CN107069669A - 直流变换器过流保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子化电力系统领域，公开了一种直流变换器过流保护方法，包括以下步骤：根据元件选型过程中的设计裕量，设定直流变换器输出电流瞬时保护值，明确系统对直流变换器的过载、故障限流指标要求，确定直流变换器稳态输出的电压‑电流特性，并拟合功率与维持时间之间的数学关系，依正常、过载、故障限流、瞬时过流四种工况形成保护方案。本发明直流变换器过流保护方法，充分考虑系统选择性保护的需求，与系统其他保护元件或装置协调配合，实现直流变换器在正常、过载、故障限流、瞬时过流工况下完备的过流保护功能，提高电力电子化配电网络的供电连续性。

Description

直流变换器过流保护方法
技术领域
本发明涉及电力电子化电力系统领域，具体涉及一种直流变换器过流保护方法。
背景技术
在直流配电网中，直流变换器作为主要的电源设备，在短路、过载等极端工况下需要在保证设备自身安全地同时，具备完善的过流保护功能，以协调配合断路器、熔断器等系统中的其他保护元件或装置实现选择性保护。
但由于直流变换器内部的主电路以功率半导体器件为主，而功率半导体器件本身的物理特性决定其在安全工作区以外的过载能力较差，过流、过压等极端工作条件下极易导致功率半导体器件的损坏或驱动保护电路动作，此时直流变换器将立即停机。而传统电力电子装置的过流保护方法仅考虑装置内部元件安全，难以实现与系统其他保护元件或装置的协调配合，可能会引起大面积失电，进而影响网络的供电连续性。
因此，急需一种过流保护方法，不仅考虑装置内部的元件安全，还能够充分考虑系统选择性保护的需求，与系统其他保护元件或装置协调配合，实现直流变换器瞬时过流、过载反时限、短路限流等完备的过流保护功能，提高电力电子化配电网络的供电连续性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种直流变换器过流保护方法，够充分考虑系统选择性保护的需求，与系统其他保护元件或装置协调配合，实现直流变换器在正常、过载、故障限流、瞬时过流工况下完备的过流保护功能，提高电力电子化配电网络的供电连续性。
为实现上述目的，本发明所设计的直流变换器过流保护方法，包括以下步骤：
A.根据元件选型过程中的预设值，设定直流变换器额定电压ve、额定电流ie、额定功率pe、输出电流瞬时保护值ih；
B.根据系统对所述直流变换器的过载指标要求，设定输出电流阈值i1、输出功率阈值p1，根据系统对所述直流变换器的故障限流指标要求，设定短路电流i2、短路时间t2，其中i1<i2；
C.根据系统对所述直流变换器的过载、故障限流指标要求，确定所述直流变换器稳态输出的电压-电流特性；
D.根据输出过载指标，拟合功率po与维持时间t之间的数学关系，记为t×Poutsec(po)＝1，其中Poutsec(po)是关于po的多项式；
E.实时获取直流变换器的输出电压vo、输出电流io和输出功率po，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io小于额定电流ie时，所述直流变换器处于正常工况；当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io大于所述电流阈值i1时，所述直流变换器进入过载工况；当所述输出电流io大于所述短路电流i2时，所述直流变换器进入故障限流工况；当所述输出电流io大于所述瞬时保护值ih时，所述直流变换器进入瞬时过流工况，保护方法在正常、过载、故障限流、瞬时过流四种工况下对所述直流变换器提供保护。
进一步地，所述步骤E中，在正常工况下，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io小于额定电流ie时，所述直流变换器正常工作，维持输出电压恒定。
进一步地，所述步骤E中，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io大于所述电流阈值i1时，所述直流变换器进入过载工况，维持输出电压vo；当所述输出功率po大于所述输出功率阈值p1时，对Poutsec(po)进行积分，当积分值大于1.0时，所述直流变换器停机退出运行，并进行过载报警；在积分过程中，当所述输出功率po降低至所述输出功率阈值p1以下时，赋值所述输出功率po＝M，其中M<pe，Poutsec(M)<0。
