CN103762588A - 微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法，该电路包括微网运行逆变器，以及分别与所述微网运行逆变器连接的三相电网和本地交流负载。本发明所述微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法，可以克服现有技术中可靠性低、逆变器易损坏和安全性差等缺陷，以实现可靠性高、逆变器不易损坏和安全性好的优点。

Description

微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能微电网系统应用技术领域，具体地，涉及微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法。

背景技术

光伏发电、风力发电等新能源发电系统不断发展，加快了智能微电网系统的建设步伐，微网运行逆变器作为智能微电网系统的一部分日益受到重视。微网运行逆变器既可以工作于并网模式，也可以工作于离网模式，根据电网故障与恢复情况或系统调度指令，两种模式之间可以自由、自动进行平滑切换。

现有的系统通常仅采用三相固态继电器或三相交流接触器进行并网或离网操作，对于仅采用三相固态继电器而言，在并网时三相固态继电器一直流过电流，需要解决散热问题，同时固态继电器一旦损坏，系统无法并网运行；对于三相交流接触器而言，由于并网时吸合过程慢，所以会出现不可避免的电流冲击，严重时逆变器会发生过流保护或损坏。

基于以上问题，需要提出三相固态继电器与三相交流接触器主触点并联的并网与离网切换电路及相应的控制方法。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在可靠性低、逆变器易损坏和安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路，以实现可靠性高、逆变器不易损坏和安全性好的优点。

本发明的第二目的在于，提出一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路，包括微网运行逆变器，以及分别与所述微网运行逆变器连接的三相电网和本地交流负载。

进一步地，所述微网运行逆变器，包括依次连接至所述三相电网的三相四桥臂逆变器和并网开关；所述三相四桥臂逆变器和并网开关的公共端，连接至本地交流负载。

进一步地，所述并网开关，包括并联在所述三相四桥臂逆变器和三相电网之间的三相固态继电器和三相交流接触器；所述三相固态继电器的三个交流输入端与三相交流接触器一侧的三个主触点分别并联连接，三相固态继电器的三个交流输出端与三相交流接触器另一侧的三个主触点分别并联连接；

所述三相四桥臂逆变器输出端U、V、W分别连接三相固态继电器的三个交流输入端，三相电网电压端R、S、T分别连接三相固态继电器的三个交流输出端，三相四桥臂逆变器输出端N直接与电网电压中线相连。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种基于以上所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法，主要包括：

a、微网运行逆变器在离网运行向并网运行切换时，三相四桥臂逆变器处于稳压稳频工作模式，它的电压同步旋转角以及电压幅值由软件程序设定，通过检测三相四桥臂逆变器实际输出电压来计算其电压幅值；

b、三相四桥臂逆变器由稳压稳频工作模式改为有功功率和无功功率控制模式，到此微网运行逆变器完成由离网到并网的切换过程；

微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换时，三相四桥臂逆变器处于有功功率和无功功率控制模式。

进一步地，在步骤a中，所述通过检测三相四桥臂逆变器实际输出电压来计算其电压幅值的操作，具体包括：

首先，检测三相电网的相电压，计算三相电网的相电压的正序电压分量的同步旋转角度和同步旋转坐标系下的电压幅值；

其次，不断调整三相四桥臂逆变器输出的三相相电压，使得它的电压同步旋转角度和电压幅值逐渐接近三相电网相电压的对应物理量；

当上述两个物理量都几乎相等时，触发三相固态继电器，通过三相固态继电器使得三相四桥臂逆变器接通三相电网，等待预设数量的工频周期后三相交流接触器线圈得电，三相交流接触器主触点闭合，旁路三相固态继电器，检测到三相交流接触器辅助常开触点闭合后，撤销三相固态继电器触发信号。

进一步地，在步骤b中，所述微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换的操作，具体包括：

控制三相四桥臂逆变器的输出电流在额定输出电流以内，然后触发三相固态继电器，旁路三相交流接触器主触点；

使三相交流接触器线圈失电，三相交流接触器主触点释放，检测到三相交流接触器辅助常开触点断开后，撤销三相固态继电器触发信号；

三相四桥臂逆变器由有功功率和无功功率控制模式改为稳压稳频工作模式，到此微网运行逆变器完成由并网到离网的切换过程。

本发明各实施例的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法，由于该电路包括微网运行逆变器，以及分别与所述微网运行逆变器连接的三相电网和本地交流负载；可以实现并网与离网间切换过程都是平滑进行的，不会对微网运行逆变器造成较大的电流冲击；从而可以克服现有技术中可靠性低、逆变器易损坏和安全性差的缺陷，以实现可靠性高、逆变器不易损坏和安全性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的工作原理示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-三相四桥臂逆变器；2-三相固态继电器；3-三相交流接触器主触点（含有三个主触点和一个辅助常开触点）；4-三相电网；5-本地交流负载；

