CN107453326A - 一种接地变压器的保护装置及微电网 - Google Patents

一种接地变压器的保护装置及微电网 Download PDF

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陆振纲
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赵国亮
李卫国
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宋洁莹
葛菁
尉志勇
任西周
祁欢欢
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Abstract

一种接地变压器的保护装置及微电网，其中所述接地变压器的保护装置，所述接地变压器通过低压交流母线、换流器与直流母线电性连接，用于为低压交流供电系统中的所述换流器提供接地中性点，包括：限流单元，其一次侧与所述接地变压器连接，另一侧与接地网连接，用于限制其所在线路上的电流大小；旁路开关，与所述限流单元并联；采集单元，与所述接地变压器连接，用于采集所述接地中性点的电能数据；控制器，分别与所述采集单元、所述旁路开关连接，用于根据所述电能数据的成分组成，控制所述旁路开关的通/断，解决了现有通过接地变压器为低压交流微电网提供接地中性点的接地方式会影响接地变压器的工作性能的问题。

Description

一种接地变压器的保护装置及微电网
技术领域
本发明涉及电力系统输电技术领域，具体涉及一种接地变压器的保护装置及微电网。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的成熟以及新能源在电网中的渗透，直流配电网及直流微网成为了广大学者研究的焦点，由于微电网中的负荷大多为低压交流负荷，因此在直流供电系统中，需要通过换流器进行电压变换方能为低压负荷供电。由于低压侧接负载时，会出现负载不平衡情况，现有解决低压侧负载不平衡的问题通常是使用三相四线制的低压换流器，为减少成本、降低电力电子器件的数量的同时避免负载不平衡，提出将低压换流器接地的方式已解决上述技术问题。
在直流配电系统中，现有低压换流器的接地方式是在直流侧电容处引出中点，但对于常规换流器来说，引出电容中点并不容易实现，对其本身结构进行改造不可避免，同时需要通过控制来保证中点电位平衡，故提出利用接地变压器为低压交流微电网提供接地中性点，但通常为高压交流供电系统提供接地中性点的接地变压器，在应用于低压交流微电网中可能会由于直流母线单极接地故障的发生，使得接地变压器承受直流偏置电压，出现直流偏磁，继而影响接地变压器的工作性能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有通过接地变压器为低压交流微电网提供接地中性点的接地方式会影响接地变压器的工作性能的问题。
有鉴于此，本发明提供一种接地变压器的保护装置，所述接地变压器通过低压交流母线、换流器与直流母线电性连接，用于为低压交流供电系统中的所述换流器提供接地中性点，包括：
限流单元，其一次侧与所述接地变压器连接，另一侧与接地网连接，用于限制其所在线路上的电流大小；
旁路开关，与所述限流单元并联；
采集单元，与所述接地变压器连接，用于采集所述接地中性点的电能数据；
控制器，分别与所述采集单元、所述旁路开关连接，用于根据所述电能数据的成分组成，控制所述旁路开关的通/断。
优选地，所述限流单元包括电阻。
优选地，所述旁路开关包括断路器或电力电子开关。
相应地，本发明还提供一种用于上述所述接地变压器的保护装置的控制方法，包括：
获取所述接地中性点处的电能数据；
判断所述电能数据中是否包含直流分量；
当所述电能数据中包含所述直流分量时，控制旁路开关断开，使得所述限流单元接入回路。
优选地，还包括：
当所述电能数据中不包含所述直流分量时，控制与所述限流单元并联的旁路开关持续处于闭合状态，使得所述限流单元被短路。
相应地，本发明还提供一种微电网，包括：
供电系统，其输出端与直流母线电性连接，用于提供直流电；
换流器，与所述直流母线电性连接，用于将所述直流电转换为交流电输出至交流母线上，所述交流母线的支线上连接有交流负荷；
还包括：
所述交流母线的支线上还连接有接地变压器，用于为所述微电网提供接地中性点；
如权利要求1-3中任一项所述的接地变压器的保护装置。
优选地，所述供电系统为上一级的交流/直流供电网或者新能源发电系统。
优选地，所述换流器为三相三线制换流器。
