CN219123976U - 一种储能变流器的切换开关系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种储能变流器的切换开关系统，属于储能变流系统技术领域。本实用新型包括电子开关模块和电子开关驱动电路，电子开关模块采用由电子开关组成的三相反并联电路，该三相反并联电路的一端连接到储能变流器的电网侧，另一端连接储能变流器负载侧，电子开关驱动电路控制连接所述三相反并联电路，通过该电路保证储能变流器在出现故障的情况下，并离网的快速切换，确保负荷不断电，提供了可靠供电。

Description

一种储能变流器的切换开关系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能变流器的切换开关系统，属于储能变流系统技术领域。

背景技术

储能系统参与电网调压调频、降低峰谷差、平抑波动以及提高新型可再生能源本地消纳等方面的应用，可以解决新能源发展带来的问题。在储能变流系统保电功能应用的场合，很多设备可接受的停电时间极其苛刻，如：要求停电时间不能超过10ms，有的甚至要求5ms。当系统出现故障时，由于传统机械式的断路器检测时间和动作时间较长，有的时候其动作时间甚至可达100ms以上，因此现有的储能系统将无法对供电连续性要求极高的用电设备提供可靠的供电保障。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种储能变流器的切换开关系统，用以解决现有的储能系统无法对供电连续性要求极高的用电设备提供可靠的供电保障的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种储能变流器的切换开关系统，其特征在于，包括电子开关模块和电子开关驱动电路，电子开关模块采用由电子开关组成的三相反并联电路，该三相反并联电路的一端用于连接到储能变流器的电网侧，另一端用于连接储能变流器负载侧；所述电子开关驱动电路用于控制连接所述三相反并联电路。

有益效果：本实用新型的一种储能变流器的切换开关系统，主要包括电子开关模块，电子开关驱动电路。电子开关模块是由电子开关组成的三相反并联电路，电子开关驱动电路控制电子开关的驱动，保证储能变流器在出现故障的情况下，并离网的快速切换，确保负荷不断电。

进一步地，所述三相反并联电路包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第五电子开关和第六电子开关，所述第一电子开关和第二电子开关反并联连接构成A相的桥臂；所述第三电子开关和第四电子开关反并联连接构成B相的桥臂；所述第五电子开关和第六电子开关反并联连接构成C相的桥臂。

进一步地，电子开关驱动电路包括六个驱动回路，用于分别控制三相反并联电路中的六个电子开关，每一路驱动回路均包括驱动状态指示电路、输入处理电路、脉冲变压器和输出电流整流电路，所述驱动状态指示电路用于指示该驱动回路的状态；所述输入处理电路用于向电子开关输入触发电流；所述脉冲变压器输入端连接到输入处理电路的输出端，输出端连接到输出电流整流电路输入端；所述输出电流整流电路的输入端连接到脉冲变压器的输入端，输出端连接到电子开关的控制端。

有益效果：电子开关驱动电路均包括驱动状态指示电路、输入处理电路、脉冲变压器和输出电流整流电路，驱动状态指示电路能够在外部驱动控制信号进入电子开关的驱动电路时，指示该回路的驱动状态，便于确定外部驱动控制信号是否进入电子开关的驱动电路。输入处理电路，将输入的电流进行处理，得到触发电流，向电子开关输入触发电流，确保触发电流能够稳定可靠触发电子开关的开通。输出电流整流电路将脉冲变压器输出的电流进行整流处理。最终确保开关快速切换，保证负荷不断电。

进一步地，所述驱动状态指示电路包括串接的第三电阻、LED和MOS管，MOS管由储能变流器中的中央控制模块进行控制；所述输入处理电路包括强触发形成电路和去磁电路，所述强触发形成电路包括依次串接的第一电阻、第一电容和第二电容及并联在所述两个电容的两端的第二电阻，所述去磁电路包括串接的第一二极管、第二稳压管、第三稳压管和并联在第一二极管与第三稳压管两端第四电阻；所述输出电流整流电路包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管的负极连接到第五二极管的正极，第四二极管与第五二极管的连接点与电子开关的控制端相连。

