一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置及方法。本發(fā)明裝置包括中央監(jiān)控單元、A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元、C相分布式電源故障保護(hù)單元和變換器。本發(fā)明利用故障保護(hù)電路中的電感來(lái)限制故障電流瞬間故障電流上升變化率和故障穿越期間短路電流幅值，能在正常運(yùn)行與系統(tǒng)故障狀態(tài)下，減少故障電流對(duì)設(shè)備的沖擊；故障期間分流耗能電阻和限流電感的投入實(shí)現(xiàn)分布式電源在維持原運(yùn)行狀態(tài)不變的情況下，確保低電壓穿越技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；避免保護(hù)設(shè)備投切的響應(yīng)延時(shí)，對(duì)故障電流瞬時(shí)峰值和故障穿越期間短路電流幅值能夠及時(shí)有效的抑制，避免其對(duì)源端設(shè)備造成損壞。
【專利說(shuō)明】-種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障 保護(hù)裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，大量分布式電源接入電網(wǎng)，對(duì)于含多類分布式 電源電網(wǎng)而言，要求出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重故障時(shí)，如三相短路故障等，分布式電源盡可 能不要進(jìn)行切機(jī)操作，分布式電源的切出可能會(huì)造成大量分布式電源從電網(wǎng)解列的連鎖反 應(yīng)，引發(fā)更大的后續(xù)擾動(dòng)和更嚴(yán)重的故障，而分布式電源故障恢復(fù)后的重新并網(wǎng)投入也會(huì) 造成網(wǎng)內(nèi)潮流突變，對(duì)網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷帶來(lái)很大的沖擊，同時(shí)對(duì)網(wǎng)內(nèi)電力電子設(shè)備的損害性也是 巨大的，因此要求網(wǎng)內(nèi)分布式電源要具有一定的低電壓穿越能力；截止目前，故障穿越技術(shù) 還僅僅停留在對(duì)于分布式源采用單一的Crowbar撬棒保護(hù)電路，發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行過(guò)剩功率 釋放，或是僅僅依靠調(diào)節(jié)分布式電源變流器控制方式來(lái)抑制故障電流的作用；這些技術(shù)存 在嚴(yán)重的局限性，首先，以雙饋風(fēng)機(jī)為例，Crowbar撬棒保護(hù)電路的并聯(lián)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)， 在檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，為了限制過(guò)變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電 壓，要求閉鎖雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，發(fā)電機(jī)同時(shí)切換運(yùn)行狀態(tài)為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式 運(yùn)行，才能維持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行；其次故障電流瞬時(shí)峰值最大出現(xiàn)在故障發(fā)生和故障排 除兩個(gè)瞬間，對(duì)設(shè)備沖擊最大，而保護(hù)設(shè)備投切受控制影響而有延時(shí)，對(duì)故障電流瞬時(shí)峰值 的抑制不及時(shí)；因此設(shè)計(jì)出結(jié)合控制方法與控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，能夠在電網(wǎng)故障狀態(tài)下有 效保護(hù)分布式電源維持原有運(yùn)行狀態(tài)不脫網(wǎng)，同時(shí)抑制故障電流瞬時(shí)峰值和故障期間短路 電流幅值，避免其對(duì)源端設(shè)備造成損壞的研究工作顯得極其重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故 障保護(hù)裝置及方法，以達(dá)到使抑制短路電流瞬時(shí)峰值和故障期間短路電流幅值，避免變流 器損壞，實(shí)現(xiàn)分布式電源故障穿越的目的。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的：
[0005] -種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置，該裝置包括中央監(jiān)控單元、A相 分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元、C相分布式電源故障保護(hù)單元和 變換器，其中，
[0006] 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單 兀的第一輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸入端均連接分布式電源的輸出 端，A相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸出 端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出端均連接變換器的三路輸入端，變換器的輸 出端接入電網(wǎng)；
