CN103560541B - 一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法 - Google Patents

一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法,属于交直流混合微网运行控制领域,本发明在交直流混合微网系统中加入功率泄放单元、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、中央监控单元,构成交直流混合微网系统交流故障穿越的协调控制结构;本发明实现故障过程中过剩功率的可控释放通路,避免网内潮流突变对设备冲击,稳定低压直流母线电压波动,并避免交直功率互送设备闭锁,使其在故障过程中进行功率传输,同时减小故障电流对功率变频单元冲击,以最优方式控制网内潮流分布,控制剩余功率释放,降低过流损耗,并在故障期间正常工作,实现交直流微网并网运行时的交流故障穿越;装置结构紧凑,以最低损耗方式实现了故障穿越,具有推广意义。

Description

一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法
技术领域
本发明属于交直流混合微网运行控制领域,具体涉及一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法。
背景技术
对于交直流混合微网系统而言,为了降低故障情况下交直流混合微网内潮流突变以及交流微网系统故障情况下对直流微网系统的影响,同时提高网内电力电子设备的安全可靠性,要求当交流微网系统出现电网电压跌落严重故障时(如三相短路故障等),交直流微网系统间联络母线尽可能不要进行开断操作,交直流混合微网系统间联络母线的切出以及故障恢复后的重新并网投入会造成网内潮流突变,对交直流混合微网内微源和负荷带来很大的冲击,同时对网内电力电子设备的损害性也是巨大的。因此要求交直流混合微网系统能够在交流微网故障发生时继续运行,实现故障穿越功能。截止目前,交直流混合微网技术处于新兴发展阶段,现有的故障穿越技术还仅仅停留在对于微源采用单一的Crowbar电路原理,发生故障时进行过剩功率释放,或是仅仅依靠调节微网系统的并网和孤岛模式控制方式切换来完成稳定交直流低压母线电压的作用。这些技术存在严重的局限性,没有很好的达到提高交直流混合微网故障穿越水平以及抑制直流低压母线电压波动。因此设计出结合控制方法与控制系统硬件结构,能够以最优化方式为故障时过剩功率提供路径并同时稳定直流母线电压的研究工作显得极其重要。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法,以达到使故障电流分解,降低变流器过流损耗,实现交直流混合微网故障穿越的目的。
一种交直流混合微网故障穿越控制装置,包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器、第一功率泄放单元、第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元和中央监控单元;其中,
所述的第一功率泄放单元的一路输入端、第二功率泄放单元的一路输入端和变流器的交流端均接入交流微网,直流电压调整单元的输出端和直流功率泄放单元的输出端均连接至变流器的直流端,直流电压调整单元的一路输入端和直流功率泄放单元的一路输入端均接入直流微网;第一电流传感器的输出端、第二电流传感器的输出端、第三电流传感器的输出端、第一电压传感器的输出端、第二电压传感器的输出端、第三电压传感器的输出端和第四电压传感器的输出端分别连接中央监控单元的七路输入端,中央监控单元的一路输出端连接第一功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的另一路输出端连接第二功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的又三路输出端连接直流电压调整单元的另三路输入端,中央监控单元的又一路输出端连接直流功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的又一路输出端连接设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器;
第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、并联于变流器直流端的一个稳压电容和设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器构成双向功率变频单元。
所述的第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同,均包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、一个电容、一个电阻和一个绝缘栅双极晶体管,具体连接关系为:
