一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，包括第一電壓比較模塊、第二電壓比較模塊、第三電壓比較模塊、電流傳感器、儲能裝置和直流母線，所述第一電壓比較模塊工作在雙路選擇開關(guān)模式，所述第二、第三電壓比較模塊工作在單路比較開關(guān)模式；所述第二電壓比較模塊和第三電壓比較模塊并聯(lián)后與所述第一電壓比較模塊串聯(lián)，形成開關(guān)電路；所述儲能裝置、電流傳感器和開關(guān)電路依次串聯(lián)后接入所述直流母線，所述電流傳感器輸出的電壓信號傳輸給所述第一電壓比較模塊。本實用新型在微電網(wǎng)產(chǎn)生逆功率時接入儲能裝置來消耗逆功率，逆功率消除時切除儲能裝置從而在最大化利用可再生能源發(fā)電的同時，避免了儲能裝置的反復(fù)開關(guān)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及電氣工程領(lǐng)域，尤其涉及一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判 定開關(guān)電路。 -種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，節(jié)能減排、綠色分布式能源成為全世界關(guān)注的焦點。但是，光伏等分布式電 源具有間歇性、隨機性、響應(yīng)速度慢、慣性小等特點，并網(wǎng)后容易引起電壓波動和閃變，尤其 是當(dāng)大容量分布式電源并入中低壓配電網(wǎng)時，要實現(xiàn)配電網(wǎng)的功率平衡，并保證供電可靠 性和電能質(zhì)量較為困難。為了降低大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)對外部公共電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影 響，通過微電網(wǎng)技術(shù)來集成整合分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以很好地解決目前分布式發(fā)電并網(wǎng)存 在的技術(shù)難題。
[0003] 微電網(wǎng)按照并網(wǎng)點功率輸送方向分為"并網(wǎng)不上網(wǎng)"和"并網(wǎng)且上網(wǎng)"兩種方式。 在"并網(wǎng)不上網(wǎng)"方式下，微電網(wǎng)并網(wǎng)點功率只能由公共電網(wǎng)向微電網(wǎng)用戶負(fù)載輸送；"并網(wǎng) 且上網(wǎng)"方式下，并網(wǎng)點功率可以雙向流動，微電網(wǎng)的富裕功率可以輸送給公共電網(wǎng)。然而， 對于采用"并網(wǎng)且上網(wǎng)"方式運行的微電網(wǎng)，其相對于外部公共電網(wǎng)所表現(xiàn)出的電源特性仍 然會對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成一定影響，具體地說主要有三個方面：
[0004] 第一，微電網(wǎng)中大量的電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波對公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影 響。
[0005] 第二，當(dāng)公共電網(wǎng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)所產(chǎn)生的逆功率會對機器設(shè)備造成損壞，嚴(yán) 重時甚至危及檢修人員的人身安全。
[0006] 第三，由于微電網(wǎng)的電源特性，改變了公共電網(wǎng)單電源、輻射型、單向潮流的特點， 從而使得現(xiàn)有的電流保護措施不再適用。
[0007] 針對采用"并網(wǎng)不上網(wǎng)"方式運行的微電網(wǎng)，申請?zhí)枮?01210173096. 2的中國專 利公開了一種并網(wǎng)不上網(wǎng)微網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，通過微電網(wǎng)中央控制器以及安裝在公共 連接點處的逆功率保護裝置防止逆功率反送，保證整個微電網(wǎng)系統(tǒng)只向公共電網(wǎng)取電而不 向公共電網(wǎng)送電，從而避免了微電網(wǎng)對公共電網(wǎng)造成影響。但是該技術(shù)存在以下兩點不 足：
[0008] 第一，該技術(shù)通過限制分布式電源輸出甚至切除分布式電源的手段來消除逆功 率，沒有充分利用微電網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)，造成了可再生能源的浪費。
[0009] 第二，該技術(shù)的開關(guān)動作判定為傳統(tǒng)的單閾值判定，由于光伏電源的波動性，在某 些情況下可能導(dǎo)致逆功率保護裝置的反復(fù)開關(guān)，從而縮短了裝置的使用壽命并影響了微電 網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。
