本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路。

背景技術(shù)：

分布式發(fā)電技術(shù)是未來(lái)世界能源技術(shù)發(fā)展的重要方向，它可根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情況選擇多種能源互補(bǔ)發(fā)電的方式，是一種可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色能源，微電網(wǎng)不僅可以解決分布式電源的大規(guī)模接入問(wèn)題，充分發(fā)揮分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，還為用戶帶來(lái)了其他多方面的效益。

目前，微電網(wǎng)存在著兩種穩(wěn)態(tài)工作模式：并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓驟升、驟降、不對(duì)稱、閃變、諧波以及瞬時(shí)供電中斷等電能質(zhì)量問(wèn)題或計(jì)劃?rùn)z修時(shí)，微電網(wǎng)需轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行模式。當(dāng)電網(wǎng)故障消失后，微電網(wǎng)需重新并入電網(wǎng)。因此，在微電網(wǎng)既需要獨(dú)立運(yùn)行模式，又需要并網(wǎng)運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)此過(guò)程，微電網(wǎng)與電網(wǎng)的連接開關(guān)是必不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。

傳統(tǒng)的微電網(wǎng)與電網(wǎng)的連接開關(guān)，只是一個(gè)機(jī)械的硬件裝置（CB，Circuit Breaker），如繼電器。但是，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，高速可控開關(guān)不斷涌現(xiàn)，如晶閘管（SCR，Silicon-Controlled Rectifier）、IGBT（Integrated Gate Bipolar Transistor）、IGCT（Integrated Gate Commutated Thyristor），而且，基于CB技術(shù)的開關(guān)響應(yīng)速度較慢，繼電器的開關(guān)速度一般在20ms到100ms之間，但電路設(shè)計(jì)與控制簡(jiǎn)單，導(dǎo)通電阻低，價(jià)格低廉，因此在對(duì)開關(guān)速度要求不是很高的場(chǎng)合被廣泛采用；基于SCR技術(shù)的開關(guān)響應(yīng)速度一般在半個(gè)工頻周期到一個(gè)工頻周期（對(duì)50Hz的電網(wǎng)為10ms到20ms），有些制造商提供的產(chǎn)品響應(yīng)速度可以達(dá)到四分之一個(gè)工頻周期，已經(jīng)完全滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)靜態(tài)開關(guān)的要求，但是對(duì)于需要將微電網(wǎng)和電網(wǎng)高速連接與斷開的場(chǎng)合，就不適應(yīng)了，而且需要保證可靠性，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的微電網(wǎng)與電網(wǎng)的連接開關(guān)，開關(guān)速度動(dòng)作響應(yīng)較慢，可靠性不高的問(wèn)題。本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，具有很快的響應(yīng)速度，可以快速的將微電網(wǎng)和電網(wǎng)進(jìn)行連接與斷開，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)組網(wǎng)模式和并網(wǎng)模式兩種模式間的平滑切換，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：包括控制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、靜態(tài)開關(guān)、過(guò)流檢測(cè)電路和保護(hù)電路，

所述控制電路，用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)接收，并發(fā)出控制指令控制隔離電路、保護(hù)電路；

所述隔離驅(qū)動(dòng)電路，用于對(duì)靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行隔離，靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)通過(guò)隔離后，作為后級(jí)推挽放大電路的輸入，并輸出給靜態(tài)開關(guān)；

所述過(guò)流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)靜態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通電壓，確定靜態(tài)開關(guān)是否發(fā)生過(guò)電流，并且將檢測(cè)結(jié)果輸入到控制電路；

所述靜態(tài)開關(guān)，內(nèi)含有兩個(gè)帶續(xù)流二極管的IGBT反向串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)逆變器組網(wǎng)運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行之間的切換；