所述的第一二极管的阳极、第一晶闸管的阴极、第二二极管的阳极、第二晶闸管的阴极、第三二极管的阳极和第三晶闸管的阴极同时连接电容的一端;第四二极管的阴极、第四晶闸管的阳极、第五二极管的阴极、第五晶闸管的阳极、第六二极管的阴极和第六晶闸管的阳极同时连接电容的另一端;第一二极管的阴极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阳极同时连接第四晶闸管的阴极;第二二极管的阴极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阳极同时连接第五晶闸管的阴极;第三二极管的阴极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阳极同时连接第六晶闸管的阴极;电阻的一端连接电容的一端,电阻的另一端连接绝缘栅双极晶体管的集电极,绝缘栅双极晶体管的发射极连接电容的另一端。
所述的直流电压调整单元包括一个电阻、第一电感、第二电感、一个二极管、第一电容、第二电容、第一直流接触器、第二直流接触器和一个绝缘栅双极晶体管,具体链接关系为:
所述的电阻的一端、二极管的阳极、第一电感的一端同时连接第一电容的一端,电阻的另一端同时连接第二电感的一端和第一直流接触器的一端,第一直流接触器的另一端连接变流器的直流端,第二电感的另一端同时连接二极管的阴极和第二电容的一端,第二电容的另一端同时连接第一电感的另一端和绝缘栅双极晶体管的发射极,绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第一电容的另一端和第二直流接触器的一端,第二直流接触器的另一端接入直流微网。
所述的直流功率泄放单元包括一个电阻、一个二极管、一个绝缘栅双极晶体管和一个直流接触器,具体连接关系为:二极管的阳极同时连接绝缘栅双极晶体管的集电极和直流接触器的一端,直流接触器的另一端接入直流微网,绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接二极管的阴极和电阻的一端,电阻的另一端接地。
采用交直流混合微网故障穿越控制装置进行控制的方法,包括以下步骤:
步骤1、采用第一电流传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电流,采用第一电压传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电压,采用第二电流传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电流,采用第二电压传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电压,采用第三电流传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电流,采用第三电压传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电压,采用第四电压传感器采集直流电压调整单元输出端的直流电压,获得十五个采集信号;
步骤2、对获得的十五个采集信号进行模数转换处理;
步骤3、采用中央监控单元对采集的两组交流信号进行判断,即判断交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均小于0.1倍的额定电压,且同时判断交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均大于1.5倍的额定电流,若是,则执行步骤4,否则返回执行步骤1;
步骤4、中央监控单元发出信号控制第一功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,并根据直流电流流向判断双向功率变频单元的工作状态,即逆变状态或整流状态,若为逆变状态,则执行步骤5,若为整流状态,则执行步骤9;
步骤5、中央监控单元发出信号控制关闭直流电压调整单元内部的第一直流接触器和第二直流接触器,控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器,并断开设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器;
步骤6、中央监控单元计算获得直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管的导通时间,并发出控制信号控制该绝缘栅双极晶体管的导通与关闭;
具体获得导通时间方法为:根据采集的实际直流电压调整单元输出端直流电压值、直流功率泄放单元输出端的直流电压值和设定的直流电压调整单元输出端直流电压期望值,调整直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管的导通时间,直至实际直流电压调整单元输出端直流电压值等于期望值;
步骤7、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制直流功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到直流功率泄放单元内部的能耗电阻上;
步骤8、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得交流功率泄放到第二功率泄放单元内部的能耗电阻上,执行步骤12;
步骤9、中央监控单元发出信号控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器;
