CN106655099B - 配电网短路故障后的逆变器电源限流方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，包括在配网中设置含限流方式选择器、控制器、PWM发生器的限流装置，采集配电网侧电压、电流信息由控制器通过PWM发生器对逆变器电源输出电流实施常态控制，采集逆变器电源输出电流并对其是否超限进行比较判断并根据判断结果相应确定采用PWM限流和/或控制器限流等步骤。本发明配电网短路故障后的逆变器电源限流提供了一种新方法，该方法能够有效实现对配电网短路故障后的瞬间冲击电流值和稳态电流值的限制，从而防止配电网线路保护误动，确保逆变器电源及相关设备安全。

Description

配电网短路故障后的逆变器电源限流方法

技术领域

本发明涉及含光伏电源的配电网故障后的电流保护方法，具体涉及一种配电网短路故障后的逆变器电源限流方法。

背景技术

当前，太阳能光伏发电发展迅速，光伏发电并入传统电网的应用已较广泛。并网的光伏电源最为常见的是带有逆变器的逆变式电源（简称逆变器电源），在含有分布式逆变器电源的配电网发生短路故障时，为避免烧坏逆变器电源，需要对逆变器电源采取限流等保护措施。目前除在配电网交流侧串联故障限流器等方法外，在配电网发生短路故障时常用的对逆变器电源采取的故障后限流方法主要有两种：

其一，采用控制器，利用控制器对外环输出dq轴参考电流进行限制，从而实现对配电网短路故障后对逆变器电源输出电流的幅值限制。控制器对于故障后稳态电流值有较好的限制作用，其不足之处在于，由于控制器在实施控制过程中，需经过测量、变换、控制等环节，需要一定的启动时间，因而使其在故障发生时无法快速动作，对短路故障发生瞬间的冲击电流值无法起到很好的限制作用。

其二，采用PWM闭锁限流，其以逆变器电源输出电流为判据，当某一相电流幅值超过预设值，则对该相电流对应的逆变器上下桥臂换流器件IGBT发出闭锁信号，使对应的开关器件关断，输出为零，采用PWM闭锁限流进行限流的方法虽然具有简单、快速的优点，能够解决控制器对短路故障发生瞬间的冲击电流值无法起到很好限制作用的问题，但采用PWM闭锁限流进行限流的方法比较粗放，不利于逆变器电源的稳态运行。而且，配电网线路保护需要采集故障后的相关电气信息从而对故障点采取相应的定位和隔离保护措施，为满足线路继电保护的需求，逆变器电源不能够完全闭锁。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种新的配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，该方法能够有效实现对配电网短路故障后的瞬间冲击电流值和稳态电流值的限制，从而防止配电网线路保护误动，确保逆变器电源及相关设备安全。

本发明的技术方案是：本发明的配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，包括以下步骤：

①在设有电流互感器、电压互感器、控制器和PWM发生器的含逆变器电源配电网中，加设用于对控制器限流和PWM闭锁限流进行投切选择的限流方式选择器；所述的限流方式选择器内置有配电网短路故障时的控制器外环参数、逆变器电源输出电流状态判断用的上限阈值和下限阈值；

②电流互感器和电压互感器实时采集配电网侧三相电压和三相电流并发送给控制器；控制器通过PWM发生器对逆变器电源输出电流实施系统正常状态下的控制；限流方式选择器接收并锁存控制器发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数；

③电流互感器实时采集逆变器电源三相输出电流并发送给限流方式选择器；限流方式选择器将接收的逆变器电源输出的三相电流的实测值与其内置的上限阈值和下限阈值进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流的实测值均小于下限阈值，则返回步骤②；

若逆变器电源三相输出电流中的一相、二相或三相实测值大于上限阈值，则执行步骤④；

若逆变器电源三相输出电流中的一相、二相或三相实测值处于上限阈值和下限阈值之间，则执行步骤⑤；

④限流方式选择器指令PWM发生器闭锁逆变器电源三相输出电流中相应相的电流输出，并返回步骤③；

⑤限流方式选择器将其内置的配电网短路故障时的控制器外环参数发送给控制器；

⑥控制器按照接收的配电网短路故障时的控制器外环参数运行，通过PWM发生器对逆变器电源三相输出电流中相应相的输出电流实施减小输出的调节控制；

⑦限流方式选择器将其内置的下限阈值与电流互感器实时采集发送的逆变器电源三相输出电流值进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流的实测值仍有一相、二相或三相不小于下限阈值，返回步骤⑥；

若逆变器电源三相输出电流的实测值均小于下限阈值IL，限流方式选择器将其内置的系统正常运行状态下的控制器外环参数发送给控制器；控制器退出限流控制运行模式，并返回步骤②；

