[发明专利]基于储能变流器的静态转换开关强制关断方法

说明书

本发明涉及一种基于储能变流器的静态转换开关强制关断方法，该方法利用储能变流器结构中的拓扑特点，在微电网由并网运行转孤网运行过程中，通过开关储能变流器相应开关管对静态转换开关施加反向电压，构成的2阶LC振荡电路促使静态转换开关电流提前过零，从而完成对静态转换开关的强制关断。利用储能变流器中固有的器件结构实现快速强制关断，不需要额外的晶闸管辅助关断电路，降低了关断系统的复杂程度、节约了系统成本。本发明方法不依赖于负载的功率因数和电网电压的跌落深度，也不需要根据电网电压、电流经过复杂的电量计算去控制逆变器的输出电压，本方法仅通过电网电压、电流方向情况控制固定的开关管，方法简单有效，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种微电网控制技术，特别涉及一种基于储能变流器的静态转换开关强制关断方法。

背景技术

随着社会的发展，传统的大电网供电方式与分布式能源网络供电出现了一定的差异，微电网已经逐渐成为分布式发电大规模普及应用的重要组织形式，微电网充分汲取分布式发电的优点，与大电网互为支撑，可以自发自用、余电上网，使用户不仅能得到不间断的可靠供电而且能为社会减少化石能源的消耗，改善环境的承载压力。微电网一个重要功能是并网和孤岛两种运行模式间的自由无缝切换。无缝切换是保证微电网内敏感负荷正常运行的前提,成为了微电网和新能源领域的研究热点之一。然而，若想实现微电网与大电网间的自由无缝切换，必须采用一种能快速接通和断开两者间联系的静态转换开关设备。利用半导体器件构成的电力电子设备可以在开通速度上满足要求。以晶闸管为代表的半控型器件构成的静态转换开关因其成本低、过载能力强、导通损耗小、耐冲击、器件工艺技术成熟等优点成为了目前微电网应用中的主要解决方案。

晶闸管应用于静态转换开关最大的难点是它作为半控型器件，一旦开通之后，驱动信号无法控制其关断，需要等到主回路电流过零才能可靠关断。因此在自然状态下，这种转换开关的关断延时时间最高可达半个工频周期，即10ms以上。在微电网应用下，通常以一台或者几台储能变流器作为孤网运行下的主电源。当电网掉电后，利用储能系统中的能量为负荷提供电压和频率的支撑。储能变流器会实时监测电网的电压是否有故障(非计划孤网)或者实时接收调度指令(计划孤网)，一旦启动孤网指令后，储能变流器会发送信号关断静态转换开关，待晶闸管完全可靠关断后再进行独立逆变孤网运行。可见，整个过程中晶闸管关断时间的长短决定了整个微电网由并网转孤网运行过程的切换时间，而自然条件下长达10ms以上的关断延时不利于微电网的无缝切换，可能造成重要负载的断电事故。

通常解决这个问题有两种方法：1)通过设计辅助电路，在关断时刻为晶闸管提供并联反向电压，强迫晶闸管关断，但这种方法需要提供额外的辅助关断电路，产品结构复杂，成本高；2)通过改变晶闸管主回路中的两端电压，为晶闸管利用其应用场合构造出一个反向强迫关断回路，从而进行强迫关断。例如在UPS或动态电压恢复器应用中，当负载原有的供电电源出现电压跌落故障时，起动与之并联的备用电源。由于故障电源与备用电源之间存在电压差，故障电源支路上的晶闸管因两端承受反压而强迫关断，负载能够迅速由故障电源切换至备用电源上，但这种方法受制于负载的功率因数、跌落深度等因素影响，控制复杂，强制关断时间也较长。

发明内容

为了提高变流器的静态转换切换速度，提出了一种基于储能变流器的静态转换开关强制关断方法。

本发明的技术方案为：一种基于储能变流器的静态转换开关强制关断方法，静态转换开关导通，所有负载设备与电网相连，分布式电源微网与电网连接，系统工作在并网模式，电网给负载设备供电；静态转换开关，系统工作于孤网模式，仅分布式电源微网给负载设备供电；微网直流电压源经过储能变流器转换为交流电，再经过滤波后给负载设备供电；储能变流器包括每相两个开关管组成的上下桥臂、每个开关管上反并联的续流二极管、两组串联的直流侧储能电容、桥臂两个开关管连接点与直流侧储能电容中点的连接的钳位二极管以及每相交流滤波L_f，直流侧储能电容中点与储能变流器中的任意单相输出点之间接静态转换开关，封锁静态转换开关的触发脉冲后，储能变流器控制与静态转换开关连接的单相开关管状态，使得静态转换开关导通电流快速下降到其维持电流以下，从而强制关断静态转换开关。