有益效果：驱动状态指示电路包括串接的第三电阻、LED和MOS管，MOS管导通LED点亮，清晰表明该驱动回路存在驱动信号，输入处理电路包括有强触发形成电路和去磁电路，当驱动开始的瞬间，强触发形成电路中的第一电容和第二点容短路，驱动电压全部加载至脉冲变压器的绕组两端，并迅速向电子开关的控制端注入触发电流，使电子开关达到开通条件，当外部驱动控制信号消失后，去磁电路中的二极管和稳压管形成回路消耗脉冲变压器的剩余电路，实现磁芯的去磁化。

进一步地，所述系统还包括散热系统和温度传感器，所述散热系统包括散热器和风机，所述散热器放置在电子开关的下方，散热器和风机之间采用封闭散热风道，用于实现风冷散热，所述温度传感器设置在散热器表面，用于检测散热器温度。

有益效果：该系统还包括散热系统和温度传感器。散热系统包括放置在电子开关的下方的散热器和风机，用来对电子开关进行散热，散热器和风机之间采用封闭散热风道，减小空气扰流，增加散热效果，温度传感器设置在散热器表面，检测散热器温度，避免散热器温度超过标准温度。

进一步地，所述系统中的三相反并联电路中的电子开关为晶闸管、MOS管或IGBT。

有益效果：三相反并联电路中的电子开关为晶闸管、MOS管或IGBT，这三种半导体器件成本低，晶闸管、MOS管和IGBT的性能稳定，开关速度快。

进一步地，所述电子开关驱动电路在进行驱动控制时，使六路驱动输出波形时间差异小于1μs。

有益效果：电子开关驱动电路在进行驱动控制时，使六路驱动输出波形时间差异小于1μs，确保电子开关动作的一致性。

进一步地，所述电子开关驱动电路由储能变流器中央控制模块进行控制。

进一步地，外部驱动控制信号经过储能变流器的中央控制模块，通过555定时器后，通过MOS管驱动电路、电子开关驱动电路给电子开关回路提供设定频率的脉冲。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中快速切换开关电路原理示意图；

图2是本实用新型的实施例中快速切换开关驱动控制电路原理图；

图3是本实用新型的实施例中快速切换开关与储能变流器之间的接线原理图；

图4是本实用新型的实施例中基于MOS管的快速切换开关与储能变流器之间的接线原理图；

图5是本实用新型的实施例中基于IGBT的快速切换开关与储能变流器之间的接线原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例：

如图1所示的一种储能变流器的切换开关系统，包括电子开关模块和电子开关驱动电路，电子开关模块采用由电子开关组成的三相反并联电路，该三相反并联电路的一端用于连接到储能变流器的电网侧，另一端用于连接储能变流器负载侧，包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第五电子开关和第六电子开关，第一电子开关和第二电子开关反并联连接构成A相的桥臂，第三电子开关和第四电子开关反并联连接构成B相的桥臂，第五电子开关和第六电子开关反并联连接构成C相的桥臂。电子开关驱动电路控制连接所述三相反并联电路。

其中，电子开关模块中的电子开关可以为晶闸管、MOS管和IGBT等半导体器件。本实施例以晶闸管做电子开关为例，具体工作原理如下：

储能变流器的切换开关系统包括晶闸管电子开关模块和电子开关驱动电路，还包括散热系统和温度传感器。电子开关模块组成三相反并联电路，一端连接到储能变流系统的电网侧，另一端接储能变流系统负载侧；晶闸管驱动电路采用六路驱动并行输出，并分别接三相反并联电路中的晶闸管G、K端，输出控制信号为一路开关量。

电子开关组成的三相反并联电路，包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管和第六晶闸管，第一晶闸管和第二晶闸管反并联连接构成A相的桥臂；第三晶闸管和第四晶闸管反并联连接构成B相的桥臂；第五晶闸管和第六晶闸管反并联连接构成C相的桥臂，如图3所示。该三相交流电路中的每一相在正弦波的正半周和负半周均有晶闸管可以进行工作。

其中散热系统包括散热器和风机，散热器有多种类型可供选择，本实施例采用大功率铝型材散热器。晶闸管放置于大功率铝型材散热器之上，采用风冷方式散热，散热器和风机之间采用封闭的散热风道，减小空气扰流，增加散热效果。铝型材散热器表面设置温度传感器采集散热器温度，检测散热器温度是否超过标准。