步骤10、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制直流功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到直流功率泄放单元内部的能耗电阻上;
步骤11、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得交流功率泄放到第二功率泄放单元内部的能耗电阻上,执行步骤12;
步骤12、采用中央监控单元判断此时交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均在设定范围内,并且此时交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均在设定范围内,若均不在,则返回执行步骤1,否则返回执行步骤4;
步骤13、当交流微网停止运行时,方法结束。
步骤12所述的交流电压设定范围为:0.97UN<U<1.03UN,其中,UN为额定电压,U为交流负荷输入端三相交流电压或双向功率变频单元交流输出端三相交流电压;所述的交流电流设定范围为:I<1.1IN,其中,IN为额定电流,I为交流负荷输入端三相交流电流或双向功率变频单元交流输出端三相交流电流。
本发明优点:
本发明一种交直流混合微网故障穿越控制装置及方法,有利于提高交直流混合微网的交流故障穿越能力,在交直流混合微网系统中,加入功率泄放单元、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、中央监控单元,构成交直流混合微网系统交流故障穿越的协调控制结构;通过本发明的控制方法对该控制结构进行协调控制,实现故障过程中过剩功率的可控释放通路,避免网内潮流突变对设备的冲击,稳定由交流故障引起的低压直流母线电压波动,同时避免交直功率互送设备闭锁,使其在故障过程中进行功率传输,同时通过应用该控制系统与控制方法减小故障电流对功率变频单元的冲击,以最优方式控制网内潮流分布,控制剩余功率释放,降低了功率变频单元过流损耗,并能在故障期间正常工作,整体实现了交直流微网并网运行时的交流故障穿越;为系统安全稳定提供了良好的运行环境;整体控制结构紧凑,各单元间优化合理协调工作,以最低损耗的方式实现了故障穿越,具有推广意义。
附图说明
图1为本发明一种实施例的装置整体结构示意图;
图2为本发明一种实施例的信号调理电路的电路原理图;
图3为本发明一种实施例的中央监控单元电路原理图;
图4为本发明一种实施例的第一功率泄放单元电路原理图;
图5为本发明一种实施例的直流电压调整单元电路原理图;
图6为本发明一种实施例的直流功率泄放单元电路原理图;
图7为本发明一种实施例的交直流混合微网故障穿越控制方法流程图;
图8为本发明一种实施例的双向功率变频单元在逆变状态下的电路原理图;
图9为本发明一种实施例的双向功率变频单元在整流状态下的电路原理图;
图10为本发明一种实施例的运放电路模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
如图1所示,本实施方式例中,交直流混合微网的高压直流母线通过电力电子变压器中整流变流器AC/DC接入外部10kV交流配电网,380V交流母线通过逆变变流器接入高压直流母线,600V低压直流母线电力电子变压器DC/DC接入高压直流母线,同时,交流负载通过380V交流母线集中接入交流微网系统,380V交流母线与600V低压直流母线通过双向功率变频单元3相连接,直流分布式电源和储能装置以及直流负荷接入600V低压直流母线,交流分布式电源和交流负荷接入380V交流母线。
如图1所示,一种交直流混合微网故障穿越控制装置,包括第一电流传感器13、第二电流传感器14、第三电流传感器15、第一电压传感器16、第二电压传感器17、第三电压传感器18、第四电压传感器19、第一功率泄放单元1、第二功率泄放单元2、变流器4、直流电压调整单元6、直流功率泄放单元10和中央监控单元12,其中,
本发明实施例中,电压传感器采用JDG4-0.5 1000/100型号的电压互感器,电流传感器采用LZJC-10Q 1000/5型号的电流互感器,中央监控单元包括有信号调理电路、数据采集芯片和中央处理器;其中中央处理器采用DSP芯片,DSP芯片为TMS320F2812系列数字信号处理器,如图10所示,运放电路模块采用M57962L,数据采集芯片采用3块AD8364并行,变流器采用FlexVert500型号,直流接触器采用直流电磁接触器NR200/500型号。
所述的第一功率泄放单元1的输入端、第二功率泄放单元2的输入端和变流器4的输出端Ua、Ub、Uc均连接380V交流母线,直流电压调整单元6的输出端和直流功率泄放单元10的输出端均连接至变流器4的输入端Udc,直流电压调整单元6的输入端和直流功率泄放单元10的输入端均接入600V低压直流母线;第一电流传感器13的信号输出端OUT、第二电流传感器14的信号输出端OUT、第三电流传感器15的信号输出端OUT、第一电压传感器16的信号输出端OUT、第二电压传感器17的信号输出端OUT、第三电压传感器18的信号输出端OUT和第四电压传感器19的信号输出端OUT分别连接中央监控单元12内部15个信号调理电路的U/I输入端,TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM1A连接第一功率泄放单元1内IGBT(绝缘栅双极晶体管VT