微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法，該電路包括微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，以及分別與所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器連接的三相電網(wǎng)和本地交流負(fù)載。本發(fā)明所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低、逆變器易損壞和安全性差等缺陷，以實(shí)現(xiàn)可靠性高、逆變器不易損壞和安全性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能微電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電系統(tǒng)不斷發(fā)展，加快了智能微電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)步伐，微網(wǎng)運(yùn)行逆變器作為智能微電網(wǎng)系統(tǒng)的一部分日益受到重視。微網(wǎng)運(yùn)行逆變器既可以工作于并網(wǎng)模式，也可以工作于離網(wǎng)模式，根據(jù)電網(wǎng)故障與恢復(fù)情況或系統(tǒng)調(diào)度指令，兩種模式之間可以自由、自動(dòng)進(jìn)行平滑切換。
[0003]現(xiàn)有的系統(tǒng)通常僅采用三相固態(tài)繼電器或三相交流接觸器進(jìn)行并網(wǎng)或離網(wǎng)操作，對(duì)于僅采用三相固態(tài)繼電器而言，在并網(wǎng)時(shí)三相固態(tài)繼電器一直流過電流，需要解決散熱問題，同時(shí)固態(tài)繼電器一旦損壞，系統(tǒng)無法并網(wǎng)運(yùn)行；對(duì)于三相交流接觸器而言，由于并網(wǎng)時(shí)吸合過程慢，所以會(huì)出現(xiàn)不可避免的電流沖擊，嚴(yán)重時(shí)逆變器會(huì)發(fā)生過流保護(hù)或損壞。
[0004]基于以上問題，需要提出三相固態(tài)繼電器與三相交流接觸器主觸點(diǎn)并聯(lián)的并網(wǎng)與離網(wǎng)切換電路及相應(yīng)的控制方法。
[0005]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在可靠性低、逆變器易損壞和安全性差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路，以實(shí)現(xiàn)可靠性高、逆變器不易損壞和安全性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的第二目的在于，提出一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路，包括微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，以及分別與所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器連接的三相電網(wǎng)和本地交流負(fù)載。
[0009]進(jìn)一步地，所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，包括依次連接至所述三相電網(wǎng)的三相四橋臂逆變器和并網(wǎng)開關(guān)；所述三相四橋臂逆變器和并網(wǎng)開關(guān)的公共端，連接至本地交流負(fù)載。
[0010]進(jìn)一步地，所述并網(wǎng)開關(guān)，包括并聯(lián)在所述三相四橋臂逆變器和三相電網(wǎng)之間的三相固態(tài)繼電器和三相交流接觸器；所述三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端與三相交流接觸器一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端與三相交流接觸器另一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接；
所述三相四橋臂逆變器輸出端U、V、W分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端，三相電網(wǎng)電壓端R、S、T分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端，三相四橋臂逆變器輸出端N直接與電網(wǎng)電壓中線相連。
[0011]同時(shí)，本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是:一種基于以上所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法，主要包括:
a、微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在離網(wǎng)運(yùn)行向并網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器處于穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角以及電壓幅值由軟件程序設(shè)定，通過檢測三相四橋臂逆變器實(shí)際輸出電壓來計(jì)算其電壓幅值；
b、三相四橋臂逆變器由穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式改為有功功率和無功功率控制模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由離網(wǎng)到并網(wǎng)的切換過程；
微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行向離網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器處于有功功率和無功功率控制模式。
[0012]進(jìn)一步地，在步驟a中，所述通過檢測三相四橋臂逆變器實(shí)際輸出電壓來計(jì)算其電壓幅值的操作，具體包括:
首先，檢測三相電網(wǎng)的相電壓，計(jì)算三相電網(wǎng)的相電壓的正序電壓分量的同步旋轉(zhuǎn)角度和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓幅值；
其次，不斷調(diào)整三相四橋臂逆變器輸出的三相相電壓，使得它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角度和電壓幅值逐漸接近三相電網(wǎng)相電壓的對(duì)應(yīng)物理量；
當(dāng)上述兩個(gè)物理量都幾乎相等時(shí)，觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，通過三相固態(tài)繼電器使得三相四橋臂逆變器接通三相電網(wǎng)，等待預(yù)設(shè)數(shù)量的工頻周期后三相交流接觸器線圈得電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)閉合，旁路三相固態(tài)繼電器，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)閉合后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)。
[0013]進(jìn)一步地，在步驟b中，所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行向離網(wǎng)運(yùn)行切換的操作，具體包括:
控制三相四橋臂逆變器的輸出電流在額定輸出電流以內(nèi)，然后觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，旁路三相交流接觸器主觸點(diǎn)；
使三相交流接觸器線圈失電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)釋放，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)斷開后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)；