晶闸管的电子开关驱动电路如图2所示，共设置六路驱动并行输出，分别接入三相反并联电路的六只晶闸管的G、K端。晶闸管驱动电路的六路驱动回路是相同的，且晶闸管驱动电路输入的驱动控制信号为一路开关量，每一路驱动回路均包括相同的驱动状态指示电路、输入处理电路、脉冲变压器和输出电流整流电路。

驱动状态指示电路由MOS管进行供电。其中，驱动状态指示电路包括第三电阻R3、LED和MOS管，MOS管由MOS管驱动电路进行控制。LED的正极通过第三电阻连接到输入端，负极连接到MOS管的控制端。当外部驱动信号输入到驱动电路后，MOS管导通，LED点亮，表示该回路存在驱动信号，当外部驱动控制信号消失后，则MOS管关断，LED熄灭，表示该回路不存在驱动信号。

输入处理电路包括强触发形成电路和去磁电路，强触发形成电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第二电容C2。第一电容C1和第二电容C2串联在电源输入端并通过第二电阻R2连接到去磁电路输入端，第一电阻R1并联在这两个电容的两端。当驱动开始的瞬间，电容C1和电容C2部分相当于短路，驱动电路电压全部加载于脉冲变压器初级绕组两端，并且在电路中形成陡峭的电流尖峰。该尖峰电流迅速向晶闸管控制端(G端)注入触发电流，使晶闸管门极迅速达到开通条件。当电容充满电后，电容部分相当于断路，此时驱动回路电流从并联电阻R1流过，形成一个的比尖峰电流值小的持续电流方波，以确保稳定可靠的触发晶闸管开通。

去磁电路包括第一二极管D1、第二稳压管D2、第三稳压管D3和第四电阻R4，第一二极管D1的正极与第二稳压管D2的正极相接，负极连接到强触发形成电路的输出端，第二稳压管D2的正极连接到第一二极管D1的正极，负极与第三稳压管D3的正极相连，第三稳压管D3的正极连接到第二稳压管D2的负极，负极连接到脉冲变压器T1的输入端，第四电阻R4并联在第一二极管D1与第三稳压管D3两端。当晶闸管驱动控制信号消失时，MOS管关断，此时脉冲变压器T1中的剩余电流通过第一二极管D1、第二稳压管D2和第三稳压管D3形成回路进行消耗，实现磁芯去磁化，同时第四电阻R4可以对本回路高次谐波所产生的寄生振荡进行吸收阻尼。

脉冲变压器输入侧连接到输入处理电路的输出端，输出侧连接到输出电流整流电路的输入端，该脉冲变压器可以输出最高50KHz频率的驱动脉冲列，输入侧和输出侧之间的介电强度可达到4KV。

输出电流整流电路的输入端连接到脉冲变压器的输入端，输出端连接到晶闸管的控制端。具体的，输出电流整流电路包括第四二极管D4和第五二极管D5，第四二极管D4的正极连接到脉冲变压器T1的输出端，负极连接到晶闸管的G端，第五二极管D5正极连接到晶闸管的K端，负极连接到晶闸管的G端。

晶闸管驱动电路由储能变流器中央控制模块进行控制，中央控制模块输出一路控制信号进入驱动电路后，控制驱动电路并行产生六路持续的高频强触发脉冲至晶闸管模块。储能变流器还包括脉冲生成电路和外部控制信号接口等。

其中555定时器为触发脉冲列提供确定的频率基准，555定时器输出的脉冲列频率为10～20KHz，占空比为20％～30％。

外部交流和直流电源为驱动电路供电，交流电源的额定电压为380V，直流电源电压范围为310VDC～1000VDC。驱动电路输入控制接口可以同时使用电信号接口和光纤信号接口。为增强快速切换开关的适应性，以满足各种工况下的使用，外部电源经过AD/DC和DC/DC的变换后，变成强脉冲驱动电路所需的24V直流电。

晶闸管驱动电路驱动输出为强触发脉冲列，每个脉冲波形均有一个陡峭的前沿、前沿电流的幅值为4～5A，前沿的电流上升率大于5A/μs，每个驱动脉冲持续时间大于10μs。以确保晶闸管的可靠触发，也可以确保晶闸管开通时间缩短、开通损耗减小、器件耐受di/dt的能力增强。