优选地，还包括：滤波器，与所述换流器连接，所述滤波器包括：L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器中的任意一种。
本发明提供的接地变压器的保护装置，通过用于为低压交流供电系统中的所述换流器提供接地中性点的接地变压器通过低压交流母线、换流器与直流母线电性连接、其一次侧与所述接地变压器连接，另一侧与接地网连接的限流单元，限制其所在线路上的电流大小以及与限流单元并联的旁路开关，控制器根据采集单元采集到的电能数据的成分组成，控制旁路开关的通/断，解决了现有通过接地变压器为低压交流微电网提供接地中性点的接地方式会影响接地变压器的工作性能的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种接地变压器的保护装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种用于接地变压器的保护装置的控制方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的一种微电网的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种三相三线制换流器的电路结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的一种微电网供电的内部电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种接地变压器的保护装置，该接地变压器通过低压交流母线1、换流器与直流母线电性连接，用于为低压交流供电系统中的换流器提供接地中性点，包括：
限流单元3，其一次侧与所述接地变压器2连接，另一侧与接地网4连接，用于限制其所在线路上的电流大小。其中该限流单元可以是电阻等可用于降低支路电流的电气元件。
旁路开关5，与所述限流单元3并联。该旁路开关5可以是断路器或电力电子开关(例如IGBT、IGCT)。
采集单元6，与所述接地变压器2连接，用于采集所述接地中性点的电能数据。其中采集的电能数据可以是通过电压传感器采集的电压和/或电流传感器采集的电流。
控制器7，分别与所述采集单元7、所述旁路开关5连接，用于根据所述电能数据的成分组成，控制所述旁路开关5的通/断。
本发明实施例提供给的接地变压器的保护装置，通过用于为低压交流供电系统中的所述换流器提供接地中性点的接地变压器通过低压交流母线、换流器与直流母线电性连接、其一次侧与所述接地变压器连接，另一侧与接地网连接的限流单元，限制其所在线路上的电流大小以及与限流单元并联的旁路开关，控制器根据采集单元采集到的电能数据的成分组成，控制旁路开关的通/断，解决了现有通过接地变压器为低压交流微电网提供接地中性点的接地方式会影响接地变压器的工作性能的问题。
相应地，本发明另一实施例提供的用于上述实施例所述的接地变压器的保护装置的控制方法，如图2所示，包括：
S21，获取所述接地中性点处的电能数据；该电能数据可以是电流和/或电压。
S22，判断所述电能数据中是否包含直流分量，当所述电能数据中包含所述直流分量时，执行步骤S23；当所述电能数据中不包含所述直流分量时，执行步骤S24。
S23，控制旁路开关断开，使得所述限流单元接入回路。
S24，控制与所述限流单元并联的旁路开关持续处于闭合状态，使得所述限流单元被短路。
本发明实施例提供的控制方法，通过获取所述接地中性点处的电能数据,根据电能数据中包含直流分量的与否控制旁路开关的通断，实现限流单元投入，提高了接地变压器在低压微电网使用的稳定性与安全性。
本发明另一实施例还提供一种微电网，如图3所示，包括：
供电系统，其输出端与直流母线32电性连接，用于提供直流电，该供电系统为上一级的交流/直流供电网31或者新能源发电系统.例如太阳能发电系统35或风能发电系统36，太阳能发电系统通过直/直换流器33与直流母线32电性连接，风能发电系统36通过交/直换流器34与直流母线电性连接。
换流器，与所述直流母线32电性连接，用于将所述直流电转换为交流电输出至交流母线上，本实施例的换流器为直/交换流器37，所述交流母,38的支线上连接有交流负荷39；
