CN108666970A - 模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方法，可通过检测过流故障的严重程度自适应切换功能。对于一般程度的过流故障，通过复合缓冲单元实现电力电子器件对过电流故障的平缓穿越；对于严重过流故障，通过源侧截止型过流保护和IGBT过流保护，实现对电力电子器件的保护，从而在保证光伏电站及电力电子器件安全的前提下降低光伏脱网频率，提升光伏并网的稳定性；此外，本发明提出了模块化LLC全桥变换器直流升压结构，可实现10kV/200kW的大功率光伏并网，模块化LLC全桥变换器直流升压单元由2个子模块前级并联后级串联组成一个子单元，再经过子单元并联可以保持电压恒定的情况下功率的叠加。

Description

模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方法

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种模块化光伏并网直流升压变换器过流 保护装置及方法。

背景技术

近年来，我国经济运行保持在合理区间，结构调整取得积极进展，电力行业环境深入变 化，电力体制改革加快推进、电力投资结构不断优化，国家集中力量构建清洁低碳、安全高 效的现代能源体系，风电、光伏等新能源消纳和调节能力有效提升，国家电网加快建设以特 高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，积极推动电能替代和两化融合建设。 为了推动电力电子元器件行业健康快速发展，国家相关部门不断加大对电力电子元器件行业 的扶持力度。国家出台的一系列产业政策为我国电力电子领域的快速发展提供了充分的保障， 推动了我国电力电子领域的技术进步和产业升级。在大规模光伏并网中以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等新型耐高压和高电流的电力电子器件成为了重点 研究对象，在IGBT的应用中，过流保护是其中的一项关键技术。过流保护电路不仅关系到 IGBT本身的工作性能和运行安全，也影响到整个系统的性能及安全。

随着光伏电站装机容量逐年上升，光伏发电占电网供电比例不断提高，光伏并网发电系 统对电力系统稳定性的影响也日益明显，必须考虑电网故障时光伏电站的各种运行状态对电 网稳定性的影响，才能更好的满足电网的安全运行要求。电网侧发生三相不对称故障引起并 网点的电压跌落时，并网的光伏电源会因暂态过程受到冲击和影响，并网逆变器直流侧电容 会因功率变化出现能量累积，使直流电压升高甚至超出电容可承受的电压上限，光伏电 源特性决定了输出功率也会随直流侧电压的升高而下降，同时可能引起过电流从而对电 力电子变换装置造成危害。因此，为了保障变流装置的安全，亟需设计出一种适用于大 功率光伏并网变流器的过流故障检测保护装置。

发明内容

本申请提供了一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方法，以解决由于模 块化光伏并网直流升压变换器过流导致对电力电子变换装置造成危害的问题。

本发明首先提供一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置，包括：

微处理器单元、IGBT过流保护单元、IGBT过流检测单元、源侧截止型过流保护单元、IGBT 驱动单元、复合缓冲单元、模块化LLC全桥变换器直流升压单元以及并网逆变单元；

所述微处理器单元与所述IGBT过流保护单元连接，所述IGBT过流保护单元与所述IGBT 驱动单元连接，所述IGBT驱动单元分别与所述复合缓冲单元、所述模块化LLC全桥变换器直 流升压单元以及所述并网逆变单元的一端连接，所述复合缓冲单元、所述模块化LLC全桥变 换器直流升压单元以及所述并网逆变单元的另一端分别与所述IGBT过流检测单元连接，所述 IGBT过流检测单元与所述IGBT过流保护单元连接，所述源侧截止型过流保护单元的输入端 分别与所述复合缓冲单元的输出端以及所述模块化LLC全桥变换器直流升压单元的输出端连 接。

所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片，所述IGBT过流保护单 元包括过流保护芯片，所述IGBT过流保护单元分别通过第一缓冲芯片和第二缓冲芯片与主控 芯片连接。

所述主控芯片为TMS320F28335型号芯片，所述第一缓冲芯片为74HC245型号芯片，所述 第二缓冲芯片为743384型号芯片，所述过流保护芯片为7400型号芯片。

本发明还提供一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护方法，用于上述装置，所述 方法包括如下步骤：