[0007] 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單 元的第二輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端連接中央監(jiān)控單元的三路 輸出端，A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的第二 輸出端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端連接中央監(jiān)控單元的三路輸入端；
[0008] 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元和C相分布式 電源故障保護(hù)單元結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)電壓互感器、一個(gè)電流互感器、第一反向二極管、 第二反向二極管、第三反向二極管、第四反向二極管、第五反向二極管、第一絕緣柵雙極晶 體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體管、第五絕緣 柵雙極晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管、第七絕緣柵雙極晶體管、一個(gè)電感、第一交流斷路 器、第二交流斷路器、第一門極可控晶閘管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第 四門極可控晶閘管、第五門極可控晶閘管、第六門極可控晶閘管、第一能耗電阻、第一能耗 電阻和一個(gè)避雷器，其中，
[0009] 所述的第一交流斷路器的一端同時(shí)連接第一門極可控晶閘管的陽(yáng)極、第一反向 二極管的陰極、第二反向二極管的陽(yáng)極、第一絕緣柵雙極晶體管的集電極和第二絕緣柵雙 極晶體管的發(fā)射極，所述的第一門極可控晶閘管的陰極同時(shí)連接第二門極可控晶閘管的陰 極、第三門極可控晶閘管的陰極、電感的一端、第五絕緣柵雙極晶體管的集電極、電壓互感 器的一端、避雷器的一端、第六絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極、第七絕緣柵雙極晶體管的集電 極和第五反向二極管的陰極，所述的第二門極可控晶閘管的陽(yáng)極同時(shí)連接第一反向二極管 的陽(yáng)極和第一絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極；所述的第二反向二極管的陰極同時(shí)連接第二絕 緣柵雙極晶體管的集電極和第四門極可控晶閘管的陰極，第四門極可控晶閘管的陽(yáng)極同時(shí) 連接電流互感器的一端、第五門極可控晶閘管的陽(yáng)極和第六門極可控晶閘管的陽(yáng)極，所述 的電流互感器的另一端同時(shí)連接電感的另一端、第五絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極、電壓互 感器的另一端、避雷器的另一端和第一能耗電阻的一端，第一能耗電阻的另一端連接第六 絕緣柵雙極晶體管的集電極；所述的第七絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接第五反向二 極管的陽(yáng)極和第二能耗電阻的一端，第二能耗電阻的另一端接地；所述的第五門極可控晶 閘管的陰極同時(shí)連接第四絕緣柵雙極晶體管的集電極和第四反向二極管的陰極，第四絕緣 柵雙極晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接第四反向二極管的陽(yáng)極、第三反向二極管的陰極、第三絕 緣柵雙極晶體管的集電極、第二交流斷路器的一端和第六門極可控晶閘管的陰極；所述的 第三反向二極管的陽(yáng)極同時(shí)連接第三絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極和第三門極可控晶閘管 的陽(yáng)極。
[0010] 所述的第一交流斷路器的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端； [0011] 所述的第二交流斷路器的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出端； [0012] 所述的第一絕緣柵雙極晶體管的基極、第二絕緣柵雙極晶體管的基極、第三絕緣 柵雙極晶體管的基極、第四絕緣柵雙極晶體管的基極、第五絕緣柵雙極晶體管的基極、第六 絕緣柵雙極晶體管的基極、第七絕緣柵雙極晶體管的基極、第一門極可控晶閘管的門極、第 二門極可控晶閘管的門極、第三門極可控晶閘管的門極、第四門極可控晶閘管的門極、第五 門極可控晶閘管的門極、第六門極可控晶閘管的門極、第一交流斷路器的控制端和第二交 流斷路器的控制端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端；
[0013] 所述的電壓互感器輸出端和電流互感器輸出端作為分布式電源故障保護(hù)單元的 第二輸出端。
[0014] 所述的分布式電源故障保護(hù)單元為A相分布式電源故障保護(hù)單元或B相分布式電 源故障保護(hù)單元或C相分布式電源故障保護(hù)單元。
[0015] 采用適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置進(jìn)行的保護(hù)方法，包括以下步 驟：
[0016] 步驟1、采用中央監(jiān)控單元同時(shí)控制A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電 源故障保護(hù)單元和C相分布式電源故障保護(hù)單元的內(nèi)部元件，具體為：