VU、VV、VW分别表示三相四桥臂逆变器1的三相输出相电压，VR、VS、VT分别表示三相电网4的三相相电压。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的技术方案，提供了一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法。该微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法，可以实现并网与离网间切换过程都是平滑进行的，不会对微网运行逆变器造成较大的电流冲击；而且，三相固态继电器并网时间很短，只需要很小散热器即可，主要由三相交流接触器主触点持续并网运行，增加微网运行逆变器的安全可靠性。

电路实施例

根据本发明实施例，如图1所示，提供了一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路。在本实施例的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路中，微网运行逆变器由三相四桥臂逆变器和并网开关组成，并网开关由并联的三相固态继电器和三相交流接触器组成。三相四桥臂逆变器的输出端分别为U、V、W、N。三相固态继电器的三个交流输入端与三相交流接触器一侧的三个主触点分别并联连接，三相固态继电器的三个交流输出端与三相交流接触器另一侧的三个主触点分别并联连接，三相四桥臂逆变器输出端U、V、W分别连接三相固态继电器的三个交流输入端，三相电网电压端R、S、T分别连接三相固态继电器的三个交流输出端。三相四桥臂逆变器输出端N直接与电网电压中线相连。

如图1所示，在本实施例的专利微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路中，三相四桥臂逆变器1的输出端分别为U、V、W、N。三相固态继电器2的三个交流输入端与三相交流接触器3一侧的三个主触点分别并联连接，三相固态继电器2的三个交流输出端与三相交流接触器3另一侧的三个主触点分别并联连接，三相四桥臂逆变器1输出端U、V、W分别连接三相固态继电器2的三个交流输入端，三相电网4电压端R、S、T分别连接三相固态继电器2的三个交流输出端。三相四桥臂逆变器1输出端N直接与三相电网4的中线相连。

控制方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法，主要包括以下步骤：

⑴微网运行逆变器在离网运行向并网运行切换时，三相四桥臂逆变器1处于稳压稳频工作模式，它的电压同步旋转角以及电压幅值由软件程序设定，通过检测三相四桥臂逆变器1实际输出电压来计算其电压幅值。首先，检测三相电网的相电压，计算三相电网的相电压的正序电压分量的同步旋转角度和同步旋转坐标系下的电压幅值。其次，不断调整三相四桥臂逆变器输出的三相相电压，使得它的电压同步旋转角度和电压幅值逐渐接近三相电网相电压的对应物理量。最后，当上述两个物理量都几乎相等时，触发三相固态继电器，通过三相固态继电器使得三相四桥臂逆变器接通三相电网，等待几个工频周期后三相交流接触器线圈得电，三相交流接触器主触点闭合，旁路三相固态继电器，检测到三相交流接触器辅助常开触点闭合后，撤销三相固态继电器触发信号。三相四桥臂逆变器由稳压稳频工作模式改为有功功率和无功功率控制模式，到此微网运行逆变器完成由离网到并网的切换过程。

⑵微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换时，三相四桥臂逆变器处于有功功率和无功功率控制模式，具体的控制过程如下：首先，控制三相四桥臂逆变器的输出电流在额定输出电流以内，然后触发三相固态继电器，旁路三相交流接触器主触点；

其次，使三相交流接触器线圈失电，三相交流接触器主触点释放，检测到三相交流接触器辅助常开触点断开后，撤销三相固态继电器触发信号；最后，三相四桥臂逆变器由有功功率和无功功率控制模式改为稳压稳频工作模式，到此微网运行逆变器完成由并网到离网的切换过程。

本发明技术方案的工作原理是：

1）微网运行逆变器在离网运行向并网运行切换时，三相四桥臂逆变器1处于稳压稳频工作模式，它的电压同步旋转角θi以及电压幅值Vip由软件程序设定，通过检测三相四桥臂逆变器1实际输出电压VU、VV、VW来实时计算其电压幅值。首先检测三相电网4的相电压VR、VS、VT，根据公式（1）、（2）、（3）分别求出三相电网4的相电压的正序电压分量VR+、VS+、VT+，利用公式（4）求出VR+、VS+、VT+在同步旋转坐标系下的d、q电压分量Vgd+、Vgq+，θg是三相电网4的相电压的正序电压分量的同步旋转角，它由公式（5）表示，利用公式（6）求出三相电网4的相电压的正序电压分量幅值Vgp。公式（1）至公式（6）具体为：

（1）；

（2）；

（3）；

（4）；

（5）；

（6）。

 