进一步地，所述步骤E中，当所述输出电流io大于所述短路电流i2时，所述直流变换器进入故障限流工况，所述直流变换器将所述输出电流io调整至所述短路电流i2并维持所述短路时间t2后停机。
进一步地，所述步骤E中，当所述输出电流io大于所述瞬时保护值ih时，所述直流变换器进入瞬时过流工况，所述直流变换器立即停机并报警。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、确保输出侧短路、过载等极端工况下直流变换器内部元件运行范围不超出其安全工作区，避免因过流引起直流变换器不可恢复的严重故障；
2、考虑系统选择性保护的需求，与系统其他保护元件或装置协调配合，针对过载保护，根据直流变换器的过载能力要求，拟合了过载反时限保护曲线；针对短路保护，采用短路时切换为恒流模式的方法，限制短路电流并持续工作一段时间，实现直流变换器在过载、故障限流、瞬时过流工况下完备的过流保护功能，提高电力电子化网络的供电连续性。
附图说明
图1为本发明直流变换器过流保护方法中直流变换器的过流保护流程图；
图2为本发明中直流变换器的稳态输出电压-电流特性曲线示意图；
图3为本发明中直流变换器的输出电流-时间特性曲线示意图；
图4为本发明中直流变换器的过载反时限特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的一种直流变换器过流保护方法，包括以下步骤：
A.根据元件选型过程中的预设值，设定直流变换器额定电压ve、额定电流ie、额定功率pe、输出电流瞬时保护值ih＝2.3ie；
B.根据系统对直流变换器的过载、故障限流指标要求：
a.过载能力：
过载输出电流 过载可持续时间
1.1ie 2分钟
1.2ie 40秒
1.5ie 2秒
b.短路电流及持续时间：短路电流为2ie，可持续时间为0.5s。
设定输出电流阈值i1＝1.1ie、短路电流i2＝2ie、短路时间t2＝0.5s、输出功率阈值p1＝1.1pe；
C.根据系统对直流变换器的过载、故障限流指标要求，直流变换器在正常情况下，工作在恒压状态，相当于一个恒压源，直流变换器稳态输出电压-电流特性如图2所示；当输出电压维持在额定电压ve，输出电流大于额定电流ie时，直流变换器工作在过载状态，需要能够维持输出电压并工作一定时间，同样相当于一个恒压源，但当直流变换器输出侧发生低阻抗短路故障时，由于直流变换器动态响应速度非常快，忽略其故障限流的数十毫秒级的暂态过程，在短路时间t2＝0.5s时间段内可认为存在稳态过程，且由于半导体功率器件自身特性限制，电力电子装置的过流能力有限，输出短路时，要求能够将短路电流限制在短路电流i2＝2ie并维持短路时间t2＝0.5s，此时直流变换器工作在恒流状态，相当于一个恒流源，输出过载时，直流变换器根据反时限特性曲线进行过载保护，直流变换器输出电流-时间特性曲线示意图如图3所示。
D.根据输出过载指标，拟合功率po与维持时间t之间的数学关系，记为t×Poutsec(po)＝1，其中Poutsec(po)是关于po的多项式，如下式所示：
拟合后的过载反时限曲线如图4所示；
E.实时获取直流变换器的输出电压vo、输出电流io和输出功率po，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io小于额定电流ie时，所述直流变换器处于正常工况；当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io大于所述电流阈值i1时，所述直流变换器进入过载工况；当所述输出电流io大于所述短路电流i2时，所述直流变换器进入故障限流工况；当所述输出电流io大于所述瞬时保护值ih时，所述直流变换器进入瞬时过流工况，保护方法在正常、过载、故障限流、瞬时过流四种工况下对所述直流变换器提供保护，流程图如图4所示。
在正常工况下，当输出电压vo等于额定电压ve，且输出电流io小于额定电流ie时，直流变换器正常工作，维持输出电压恒定。