[0017] 采用中央監(jiān)控單元控制第一交流斷路器和第二交流斷路器閉合，發(fā)送控制信號(hào)至 第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極 晶體管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第四門極可控晶閘管和第五門極可控 晶閘管，使其導(dǎo)通，并發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管、第 七絕緣柵雙極晶體管、第一門極可控晶閘管和第六門極可控晶閘管，使其關(guān)斷；
[0018] 步驟2、同時(shí)采用A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元和 C相分布式電源故障保護(hù)單元內(nèi)部的電壓互感器對(duì)電感兩側(cè)電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采用電 流互感器對(duì)電感上的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的電壓值和電流值發(fā)送至中央監(jiān)控單元 中；
[0019] 步驟3、中央監(jiān)控單元判斷電壓值是否超過(guò)電壓設(shè)定值的±5V，電流值是否超過(guò) 1. 5倍設(shè)定值，當(dāng)其中任意一者超過(guò)或兩者同時(shí)超過(guò)時(shí)，執(zhí)行步驟4,否則返回執(zhí)行步驟2 ;
[0020] 步驟4、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元 中，控制其第五絕緣柵雙極晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管和第七絕緣柵雙極晶體管，使其 導(dǎo)通，發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管和第六門極可控晶閘管，使其導(dǎo)通；發(fā)送控制信 號(hào)至第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵 雙極晶體管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第四門極可控晶閘管和第五門極 可控晶閘管，使其關(guān)斷；發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極晶體管和第七絕緣柵雙極晶體管， 使其關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)在不切機(jī)的情況下，將電感接入；
[0021] 步驟5、采用中央監(jiān)控單元判斷發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中電感兩側(cè) 電壓值是否恢復(fù)至額定電壓，且電感上電流值是否恢復(fù)值額定電流，若是，則返回執(zhí)行步驟 1，否則，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的故障穿越時(shí)間時(shí)，執(zhí)行步驟6 ;
[0022] 步驟6、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管和第六門極可控 晶閘管，使其關(guān)斷，并控制第一交流斷路器和第二交流斷路器斷開(kāi)，完成切機(jī)動(dòng)作。
[0023] 所述的設(shè)定的故障穿越時(shí)間取值范圍為0?3s。
[0024] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0025] 本發(fā)明一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置及方法，與傳統(tǒng)的短路保 護(hù)（Crowbar Protection)技術(shù)相比，本發(fā)明首先利用故障保護(hù)電路中的電感來(lái)限制故障電 流瞬間故障電流上升變化率和故障穿越期間短路電流幅值，抑制電流瞬時(shí)峰值時(shí)是利用電 感對(duì)電流變化的抑制作用，無(wú)需控制系統(tǒng)響應(yīng)，瞬時(shí)自動(dòng)投入，能夠在正常運(yùn)行與系統(tǒng)故障 狀態(tài)下，減少故障電流對(duì)設(shè)備的沖擊；其次，故障期間分流耗能電阻和限流電感的投入實(shí)現(xiàn) 分布式電源在維持原運(yùn)行狀態(tài)不變的情況下，不切機(jī)狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，無(wú)需閉鎖變流器設(shè) 備，確保了低電壓穿越技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；最后本發(fā)明獨(dú)有的控制方法與控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)能夠 避免保護(hù)設(shè)備投切的響應(yīng)延時(shí)，對(duì)故障電流瞬時(shí)峰值和故障穿越期間短路電流幅值能夠及 時(shí)有效的抑制，避免其對(duì)源端設(shè)備造成損壞。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的接入雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的A相分布式電源故障保護(hù)裝置電路原理圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的中央監(jiān)控單元電路原理圖；