[0010] 針對以上政策和技術(shù)現(xiàn)狀，有必要提出一種基于雙閾值判定的開關(guān)電路，應(yīng)用于 微電網(wǎng)的逆功率保護裝置，這成為本 申請人:致力于研究的方向，從而使得光伏功率大于負(fù) 載功率的105%時，開關(guān)閉合將儲能裝置接入直流母線，逆功率向儲能系統(tǒng)輸送；而當(dāng)光伏 功率小于負(fù)載功率的95%時，開關(guān)斷開；光伏功率在95%到105%負(fù)載功率之間時，保持電 路原有狀態(tài)不動作。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本實用新型的目的在于提供一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路， 在不切除分布式電源的前提下，對連接儲能裝置的線路進(jìn)行雙閾值開關(guān)控制：在微電網(wǎng)產(chǎn) 生逆功率時接入儲能裝置來消耗逆功率，逆功率消除時切除儲能裝置從而在最大化利用可 再生能源發(fā)電的同時，避免了儲能裝置的反復(fù)開關(guān)。
[0012] 實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：
[0013] 一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，包括：第一電壓比較模塊、第 二電壓比較模塊、第三電壓比較模塊、電流傳感器、儲能裝置和直流母線，其中：
[0014] 所述第一電壓比較模塊工作在雙路選擇開關(guān)模式，所述第二電壓比較模塊和第三 電壓比較模塊工作在單路比較開關(guān)模式；所述第二電壓比較模塊和第三電壓比較模塊并聯(lián) 后與所述第一電壓比較模塊串聯(lián)，形成開關(guān)電路；
[0015] 所述儲能裝置、電流傳感器和開關(guān)電路依次串聯(lián)后接入所述直流母線，所述電流 傳感器輸出的電壓信號傳輸給所述第一電壓比較模塊。
[0016] 上述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路中，所述第一電壓比較模塊 的輸入量為：所述電流傳感器的輸出量以及〇伏電壓；
[0017] 所述第二電壓比較模塊的輸入量為：光伏電源電流傳感器的輸出量以及負(fù)載電流 傳感器輸出X 105% ;
[0018] 所述第三電壓比較模塊的輸入量為：光伏電源電流傳感器的輸出量以及負(fù)載電流 傳感器輸出X95%。
[0019] 上述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路中，所述第一電壓比較模 塊、第二電壓比較模塊和第三電壓比較模塊包括相連的兩路電壓比較芯片和繼電器。
[0020] 上述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路中，所述儲能裝置包括鉛蓄 電池、鋰電池和超級電容。
[0021] 上述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路中，所述直流母線通過充電 裝置與外部交流電網(wǎng)相連。
[0022] 本實用新型的有益效果是：1)本實用新型在開關(guān)的控制邏輯上采用了兩個判斷 閾值：防逆流系統(tǒng)啟動閾值和防逆流系統(tǒng)關(guān)閉閾值，一般設(shè)置兩個閾值為當(dāng)前微網(wǎng)負(fù)載功 率的正負(fù)百分之五，從而在保證微網(wǎng)負(fù)載正常工作的前提下避免了微電網(wǎng)并網(wǎng)裝置在臨界 點頻繁動作以及儲能系統(tǒng)反復(fù)充放電，延長了微電網(wǎng)系統(tǒng)壽命。2)本實用新型采用集成了 數(shù)據(jù)比較和繼電開關(guān)的電壓比較模塊作為開關(guān)電路的主要部件，價格低于常用的DSP、ARM 開發(fā)板，可以一定程度上控制產(chǎn)品的成本。3)本實用新型充分結(jié)合微電網(wǎng)的特點，通過開關(guān) 電路可控接入儲能系統(tǒng)來消除逆功率，有效地提高了微電網(wǎng)中可再生電源的利用率和供電 的有效性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型中電壓比較模塊的工作模式示意圖；
[0024] 圖2是本實用新型的雙閾值判定開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0026] 請參閱圖2,本實用新型的雙閾值判定開關(guān)電路，包括第一、第二、第三電壓比較模 塊A、B、C，電流傳感器11，儲能裝置12和直流母線13,其中：
[0027] 三個電壓比較模塊A、B、C是將兩路電壓比較芯片LM393n與繼電器模塊化集成的 控制模塊，通過比較輸入電壓和參考電壓的大小以高/低電平控制繼電器的開斷，是成熟 的現(xiàn)有技術(shù)。電壓比較器模塊有兩種工作模式：單路比較開關(guān)模式和雙路選擇開關(guān)模式，如 圖1所示。
[0028] 第一電壓比較模塊A工作在雙路選擇開關(guān)模式（即：雙路選擇開關(guān)），第二、第三 電壓比較模塊B、C工作在單路比較開關(guān)模式（S卩：單路比較開關(guān)）。第二、第三電壓比較模 塊B、C并聯(lián)后與第一電壓比較模塊A串聯(lián)（即：第二、第三電壓比較模塊B、C的開關(guān)并聯(lián) 后與第一電壓比較模塊A的開關(guān)串聯(lián)）形成開關(guān)電路，如圖2所示。
[0029] 儲能裝置12、電流傳感器11和開關(guān)電路依次串聯(lián)后接入直流母線13,直流母線13 通過充電裝置與外部交流電網(wǎng)相連；電流傳感器11輸出的電壓信號傳輸給第一電壓比較 模塊A。
[0030] 儲能裝置12包括鉛蓄電池、鋰電池、超級電容等。
[0031] 為了完成雙閾值判定的功能，需要使用三個電壓比較器模塊串并聯(lián)組合使用，如 圖2所示：第一電壓比較模塊A采用雙路選擇器模式，根據(jù)輸入電壓大小選擇在控制線路1 和2之間切換；第二、第三電壓比較模塊B、C采用單路比較開關(guān)模式；使用該控制回路對微 電網(wǎng)中的儲能裝置或者微電源進(jìn)行開關(guān)控制。下表列出了三個電壓比較器模塊的輸入量和 動作邏輯：