所述保護(hù)電路，用于保護(hù)所述靜態(tài)開關(guān)的可靠工作。

前述的一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：所述隔離驅(qū)動(dòng)電路，包括第一光耦U1，所述第一光耦U1的一路輸入端依次串聯(lián)有電阻R2、電阻R1，所述電阻R1的端部外接控制電路輸出的靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)，所述電阻R2、電阻R1連接端電阻R6與第一光耦U1的另一路輸入端相連接，所述第一光耦U1的另一路輸入端與地相連接，所述第一光耦U1的一路輸出端外接電源，所述第一光耦U1的另一端輸出端通過(guò)電阻4分別與開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2的基極相連接，所述開關(guān)管Q1的集電極外接電源，所述開關(guān)管Q1的發(fā)射極與開關(guān)管Q2的集電極相連接，所述開關(guān)管Q2的發(fā)射極外接電源，所述開關(guān)管Q1的發(fā)射極與開關(guān)管Q2的集電極連接處通過(guò)電阻R5與靜態(tài)開關(guān)內(nèi)IGBT的門級(jí)相連接，所述電阻R5的后端還通過(guò)電阻R8與靜態(tài)開關(guān)內(nèi)IGBT的發(fā)射極相連接，所述電阻R8的端部并聯(lián)有兩個(gè)帶續(xù)流二極管D4、D8反向串聯(lián)組成的柔性開關(guān)，所述柔性開關(guān)構(gòu)成靜態(tài)開關(guān)中的一路開關(guān)分別連接三相電網(wǎng)交流母線和三相微網(wǎng)交流母線。

前述的一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：所述第一光耦U1的另一端輸出端設(shè)置有下拉電阻R7。

前述的一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：所述靜態(tài)開關(guān)，還包括開關(guān)管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，所述開關(guān)管Q3、Q7相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述開關(guān)管Q4、Q6相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述開關(guān)管Q5、Q8相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述關(guān)管Q3、Q4、Q5為靜態(tài)開關(guān)的上橋臂；所述Q6、Q7、Q8為靜態(tài)開關(guān)的下橋臂。

前述的一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：所述保護(hù)電路設(shè)置有上、下保護(hù)電路，上、下保護(hù)電路分別與靜態(tài)開關(guān)的上、下橋臂相連接，所述上保護(hù)電路包括二極管D1、D2、D3、D5、D6、D7，所述二極管D3的負(fù)極與D5的正極相連接，所述二極管D3、D5的連接處與微電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述二極管D1的負(fù)極與D7的正極相連接，所述二極管D1、D7的連接處與微電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述二極管D2的負(fù)極與D6的正極相連接，所述二極管D2、D6的連接處與微電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述二極管D1、D2、D3的正極相連接，所述二極管D5、D6、D7的負(fù)極相連接，所述二極管D1、D2、D3的正極與二極管D5、D6、D7的負(fù)極之間并聯(lián)有相串聯(lián)的電阻R3、電阻R4和相串聯(lián)的電容C1、電容C2；所述下保護(hù)電路包括二極管D9、D10、D11、D12、D13、D14，所述二極管D14的負(fù)極與D10的正極相連接，所述二極管D14、D10的連接處與電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述二極管D13的負(fù)極與D9的正極相連接，所述二極管D13、D9的連接處與電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述二極管D12的負(fù)極與D11的正極相連接，所述二極管D12、D11的連接處與電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述二極管D12、D13、D14的正極相連接，所述二極管D9、D10、D11的負(fù)極相連接，所述二極管D12、D13、D14的正極與二極管D9、D10、D11的負(fù)極之間并聯(lián)有相串聯(lián)的電阻R10、電阻R11和相串聯(lián)的電容C3、電容C4。

前述的一種用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：所述過(guò)流檢測(cè)電路包括第二光耦U2，所述第二光耦U2的一路輸入端依次連接有電阻R14、二極管D15、續(xù)流二極管D16，所述電阻R14與二極管D15的正極相連接，所述二極管D15的負(fù)極與續(xù)流二極管D16的負(fù)極相連接，所述續(xù)流二極管D16的正極、第二光耦U2的另一路輸入端分別與靜態(tài)開關(guān)的檢測(cè)端相連接，所述電阻R14、二極管D15的正極之間通過(guò)電阻R12與外部電源相連接，還通過(guò)電阻R13與地相連接，所述電阻R14還通過(guò)電容C14與第二光耦U2的另一路輸入端相連接，所述第二光耦U2的輸出端與控制電路相連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，具有很快的響應(yīng)速度，可以快速的將微電網(wǎng)和電網(wǎng)進(jìn)行連接與斷開，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)組網(wǎng)模式和并網(wǎng)模式兩種模式間的平滑切換，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路的系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明的隔離驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。

圖3是本發(fā)明的靜態(tài)開關(guān)、開關(guān)電路的電路圖。

圖4是本發(fā)明的過(guò)流檢測(cè)電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，其特征在于：包括控制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、靜態(tài)開關(guān)、過(guò)流檢測(cè)電路和保護(hù)電路，