1)的栅极,TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM2A经运放电路模块M57962L连接第二功率泄放单元2内IGBT(VT2)的栅极,TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM3A、GPIO12、GPIO13经运放电路模块M57962L连接直流电压调整单元6内IGBT(VT3)的栅极、直流接触器7的控制端、直流接触器8的控制端,TMS320F2812型号DSP芯片的输出端GPIO14经运放电路模块M57962L连接直流功率泄放单元9内直流接触器10的控制端,TMS320F2812型号DSP芯片的输出端GPIO15经运放电路模块M57962L连接设置于变流器4与直流功率泄放单元9之间的直流接触器5的控制端;第二功率泄放单元2、变流器4、直流电压调整单元6、直流功率泄放单元9、稳压电容C3和直流接触器5构成双向功率变频单元3,稳压电容C3并联于变流器4的直流端。
如图2所示,信号调理电路的+OUT端、-OUT端、IN端分别连接数据采集芯片AD8364的+IN端、-IN端和REF端,如图3所示,数据采集芯片AD8364的输入端 接5V电源,FD、HDD、BYTE、BGND、A0、A1、A2接地,CLK、D0~D15分别接入TMS320F2812型号DSP芯片的MCLKX、D0~D15。
如图4所示,第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同,以第一功率泄放单元为例,包括二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6、第一晶闸管V1、第二晶闸管V2、第三晶闸管V3、第四晶闸管V4、第五晶闸管V5、第六晶闸管V6、稳压电容C1、能耗电阻R1(大功率电阻)和IGBT(VT1),具体连接关系为:所述的二极管VD1的阳极、第一晶闸管V1的阴极、二极管VD2的阳极、第二晶闸管V2的阴极、二极管VD3的阳极和第三晶闸管V3的阴极同时连接稳压电容C1的一端;二极管VD4的阴极、第四晶闸管V4的阳极、二极管VD5的阴极、第五晶闸管V5的阳极、二极管VD6的阴极和第六晶闸管V6的阳极同时连接稳压电容C1的另一端;二极管VD1的阴极、第一晶闸管V1的阳极和二极管VD4的阳极同时连接第四晶闸管V4的阴极;二极管VD2的阴极、第二晶闸管V2的阳极和二极管VD5的阳极同时连接第五晶闸管V5的阴极;二极管VD3的阴极、第三晶闸管V3的阳极和二极管VD6的阳极同时连接第六晶闸管V6的阴极;电阻R1的一端连接稳压电容C1的一端,电阻R1的另一端连接IGBT(VT1)的集电极,IGBT(VT1)的发射极连接稳压电容C1的另一端。
如图5所示,直流电压调整单元6包括电阻R3、电感L1、电感L2、二极管VD13、稳压电容C5、稳压电容C4、直流接触器7、直流接触器8和一个IGBT(VT3),具体链接关系为:电阻R3的一端、二极管VD13的阳极、电感L1的一端同时连接稳压电容C5的一端,电阻R3的另一端同时连接电感L2的一端和直流接触器7的一端,直流接触器7的另一端连接变流器4的输入端,电感L2的另一端同时连接二极管VD13的阴极和稳压电容C4的一端,稳压电容C4的另一端同时连接电感L1的另一端和IGBT(VT3)的发射极,IGBT(VT3)的集电极同时连接稳压电容C5的另一端和直流接触器8的一端,直流接触器8的另一端接入600V低压直流母线。
如图6所示,直流功率泄放单元包括电阻R4、二极管VD14、IGBT(VT4)和直流接触器10,具体连接关系为:二极管VD14的阳极同时连接IGBT(VT4)的集电极和直流接触器10的一端,直流接触器10的另一端接入600V低压直流母线,IGBT(VT4)的发射极同时连接二极管VD14的阴极和电阻R4的一端,电阻R4的另一端接地。
采用交直流混合微网故障穿越控制装置进行控制的方法,流程图如图7所示,包括以下步骤:
步骤1、采用第一电流传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电流,采用第一电压传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电压,采用第二电流传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电流,采用第二电压传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电压,采用第三电流传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电流,采用第三电压传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电压,采用第四电压传感器采集直流电压调整单元输出端的直流电压,获得十五个采集信号;
步骤2、对获得的十五个采集信号进行模数转换处理;
步骤3、采用中央监控单元对采集的两组交流信号进行判断,即判断交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均小于0.1倍的额定电压,且同时判断交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均大于1.5被的额定电流,若是,则执行步骤4,否则返回执行步骤1;