[0031] 圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例的運(yùn)放電路模塊電路原理圖；
[0032] 圖7為本發(fā)明一種實(shí)施例的適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)方法方法流 程圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明一種實(shí)施例的在故障電流峰值抑制階段電路原理圖；
[0034] 圖9為本發(fā)明一種實(shí)施例的在模式切換階段轉(zhuǎn)化電路原理圖；
[0035] 圖10為本發(fā)明一種實(shí)施例的在故障穿越階段電路原理圖；
[0036] 圖11為本發(fā)明一種實(shí)施例的在切機(jī)狀態(tài)下電感釋放能量電路圖；
[0037] 圖12為本發(fā)明安裝分布式電源故障保護(hù)裝置前三相電流有效值曲線圖；
[0038] 圖13為本發(fā)明安裝分布式電源故障保護(hù)裝置后三相電流有效值曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040] 如圖1所示適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置包括中央監(jiān)控單元、A相 分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元、C相分布式電源故障保護(hù)單元和 變換器；如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中，將雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為分布式電源，變換器采用 型號(hào)為ZX18-0. 97/4V ;中央監(jiān)控單元采用TMS320F28335型號(hào)。
[0041] 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單 元的第一輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端均連接雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的輸出端，A相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的第 一輸出端和C相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸出端均連接變換器的三路輸入端，變換 器的輸出端接入電網(wǎng)。
[0042] 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單 元的第二輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端連接中央監(jiān)控單元的三路 輸出端，A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的第二 輸出端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端連接中央監(jiān)控單元的三路輸入端。
[0043] 本發(fā)明實(shí)施例中，A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元 和C相分布式電源故障保護(hù)單元結(jié)構(gòu)相同，本實(shí)施例中以A相分布式電源故障保護(hù)單元為 例，如圖3所示，包括電壓互感器Ρ?\、電流互感器CI\、第一反向二極管VDi、第二反向二極管 VD2、第三反向二極管VD3、第四反向二極管VD4、第五反向二極管VD 5、第一絕緣柵雙極晶體管 ?\、第二絕緣柵雙極晶體管T2、第三絕緣柵雙極晶體管T3、第四絕緣柵雙極晶體管T4、第五絕 緣柵雙極晶體管τ 5、第六絕緣柵雙極晶體管Τ6、第七絕緣柵雙極晶體管Τ7、電感Li、第一交流 斷路器Ki、第二交流斷路器κ2、第一門極可控晶閘管％、第二門極可控晶閘管％、第三門極可 控晶閘管％、第四門極可控晶閘管1、第五門極可控晶閘管^、第六門極可控晶閘管1、第一 能耗電阻Ri、第二能耗電阻R2和一個(gè)避雷器ZPi，其中，電壓互感器采用JDZ1-1型號(hào)；電流 互感器CI\采用KHCT911L-600A/5A型號(hào)；避雷器采用HY1. 5W-0. 5/2. 6型號(hào)；
[0044] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例中，第一交流斷路器&的一端同時(shí)連接第一門極可控 晶閘管Vi的陽(yáng)極、第一反向二極管VDi的陰極、第二反向二極管VD 2的陽(yáng)極、第一絕緣柵雙 極晶體管?\的集電極和第二絕緣柵雙極晶體管T2的發(fā)射極，所述的第一門極可控晶閘管' 的陰極同時(shí)連接第二門極可控晶閘管％的陰極、第三門極可控晶閘管％的陰極、電感U的 一端、第五絕緣柵雙極晶體管T 5的集電極、電壓互感器Ρ?\的一端、避雷器ZPi的一端、第六 絕緣柵雙極晶體管T6的發(fā)射極、第七絕緣柵雙極晶體管T 7的集電極和第五反向二極管VD5 的陰極，所述的第二門極可控晶閘管V2的陽(yáng)極同時(shí)連接第一反向二極管VDi的陽(yáng)極和第一 絕緣柵雙極晶體管?\的發(fā)射極；所述的第二反向二極管VD 2的陰極同時(shí)連接第二絕緣柵雙 極晶體管！