利用以上已知的三相四桥臂逆变器1输出电压和三相电网4相电压的电压同步旋转角度和电压幅值，不断调整三相四桥臂逆变器1输出的三相相电压，使得它的电压同步旋转角度和电压幅值逐渐与三相电网4相电压的对应物理量相等，此时触发三相固态继电器2，通过三相固态继电器2使得三相四桥臂逆变器1接通三相电网4，等待几个工频周期（例如2个工频周期）后三相交流接触器线圈得电，三相交流接触器主触点3闭合，旁路三相固态继电器2，检测到三相交流接触器3辅助常开触点闭合后，撤销三相固态继电器2触发信号。三相四桥臂逆变器1由稳压稳频工作模式改为有功功率和无功功率控制模式，到此微网运行逆变器完成由离网到并网的切换过程。

2）微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换时，三相四桥臂逆变器1处于有功功率和无功功率控制模式。首先控制三相四桥臂逆变器1的输出电流在额定输出电流以内，然后触发三相固态继电器2，旁路三相交流接触器主触点3。其次，使三相交流接触器线圈失电，三相交流接触器主触点3释放，检测到三相交流接触器3辅助常开触点断开后，撤销三相固态继电器2触发信号。三相四桥臂逆变器1由有功功率和无功功率控制模式改为稳压稳频工作模式，到此微网运行逆变器完成由并网到离网的切换过程。

综上所述，本发明上述各实施例的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路及其控制方法，至少可以达到的有益效果包括：

⑴三相固态继电器仅仅在并网和离网间平滑切换过程中起作用，工作时间短，无需大散热器进行散热处理；

⑵并网稳定运行中由三相交流接触器主触点连接电网，因此硬件电路可靠性高；

⑶微网运行逆变器在并网和离网间平滑切换过程中，根据三相四桥臂逆变器输出电压和三相电网电压的电压同步旋转角度和同步旋转坐标系下的电压幅值关系或者限制三相四桥臂逆变器输出电流，总是由响应迅速的三相固态继电器完成并网或者离网操作，因此可以实现平滑切换，减小切换过程中的电流冲击和避免主电路元件损坏。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路，其特征在于，包括微网运行逆变器，以及分别与所述微网运行逆变器连接的三相电网和本地交流负载。

2.根据权利要求1所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路，其特征在于，所述微网运行逆变器，包括依次连接至所述三相电网的三相四桥臂逆变器和并网开关；所述三相四桥臂逆变器和并网开关的公共端，连接至本地交流负载。

3.根据权利要求2所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路，其特征在于，所述并网开关，包括并联在所述三相四桥臂逆变器和三相电网之间的三相固态继电器和三相交流接触器；所述三相固态继电器的三个交流输入端与三相交流接触器一侧的三个主触点分别并联连接，三相固态继电器的三个交流输出端与三相交流接触器另一侧的三个主触点分别并联连接；

所述三相四桥臂逆变器输出端U、V、W分别连接三相固态继电器的三个交流输入端，三相电网电压端R、S、T分别连接三相固态继电器的三个交流输出端，三相四桥臂逆变器输出端N直接与电网电压中线相连。

4.一种基于权利要求1所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法，其特征在于，主要包括：

a、微网运行逆变器在离网运行向并网运行切换时，三相四桥臂逆变器处于稳压稳频工作模式，它的电压同步旋转角以及电压幅值由软件程序设定，通过检测三相四桥臂逆变器实际输出电压来计算其电压幅值；

b、三相四桥臂逆变器由稳压稳频工作模式改为有功功率和无功功率控制模式，到此微网运行逆变器完成由离网到并网的切换过程；

微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换时，三相四桥臂逆变器处于有功功率和无功功率控制模式。

5.根据权利要求4所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法，其特征在于，在步骤a中，所述通过检测三相四桥臂逆变器实际输出电压来计算其电压幅值的操作，具体包括：

首先，检测三相电网的相电压，计算三相电网的相电压的正序电压分量的同步旋转角度和同步旋转坐标系下的电压幅值；

其次，不断调整三相四桥臂逆变器输出的三相相电压，使得它的电压同步旋转角度和电压幅值逐渐接近三相电网相电压的对应物理量；

当上述两个物理量都几乎相等时，触发三相固态继电器，通过三相固态继电器使得三相四桥臂逆变器接通三相电网，等待预设数量的工频周期后三相交流接触器线圈得电，三相交流接触器主触点闭合，旁路三相固态继电器，检测到三相交流接触器辅助常开触点闭合后，撤销三相固态继电器触发信号。

6.根据权利要求4所述的微网运行逆变器的并网与离网平滑切换电路的控制方法，其特征在于，在步骤b中，所述微网运行逆变器在并网运行向离网运行切换的操作，具体包括：

控制三相四桥臂逆变器的输出电流在额定输出电流以内，然后触发三相固态继电器，旁路三相交流接触器主触点；

使三相交流接触器线圈失电，三相交流接触器主触点释放，检测到三相交流接触器辅助常开触点断开后，撤销三相固态继电器触发信号；

三相四桥臂逆变器由有功功率和无功功率控制模式改为稳压稳频工作模式，到此微网运行逆变器完成由并网到离网的切换过程。

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