本发明实施例中,对采集的两组交流信号进行判断:
U<0.1UN
I>1.5IN
其中,UN为额定电压,U为交流负荷输入端三相交流电压或双向功率变频单元交流输出端三相交流电压;IN为额定电流,I为交流负荷输入端三相交流电流或双向功率变频单元交流输出端三相交流电流。
步骤4、中央监控单元发出脉冲信号信号控制第一功率泄放单元内部的IGBT(VT1),并根据直流电流流向判断双向功率变频单元的工作状态,即逆变状态或整流状态,若为逆变状态,则执行步骤5,若为整流状态,则执行步骤9;
步骤5、中央监控单元发出脉冲信号控制关闭直流电压调整单元内部的直流接触器7和直流接触器8,控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器10,并断开设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器5;
双向功率变频单元3包括逆变状态和整流状态两种模式;
当双向功率变频单元工作在逆变状态下时,集中式交流负载区域交流母线发生故障,造成电压跌落时,中央控制单元12控制直流接触器静动触点迅速闭合,如图8所示,将直流电压调整单元6串联接入直流母线,将直流功率泄放单元9并联接入直流母线,同时直流接触器静动触点断开直流母线中与直流电压调整单元并联部分。中央控制单元12通过控制直流功率泄放单元中VT4导通时间来控制直流微网向交流微网传输功率总量,通过控制直流电压调整单元6中VT3导通时间来调整变流器4直流输入端电压,并通过控制全桥功率泄放单元的投放将直流母线上直流电流进行分流耗能,如此使得双向变流器逆变工况下输入的直流功率大大降低。
步骤6、中央监控单元计算获得直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管VT3的导通时间,并发出控制信号控制该绝缘栅双极晶体管的导通与关闭;
具体获得导通时间方法为:根据采集的实际直流电压调整单元输出端直流电压值U0、直流功率泄放单元输出端的直流电压值UC5和设定的直流电压调整单元输出端直流电压期望值U0′,调整直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管的导通时间ton,直至实际直流电压调整单元输出端直流电压值等于期望值;
本发明实施例中,中央监控单元12通过输出占空比可调的方波信号,控制VT3导通时间进行双向功率变频单元3中变流器直流端电压调整;
VT3导通时间为ton,当VT3导通时,600V低压直流母线通过稳压电容C3向储能电感L2输送能量;VT3关断时间为toff,当VT3关断时,储能电感L2通过电力二极管VD13与储能电容C4形成闭合回路,储能电感L2给储能电容C4充电,当电路工作于稳态时,储能电感L2、L1的电压平均值均为零,则
U C 5 t on + u c 1 t off = 0
U 0 = t on t off U C 5
设置其中,β为VT3的占空比,T为VT3进行开通与关断整体动作过程的周期。
当双向功率变频单元3处于逆变状态下时,在直流电压调整单元6接入工作前,直流输入功率为U0I1,在直流电压调整单元6接入工作后,直流输入功率为U0I2,其中,I1为故障前流向双向功率变频单元3的直流电流,I2为故障后直流功率泄放单元9接入起分流耗能工作后,双向功率变频单元3中变流器直流端输入电流,所以I2<I1,即直流端输入降低,保护变流器安全穿越故障。
步骤7、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率P2,当P2大于设定的功率期望值P* 2,控制绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到能耗电阻R4上;
步骤8、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率P3,当P3大于设定的功率期望值P* 3,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管VT2导通,使得直流功率泄放到能耗电阻R2上,执行步骤12;
步骤9、中央监控单元发出信号控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器;
当双向功率变频单元工作在整流工况下,集中式交流负载区域交流母线发生故障,造成电压跌落时,配电网继续向交直流混合微网输送能量,而集中式交流负载因为低电压造成能量传输大大降低,而使得380V交流母线上功率过剩,大部分能量通过中央控制单元12控制第二全桥功率泄放单元消耗,少部分通过双向功率变频单元向直流微网传输,此时,如图9所示,中央控制单元12控制直流接触器8静动触点闭合,同时,中央控制单元12通过控制VT4导通时间,直流功率泄放单元9接入直流母线,直流母线上直流电流idc1经过直流功率泄放单元9分流后变为idc2,其中,idc2<idc1,分流电流部分iR4通过直流接触器8和VT4流入能耗电阻R4,由此,双向功率变换单元直流输入功率为即将直流母线过剩功率消耗于电阻,确保直流低压直流母线平稳运行。