三相四橋臂逆變器由有功功率和無功功率控制模式改為穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由并網(wǎng)到離網(wǎng)的切換過程。
[0014]本發(fā)明各實(shí)施例的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法，由于該電路包括微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，以及分別與所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器連接的三相電網(wǎng)和本地交流負(fù)載；可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)間切換過程都是平滑進(jìn)行的，不會(huì)對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行逆變器造成較大的電流沖擊；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低、逆變器易損壞和安全性差的缺陷，以實(shí)現(xiàn)可靠性高、逆變器不易損壞和安全性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0016]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的工作原理示意圖。[0018]結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
1-三相四橋臂逆變器；2_三相固態(tài)繼電器；3_三相交流接觸器主觸點(diǎn)(含有三個(gè)主觸點(diǎn)和一個(gè)輔助常開觸點(diǎn))；4_三相電網(wǎng)；5_本地交流負(fù)載；
VU、W、Vff分別表示三相四橋臂逆變器I的三相輸出相電壓，VR、VS、VT分別表示三相電網(wǎng)4的三相相電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法。該微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路及其控制方法，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)間切換過程都是平滑進(jìn)行的，不會(huì)對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行逆變器造成較大的電流沖擊；而且，三相固態(tài)繼電器并網(wǎng)時(shí)間很短，只需要很小散熱器即可，主要由三相交流接觸器主觸點(diǎn)持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行，增加微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的安全可靠性。
[0021]電路實(shí)施例
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，如圖1所示，提供了一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路。在本實(shí)施例的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路中，微網(wǎng)運(yùn)行逆變器由三相四橋臂逆變器和并網(wǎng)開關(guān)組成，并網(wǎng)開關(guān)由并聯(lián)的三相固態(tài)繼電器和三相交流接觸器組成。三相四橋臂逆變器的輸出端分別為U、V、W、N。三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端與三相交流接觸器一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端與三相交流接觸器另一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相四橋臂逆變器輸出端U、V、W分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端，三相電網(wǎng)電壓端R、S、T分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端。三相四橋臂逆變器輸出端N直接與電網(wǎng)電壓中線相連。
[0022]如圖1所示，在本實(shí)施例的專利微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路中，三相四橋臂逆變器I的輸出端分別為U、V、W、N。三相固態(tài)繼電器2的三個(gè)交流輸入端與三相交流接觸器3 —側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相固態(tài)繼電器2的三個(gè)交流輸出端與三相交流接觸器3另一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相四橋臂逆變器I輸出端U、V、W分別連接三相固態(tài)繼電器2的三個(gè)交流輸入端，三相電網(wǎng)4電壓端R、S、T分別連接三相固態(tài)繼電器2的三個(gè)交流輸出端。三相四橋臂逆變器I輸出端N直接與三相電網(wǎng)4的中線相連。
[0023]控制方法實(shí)施例
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法，主要包括以下步驟:
⑴微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在離網(wǎng)運(yùn)行向并網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器I處于穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角以及電壓幅值由軟件程序設(shè)定，通過檢測三相四橋臂逆變器I實(shí)際輸出電壓來計(jì)算其電壓幅值。首先，檢測三相電網(wǎng)的相電壓，計(jì)算三相電網(wǎng)的相電壓的正序電壓分量的同步旋轉(zhuǎn)角度和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓幅值。其次，不斷調(diào)整三相四橋臂逆變器輸出的三相相電壓，使得它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角度和電壓幅值逐漸接近三相電網(wǎng)相電壓的對(duì)應(yīng)物理量。最后，當(dāng)上述兩個(gè)物理量都幾乎相等時(shí)，觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，通過三相固態(tài)繼電器使得三相四橋臂逆變器接通三相電網(wǎng)，等待幾個(gè)工頻周期后三相交流接觸器線圈得電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)閉合，旁路三相固態(tài)繼電器，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)閉合后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)。三相四橋臂逆變器由穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式改為有功功率和無功功率控制模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由離網(wǎng)到并網(wǎng)的切換過程。
[0024]⑵微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行向離網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器處于有功功率和無功功率控制模式，具體的控制過程如下:首先，控制三相四橋臂逆變器的輸出電流在額定輸出電流以內(nèi)，然后觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，旁路三相交流接觸器主觸點(diǎn)；
