且价格低廉，但作为半 控型器件，晶闸管只能通过门极信号控制导通，不能利用门极信号控制关断。交流电路中， 采用双向晶闸管(相当于两只晶闸管反并联)作为开关使用时，每个工频周期内双向晶闸 管的两只SCR交替导通，流过每只SCR的电流都存在周期性过零时刻。当撤去SCR的门极 触发信号后，处于导通状态的SCR不会立即关断，仍然继续导通，只有当电流减小到维持电 流(接近于零的某一数值)以下时，SCR才可由导通变为阻断，SCR的这种关断过程通常称 为自然关断。自然关断的时间取决于撤去触发脉冲的时刻，通常在三分之一到二分之一个 工频周期之间，最大时间需要半个工频周期10ms。中国专利98102694提出一种无触点智能开关，包括信号采样器、控制电路板、可 控硅组合等一系列部件组成，靠可控硅的分合实现开关的无触点分合，可自动进行短路判 定、过载延时判定、漏电判定、温度保护判定，并发出可控硅分/合及风机关/启信号，可自 动进行电能计量和电流、电压及电能切换显示，并可与其它开关联络，实现不间断供电，还 可与测控计算机连接，实现实时监测和控制。该专利虽然应用了可控硅，但对于可控硅的关 断仍然是一个问题，并且由于其设计的局限性，难以应用于串联型逆变器连接电网的场合。目前常用的开关设备，大都难以兼顾快速开关特性和大功率特性，而且通用的逆变型静态开关主要针对于线路的切换，并不适用于串联型逆变器连接或断开电网的场合。 针对上述问题，本专利采用双向晶闸管(相当于两只晶闸管反并联)配合串联型逆变器构 成智能开关设备，巧妙利用串联型逆变器的主电路和控制电路进行适当的控制，实现了串 联型逆变器设备连接或断开电网的功能，能够同时满足快速性和大功率的性能要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服串联型逆变器设备连接电网的开关设备的缺点，提出一种采 用双向晶闸管配合串联型逆变器构成的智能开关设备，本专利技术利用串联型逆变器的主电路 和控制电路进行适当的控制，用以实现串联型逆变器设备连接或断开电网的功能，能够同 时满足快速性和大功率的性能要求。本专利技术包括串联型逆变器、滤波器、开关网络、负载、电网和控制系统，以及交流母 线接口和电气接口。串联型逆变器为串联接入电网的电压型或电流型逆变器，串联型逆变 器的输出通过交流母线与滤波器连接；滤波器通过电气接口与开关网络连接；开关网络通 过电气接口分别与电网和负载连接；控制系统通过电气接口分别与开关网络和串联型逆变 器连接，控制开关网络的导通和关断。控制开关网络，可以实现串联型逆变器迅速连接或断开电网负载的功能。电网电 压正常时，串联型逆变器处于在线待机状态，即通过控制系统输出触发信号控制开关网络 导通，流过负载电流；电网电压出现暂升、暂降以及波动等电能质量问题时，首先撤除控制 系统的触发信号，同时串联型逆变器的主电路输出与流过开关网络电流方向相反的电压， 使得能够迅速关断开关网络，维持一段很短的时间，随后串联型逆变器立即输出补偿电网 电压变化以改善电压质量，保证供电电压的稳定，开关网络能够同时满足快速性投切和大 功率的性能要求。本专利技术与现有技术相比，优点在于1.解决了在串联型逆变器设备连接电网的情况下，交流接触器、交流断路器等机 械开关的开关速度较慢的缺点，以及全控型半导体器件耐电压、电流冲击能力弱和主要应 用于切换线路方面的不足，实现了快速性和大功率的双重性能要求。2.本专利技术适用于任何串联接入电网的逆变器设备，可以是电压型或电流型逆变 器，还可延伸应用于并联型逆变器设备与电网的连接。3.本专利技术既可适用于单相系统，也可用于三相系统。4.本专利技术可以根据智能开关关断时串联型逆变器主电路输出反压的大小灵活调 节智能开关设备的关断时间，可减小对串联型逆变器输出补偿效果的影响。5.本专利技术利用串联型逆变器主电路和控制电路的输出进行工作，不需另行配备强 制关断电路。附图说明图1为本专利技术原理图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术的一个具体实施方式示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术串联型逆变器设备用智能开关包括串联型逆变器10、滤波器 20、开关网络30、负载40、电网50和控制系统60。串联型逆变器10单相输出通过交流母线 101与滤波器20连接；滤波器20通过第一电气接口 102与开关网络30连接；开关网络30 通过第二电气接口 103分别与负载40和电网50连接；控制系统60通过第三电气接口 104 与开关网络30连接，通过第四电气接口 105与串联型逆变器10连接。本专利技术通过控制开关网络30，可以实现串联型逆变器10串入或退出负载40与电 网50的功能。电网50电压正常时，串联型逆变器10处于在线待机状态，即通过控制系统 60输出触发信号控制开关网络30导通，流过负载电流；电网50电压出现暂升、暂降以及波 动等电能质量问题时，控制系统60首先撤除控制导通的触发信号，同时控制串联型逆变器 10的主电路输出与流过开关网络30电流方向相反的电压，使得能够迅速关断开关网络30， 维持一段很短的时间，随后串联型逆变器10立即输出补偿电网50电压变化以改善电压质 量，保证供电电压的稳定，开关网络30能够同时满足快速性投切和大功率的性能要求。如图2所示，本专利技术的开关网络30包括双向晶闸管302和限流元件301，双向晶闸 管302的第一端口 302a与限流元件301 (可以选择电感、电阻或阻感)的弟二端口 301b串 接；控制系统60包括CPTO01、电流采样模块6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于：所述的智能开关包括串联型逆变器（１０）、滤波器（２０）、开关网络（３０）、负载（４０）、电网（５０）和控制系统（６０），以及交流母线（１０１）、第一电气接口（１０２）、第二电气接口（１０３）、第三电气接口（１０４）和第四电气接口（１０５）；串联型逆变器（１０）的输出通过交流母线（１０１）与滤波器（２０）连接；滤波器（２０）通过第一电气接口（１０２）与开关网络（３０）连接；开关网络（３０）通过第二电气接口（１０３）分别与负载（４０）和电网（５０）连接；控制系统（６０）通过第三电气接口（１０４）与开关网络（３０）连接，控制系统（６０）通过第四电气接口（１０５）与串联型逆变器（１０）相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯兴田，韦统振，霍群海，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]