CN219420311U - 一种交流软启动电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及储能运行控制的技术领域，尤其是涉及一种交流软启动电路，其包括三电平变换模块，所述三电平变换模块和三相输入端连接，所述三电平变换模块被配置为对接收的三相交流电进行整流得到直流电；半导体开关模块，所述半导体开关模块串联在所述三电平变换模块和三相输入端之间；储能模块，所述储能模块与所述三电平变换模块的输出端连接；控制模块，所述控制模块和所述半导体开关模块相连接，所述控制模块包括被配置为检测三相输入端中的A相和B相之间的线电压的第一检测单元和被配置为检测所述三电平变换模块的输出电压的第二检测单元。本申请具有提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率的效果。

Description

一种交流软启动电路

技术领域

本申请涉及储能运行控制的技术领域，尤其是涉及一种交流软启动电路。

背景技术

目前，储能变流器可以控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网的情况下可以直接为交流负荷供电，当需要对电网的有功功率以及无功功率进行调节时，需要利用储能变流器实现对电源设备进行充电和放电的控制，以确保电源设备可以安全运行。

现有技术中的储能变流器软启动电路如图1所示，储能变流器Grid Breaker电网开关闭合后，控制模块驱动relay1的继电器和relay2的继电器由断开转为闭合状态，线电压VAB通过二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D16组成的不控整流装置和由Resistor1、Resistor2组成的软启动电阻单元向储能变流器的直流侧电容C1和电容C2充电，当直流侧电容C1和电容C2总电压充至线电压VAB的峰值VAB_RMS*1.414后，控制模块驱动Grid Contactor电网接触器由断开转为闭合后，储能变流器完成了交流软启动过程。

针对上述中的相关技术，在交流软启动过程中，当直流侧C1和C2出现短路故障等异常故障时，由于Grid contactor电网接触器是机械开关，电网接触器断开需要过长的时间，不利于对储能变流器的及时保护，对此情况有待改善。

实用新型内容

为了提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率，本申请提供一种交流软启动电路。

本申请提供的一种交流软启动电路，采用如下的技术方案：

一种交流软启动电路，包括：三电平变换模块，所述三电平变换模块和三相输入端连接，所述三电平变换模块被配置为对接收的三相交流电进行整流得到直流电；半导体开关模块，所述半导体开关模块串联在所述三电平变换模块和三相输入端之间；储能模块，所述储能模块与所述三电平变换模块的输出端连接；控制模块，所述控制模块和所述半导体开关模块相连接，所述控制模块包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单元被配置为检测三相输入端中的A相和B相之间的线电压，所述第二检测单元被配置为检测所述三电平变换模块的输出电压。

通过采用上述技术方案，当直流侧有异常故障时，相比于现有技术中所采用的机械开关Grid Contactor电网接触器断开时间需要时间长，不利于储能变流器的及时保护，本申请采用半导体开关模块作为软启动装置，所需的关断时间比Grid Contactor电网接触器少，且半导体开关模块的耐冲击电流大于Grid Contactor电网接触器的耐冲击电流，提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率。

可选的，所述储能模块包括第一电容和第二电容，且所述第一电容与所述第二电容串联，所述第一电容和所述三电平变换模块的正输出端连接，所述第二电容和所述三电平变换模块的负输出端连接。

通过采用上述技术方案，储能模块采用第一电容连接在三电平变换模块的正输出端，第二电容连接在三电平变换模块的负输出端，三相输入端输入的交流电通过三电平变换模块的将三相交流电进行整流得到直流电后，向储能变流器直流侧第一电容和第二电容充电。

可选的，还包括滤波电容模块，所述滤波电容模块串联在所述三电平变换模块和所述半导体开关模块之间。

通过采用上述技术方案，通过在需要将交流电转换为直流电的电路中增设滤波电容模块，使交流软启动电路的工作性能更为稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰，且在软启动过程中滤波电容模块的电压缓慢建立，降低电网对电路的冲击电流，提高储能变流器的可靠性。

可选的，所述滤波电容模块包括第三电容、第四电容和第五电容，所述第三电容串联在三相输入端中的A相和B相之间，所述第四电容串联在三相输入端中的B相和C相之间，所述第五电容串联在三相输入端中的A相和C相之间。

通过采用上述技术方案，滤波电容模块采用第三电容、第四电容和第五电容的并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。

