[发明专利]基于投切开关阵列的能量路由器及投切开关的控制方法

说明书

【技术领域】

本发明属于低压配电用电气设备，涉及控制器、投切开关阵列，具体是一种 基于投切开关阵列的能量路由器及投切开关的控制方法。

【背景技术】

近年来，电动汽车、太阳能等分布式电源得到了越来越多的重视与应用，随 着容量的增大以及范围的扩展，由小容量分布式电源形成的微电网研究则更加令 人关注。这类微电网中的分布式电源主要包括风力发电机、光伏电池、燃料电池、 微型燃气轮机等。

微电网作为配电网和分布式电源的桥梁，是国际能源与电力技术发展的前沿 和焦点。微电网作为大电网的有益补充，是实现智能电网高效、环保、优质供电 的重要环节，这与国家正在大力提倡的“大电网战略”一致。对于不同的分布电 源有不同的运行方式，在确保微电网正常运行时，如何对这些分布式电源进行合 理的管理，以保证微电网在不同时段都能满足负荷的电能质量要求，并且获得最 理想的经济效益，是微电网技术的关键问题之一。

现有的投切开关大都采用交流接触器、可控硅电子开关、断路器等投切方式， 交流接触器在投入和切除时会产生很大的涌流和过电压，而可控硅电子开关虽然 解决了投切过程中的涌流和过电压等问题，但是其通态条件下导通电阻高、发热 量大、，需外加辅助散热器件多、结构复杂、成本高，占用空间大。

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器。磁保持继电器的触点开 闭状态是由永久磁钢产生的磁力所保持，只需对线圈施加一个一定宽度的脉冲电 流，就可以控制继电器接通/关断状态的转换。磁保持继电器处于接通或关断状态 下均为稳定状态，不需要长期通电，可以达到节能的目的。与接触器、断路器等 其他机械式有触电开关类似，磁保持继电器在进行接通或关断的过程中都会产生 电弧；另外其切换过程需要一定时间，会造成负载电路失电。

【发明内容】

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种基于投切开关阵列 的能量路由器及投切开关的控制方法，该能量路由器基于磁保持继电器和双向可 控硅组成的投切开关阵列，依据微电网运行的经济性评价优选最佳电路拓扑结 构，并按照一定时序自适应的控制投切开关接通和关断，实现电路拓扑结构的转 换，可靠性高、损耗小、成本低，有助于提高用电的经济性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于投切开关阵列的能量路由器，包括投切开关阵列和控制器；所述控 制器包括数字信号处理器、电源模块、采样电路、驱动电路、通讯接口、显示界 面和存储芯片；数字信号处理器通过驱动电路与投切开关阵列相连，投切开关阵 列包括由控制器控制的多个投切开关，且每个投切开关均能够独立进行投切动 作。

本发明进一步的改进在于：

所述采样电路包括用于采集各分布电源的电压和电流、负载电路电流的传感 器和用于将采集到的电压或电流信号转换为电压信号的信号调理电路以及模数 转换电路；经过信号调理电路的电压信号经过模数转换后输入数字信号处理器。

所述投切开关包括相并联的磁保持继电器和双向可控硅，数字信号处理器分 别对磁保持继电器和双向可控硅的驱动电路进行控制，实现投切开关的过零投 切。

所述驱动电路包括光耦驱动电路和过零控制光耦电路；数字信号处理器通过 光耦驱动电路触发磁保持继电器动作，通过过零控制光耦电路触发双向可控硅动 作。

一种投切开关阵列的控制方法，包括以下步骤：

1)对数字信号处理器及其外围电路进行初始化设置；

2)周期性的采集各分布电源的电压和电流以及各支路的负载电流，并对其 进行检测，计算各项电气参数；

3)若当前电压或电流值超过预设的阈值，判定为故障，在发生故障的情况 下，执行步骤4)；若未检测到故障，执行步骤5)；

4)故障信息报警和存储，返回步骤2)；

5)综合各分布电源的输出能力及其实时电价和各负载电路的特性，采用多 分布式电源能量优化协调控制策略，定时检测系统的可靠性及经济性情况，若检 测到当前的系统结构分配不是最优配置方式，执行步骤6)；否则，执行步骤7)；

6)按最优配置方式，控制投切开关阵列中各投切开关投切操作，然后执行 步骤7)；

7)存储并显示各项参数，并给出相应的指示信号，然后返回步骤2)。