所述控制電路，用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)接收，并發(fā)出控制指令控制隔離電路、保護(hù)電路；

所述隔離驅(qū)動(dòng)電路，用于對(duì)靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行隔離，靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)通過(guò)隔離后，作為后級(jí)推挽放大電路的輸入，并輸出給靜態(tài)開關(guān)；

所述過(guò)流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)靜態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通電壓，確定靜態(tài)開關(guān)是否發(fā)生過(guò)電流，并且將檢測(cè)結(jié)果輸入到控制電路；

所述靜態(tài)開關(guān)，內(nèi)含有兩個(gè)帶續(xù)流二極管的IGBT反向串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)逆變器組網(wǎng)運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行之間的切換；

所述保護(hù)電路，用于保護(hù)所述靜態(tài)開關(guān)的可靠工作。

如圖2所示，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路，包括第一光耦U1，所述第一光耦U1的一路輸入端依次串聯(lián)有電阻R2、電阻R1，所述電阻R1的端部外接控制電路輸出的靜態(tài)開關(guān)控制信號(hào)，所述電阻R2、電阻R1連接端電阻R6與第一光耦U1的另一路輸入端相連接，所述第一光耦U1的另一路輸入端與地相連接，所述第一光耦U1的一路輸出端外接電源，所述第一光耦U1的另一端輸出端通過(guò)電阻4分別與開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2的基極相連接，所述開關(guān)管Q1的集電極外接電源，所述開關(guān)管Q1的發(fā)射極與開關(guān)管Q2的集電極相連接，所述開關(guān)管Q2的發(fā)射極外接電源，所述開關(guān)管Q1的發(fā)射極與開關(guān)管Q2的集電極連接處通過(guò)電阻R5與靜態(tài)開關(guān)內(nèi)IGBT的門級(jí)相連接，所述電阻R5的后端還通過(guò)電阻R8與靜態(tài)開關(guān)內(nèi)IGBT的發(fā)射極相連接，所述電阻R8的端部并聯(lián)有兩個(gè)帶續(xù)流二極管D4、D8反向串聯(lián)組成的柔性開關(guān)，所述柔性開關(guān)構(gòu)成靜態(tài)開關(guān)中的一路開關(guān)分別連接三相電網(wǎng)交流母線和三相微網(wǎng)交流母線。

所述第一光耦U1的另一端輸出端設(shè)置有下拉電阻R7。

如圖3所示，所述靜態(tài)開關(guān)，還包括開關(guān)管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，所述開關(guān)管Q3、Q7相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述開關(guān)管Q4、Q6相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述開關(guān)管Q5、Q8相串聯(lián)，兩端分別與電網(wǎng)交流母線、微電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述關(guān)管Q3、Q4、Q5為靜態(tài)開關(guān)的上橋臂；所述Q6、Q7、Q8為靜態(tài)開關(guān)的下橋臂。

所述保護(hù)電路設(shè)置有上、下保護(hù)電路，上、下保護(hù)電路分別與靜態(tài)開關(guān)的上、下橋臂相連接，所述上保護(hù)電路包括二極管D1、D2、D3、D5、D6、D7，所述二極管D3的負(fù)極與D5的正極相連接，所述二極管D3、D5的連接處與微電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述二極管D1的負(fù)極與D7的正極相連接，所述二極管D1、D7的連接處與微電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述二極管D2的負(fù)極與D6的正極相連接，所述二極管D2、D6的連接處與微電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述二極管D1、D2、D3的正極相連接，所述二極管D5、D6、D7的負(fù)極相連接，所述二極管D1、D2、D3的正極與二極管D5、D6、D7的負(fù)極之間并聯(lián)有相串聯(lián)的電阻R3、電阻R4和相串聯(lián)的電容C1、電容C2；所述下保護(hù)電路包括二極管D9、D10、D11、D12、D13、D14，所述二極管D14的負(fù)極與D10的正極相連接，所述二極管D14、D10的連接處與電網(wǎng)交流母線的A相相連接；所述二極管D13的負(fù)極與D9的正極相連接，所述二極管D13、D9的連接處與電網(wǎng)交流母線的B相相連接；所述二極管D12的負(fù)極與D11的正極相連接，所述二極管D12、D11的連接處與電網(wǎng)交流母線的C相相連接，所述二極管D12、D13、D14的正極相連接，所述二極管D9、D10、D11的負(fù)極相連接，所述二極管D12、D13、D14的正極與二極管D9、D10、D11的負(fù)極之間并聯(lián)有相串聯(lián)的電阻R10、電阻R11和相串聯(lián)的電容C3、電容C4。

