专利名称：一种串联型逆变器设备用智能开关的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于串联型逆变器设备的开关。
背景技术：
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。
发明内容
本发明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，本发明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。本发明包括串联型逆变器、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。本发明与现有技术相比，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.本发明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.本发明既可适用于单相系统，也可用于三相系统。4.本发明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.本发明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。
图1为本发明原理图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明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
进一步说明本发明。如图1所示，本发明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。本发明通过控制开关网络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，本发明的开关网络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602、电能质量问题判断模块603、触发信号模 块604、驱动模块605、反压信号模块606，电流采样模块602输出电流信号送入CPU601，电 能质量问题判断模块603输出数字信号送入CPTO01，CPTOOl输出数字信号送入反压信号模 块606，CPTOOl输出数字信号送入触发信号模块604，触发信号模块604输出数字信号送入 驱动模块605。控制系统60的驱动模块605通过第三电气接口 104与双向晶闸管302的第 三端口 302c连接，控制系统60的反压信号606通过第四电气接口 105与串联型逆变器10 连接。控制开关网络30两端的电压以及双向晶闸管302的第三端口 302c的触发信号即可 实现开关网络30的通断，实现与电网50的衔接。限流元件301用以控制双向晶闸管302 导通或关断时的冲击电流。控制系统60的CPTOOl通过电能质量问题判断603获得出现电能质量问题与否 的信息，没有电能质量问题时，CPU601控制输出触发信号604，经由驱动605与第三电气接 口 104控制双向晶闸管302的第三端口 302c，使开关网络30导通；存在电能质量问题时， CPU601控制撤除触发信号604，电流采样602判断流过双向晶闸管302的电流方向与大小， CPTOOl控制输出反压信号606，驱动串联型逆变器10输出大小可调的反向电压施加给开关 网络30，维持一段时间，判断双向晶闸管302的电流减小为零后，取消CPTOOl输出的反压信 号606，串联型逆变器10立刻输出正常补偿电压，迅速完成状态切换。电能质量问题消失 后，串联型逆变器10停止工作，CPTOOl控制输出触发信号604，经由驱动605与第三电气接 口 104控制双向晶闸管302的第三端口 302c，使开关网络30再次导通，如此循环工作。如图3所示为本发明的一种具体实施方式
。串联型逆变器10输出PWM波，经过交流母线101的两个端口 IOla和IOlb分别与 滤波器20的滤波电感201的第一端口 201a和滤波电容202的第二端口 202b连接。滤波 电感201的第二端口 201b和滤波电容202的第一端口 202a以及第一电气接口 102的第一 端口 102a相连接，滤波电容202的第二端口 202b与第一电气接口 102的第二端口 102b连
6接。限流电感301和双向晶闸管302串联组成开关网络30 ；限流电感301的第一端口 301a 与第一电气接口 102的第一端口 102a连接，并经由第二电气接口 103的第一端口 103a与 电网50连接；限流电感301的第二端口 301b与双向晶闸管302的第一端口 302a连接；双 向晶闸管302的第二端口 302b与第一电气接口 102的第二端口 102b连接，并经由第二电 气接口 103的第二端口 103b与负载40连接；双向晶闸管302的第三端口 302c与控制系统 60的输出信号经由第三电气接口 104连接，控制系统60的另一路输出信号通过第四电气接 口 105与串联型逆变器10连接。 