步骤1、微处理器单元同时控制模块化LLC全桥变换器直流升压变换单元、IGBT驱动单 元、并网逆变器单元的内部元件处于运行状态；

步骤2、IGBT过流检测单元和源侧截止型过流保护单元对模块化LLC全桥变换器直流升 压变换单元、并网逆变器单元、直流母线电流进行过流检测，得到第一电流值；

步骤3、判断第一电流值是否大于第一预设电流值；

步骤4、如果第一电流值大于第一预设电流值，则微处理器单元发出控制信号对复合缓冲 单元IGBT进行关断控制；如果第一电流值小于或等于第一预设电流值，则执行步骤2；

步骤5、微处理器单元记录采集相应电流数据，得到第二电流值；

步骤6、判断第二电流值是否大于第二预设电流值，其中，所述第二预设电流值大于所述 第一预设电流值；

步骤7、如果第二电流值大于第二预设电流值，则IGBT保护单元关断IGBT器件，源侧截 止型过流保护单元触发动作，切断光伏系统与电网的连接，发出严重故障警报；如果第二电 流值小于或等于第二预设电流值，执行步骤3。

可选的，所述步骤1中，微处理器单元发出PWM信号，通过IGBT驱动单元进行升压处理， 将PWM电压信号幅值升到15V，然后分别驱动IGBT复合缓冲单元、模块化LLC全桥变换器直 流升压单元和并网逆变单元的IGBT器件，使各单元的IGBT器件按照设定程序导通，使光伏 并网系统装置处于正常运行状态。

可选的，所述步骤3中，所述第一预设电流值为1.2倍额定电流值。

可选的，所述步骤6中，所述第二预设电流值为1.4倍额定电流值。

可选的，所述步骤3中，所述第一预设电流值为24A。

可选的，所述步骤6中，所述直流母线上包括与复合缓冲单元相连接的第一检测端和第二 检测端，以及与并网逆变单元相连接的第三检测端和第四检测端，所述第一检测端和第二检 测端的第二预设电流值为467A，所述第三检测端和第四检测端第二预设电流值为28A。

由以上技术方案可知，本申请的模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方 法，通过检测一般程度的过流故障问题，通过复合缓冲单元实现IGBT器件对过电流故障的平缓穿越，从而满足大规模光伏并网的需求；可通过检测过流故障的严重程度自适 应切换功能，在保证光伏电站及电力电子器件安全的前提下，提升光伏并网的稳定型； 此外，本发明提出了模块化LLC全桥变换器直流升压结构，可实现10kV/200kW的大功 率光伏并网，模块化LLC全桥变换器直流升压单元由2个子模块前级并联后级串联组成 一个子单元，再经过子单元并联可以保持电压恒定的情况下功率的叠加。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单 地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置的结构框图；

图2为本发明模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置的具体结构图；

图3为微处理单元的电路原理图；

图4为复合缓冲单元的电路原理图；

图5为模块化LLC全桥变换器直流升压变换单元的电路原理图；

图6为并网逆变单元的电路原理图；

图7为IGBT驱动单元的电路原理图；

图8为源侧截止型过流保护单元的电路原理图；

图9为IGBT过流检测单元的电路原理图；

图10为IGBT过流保护单元的电路原理图；

图11为复合缓冲单元IGBT关断时刻电路原理图；

图12为复合缓冲单元IGBT开通时刻电路原理图；

图13为IGBT过流保护电流-时间曲线图；

图14为第一检测端和第二检测端直流母线侧过流保护电流-时间曲线图。

图15为第三检测端和第四检测端直流母线侧过流保护电流-时间曲线图。

图16为本发明模块化光伏并网直流升压变换器过流保护方法的流程图。

附图标记：1-微处理器单元、2-IGBT过流保护单元、3-IGBT过流检测单元、4-源侧截止 型过流保护单元、5-IGBT驱动单元、6-复合缓冲单元、7-模块化LLC全桥变换器直流升压单 元、8-并网逆变单元。

具体实施方式

请参阅图1至图16，本申请实施例提供的一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保 护装置，包括：微处理器单元1、IGBT过流保护单元2、IGBT过流检测单元3、源侧截止型过流保护单元4、IGBT驱动单元5、复合缓冲单元6、模块化LLC全桥变换器直流升压单 元7以及并网逆变单元8。微处理器单元1与IGBT过流保护单元2连接，IGBT过流保护单元 2与IGBT驱动单元5连接，IGBT驱动单元5分别与复合缓冲单元6、模块化LLC全桥变换器 直流升压单元7以及并网逆变单元8的一端连接，复合缓冲单元6、模块化LLC全桥变换器 直流升压单元7以及并网逆变单元8的另一端分别与IGBT过流检测单元3连接，IGBT过流 检测单元3与IGBT过流保护单元2连接，源侧截止型过流保护单元4的输入端分别与复合 缓冲单元6的输出端以及模块化LLC全桥变换器直流升压单元7的输出端连接。微处理器 单元1包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片，IGBT过流保护单元2包括过流保护 芯片，IGBT过流保护单元分别通过第一缓冲芯片和第二缓冲芯片与主控芯片连接。主控 芯片为TMS320F28335型号芯片，第一缓冲芯片为74HC245型号芯片，第二缓冲芯片为 743384型号芯片，过流保护芯片为7400型号芯片。