步骤10、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率P2,当P2大于设定的功率期望值P* 2,控制绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到能耗电阻R4上;
步骤11、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率P3,当P3大于设定的功率期望值P* 3,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管VT2导通,使得直流功率泄放到能耗电阻R2上;
步骤12、采用中央监控单元判断此时交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均在设定范围内,并且此时交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均在设定范围内,若均不在,则返回执行步骤1,否则返回执行步骤4;
交流电压设定范围为:0.97UN<U<1.03UN
交流电流设定范围为:I<1.1IN
步骤13、当交流微网停止运行时,方法结束。

Claims (6)

1.一种交直流混合微网故障穿越控制装置,其特征在于,包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器、第一功率泄放单元、第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元和中央监控单元,
其中,所述的第一功率泄放单元的一路输入端、第二功率泄放单元的一路输入端和变流器的交流端均接入交流微网,直流电压调整单元的输出端和直流功率泄放单元的输出端均连接至变流器的直流端,直流电压调整单元的一路输入端和直流功率泄放单元的一路输入端均接入直流微网;第一电流传感器的输出端、第二电流传感器的输出端、第三电流传感器的输出端、第一电压传感器的输出端、第二电压传感器的输出端、第三电压传感器的输出端和第四电压传感器的输出端分别连接中央监控单元的七路输入端,中央监控单元的一路输出端连接第一功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的另一路输出端连接第二功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的又三路输出端连接直流电压调整单元的另三路输入端,中央监控单元的又一路输出端连接直流功率泄放单元的另一路输入端,中央监控单元的又一路输出端连接设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器;
第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、并联于变流器直流端的一个稳压电容和设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器构成双向功率变频单元。
2.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置,其特征在于,所述的第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同,均包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、一个电容、一个电阻和一个绝缘栅双极晶体管,具体连接关系为:
所述的第一二极管的阳极、第一晶闸管的阴极、第二二极管的阳极、第二晶闸管的阴极、第三二极管的阳极和第三晶闸管的阴极同时连接电容的一端;第四二极管的阴极、第四晶闸管的阳极、第五二极管的阴极、第五晶闸管的阳极、第六二极管的阴极和第六晶闸管的阳极同时连接电容的另一端;第一二极管的阴极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阳极同时连接第四晶闸管的阴极;第二二极管的阴极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阳极同时连接第五晶闸管的阴极;第三二极管的阴极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阳极同时连接第六晶闸管的阴极;电阻的一端连接电容的一端,电阻的另一端连接绝缘栅双极晶体管的集电极,绝缘栅双极晶体管的发射极连接电容的另一端。
3.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置,其特征在于,所述的直流电压调整单元包括一个电阻、第一电感、第二电感、一个二极管、第一电容、第二电容、第一直流接触器、第二直流接触器和一个绝缘栅双极晶体管,具体连接关系为:
所述的电阻的一端、二极管的阳极、第一电感的一端同时连接第一电容的一端,电阻的另一端同时连接第二电感的一端和第一直流接触器的一端,第一直流接触器的另一端连接变流器的直流端,第二电感的另一端同时连接二极管的阴极和第二电容的一端,第二电容的另一端同时连接第一电感的另一端和绝缘栅双极晶体管的发射极,绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第一电容的另一端和第二直流接触器的一端,第二直流接触器的另一端接入直流微网。