具体的，当晶闸管驱动电路接收到储能交流器中央控制模块发出的开通信号后，555定时器开始工作提供脉冲频率的基准，驱动电路输出持续的脉冲列信号，输出的脉冲信号(外部驱动控制信号)经过MOS管驱动电路，驱动六路输出中的MOS管，从而使晶闸管驱动电路中的LED点亮，该信号输出给脉冲变压器，经过脉冲变压器输出端的输出电流整流电路进行整理，想成晶闸管的触发脉冲，且为强触发脉冲列。此时，若晶闸管A、K两端之间承受正向电压，晶闸管立即导通。经过最长半个周波，晶闸管A、K两端电压过零后，晶闸管A、K两端之间承受反向电压，达到关断条件，晶闸管将自然关断。为确保晶闸管动作的一致性，使六路驱动输出波形时间差异小于1μs。

如图4所示，当晶闸管模块中的晶闸管替换成MOS管时，其电路结构未发生改变，在MOS管导通期间，必须要保证一直有驱动信号输出，若驱动信号不能实现持续输出，MOS管后立即关断。

如图5所示，当晶闸管模块中的晶闸管替换成IGBT时，其电路结构也未发生改变，但在IGBT导通期间，必须要保证一直有驱动信号输出，若驱动信号不能实现持续输出，IGBT后立即关断。

经过上述工作原理，电子开关模块由电子开关组成的三相反并联电路，即六路电子开关分别反并联组成A相、B相和C相的桥臂，电子开关驱动电路控制电子开关的驱动，保证储能变流器在出现故障的情况下，并离网的快速切换，确保负荷不断电。

Claims (8)

1.一种储能变流器的切换开关系统，其特征在于，包括电子开关模块和电子开关驱动电路，电子开关模块采用由电子开关组成的三相反并联电路，该三相反并联电路的一端用于连接到储能变流器的电网侧，另一端用于连接储能变流器负载侧，所述三相反并联电路包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第五电子开关和第六电子开关，所述第一电子开关和第二电子开关反并联连接构成A相的桥臂；所述第三电子开关和第四电子开关反并联连接构成B相的桥臂；所述第五电子开关和第六电子开关反并联连接构成C相的桥臂；所述电子开关驱动电路用于控制连接所述三相反并联电路。

2.根据权利要求1所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，电子开关驱动电路包括六个驱动回路，用于分别控制三相反并联电路中的六个电子开关，每一路驱动回路均包括驱动状态指示电路、输入处理电路、脉冲变压器和输出电流整流电路，所述驱动状态指示电路用于指示该驱动回路的状态；所述输入处理电路用于向电子开关输入触发电流；所述脉冲变压器输入端连接到输入处理电路的输出端，输出端连接到输出电流整流电路输入端；所述输出电流整流电路的输入端连接到脉冲变压器的输入端，输出端连接到电子开关的控制端。

3.根据权利要求2所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，所述驱动状态指示电路包括串接的第三电阻、LED和MOS管，MOS管由储能变流器中的中央控制模块进行控制；所述输入处理电路包括强触发形成电路和去磁电路，所述强触发形成电路包括依次串接的第一电阻、第一电容和第二电容及并联在所述两个电容的两端的第二电阻，所述去磁电路包括串接的第一二极管、第二稳压管、第三稳压管和并联在第一二极管与第三稳压管两端第四电阻；所述输出电流整流电路包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管的负极连接到第五二极管的正极，第四二极管与第五二极管的连接点与电子开关的控制端相连。

4.根据权利要求1或3所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，所述系统还包括散热系统和温度传感器，所述散热系统包括散热器和风机，所述散热器放置在电子开关的下方，散热器和风机之间采用封闭散热风道，用于实现风冷散热，所述温度传感器设置在散热器表面，用于检测散热器温度。

5.根据权利要求1所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，所述系统中的三相反并联电路中的电子开关为晶闸管、MOS管或IGBT。

6.根据权利要求5所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，所述电子开关驱动电路在进行驱动控制时，使六路驱动输出波形时间差异小于1μs。

7.根据权利要求5所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，所述电子开关驱动电路由储能变流器中央控制模块进行控制。

8.根据权利要求7所述的储能变流器的切换开关系统，其特征在于，外部驱动控制信号经过储能变流器的中央控制模块，通过555定时器后，通过MOS管驱动电路、电子开关驱动电路给电子开关回路提供设定频率的脉冲。

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