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 出触发控制双向晶闸管302的第三端口 302c，使开关网络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，首先撤除控制系统60的控制双向晶闸管 302的第三端口 302c的触发信号，采样流过双向晶闸管302的大小和方向，驱动串联型逆变 器10输出与双向晶闸管302的电流方向相反的大小可调的电压，幅值恒定，维持一段时间， 判断双向晶闸管302的电流减小为零后，取消强制关断措施，即串联型逆变器10立刻输出 正常补偿电压，投入工作。电能质量问题消失后，串联型逆变器10停止工作，控制系统60 输出触发控制双向晶闸管302的第三端口 302c，使开关网络30再次导通，如此循环往复，实 现开关状态切换。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于开关网络(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)的第二端口 (301b)直接串接；控制系统(60)包括CPU(601)、电流采样模块(602)、 电能质量问题判断模块(603)、触发信号模块(604)、驱动模块(605)、反压信号模块(606)， 电流采样模块(602)输出电流信号送入CPU (601)，电能质量问题判断模块(603)输出数字 信号送入CPU(601)，CPU(601)输出数字信号送入反压信号模块(606)，CPU(601)输出数字 信号送入触发信号模块(604)，触发信号模块(604)输出数字信号送入驱动模块(605)；控 制系统(60)的驱动模块(605)通过第三电气接口(104)与双向晶闸管(302)的第三端口 (302c)连接，控制系统(60)的反压信号(606)通过第四电气接口(105)与串联型逆变器 (10)连接；限流元件(301)用以控制双向晶闸管(302)导通或关断时的冲击电流。
3.根据权利要求1所述的串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于所述的串联型 逆变器(10)输出PWM波，经过交流母线(101)的两个端口(IOlaUOlb)分别与滤波器(20) 的滤波电感(201)的第一端口(201a)和滤波电容(202)的第二端口(202b)连接；滤波电感 (201)的第二端口(201b)和滤波电容(202)的第一端口(202a)以及第一电气接口(102) 的第一端口(102a)相连接，滤波电容(202)的第二端口(202b)与第一电气接口(102)的第 二端口(102b)连接；限流元件(301)和双向晶闸管(302)串联组成开关网络(30)；限流元 件(301)的第一端口(301a)与第一电气接口(102)的第一端口(102a)连接，并经由第二 电气接口(103)的第一端口(103a)与电网(50)连接；限流元件(301)的第二端口(301b) 与双向晶闸管(302)的第一端口(302a)连接；双向晶闸管(302)的第二端口(302b)与第 一电气接口(102)的第二端口(102b)连接，并经由第二电气接口(103)的第二端口(103b) 与负载(40)连接；双向晶闸管(302)的第三端口(302c)与控制系统(60)的输出信号经由 第三电气接口(104)连接，控制系统(60)的另一路输出信号通过第四电气接口(105)与串 联型逆变器(10)连接。
4.根据权利要求1所述的串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于所述的控制系 统(60)的CPU(601)通过电能质量问题判断模块(603)获得电网(50)出现电能质量问题 与否的信息，没有电能质量问题时，CPU(BOl)控制输出触发信号模块(604)，经由驱动模块(605)与第二电气接口(104)控制双向晶闸管(302)的第三端口(302c)，使开关网络(30) 导通；当电网(50)存在电能质量问题时，CPU(BOl)控制撤除触发信号模块(604)，电流采 样模块(602)判断流过双向晶闸管(302)的电流方向与大小，CPU(601)控制输出反压信号 模块(606)，驱动串联型逆变器(10)输出大小可调的反向电压施加给开关网络(30)，维持 一段时间，判断双向晶闸管(302)的电流减小为零后，取消CPU(601)输出的反压信号模块(606)，串联型逆变器(10)立刻输出正常补偿电压，迅速完成状态切换；当电网(50)电能质量问题消失后，串联型逆变器(10)停止工作，CPU(601)控制输出触发信号模块(604)，经由 驱动模块(605)与第三电气接口(104)控制双向晶闸管(302)的第三端口(302c)，使开关 网络(30)再次导通。
5.根据权利要求1所述的串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于串联型逆变器 (10)为串联接入电网(50)的电压型或电流型逆变器。
6.根据权利要求1所述的串联型逆变器设备用智能开关，其特征在于限流元件(301) 为电感、电阻或阻感。
全文摘要
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。
文档编号H02J3/38GK102005778SQ20101054013
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者冯兴田, 霍群海, 韦统振 申请人:中国科学院电工研究所