上述的限流方式选择器包括信息采集模块、比较选择模块和控制器限流模块；其中：

信息采集模块，与设于逆变器电源三相输出端的电流互感器相连，用于采集电流互感器实时检测的逆变器电源三相输出电流并发送给比较选择模块；

比较选择模块，用于内置所述步骤①中所述的限流方式选择器内置的配电网短路故障时的控制器外环参数以及逆变器电源输出电流状态判断用的上限阈值和下限阈值；并实现所述步骤③和步骤⑦中的比较判断，以及根据比较结果相应向控制器限流模块和/或所述的PWM发生器发送PWM闭锁限流和/或控制器限流指令；

控制器限流模块，包括数据收发模块、锁存器以及存储器；其中：

数据收发模块，用于接收并执行比较选择模块发送的启动命令、与控制器间的通信以及与锁存器、存储器的数据通信；

锁存器，用于锁存系统正常运行时经数据收发模块从控制器获取并发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数，在系统发生故障时控制器投入限流控制使得故障消失且控制器退出限流控制后，接收数据收发模块的调用将锁存的系统正常运行状态下的控制器外环参数写入控制器，使系统恢复正常运行模式；

存储器，用于存储预设的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数，系统发生故障时，存储器接受数据收发模块的调用，将其存储的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数发送给控制器，使得控制器投入限流控制运行模式。

进一步的方案是：上述的限流方式选择器内置的逆变器电源输出电流上限阈值为逆变器电源输出稳态电流的1.5倍；逆变器电源输出电流下限阈值为逆变器电源输出稳态电流的1.1倍。

本发明具有积极的效果：本发明的配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，其能够有效实现对配电网短路故障后的瞬间冲击电流值和稳态电流值的限制，从而防止配电网线路保护误动，确保逆变器电源及相关设备安全；其通过对控制器限流和PWM闭锁限流的有机结合以及限流次序的合理安排，有效解决了现有技术中对逆变器电源限流控制方式存在的弊端。

附图说明

图1为本发明实施例中所采用的一种含逆变器电源的配电网模型结构示意图，图中还示意性本发明用于对逆变器电源进行限流的相关装置配设方式；

图2为本发明实施例中所采用的限流方式选择器的电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

本实施例采用如图1所示的含逆变器电源的配电网模型，对本发明作详细的说明。本实施例的配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，包括以下步骤：

①在设有电流互感器、电压互感器、控制器和PWM发生器的含逆变器电源配电网中加设用于对控制器限流和PWM闭锁限流进行投切选择的限流方式选择器；限流方式选择器内置配电网短路故障时的控制器外环参数、逆变器电源输出电流状态判断用的上限阈值IH和下限阈值IL。

②电流互感器和电压互感器实时采集配电网侧a、b、c三相电流Isabc和三相电压Usabc并发送给控制器；控制器通过PWM发生器对逆变器电源输出电流实施系统正常状态下的控制，限流方式选择器接收并锁存控制器发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数。

本步骤中，控制器和PWM闭锁限流对逆变器电源输出电流实施系统正常状态下的控制为现有技术，不做详述。

③电流互感器实时采集逆变器电源a、b、c三相输出电流Icabc并发送给限流方式选择器；限流方式选择器将接收的逆变器电源输出的三相电流Icabc的实测值与其内置的上限阈值IH和下限阈值IL进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流Icabc的实测值均小于下限阈值IL，则返回步骤②；

若逆变器电源三相输出电流Icabc中的一相、二相或三相实测值大于上限阈值IH，则执行步骤④；

若逆变器电源三相输出电流Icabc中的一相、二相或三相实测值处于上限阈值IH和下限阈值IL之间，则执行步骤⑤。

④限流方式选择器指令PWM发生器向逆变器电源的逆变器桥相应相的IGBT发出开关闭锁信号，闭锁逆变器电源三相输出电流Icabc中相应相的电流输出，并返回步骤③。

⑤限流方式选择器将其内置的配电网短路故障时的控制器外环参数发送给控制器。

⑥控制器按照接收的配电网短路故障时的控制器外环参数运行，通过PWM发生器对逆变器电源三相输出电流Icabc中相应相的输出电流实施减小输出的调节控制。

⑦限流方式选择器将其内置的下限阈值IL与电流互感器实时采集发送的逆变器电源a、b、c三相输出电流Icabc值进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流Icabc的实测值仍有一相、二相或三相不小于下限阈值IL，返回步骤⑥；

若逆变器电源三相输出电流Icabc的实测值均小于下限阈值IL，限流方式选择器将其内置的系统正常运行状态下的控制器外环参数发送给控制器，控制器退出限流控制运行模式，并返回步骤②。