^的集電極和第四門極可控晶閘管V4的陰極，第四門極可控晶閘管V 4的陽(yáng)極同 時(shí)連接電流互感器CI\的一端、第五門極可控晶閘管V5的陽(yáng)極和第六門極可控晶閘管V 6的 陽(yáng)極，所述的電流互感器CI\的另一端同時(shí)連接電感U的另一端、第五絕緣柵雙極晶體管T5 的發(fā)射極、電壓互感器的另一端、避雷器的另一端和第一能耗電阻&的一端，第一 能耗電阻&的另一端連接第六絕緣柵雙極晶體管T 6的集電極；所述的第七絕緣柵雙極晶 體管Τ7的發(fā)射極同時(shí)連接第五反向二極管VD5的陽(yáng)極和第二能耗電阻R 2的一端，第二能耗 電阻R2的另一端接地；所述的第五門極可控晶閘管V5的陰極同時(shí)連接第四絕緣柵雙極晶 體管T 4的集電極和第四反向二極管VD4的陰極，第四絕緣柵雙極晶體管T4的發(fā)射極同時(shí)連 接第四反向二極管VD 4的陽(yáng)極、第三反向二極管VD3的陰極、第三絕緣柵雙極晶體管τ3的集 電極、第二交流斷路器Κ 2的一端和第六門極可控晶閘管ν6的陰極；所述的第三反向二極管 VD3的陽(yáng)極同時(shí)連接第三絕緣柵雙極晶體管τ3的發(fā)射極和第三門極可控晶閘管ν3的陽(yáng)極。
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例中，第一交流斷路器1的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第 一輸入端；所述的第二交流斷路器Κ 2的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出 端；所述的第一絕緣柵雙極晶體管1\的基極、第二絕緣柵雙極晶體管τ 2的基極、第三絕緣柵 雙極晶體管Τ3的基極、第四絕緣柵雙極晶體管Τ4的基極、第五絕緣柵雙極晶體管1~ 5的基極、 第六絕緣柵雙極晶體管τ6的基極、第七絕緣柵雙極晶體管τ7的基極、第一門極可控晶閘管 L的門極、第二門極可控晶閘管^的門極、第三門極可控晶閘管％的門極、第四門極可控晶 閘管ν4的門極、第五門極可控晶閘管％的門極和第六門極可控晶閘管1的門極、第一交流 斷路器Ki控制端和第二交流斷路器κ 2控制端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端； 所述的電壓互感器Ρ?\輸出端和電流互感器CI\輸出端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第 二輸出端；所述的分布式電源故障保護(hù)單元為A相分布式電源故障保護(hù)單元或B相分布式 電源故障保護(hù)單元或C相分布式電源故障保護(hù)單元。
[0046] 圖4為信號(hào)調(diào)理電路原理圖，本發(fā)明實(shí)施例中，包括六個(gè)信號(hào)調(diào)理電路，且結(jié) 構(gòu)相同，六個(gè)信號(hào)調(diào)理電路的輸入端U/I分別連接三個(gè)電壓互感器的輸出端和三個(gè)電 流互感器的輸出端；如圖5所示，六個(gè)信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)ADS8364型數(shù)據(jù)采集芯片連接 TMS320F28335型號(hào)DSP芯片，其中，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端+0UT、-0UT、IN端依次連接數(shù)據(jù) 采集芯片的+IN、-IN、REF端；數(shù)據(jù)采集芯片的否、互萬(wàn)、：^、CLK、D0?D15分別 接入TMS320F28335 型號(hào) DSP 芯片的云、而、阮、EXT _/NT \、MCLKX、DO ?D15 ;DSP 芯 片的6?101?10、16?20、41?55、56?62、80?82的45個(gè)端口分別連接45個(gè)]?579621^ 芯片的13引腳，如圖6所示，每15個(gè)M57962L芯片對(duì)應(yīng)連接一個(gè)分布式電源故障保護(hù)單元， 包括A相分布式電源故障保護(hù)單元或B相分布式電源故障保護(hù)單元或C相分布式電源故障 保護(hù)單元，在每個(gè)分布式電源故障保護(hù)單元中，并通過(guò)7個(gè)M57962L芯片的5引腳連接分別 連接第一絕緣柵雙極晶體管?\的基極、第二絕緣柵雙極晶體管T 2的基極、第三絕緣柵雙極 晶體管Τ3的基極、第四絕緣柵雙極晶體管Τ4的基極、第五絕緣柵雙極晶體管Τ 5的基極、第 六絕緣柵雙極晶體管Τ6的基極、第七絕緣柵雙極晶體管Τ7的基極；通過(guò)6個(gè)M57962L芯片 的5引腳連接分別連接第一門極可控晶閘管 ' 的門極、第二門極可控晶閘管％的門極、第 三門極可控晶閘管V3的門極、第四門極可控晶閘管1的門極、第五門極可控晶閘管％的門 極和第六門極可控晶閘管V 6的門極；通過(guò)2個(gè)M57962L芯片的5引腳連接分別第一交流斷 路器I控制端和第二交流斷路器K2控制端。
[0047] 采用適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置進(jìn)行的保護(hù)方法，方法流程圖如 圖7所示，包括以下步驟：
[0048] 步驟1、采用中央監(jiān)控單元同時(shí)控制Α相分布式電源故障保護(hù)單元、Β相分布式電 源故障保護(hù)單元和C相分布式電源故障保護(hù)單元的內(nèi)部元件，具體為：
[0049] 采用中央監(jiān)控單元控制第一交流斷路器&和第二交流斷路器K2閉合，發(fā)送控制信 號(hào)至第一絕緣柵雙極晶體管?\、第二絕緣柵雙極晶體管Τ 2、第三絕緣柵雙極晶體管Τ3、第四 絕緣柵雙極晶體管Τ4、第二門極可控晶閘管％、第三門極可控晶閘管％、第四門極可控晶閘 管V 4和第五門極可控晶閘管V5，使其導(dǎo)通，并發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極晶體管Τ5、第 六絕緣柵雙極晶體管Τ 6、第七絕緣柵雙極晶體管Τ7、第一門極可控晶閘管 ' 和第六門極可 控晶閘管V6,使其關(guān)斷；