可选的，还包括滤波电抗器，所述滤波电抗器串联在所述滤波电容模块和所述三电平变换模块之间。

通过采用上述技术方案，通过在电路中增设滤波电抗器与滤波电容模块相串联，调谐至某一谐振频率，用来吸收电网中相应频率的谐波电流，滤波电抗器和滤波电容模块相串联后，不但能有效的吸收电网谐波，而且对提高软启动电路安全运行起到较大的作用。

可选的，还包括三相断路器，所述三相断路器串联在所述半导体开关模块和三相输入端之间。

通过采用上述技术方案，三相断路器起到接通电网三相输入端和软启动电路的作用，在电路发生故障时断开异常电路，降低故障事故升级的概率，提高电路安全运行的稳定性。

可选的，还包括接触器和空气开关，所述接触器和所述空气开关串联在所述储能模块和负载之间的回路中。

通过采用上述技术方案，空气开关具有过载短路和失压保护的功能，灭弧性能较高，但不适宜频繁操作，而接触器没有过载短路的保护功能却适宜频繁操作，因此采用空气开关和接触器串联的接线方式，使得软启动电路既能进行频繁操作，又具有过载断路和失压保护的能力。

可选的，所述半导体开关模块包括A相双向可控半导体SCR、B相双向可控半导体SCR和C相双向可控半导体SCR；所述A相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块输入端之间的A相线路中，所述B相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块输入端之间的B相线路中，所述C相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块输入端之间的C相线路中。

通过采用上述技术方案，半导体开关模块采用三个双向可控半导体SCR，也称双向晶闸管，在电路中能够实现交流电的无触点控制，提高软启动电路的安全性能，且具有无火花，反应快、寿命长可靠性高以及简化电路结构等优点。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.当直流侧有异常故障时，相比于现有技术中所采用的机械开关Grid Contactor电网接触器断开时间需要时间长，不利于储能变流器的及时保护，本申请采用半导体开关模块作为软启动装置，所需的关断时间比Grid Contactor电网接触器少，且半导体开关模块的耐冲击电流大于Grid Contactor电网接触器的耐冲击电流，提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率；

2.通过在电路中增设滤波电抗器与滤波电容模块相串联，调谐至某一谐振频率，用来吸收电网中相应频率的谐波电流，滤波电抗器和滤波电容模块相串联后，不但能有效的吸收电网谐波，而且对提高软启动电路安全运行起到较大的作用；

3.半导体开关模块采用三个双向可控半导体SCR，也称双向晶闸管，在电路中能够实现交流电的无触点控制，提高软启动电路的安全性能，且具有无火花，反应快、寿命长可靠性高以及简化电路结构等优点。

附图说明

图1是现有技术的储能变流器软启动电路示意图；

图2是本申请一种交流软启动电路的电路示意图。

附图标记说明：

1、三电平变换模块；2、半导体开关模块；3、储能模块；4、控制模块；41、第一检测单元；42、第二检测单元；5、滤波电容模块；6、滤波电抗器；7、三相断路器；8、接触器；9、空气开关。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

本申请实施例公开一种交流软启动电路。参照图2，包括三电平变换模块1、半导体开关模块2、储能模块3和控制模块4，三电平变换模块1和三相输入端连接且被配置为对接收的三相交流电进行整流得到的直流电，半导体开关模块2串联在三电平变换模块1和三相输入端之间，储能模块3和三电平变换模块1的输出端连接，控制模块4和半导体开关模块2相连接，控制模块4包括被配置为检测三相输入端中A相和B相之间线电压的第一检测单元41，和，被配置为检测三电平变换模块1输出电压的第二检测单元42。

在本申请实施例中，通过控制模块4中的第一检测单元41检测到线电压VAB过零点后，导通半导体开关模块2的A相线路和导体半导体开关模块2的B相线路之间的回路，当第二检测单元42检测到三电平变换模块1的输出电压等于线电压VAB且维持稳定后，控制模块4导通半导体开关模块2的C相线路，完成交流软启动，当直流侧有异常故障时，相比于现有技术中所采用的机械开关Grid Contactor电网接触器断开时间需要时间长，不利于储能变流器的及时保护，本申请采用半导体开关模块2作为软启动装置，所需的关断时间比GridContactor电网接触器少，且半导体开关模块2的耐冲击电流大于Grid Contactor电网接触器的耐冲击电流，提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率。