见图2，本实施例中所采用的限流方式选择器，用于对PWM闭锁限流和控制器限流的选择投切。限流方式选择器主要由信息采集模块、比较选择模块和控制器限流模块组成。

信息采集模块用于采集电流互感器实时检测的逆变器电源a、b、c三相输出电流Icabc并发送给比较选择模块；

比较选择模块用于将接收的逆变器电源a、b、c三相输出电流Icabc的实测值与其内置的逆变器电源输出电流判断用的上限阈值IH和下限阈值IL进行比较，并相应确定选用的限流方式；本实施例中，逆变器电源输出电流上限阈值IH优选采用逆变器电源输出稳态电流的1.5倍；逆变器电源输出电流下限阈值IL优选采用逆变器电源输出稳态电流的1.1倍。

控制器限流模块主要由数据收发模块、锁存器以及存储器组成。

数据收发模块用于接收并执行比较选择模块发送的启动命令以及与控制器间的通信；

锁存器用于锁存系统正常运行时经数据收发模块从控制器获取并发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数，在系统发生故障时控制器投入限流控制使得故障消失且控制器退出限流控制后，锁存器通过数据收发模块将锁存的系统正常运行状态下的控制器外环参数写入控制器，使系统运行状态恢复。

存储器用于存储预设的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数，系统发生故障时，存储器接受数据收发模块的调用，将其存储的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数发送给控制器，使得控制器投入限流控制运行模式。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种配电网短路故障后的逆变器电源限流方法，其特征在于，包括以下步骤：

①在设有电流互感器、电压互感器、控制器和PWM发生器的含逆变器电源配电网中，加设用于对控制器限流和PWM闭锁限流进行投切选择的限流方式选择器；所述的限流方式选择器内置有配电网短路故障时的控制器外环参数、逆变器电源输出电流状态判断用的上限阈值和下限阈值；

②电流互感器和电压互感器实时采集配电网侧三相电压和三相电流并发送给控制器；控制器通过PWM发生器对逆变器电源输出电流实施系统正常状态下的控制；限流方式选择器接收并锁存控制器发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数；

③电流互感器实时采集逆变器电源三相输出电流并发送给限流方式选择器；限流方式选择器将接收的逆变器电源输出的三相电流的实测值与其内置的上限阈值和下限阈值进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流的实测值均小于下限阈值，则返回步骤②；

若逆变器电源三相输出电流中的一相、二相或三相实测值大于上限阈值，则执行步骤④；

若逆变器电源三相输出电流中的一相、二相或三相实测值处于上限阈值和下限阈值之间，则执行步骤⑤；

④限流方式选择器指令PWM发生器闭锁逆变器电源三相输出电流中相应相的电流输出，并返回步骤③；

⑤限流方式选择器将其内置的配电网短路故障时的控制器外环参数发送给控制器；

⑥控制器按照接收的配电网短路故障时的控制器外环参数运行，通过PWM发生器对逆变器电源三相输出电流中相应相的输出电流实施减小输出的调节控制；

⑦限流方式选择器将其内置的下限阈值与电流互感器实时采集发送的逆变器电源三相输出电流值进行比较判断：

若逆变器电源三相输出电流的实测值仍有一相、二相或三相不小于下限阈值，返回步骤⑥；

若逆变器电源三相输出电流的实测值均小于下限阈值，限流方式选择器将其内置的系统正常运行状态下的控制器外环参数发送给控制器；控制器退出限流控制运行模式，并返回步骤②；

所述的限流方式选择器包括信息采集模块、比较选择模块和控制器限流模块；其中：

信息采集模块，与设于逆变器电源三相输出端的电流互感器相连，用于采集电流互感器实时检测的逆变器电源三相输出电流并发送给比较选择模块；

比较选择模块，用于内置所述步骤①中所述的限流方式选择器内置的配电网短路故障时的控制器外环参数以及逆变器电源输出电流状态判断用的上限阈值和下限阈值；并实现所述步骤③和步骤⑦中的比较判断，以及根据比较结果相应向控制器限流模块和/或所述的PWM发生器发送PWM闭锁限流和/或控制器限流指令；

控制器限流模块，包括数据收发模块、锁存器以及存储器；其中：

数据收发模块，用于接收并执行比较选择模块发送的启动命令、与控制器间的通信以及与锁存器、存储器的数据通信；

锁存器，用于锁存系统正常运行时经数据收发模块从控制器获取并发送的系统正常运行状态下的控制器外环参数，在系统发生故障时控制器投入限流控制使得故障消失且控制器退出限流控制后，接收数据收发模块的调用将锁存的系统正常运行状态下的控制器外环参数写入控制器，使系统恢复正常运行模式；

存储器，用于存储预设的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数，系统发生故障时，存储器接受数据收发模块的调用，将其存储的系统发生故障时控制器投入限流控制的控制器外环参数发送给控制器，使得控制器投入限流控制运行模式。