[0050] 步驟2、同時(shí)采用A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元和 C相分布式電源故障保護(hù)單元內(nèi)部的電壓互感器對(duì)電感U兩側(cè)電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采用 電流互感器對(duì)電感U上的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的電壓值和電流值發(fā)送至中央監(jiān)控 單元中；
[0051] 步驟3、中央監(jiān)控單元判斷電壓值是否超過(guò)電壓設(shè)定值的±5V，電流值是否超過(guò) 1. 5倍設(shè)定值，當(dāng)其中任意一者超過(guò)或兩者同時(shí)超過(guò)時(shí)，執(zhí)行步驟4,否則返回執(zhí)行步驟2 ;
[0052] 步驟4、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元 中，控制其第五絕緣柵雙極晶體管T 5、第六絕緣柵雙極晶體管T6和第七絕緣柵雙極晶體管 Τ7,使其導(dǎo)通，發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管 ' 和第六門極可控晶閘管V6，使其導(dǎo) 通；發(fā)送控制信號(hào)至第一絕緣柵雙極晶體管?\、第二絕緣柵雙極晶體管T 2、第三絕緣柵雙極 晶體管Τ3、第四絕緣柵雙極晶體管1\、第二門極可控晶閘管％、第三門極可控晶閘管％、第四 門極可控晶閘管V 4和第五門極可控晶閘管V5，使其關(guān)斷；發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極 晶體管T5和第七絕緣柵雙極晶體管T 7,使其關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)在不切機(jī)的情況下，將電感U接入；
[0053] 本發(fā)明實(shí)施例中，如圖8所示，當(dāng)判斷發(fā)生故障時(shí)，分布式電源故障保護(hù)單元中通 過(guò)電感U的電流會(huì)發(fā)生瞬時(shí)改變，此時(shí)，電感Q反向電動(dòng)勢(shì)抑制故障發(fā)生時(shí)電流的瞬時(shí)峰 值，當(dāng)通過(guò)電感U的電流趨于穩(wěn)定時(shí)，同時(shí)電流互感器CI\監(jiān)測(cè)電流達(dá)到1.5倍，此時(shí)中央 監(jiān)控單元首先發(fā)送控制信號(hào)至發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中，控制其第五絕緣柵 雙極晶體管τ5、第六絕緣柵雙極晶體管τ6和第七絕緣柵雙極晶體管τ7,使其導(dǎo)通，第二能耗 電阻R 2 = Ua/Ia (Ia表示線路單相電流，ua表示線路單相電壓）即近似系統(tǒng)阻抗，此時(shí)，通過(guò) 第七絕緣柵雙極晶體管τ 7對(duì)故障電流進(jìn)行模式切換時(shí)的分流，通過(guò)第五絕緣柵雙極晶體管 τ5和第七絕緣柵雙極晶體管Τ7回路將圖中電流Ii分為電流12和電流1 3，此時(shí)分布式電源 故障保護(hù)單元進(jìn)入模式切換狀態(tài)，如圖9 ;此狀態(tài)為過(guò)渡狀態(tài)，不能持續(xù)運(yùn)行，（目的是不切 機(jī)不間斷運(yùn)行狀態(tài)下使得電感上由直流線路接入交流線路抑制短路電流）；然后中央監(jiān)控 單元發(fā)送控制信號(hào)至發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中，依次給門極可控晶閘管'、ν 6 觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通狀態(tài)，給門極可控晶閘管ν2、ν3、ν4、ν5觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷狀態(tài)，給絕緣柵 雙極晶體管?\、Τ 2、Τ3、Τ4觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷狀態(tài)，給絕緣柵雙極晶體管Τ5、Τ 7觸發(fā)信號(hào)使其 關(guān)斷狀態(tài)，最終，完成在不切機(jī)情況下的電感L1串聯(lián)接入線路，抑制短路電流，此過(guò)程中避 雷器ZPi -直處于接入狀態(tài)，防止故障過(guò)電壓和電感切換引起的操作過(guò)電壓如圖10 ;
[0054] 步驟5、采用中央監(jiān)控單元判斷發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中電感Q兩 側(cè)電壓值是否恢復(fù)至額定電壓，且電感1^上電流值是否恢復(fù)值額定電流，若是，則返回執(zhí)行 步驟1，否則，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的故障穿越時(shí)間時(shí)，執(zhí)行步驟6 ;
[0055] 所述的設(shè)定的故障穿越時(shí)間取值范圍為0?3s。
[0056] 步驟6、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管％和第六門極可 控晶閘管V 6，使其關(guān)斷，并控制第一交流斷路器&和第二交流斷路器K2斷開(kāi)，完成切機(jī)動(dòng) 作。