微处理器单元用于发生PWM波对IGBT器件进行驱动以实现模块化LLC全桥变换器直流升压单元、并网逆变单元、复合缓冲单元正常并网工作，同时可处理过流检测单元 采集到的电流信息，进而通过IGBT过流保护单元驱动发送反向信号使IGBT驱动单元控制IGBT器件的通断，保护变流器免受二次损害。本实施例中，微处理器单元包括一个TMS320F28335主控芯片、第一缓冲芯片74HC245和第二缓冲芯片743384、IGBT过流保 护单元均通过缓冲芯片与主控芯片连接。微处理器单元与其他外围单元具体连接结构为： 主控芯片的脉宽调制端口PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、 PWM8分别与第一缓冲芯片74HC245的A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7口一一对应 连接，第一缓冲芯片74HC245的B0和B1连接IGBT过流保护单元的7400芯片的S1和S2口，74HC245缓冲芯片的B6和B1连接IGBT过流保护单元的7400芯片的IN1和IN2。 TMS320F28335主控芯片的ADCINA0、ADCINA7口分别与第二缓冲芯片743384的A0和A1 端口相连，TMS320F28335主控芯片的D0和D18口分别连接第二缓冲芯片743384的A8和 A15端口，第二缓冲芯片743384的B0和B7分别与IGBT过流保护单元7400芯片的OC1和 OC2端口相连。

如图3中，微处理器单元可控制24个IGBT器件通断，IGBT过流保护单元将接受到的过流故障信号反馈到微处理单元，使微处理单元停止输出PWM驱动信号，以此使IGBT 器件停止通断动作，保护IGBT器件因过流冲击而损坏。如图5中，复合缓冲单元可设于 两根母线上，用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压；所述第一复合缓冲单元包括两 个输入端和两个输出端，所述复合缓冲单元的第一输入端连接作为直流电源的光伏电站 送端站，所述复合缓冲单元的第二输入端连接所述IGBT驱动单元输出端，所述复合缓冲 单元的第一输出端连接源侧截止型过流保护单元的输入端，所述复合缓冲单元的第二输 出端连接模块化LLC全桥变换器直流升压单元的输入端；所述复合缓冲单元作用于保护 IGBT导通和关断时刻承受过大的电压和电流。

所述过流检测单元第一输入端输入信号来自流过IGBT输入信号，第二输出端输出反 向过电流到IGBT过流保护单元，或者第三输出端输出正向过电流信号到IGBT过流保护单 元；所述过流检测单元包括第一LF353芯片、第二LF353芯片、第一LF339芯片、第二LF339芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、 第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九调节变阻器、第十调节变阻器、第十一电阻、第 十二电阻、第十三电阻、第一晶闸管、第二晶闸管；所述过流检测单元电路中的第一电 容起高频滤波作用，第二电容为一个积分小电容。当正向出现过流时，第一二极管导通， 第二二极管截止，从而检测得到正向过流信号。当反向出现过流时，第一二极管截止， 第二二极管导通，从而检测得到反向过流信号。通过第九调节变阻器和第十调节变阻器 的阻值，可以确定正向过流和反向过流的具体设定值。当系统正常工作，即没有过流时， 过电流信号为高电平。第十一电阻和第十二电阻是上拉电阻。检测到的过流故障信号与 来自微处理器DSP芯片所产生的PWM信号一起经过与非门合成后送给驱动电路

IGBT过流检测单元用于检测流过IGBT器件电流值是否超过第一预设值，系统一旦有 过流故障信号时，迅速将其锁存，禁止微处理器产生PWM信号，同时把故障信号与PWM 信号共同经过与非门后送给驱动模块，以封锁脉冲输出，关断IGBT，保护系统的安全。 系统调试时只有等到手工复位后，系统才能重新开始工作。所述IGBT过流检测单元检测 过流信号，通过输出正向过流信号、反向过流信号到IGBT过流保护单元，以此来实现IGBT 驱动单元PWM输出控制。每个IGBT器件都采用复合缓冲单元进行保护，可抑制故障电流 瞬时峰值和故障期间短路电流幅值，避免其对电力电子设备造成损坏。