参照图2，储能模块3包括与三电平变换模块1的正输出端连接的第一电容C1、与三电平变换模块1的负输出端连接的第二电容C2，且第一电容C1和第二电容C2串联，在本申请实施例中，储能模块3采用第一电容C1连接在三电平变换模块1的正输出端，第二电容C2连接在三电平变换模块1的负输出端，三相输入端输入的交流电通过三电平变换模块1的将三相交流电进行整流得到直流电后，向储能变流器直流侧第一电容C1和第二电容C2充电。

参照图2，还包括串联在半导体开关模块2和三相输入端之间的三相断路器7，在本申请实施例中，三相断路器7起到接通电网三相输入端和软启动电路的作用，在电路发生故障时断开异常电路，降低故障事故升级的概率，提高电路安全运行的稳定性。

参照图2，半导体开关模块2包括A相双向可控半导体SCR、B相双向可控半导体SCR和C相双向可控半导体SCR。A相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和三电平变换模块1输入端之间的A相线路中，A相双向可控半导体SCR具有两个导通方向不同的晶闸管,具体为导通方向为三相输入端到三电平变换模块1的为晶闸管SCR_A+，导通方向为三电平变换模块1到三相输入端的为晶闸管SCR_A-。B相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和三电平变换模块1输入端之间的B相线路中，B相双向可控半导体SCR具有两个导通方向不同的晶闸管，具体为导通方向为三相输入端到三电平变换模块1的为晶闸管SCR_B+，导通方向为三电平变换模块1到三相输入端的为晶闸管SCR_B-。C相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和三电平变换模块1输入端之间的C相线路中，C相双向可控半导体SCR具有两个导通方向不同的晶闸管，具体为导通方向为三相输入端到三电平变换模块1的为晶闸管SCR_C+，导通方向为三电平变换模块1到三相输入端的为晶闸管SCR_C-。

在本申请实施例中，半导体开关模块2采用三个双向可控半导体SCR组合而成，也称双向晶闸管，在电路中能够实现交流电的无触点控制，提高软启动电路的安全性能，且具有无火花，反应快、寿命长可靠性高以及。

在本申请实施例中，当直流侧有异常故障时，双向可控半导体SCR器件可以在10ms内完成关断，而机械开关Grid contactor接触器器件关断需要30-60ms，且双向可控半导体SCR器件耐冲击电流是接触器器件耐冲击电流的3倍，以型号SKKT-570的双向可控半导体SCR器件和型号GMC-600接触器器件特性相比较，600A的接触器器件最大分断电流为6300A，双向可控半导体SCR器件最大分断电流19000A，基于双向可控半导体SCR器件的关断效率比接触器器件的关断效率高，且双向可控半导体SCR器件的最大分断电流比接触器器件的最大分断电流大，更利于对储能变流器进行保护，且提高储能变流器的可靠性。

参照图2，还包括串联在滤波三电平变换模块1和半导体开关模块2之间的滤波电容模块5，滤波电容模块5包括串联在三相输入端中的A相和B相之间的第三电容C3、串联在三相输入端中的B相和C相之间的第四电容C4，串联在三相输入端中的A相和C相之间的第五电容C4，交流软启动电路还包括串联在滤波电容模块5和三电平变换模块1之间的滤波电抗器6。

在本申请实施中，通过在需要将交流电转换为直流电的电路中增设滤波电容模块5，使交流软启动电路的工作性能更为稳定，在软启动过程中滤波电容模块5的电压缓慢建立，降低电网对电路的冲击电流，提高储能变流器的可靠性，滤波电容模块5并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果，滤波电抗器6和滤波电容模块5相串联后，不但能有效的吸收电网谐波，而且对提高软启动电路安全运行起到较大的作用。

参照图2，还包括接触器8和空气开关9，接触器8和空气开关9串联在储能模块3和负载之间的回路中，空气开关9具有过载短路和失压保护的功能，灭弧性能较高，但不适宜频繁操作，而接触器8没有过载短路的保护功能却适宜频繁操作，因此采用空气开关9和接触器8串联的接线方式，使得软启动电路既能进行频繁操作，又具有过载断路和失压保护的能力。