[0057] 本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)完成切機(jī)時(shí)，形成如圖11所示的電路結(jié)構(gòu)，電感Q和第六絕 緣柵雙極晶體管T 6形成回路，并通過(guò)第一能耗電阻&釋放能量，實(shí)現(xiàn)分布式電源的切除和 分布式電源故障保護(hù)裝置內(nèi)部能量釋放的目的。
[0058] 如圖12和圖13所示，從圖中曲線可以看出，在2秒至3秒出現(xiàn)故障期間，安裝后 故障電流得到了明顯的抑制，在2秒故障出現(xiàn)和3秒排除時(shí)，故障電流瞬時(shí)峰值也得到明顯 的抑制作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置，其特征在于：該裝置包括中央監(jiān) 控單元、A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元、C相分布式電源故障 保護(hù)單元和變換器，其中， 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的 第一輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸入端均連接分布式電源的輸出端，A 相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單兀的第一輸出端和 C相分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出端均連接變換器的三路輸入端，變換器的輸出端 接入電網(wǎng)； 所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的 第二輸入端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端連接中央監(jiān)控單元的三路輸出 端，A相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端、B相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出 端和C相分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸出端連接中央監(jiān)控單元的三路輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置，其特征在 于：所述的A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元和C相分布式電源 故障保護(hù)單元結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)電壓互感器、一個(gè)電流互感器、第一反向二極管、第二 反向二極管、第三反向二極管、第四反向二極管、第五反向二極管、第一絕緣柵雙極晶體管、 第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體管、第五絕緣柵雙極 晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管、第七絕緣柵雙極晶體管、一個(gè)電感、第一交流斷路器、第二 交流斷路器、第一門極可控晶閘管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第四門極 可控晶閘管、第五門極可控晶閘管、第六門極可控晶閘管、第一能耗電阻、第二能耗電阻和 一個(gè)避雷器；其中， 所述的第一交流斷路器的一端同時(shí)連接第一門極可控晶閘管的陽(yáng)極、第一反向二極管 的陰極、第二反向二極管的陽(yáng)極、第一絕緣柵雙極晶體管的集電極和第二絕緣柵雙極晶體 管的發(fā)射極，所述的第一門極可控晶閘管的陰極同時(shí)連接第二門極可控晶閘管的陰極、第 三門極可控晶閘管的陰極、電感的一端、第五絕緣柵雙極晶體管的集電極、電壓互感器的一 端、避雷器的一端、第六絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極、第七絕緣柵雙極晶體管的集電極和第 五反向二極管的陰極，所述的第二門極可控晶閘管的陽(yáng)極同時(shí)連接第一反向二極管的陽(yáng)極 和第一絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極；所述的第二反向二極管的陰極同時(shí)連接第二絕緣柵雙 極晶體管的集電極和第四門極可控晶閘管的陰極，第四門極可控晶閘管的陽(yáng)極同時(shí)連接電 流互感器的一端、第五門極可控晶閘管的陽(yáng)極和第六門極可控晶閘管的陽(yáng)極，所述的電流 互感器的另一端同時(shí)連接電感的另一端、第五絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極、電壓互感器的 另一端、避雷器的另一端和第一能耗電阻的一端，第一能耗電阻的另一端連接第六絕緣柵 雙極晶體管的集電極；所述的第七絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接第五反向二極管的 陽(yáng)極和第二能耗電阻的一端，第二能耗電阻的另一端接地；所述的第五門極可控晶閘管的 陰極同時(shí)連接第四絕緣柵雙極晶體管的集電極和第四反向二極管的陰極，第四絕緣柵雙極 晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接第四反向二極管的陽(yáng)極、第三反向二極管的陰極、第三絕緣柵雙 極晶體管的集電極、第二交流斷路器的一端和第六門極可控晶閘管的陰極；所述的第三反 