[0032] 電壓比較器 輸入量 動作 模塊_ A a:電流傳感器輸出量； 初始狀態(tài)：閉合路線2; b : 0 V a S b時閉合線路彳；a > 時 閉合線路2 1 a:光伏電源電流傳感器輸 a. > fa時開關(guān)閉合；a< fa 出； 時開關(guān)斷開 負(fù)載電流傳感器輸出 X 105% C a:光伏電源電流傳感器輸 a > fa時開關(guān)閉合；a< fa 出， 時開關(guān)斷開 b:負(fù)載電流傳感器輸出 _X 95%_
[0033] 結(jié)合上表所述的三個電壓比較器模塊的輸入量和動作邏輯，下面通過實例說明圖 2所示結(jié)構(gòu)的正確性。
[0034] 設(shè)置微電網(wǎng)電源發(fā)電容量為Ps，微電網(wǎng)用戶負(fù)載容量為，防逆流系統(tǒng)啟動閾值 為Pa，防逆流系統(tǒng)關(guān)閉閾值為Pb，一般設(shè)置Pa = Pb = 0. 〇5XPp將Ps和1\通過電流傳感 器分別轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入電壓比較模塊，作為輸入量和比較信號；
[0035] 初始狀態(tài)線路2閉合，此時光伏輸出總功率&上升至超過逆功率上界閾值，即 X 105 %，則開關(guān)B、C均閉合，控制回路導(dǎo)通串聯(lián)在線路上的電流傳感器輸出大于零，線路 2依然閉合，此時微電網(wǎng)富余功率向儲能裝置輸送；
[0036] 當(dāng)Ps下降至Ι\Χ94%?P l X 105%之間時，開關(guān)Β斷開而C依然閉合，由于線路 1斷開所以開關(guān)Β的狀態(tài)對控制回路沒有影響；
[0037] 當(dāng)Ps繼續(xù)下降至?\Χ95%以下時，即低于逆功率下界閾值時，開關(guān)C斷開導(dǎo)致控 制回路開路，電流傳感器輸出為零導(dǎo)致線路1閉合線路2斷開，此時開關(guān)Β依然保持?jǐn)嚅_， 所以控制回路依然開路即切除了儲能裝置；
[0038] 當(dāng)Ps上升至Ι\Χ95%?Ι\Χ 105%之間時，開關(guān)Β依然斷開開關(guān)C閉合，但是由于 線路2斷開所以開關(guān)C的狀態(tài)對控制回路沒有影響；
[0039] 當(dāng)Ps繼續(xù)上升至Ι\Χ 105%以上時，即高于于逆功率上界閾值時，開關(guān)Β閉合開關(guān) C依然保持閉合，由于電流傳感器輸出大于零導(dǎo)致線路2閉合線路1斷開，控制回路導(dǎo)通富 余功率向儲能裝置輸送。
[0040] 通過上述分析可見，圖2所示的電壓比較模塊的組合電路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)雙閾值判 定的功能，即當(dāng)光伏功率大于負(fù)載功率的105%時，開關(guān)閉合將儲能裝置接入直流母線，逆 功率向儲能系統(tǒng)輸送；而當(dāng)光伏功率小于負(fù)載功率的95%時，開關(guān)斷開；光伏功率在95% 到105 %負(fù)載功率之間時，保持電路原有狀態(tài)不動作。
[0041] 以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】 的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因 此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，其特征在于，包括：第一電壓 比較模塊、第二電壓比較模塊、第三電壓比較模塊、電流傳感器、儲能裝置和直流母線，其 中： 所述第一電壓比較模塊工作在雙路選擇開關(guān)模式，所述第二電壓比較模塊和第三電壓 比較模塊工作在單路比較開關(guān)模式；所述第二電壓比較模塊和第三電壓比較模塊并聯(lián)后與 所述第一電壓比較模塊串聯(lián)，形成開關(guān)電路； 所述儲能裝置、電流傳感器和開關(guān)電路依次串聯(lián)后接入所述直流母線，所述電流傳感 器輸出的電壓信號傳輸給所述第一電壓比較模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，其特征在 于， 所述第一電壓比較模塊的輸入量為：所述電流傳感器的輸出量以及〇伏電壓； 所述第二電壓比較模塊的輸入量為：光伏電源電流傳感器的輸出量以及負(fù)載電流傳感 器輸出X 105% ; 所述第三電壓比較模塊的輸入量為：光伏電源電流傳感器的輸出量以及負(fù)載電流傳感 器輸出X95%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，其特征 在于，所述第一電壓比較模塊、第二電壓比較模塊和第三電壓比較模塊包括相連的兩路電 壓比較芯片和繼電器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，其特征在 于，所述儲能裝置包括鉛蓄電池、鋰電池和超級電容。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微電網(wǎng)防逆流裝置的雙閾值判定開關(guān)電路，其特征在 于，所述直流母線通過充電裝置與外部交流電網(wǎng)相連。
【文檔編號】H02J3/38GK203883494SQ201420312963
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】江凱, 王文耀, 何惠東, 王萬平, 蔣斌, 劉瀟洋 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司