当输出电压vo等于额定电压ve，且输出电流io大于电流阈值i1＝1.1ie时，直流变换器进入过载工况，维持输出电压vo；当输出功率po大于输出功率阈值p1＝1.1pe时，对Poutsec(po)进行积分，当积分值大于1.0时，直流变换器停机退出运行，并进行过载报警。在积分过程中，当输出功率po降低至输出功率阈值p1＝1.1pe以下时，赋值输出功率po＝0.86pe，使Poutsec(po)<0。
当输出电流io大于短路电流i2＝2ie时，直流变换器进入故障限流工况，直流变换器将输出电流io调整至短路电流i2＝2ie并维持短路时间t2＝0.5s后停机。
当输出电流io大于瞬时保护值ih＝2.3ie时，直流变换器进入瞬时过流工况，直流变换器立即停机并报警。
本发明直流变换器过流保护方法，不仅考虑装置内部的元件安全，还能够充分考虑系统选择性保护的需求，与系统其他保护元件或装置协调配合，实现直流变换器瞬时过流、过载反时限、短路限流等完备的过流保护功能，提高电力电子化配电网络的供电连续性。

Claims (5)

1.一种直流变换器过流保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.根据元件选型过程中的预设值，设定直流变换器额定电压ve、额定电流ie、额定功率pe、输出电流瞬时保护值ih；
B.根据系统对所述直流变换器的过载指标要求，设定输出电流阈值i1、输出功率阈值p1，根据系统对所述直流变换器的故障限流指标要求，设定短路电流i2、短路时间t2，其中i1<i2；
C.根据系统对所述直流变换器的过载、故障限流指标要求，确定所述直流变换器稳态输出的电压-电流特性；
D.根据输出过载指标，拟合功率po与维持时间t之间的数学关系，记为t×Poutsec(po)＝1，其中Poutsec(po)是关于po的多项式；
E.实时获取直流变换器的输出电压vo、输出电流io和输出功率po，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io小于额定电流ie时，所述直流变换器处于正常工况；当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io大于所述电流阈值i1时，所述直流变换器进入过载工况；当所述输出电流io大于所述短路电流i2时，所述直流变换器进入故障限流工况；当所述输出电流io大于所述瞬时保护值ih时，所述直流变换器进入瞬时过流工况，保护方法在正常、过载、故障限流、瞬时过流四种工况下对所述直流变换器提供保护。
2.根据权利要求1所述中频变压器绕组交流电阻的辅助绕组测量方法，其特征在于：所述步骤E中，在正常工况下，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io小于额定电流ie时，所述直流变换器正常工作，维持输出电压恒定。
3.根据权利要求1所述中频变压器绕组交流电阻的辅助绕组测量方法，其特征在于：所述步骤E中，当所述输出电压vo等于额定电压ve，且所述输出电流io大于所述电流阈值i1时，所述直流变换器进入过载工况，维持输出电压vo；当所述输出功率po大于所述输出功率阈值p1时，对Poutsec(po)进行积分，当积分值大于1.0时，所述直流变换器停机退出运行，并进行过载报警，在积分过程中，当所述输出功率po降低至所述输出功率阈值p1以下时，赋值所述输出功率po＝M，其中M<pe，Poutsec(M)<0。
4.根据权利要求1所述中频变压器绕组交流电阻的辅助绕组测量方法，其特征在于：所述步骤E中，当所述输出电流io大于所述短路电流i2时，所述直流变换器进入故障限流工况，所述直流变换器将所述输出电流io调整至所述短路电流i2并维持所述短路时间t2后停机并报警。
5.根据权利要求1所述中频变压器绕组交流电阻的辅助绕组测量方法，其特征在于：所述步骤E中，当所述输出电流io大于所述瞬时保护值ih时，所述直流变换器进入瞬时过流工况，所述直流变换器立即停机并报警。
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