向二極管的陽(yáng)極同時(shí)連接第三絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極和第三門極可控晶閘管的陽(yáng)極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置，其特征在 于： 所述的第一交流斷路器的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸入端； 所述的第二交流斷路器的另一端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第一輸出端； 所述的第一絕緣柵雙極晶體管的基極、第二絕緣柵雙極晶體管的基極、第三絕緣柵雙 極晶體管的基極、第四絕緣柵雙極晶體管的基極、第五絕緣柵雙極晶體管的基極、第六絕緣 柵雙極晶體管的基極、第七絕緣柵雙極晶體管的基極、第一門極可控晶閘管的門極、第二門 極可控晶閘管的門極、第三門極可控晶閘管的門極、第四門極可控晶閘管的門極、第五門極 可控晶閘管的門極、第六門極可控晶閘管的門極、第一交流斷路器的控制端和第二交流斷 路器的控制端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第二輸入端； 所述的電壓互感器輸出端和電流互感器輸出端作為分布式電源故障保護(hù)單元的第二 輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)裝置，其特征在 于：所述的分布式電源故障保護(hù)單元為A相分布式電源故障保護(hù)單元或B相分布式電源故 障保護(hù)單元或C相分布式電源故障保護(hù)單元。
5. -種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1、采用中央監(jiān)控單元同時(shí)控制A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故 障保護(hù)單元和C相分布式電源故障保護(hù)單元的內(nèi)部元件，具體為： 采用中央監(jiān)控單元控制第一交流斷路器和第二交流斷路器閉合，發(fā)送控制信號(hào)至第一 絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體 管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第四門極可控晶閘管和第五門極可控晶閘 管，使其導(dǎo)通，并發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管、第七絕 緣柵雙極晶體管、第一門極可控晶閘管和第六門極可控晶閘管，使其關(guān)斷； 步驟2、同時(shí)采用A相分布式電源故障保護(hù)單元、B相分布式電源故障保護(hù)單元和C相 分布式電源故障保護(hù)單元內(nèi)部的電壓互感器對(duì)電感兩側(cè)電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采用電流互 感器對(duì)電感上的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的電壓值和電流值發(fā)送至中央監(jiān)控單元中； 步驟3、中央監(jiān)控單元判斷電壓值是否超過(guò)電壓設(shè)定值的±5V，電流值是否超過(guò)1. 5倍 設(shè)定值，當(dāng)其中任意一者超過(guò)或兩者同時(shí)超過(guò)時(shí)，執(zhí)行步驟4,否則返回執(zhí)行步驟2 ; 步驟4、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中，控 制其第五絕緣柵雙極晶體管、第六絕緣柵雙極晶體管和第七絕緣柵雙極晶體管，使其導(dǎo)通， 發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管和第六門極可控晶閘管，使其導(dǎo)通；發(fā)送控制信號(hào)至 第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極 晶體管、第二門極可控晶閘管、第三門極可控晶閘管、第四門極可控晶閘管和第五門極可控 晶閘管，使其關(guān)斷；發(fā)送控制信號(hào)至第五絕緣柵雙極晶體管和第七絕緣柵雙極晶體管，使其 關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)在不切機(jī)的情況下，將電感接入； 步驟5、采用中央監(jiān)控單元判斷發(fā)生故障的分布式電源故障保護(hù)單元中電感兩側(cè)電壓 值是否恢復(fù)至額定電壓，且電感上電流值是否恢復(fù)值額定電流，若是，則返回執(zhí)行步驟1，否 貝1J，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的故障穿越時(shí)間時(shí)，執(zhí)行步驟6 ; 步驟6、采用中央監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)至第一門極可控晶閘管和第六門極可控晶閘 管，使其關(guān)斷，并控制第一交流斷路器和第二交流斷路器斷開(kāi)，完成切機(jī)動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于多源電網(wǎng)的分布式電源故障保護(hù)方法，其特征在 于：所述的步驟5中設(shè)定的故障穿越時(shí)間取值范圍為0?3s。
【文檔編號(hào)】H02H9/02GK104092202SQ201410334167
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】張明理, 吳冠男, 徐建源, 張子信, 宋卓然, 梁毅 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)