4.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置,其特征在于,所述的直流功率泄放单元包括一个电阻、一个二极管、一个绝缘栅双极晶体管和一个直流接触器,具体连接关系为:二极管的阳极同时连接绝缘栅双极晶体管的集电极和直流接触器的一端,直流接触器的另一端接入直流微网,绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接二极管的阴极和电阻的一端,电阻的另一端接地。
5.采用权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置进行控制的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、采用第一电流传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电流,采用第一电压传感器采集交流微网中交流负荷输入端三相交流电压,采用第二电流传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电流,采用第二电压传感器采集双向功率变频单元输出端三相交流电压,采用第三电流传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电流,采用第三电压传感器采集直流功率泄放单元输出端的直流电压,采用第四电压传感器采集直流电压调整单元输出端的直流电压,获得十五个采集信号;
步骤2、对获得的十五个采集信号进行模数转换处理;
步骤3、采用中央监控单元对采集的两组交流信号进行判断,即判断交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均小于0.1倍的额定电压,且同时判断交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均大于1.5倍的额定电流,若是,则执行步骤4,否则返回执行步骤1;
步骤4、中央监控单元发出信号控制第一功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,并根据直流电流流向判断双向功率变频单元的工作状态,即逆变状态或整流状态,若为逆变状态,则执行步骤5,若为整流状态,则执行步骤9;
步骤5、中央监控单元发出信号控制关闭直流电压调整单元内部的第一直流接触器和第二直流接触器,控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器,并断开设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器;
步骤6、中央监控单元计算获得直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管的导通时间,并发出控制信号控制该绝缘栅双极晶体管的导通与关闭;
具体获得导通时间方法为:根据采集的实际直流电压调整单元输出端直流电压值、直流功率泄放单元输出端的直流电压值和设定的直流电压调整单元输出端直流电压期望值,调整直流电压调整单元内部绝缘栅双极晶体管的导通时间,直至实际直流电压调整单元输出端直流电压值等于期望值;
步骤7、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制直流功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到直流功率泄放单元内部的能耗电阻上;
步骤8、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得交流功率泄放到第二功率泄放单元内部的能耗电阻上,执行步骤12;
步骤9、中央监控单元发出信号控制关闭直流功率泄放单元内部的直流接触器;
步骤10、根据直流功率泄放单元输出端的直流电压和直流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制直流功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得直流功率泄放到直流功率泄放单元内部的能耗电阻上;
步骤11、根据双向功率变频单元输出端的交流电压和交流电流,计算获得其实际功率,当实际功率大于设定的功率期望值时,控制第二功率泄放单元内部的绝缘栅双极晶体管导通,使得交流功率泄放到第二功率泄放单元内部的能耗电阻上,执行步骤12;
步骤12、采用中央监控单元判断此时交流负荷输入端三相交流电压和双向功率变频单元交流输出端三相交流电压是否均在设定范围内,并且此时交流负荷输入端三相交流电流和双向功率变频单元交流输出端三相交流电流是否均在设定范围内,若均不在,则返回执行步骤1,否则返回执行步骤4;
步骤13、当交流微网停止运行时,方法结束。
6.根据权利要求5所述的交直流混合微网故障穿越控制装置进行控制的方法,其特征在于:步骤12所述的交流电压设定范围为:0.97UN<U<1.03UN,其中,UN为额定电压,U为交流负荷输入端三相交流电压或双向功率变频单元交流输出端三相交流电压;所述的交流电流设定范围为:I<1.1IN,其中,IN为额定电流,I为交流负荷输入端三相交流电流或双向功率变频单元交流输出端三相交流电流。
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