如圖4所示，所述過(guò)流檢測(cè)電路包括第二光耦U2，所述第二光耦U2的一路輸入端依次連接有電阻R14、二極管D15、續(xù)流二極管D16，所述電阻R14與二極管D15的正極相連接，所述二極管D15的負(fù)極與續(xù)流二極管D16的負(fù)極相連接，所述續(xù)流二極管D16的正極、第二光耦U2的另一路輸入端分別與靜態(tài)開關(guān)的檢測(cè)端相連接，所述電阻R14、二極管D15的正極之間通過(guò)電阻R12與外部電源相連接，還通過(guò)電阻R13與地相連接，所述電阻R14還通過(guò)電容C14與第二光耦U2的另一路輸入端相連接，所述第二光耦U2的輸出端與控制電路相連接。

本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路工作原理，具體如下，

所述控制電路發(fā)出控制指令后，經(jīng)過(guò)電阻R1、電阻R2進(jìn)入第一光耦U1的輸入端，從而使得電阻R4和電阻R7的公共端得到一隔離的控制指令，這一指令經(jīng)過(guò)第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2組成的推挽電路將信號(hào)放大，這一放大的信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R5，接到靜態(tài)開關(guān)中的IGBT的門級(jí)，而第八電阻R8和穩(wěn)壓管D8的公共端接靜態(tài)開關(guān)中IGBT的發(fā)射極，在圖2中，由兩個(gè)帶續(xù)流二極管反向串聯(lián)組成的柔性開關(guān)組成三相靜態(tài)開關(guān)中的一路，三相靜態(tài)開關(guān)中的這一路兩端分別連接三相電網(wǎng)交流母線和三相微網(wǎng)交流母線，當(dāng)發(fā)出并網(wǎng)指令后，當(dāng)A相微網(wǎng)電壓高于A相電網(wǎng)電壓時(shí)，第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通，與第七開關(guān)管Q7的反并聯(lián)二極管形成通路；當(dāng)A相微網(wǎng)電壓低于A相電網(wǎng)電壓時(shí)，第七開關(guān)管Q7導(dǎo)通，與第三開關(guān)管Q3的反并聯(lián)二極管形成通路，則這樣的話，便不存在IGBT單相導(dǎo)通的問(wèn)題，其他兩相工作原理相似。但是由于IGBT的開關(guān)動(dòng)作速度快，則當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于雜散電感和線路電感的存在，容易引起較大的尖峰電壓，損壞開關(guān)裝置，因此需加上、下保護(hù)電路，如圖2所示，在微網(wǎng)三相母線和電網(wǎng)母線中，分別連接三相不控整流橋，并且在整流橋的輸出并聯(lián)電阻與電容，組成充電電路來(lái)為箝位電容充電，從而將交流側(cè)的電壓限制在安全范圍內(nèi)，并聯(lián)在電容兩端的電阻用來(lái)泄放電容上能量。

在過(guò)流檢測(cè)電路中，當(dāng)IGBT正常工作時(shí)，電阻R12與電阻R13公共端電壓被二極管D15、續(xù)流二極管D16所鉗位，第二光耦U2不能導(dǎo)通，則ERR_1呈高電平，便是電路正常；當(dāng)IGBT過(guò)流時(shí)，C1，E1端子之間的電壓升高，導(dǎo)致二極管D15、續(xù)流二極管D16截止，R12與R13公共端電壓升高，第二光耦U2導(dǎo)通，則ERR_1電壓為低電平，發(fā)出故障信號(hào)輸入到控制電路，則控制電路發(fā)出關(guān)斷指令，開關(guān)設(shè)備停止工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)的微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)，具有較快的關(guān)斷速度，并且具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

綜上所述，本發(fā)明的用于微電網(wǎng)的靜態(tài)開關(guān)電路，具有很快的響應(yīng)速度，可以快速的將微電網(wǎng)和電網(wǎng)進(jìn)行連接與斷開，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)組網(wǎng)模式和并網(wǎng)模式兩種模式間的平滑切換，具有良好的應(yīng)用前景。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。