交流母线38的支线上还连接有接地变压器40，用于为所述微电网提供接地中性点，通过接地变压器引出接地线，满足了微电网单相负载的使用要求，不要考虑负载不平衡的状况的发生，图5中交流母线上的交流电压可通过Z0、Z0/Y0、Y0/Δ以及Y0/开口Δ等形式对交流负载进行供电，图5中采用Z0/Y0，一次侧通过接口Ua、Ub、Uc与图4中交流母线接口Ua、Ub、Uc连接，二次侧接口a、b、c可连接例如变电所等低压交流负载；如图5所示本实施例的接地变压器采用三角形对星接法与交流母线连接，Ua、Ub、Uc取自配电网低压交流母线，为交流负荷供电的方式可根据380V系统运行要求选择TN-S(三相五线制供电)、TN-C(三相四线制供电)等不同形式。
还包括如上述实施例所述的接地变压器的保护装置41，用于保护该接地变压器，如图5所示，R1为接地网等效电阻，R2为限流电阻，R2两端并联了旁路开关K。系统正常运行时，旁路开关闭合，此时，系统中性点UGND直接与接地网相连，直流电网发生单极接地故障时，旁路开关断开，投入限流电阻，防止由于直流偏置电压的存在造成接地变压器直流偏磁，降低交直流配电网(或微电网)的短路电流水平。
本发明实施例提供的微电网，通过设置连接有保护装置的接地变压器，解决了微电网接入的低压负载不平衡的问题，提高了微电网工作的稳定性与安全性。
优选地，所述换流器可以为具有低压380V接口的三相三线制换流器，该三相三线换流器的内部电路结构如图4所示，换流器左侧通过连接直流母线32接入直流电压，经过转换从右侧输出交流电到交流母线上，每相桥臂包含两个可控开关器件Tn以及与之反并联的二极管Dn，每一相桥臂的输出线路上连接有电感Ln和电容C，由于该微电网利用接地变压器为换流器提供接地中性点，故本实施例的微电网中只需要三相三线制换流器即可以解决连接的低压侧交流负载不平衡的问题，降低了换流器开关器件的数量，减小了换流器的体积，节省了成本。
优选地，还包括：滤波器，与所述换流器连接，所述滤波器包括：L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器中的任意一种。
本发明实施例提供的微电网，通过设置连接有保护装置的接地变压器，解决了微电网接入的低压负载不平衡的问题，提高了微电网工作的稳定性与安全性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种接地变压器的保护装置，所述接地变压器通过低压交流母线、换流器与直流母线电性连接，用于为低压交流供电系统中的所述换流器提供接地中性点，其特征在于，包括：
限流单元，其一次侧与所述接地变压器连接，另一侧与接地网连接，用于限制其所在线路上的电流大小；
旁路开关，与所述限流单元并联；
采集单元，与所述接地变压器连接，用于采集所述接地中性点的电能数据；
控制器，分别与所述采集单元、所述旁路开关连接，用于根据所述电能数据的成分组成，控制所述旁路开关的通/断。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限流单元包括电阻。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁路开关包括断路器或电力电子开关。
4.一种用于权利要求1-3中任一项所述接地变压器的保护装置的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述接地中性点处的电能数据；
判断所述电能数据中是否包含直流分量；
当所述电能数据中包含所述直流分量时，控制旁路开关断开，使得所述限流单元接入回路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述电能数据中不包含所述直流分量时，控制与所述限流单元并联的旁路开关持续处于闭合状态，使得所述限流单元被短路。
6.一种微电网，包括：
供电系统，其输出端与直流母线电性连接，用于提供直流电；
换流器，与所述直流母线电性连接，用于将所述直流电转换为交流电输出至交流母线上，所述交流母线的支线上连接有交流负荷；
其特征在于，还包括：
所述交流母线的支线上还连接有接地变压器，用于为所述微电网提供接地中性点；
如权利要求1-3中任一项所述的接地变压器的保护装置。
7.根据权利要求6所述的微电网，其特征在于，所述供电系统为上一级的交流/直流供电网或者新能源发电系统。
8.根据权利要求6所述的微电网，其特征在于，所述换流器为三相三线制换流器。
9.根据权利要求6所述的微电网，其特征在于，还包括：滤波器，与所述换流器连接，所述滤波器包括：L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器中的任意一种。
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