其次，使三相交流接觸器線圈失電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)釋放，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)斷開后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)；最后，三相四橋臂逆變器由有功功率和無功功率控制模式改為穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由并網(wǎng)到離網(wǎng)的切換過程。
[0025]本發(fā)明技術(shù)方案的工作原理是:
I)微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在離網(wǎng)運(yùn)行向并網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器I處于穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角Θ I以及電壓幅值Vip由軟件程序設(shè)定，通過檢測三相四橋臂逆變器I實(shí)際輸出電壓VU、W、VW來實(shí)時(shí)計(jì)算其電壓幅值。首先檢測三相電網(wǎng)4的相電壓VR、VS、VT，根據(jù)公式(I)、(2)、(3)分別求出三相電網(wǎng)4的相電壓的正序電壓分量VR+、VS+、VT+，利用公式(4)求出VR+、VS+、VT+在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d、q電壓分量Vgd+、Vgq+，Qg是三相電網(wǎng)4的相電壓的正序電壓分量的同步旋轉(zhuǎn)角，它由公式(5)表示，利用公式(6)求出三相電網(wǎng)4的相電壓的正序電壓分量幅值Vgp。公式(I)至公式(6)具體為:
【權(quán)利要求】
1.一種微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路，其特征在于，包括微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，以及分別與所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器連接的三相電網(wǎng)和本地交流負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路，其特征在于，所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器，包括依次連接至所述三相電網(wǎng)的三相四橋臂逆變器和并網(wǎng)開關(guān)；所述三相四橋臂逆變器和并網(wǎng)開關(guān)的公共端，連接至本地交流負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路，其特征在于，所述并網(wǎng)開關(guān)，包括并聯(lián)在所述三相四橋臂逆變器和三相電網(wǎng)之間的三相固態(tài)繼電器和三相交流接觸器；所述三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端與三相交流接觸器一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接，三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端與三相交流接觸器另一側(cè)的三個(gè)主觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接；
所述三相四橋臂逆變器輸出端U、V、W分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸入端，三相電網(wǎng)電壓端R、S、T分別連接三相固態(tài)繼電器的三個(gè)交流輸出端，三相四橋臂逆變器輸出端N直接與電網(wǎng)電壓中線相連。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法，其特征在于，主要包括: a、微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在離網(wǎng)運(yùn)行向并網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器處于穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角以及電壓幅值由軟件程序設(shè)定，通過檢測三相四橋臂逆變器實(shí)際輸出電壓來計(jì)算其電壓幅值； b、三相四橋臂逆變器由穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式改為有功功率和無功功率控制模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由離網(wǎng)到并網(wǎng)的切換過程； 微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行向離網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)，三相四橋臂逆變器處于有功功率和無功功率控制模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法，其特征在于，在步驟a中，所述通過檢測三相四橋臂逆變器實(shí)際輸出電壓來計(jì)算其電壓幅值的操作，具體包括: 首先，檢測三相電網(wǎng)的相電壓，計(jì)算三相電網(wǎng)的相電壓的正序電壓分量的同步旋轉(zhuǎn)角度和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓幅值； 其次，不斷調(diào)整三相四橋臂逆變器輸出的三相相電壓，使得它的電壓同步旋轉(zhuǎn)角度和電壓幅值逐漸接近三相電網(wǎng)相電壓的對(duì)應(yīng)物理量； 當(dāng)上述兩個(gè)物理量都幾乎相等時(shí)，觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，通過三相固態(tài)繼電器使得三相四橋臂逆變器接通三相電網(wǎng)，等待預(yù)設(shè)數(shù)量的工頻周期后三相交流接觸器線圈得電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)閉合，旁路三相固態(tài)繼電器，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)閉合后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微網(wǎng)運(yùn)行逆變器的并網(wǎng)與離網(wǎng)平滑切換電路的控制方法，其特征在于，在步驟b中，所述微網(wǎng)運(yùn)行逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行向離網(wǎng)運(yùn)行切換的操作，具體包括: 控制三相四橋臂逆變器的輸出電流在額定輸出電流以內(nèi)，然后觸發(fā)三相固態(tài)繼電器，旁路三相交流接觸器主觸點(diǎn)； 使三相交流接觸器線圈失電，三相交流接觸器主觸點(diǎn)釋放，檢測到三相交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)斷開后，撤銷三相固態(tài)繼電器觸發(fā)信號(hào)； 三相四橋臂逆變器由有功功率和無功功率控制模式改為穩(wěn)壓穩(wěn)頻工作模式，到此微網(wǎng)運(yùn)行逆變器完成由并網(wǎng)到離網(wǎng)的切換過程。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK103762588SQ201410004234
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】戴偉, 陳芳, 牟長洲, 李科 申請(qǐng)人:新疆希望電子有限公司