以如图2所示的示例图为例，三相断路器7闭合后，控制模块4中的第一检测单元41检测线电压VAB的相位，在线电压VAB过零点后，逐渐放开晶闸管SCR_A+和晶闸管SCR_B-的驱动，即逐渐增加控制晶闸管SCR_A+和晶闸管SCR_B-导通信号的占空比。三相输入端输入的电流经过SCR_A+-L1-D2-D1-C1-C2-D8-D7-L2-SCR_B-之后，给直流侧第一电容C1和第二电容C2充电。当第二检测单元42检测到三电平变换模块1的输出电压等于线电压VAB后，控制模块4控制晶闸管SCR_A+、晶闸管SCR_A-、晶闸管SCR_B+、晶闸管SCR_B-的导通信号的占空比为1，使得晶闸管SCR_A+、晶闸管SCR_A-、晶闸管SCR_B+、晶闸管SCR_B-完全导通。然后由第二检测单元42检测第一电容C1和第二电容C2两端的电压，当第一电容C1和第二电容C2的直流电压等于线电压VAB的峰值且维持稳定后，直接导通晶闸管SCR_C+、晶闸管SCR_C-，交流软启动完成，相比于现有的软启动辅助元器件较多，本申请方案中软启动功能可以通过软件发波的方式实现，节省辅助元器件的数量。

本申请实施例一种交流软启动电路的实施原理为：

相比于现有的软启动辅助元器件较多，本申请方案中软启动功能可以通过软件发波的方式实现，节省辅助元器件，且在软启动过程中滤波电容模块5的电压缓慢建立，降低电网对电路的冲击电流，提高储能变流器的可靠性，当直流侧有异常故障时，相比于现有技术中所采用的机械开关Grid Contactor电网接触器断开时间需要时间长，不利于储能变流器的及时保护，本申请采用半导体开关模块2-三个对应三相输入端双向可控半导体SCR作为软启动装置，具有提高软启动电路的安全性能和简化电路结构等优点，且所需的关断时间比Grid Contactor电网接触器少，且半导体开关模块2的耐冲击电流大于GridContactor电网接触器的耐冲击电流，提高软启动电路的直流侧发生故障后对储能变流器的保护效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交流软启动电路，其特征在于，包括：

三电平变换模块(1)，所述三电平变换模块(1)和三相输入端连接，所述三电平变换模块(1)被配置为对接收的三相交流电进行整流得到直流电；

半导体开关模块(2)，所述半导体开关模块(2)串联在所述三电平变换模块(1)和三相输入端之间；

储能模块(3)，所述储能模块(3)与所述三电平变换模块(1)的输出端连接；

控制模块(4)，所述控制模块(4)和所述半导体开关模块(2)相连接，所述控制模块(4)包括第一检测单元(41)和第二检测单元(42)，所述第一检测单元(41)被配置为检测三相输入端中的A相和B相之间的线电压，所述第二检测单元(42)被配置为检测所述三电平变换模块(1)的输出电压。

2.根据权利要求1所述的一种交流软启动电路，其特征在于，所述储能模块(3)包括第一电容和第二电容，且所述第一电容与所述第二电容串联，所述第一电容和所述三电平变换模块(1)的正输出端连接，所述第二电容和所述三电平变换模块(1)的负输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种交流软启动电路，其特征在于，还包括滤波电容模块(5)，所述滤波电容模块(5)串联在所述三电平变换模块(1)和所述半导体开关模块(2)之间。

4.根据权利要求3所述的一种交流软启动电路，其特征在于，所述滤波电容模块(5)包括第三电容、第四电容和第五电容，所述第三电容串联在三相输入端中的A相和B相之间，所述第四电容串联在三相输入端中的B相和C相之间，所述第五电容串联在三相输入端中的A相和C相之间。

5.根据权利要求3所述的一种交流软启动电路，其特征在于，还包括滤波电抗器(6)，所述滤波电抗器(6)串联在所述滤波电容模块(5)和所述三电平变换模块(1)之间。

6.根据权利要求1所述的一种交流软启动电路，其特征在于，还包括三相断路器(7)，所述三相断路器(7)串联在所述半导体开关模块(2)和三相输入端之间。

7.根据权利要求1所述的一种交流软启动电路，其特征在于，还包括接触器(8)和空气开关(9)，所述接触器(8)和所述空气开关(9)串联在所述储能模块(3)和负载之间的回路中。

8.根据权利要求1所述的一种交流软启动电路，其特征在于，所述半导体开关模块(2)包括A相双向可控半导体SCR、B相双向可控半导体SCR和C相双向可控半导体SCR；所述A相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块(1)输入端之间的A相线路中，所述B相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块(1)输入端之间的B相线路中，所述C相双向可控半导体SCR串联在三相输入端和所述三电平变换模块(1)输入端之间的C相线路中。