源侧截止型过流保护单元用于检测保护装置中待检测点的电流是否超出预设电流 值，主要作用于光伏电站与直流升压变流器之间的直流母线待检测点，通过包括霍尔电流传感器检测母线直通电流是否超过预设电流值，当检测电流超过预设电流时，过流保 护子单元将进行保护动作和声光报警单元警报；所述直流母线上包括与复合缓冲单元相连接的第一检测端和第二检测端，以及与并网逆变单元相连接的第三检测端和第四检测端。其 中，第一检测端、第二检测端、第三检测端、第四检测端分别为图2中的①端、②端、③端和④端。所述源侧截止型过流保护单元用于当检测直流母线上①端和②端与③端和④端发生过流或短路时，所述源侧截止型过流保护单元的保护电路被触发而进入保护状态， 并把电源输出端彻底断开，发出声音和光作为警报。

所述复合缓冲单元可设于两根母线上，用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压；所述 第一复合缓冲单元包括两个输入端和两个输出端，所述复合缓冲单元的第一输入端连接作为 直流电源的光伏电站送端站，所述复合缓冲单元的第二输入端连接所述IGBT驱动单元输出 端，所述复合缓冲单元的第一输出端连接源侧截止型过流保护单元的输入端，所述复合缓冲 单元的第二输出端连接模块化LLC全桥变换器直流升压单元的输入端；所述复合缓冲单元作 用于保护IGBT导通和关断时刻承受过大的电压和电流；所述复合缓冲单元连接在IGBT集电 极和发射极之间，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第一电感、第一二极管、 第二二极管、第三二极管、第四二极管。通过复合缓冲单元与IGBT器件连接可以降低较高的 浪涌电压和电流对IGBT的影响以及避免过高而产生的系统误动作的问题。

IGBT过流保护单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、74LS74 触发芯片、7407缓冲芯片、7400与非门芯片、警示灯。预置端PRE由第一电阻、第一电容组 成充电电路，第二电阻、第一电容组成快速放电电路，第三电阻和第四电阻起限流作用。所 述的复合缓冲单元过流信号通过反向器从时钟端输入，超过预设值时，触发74LS74触发器动 作，此时警示灯亮，通过缓冲芯片将信号发送到微处理器单元，禁止微处理器单元发出PWM 信号，同时将已发送的PWM信号与故障信号合成通过7400与非门芯片，输出高电平到。系统 正常工作时，7407芯片地输出为高电平，此信号一方面送给DSP的PDPRINT引脚，同时与来 自缓冲单元的PWM输出信号通过与非门送给IGBT驱动单元，驱动IGBT正常工作。一旦系统 发生过流故障时，PDPRINT引脚变为低电平，DSP的所有输出都变为高阻状态。同时7400芯 片与非门的输出为高电平，迫使IGBT驱动单元处于关断状态，系统从而得到了及时有效的保 护。

所述源侧截止型过流保护单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四可调电阻、第 五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、包括霍尔电流传感器、LM393电压比 较器、第一晶闸管、第二晶闸管、晶体管、真空高压继电器、发光二极管、蜂鸣器；第一电阻和第二电阻的作用是防止出现瞬时负载电流脉冲而造成误保护；第一晶闸管和第二电容的 作用是起一定延时作用，保证继电器可靠切换真空高压继电器。霍尔电流传感器采用日本 HINODE公司的直测式霍尔效应电流传感器HAP8-200/4，该传感器需要正负15V双电源进行 供电。所述源侧截止型过流保护单元的电路具体的连接结构为：霍尔电流传感器H1的信号输 出端与LM339电压比较器的同向输入端(引脚3)相连；第一电阻与第一电容并联后一端接地， 另一端经缓冲电阻连接LM339电压比较器的同向输入端(引脚3)，进行信号滤波；可调电位 器一个固定端接入15V电源，另一个固定端经第三电阻接地，滑动端与LM339电压比较器U4 的反向输入端引脚2相连，提供反馈电压；第五电阻一端接入5V电源作为上拉电阻，另一端 连接LM339电压比较器的信号输出端(引脚1)和第一晶闸管阳极端，用于提高LM339电压比 较器信号输出端的电流驱动能力，第一晶闸管阳极端阴极端与晶体管栅极连接，当检测位置 电流超过预设值时，晶体管触发导通，此时继电器动作，声光器发出警报。

所述源侧截止型过流保护单元输入端与复合缓冲单元的输出端以及模块化LLC全桥变换 器直流升压单元的输出端相连接，通过霍尔传感器分别检测直流母线上①端和②端与③端和 ④端。所述源侧截止型过流保护单元用于当检测直流母线上①端和②端与③端和④端发生过 流或短路时，所述源侧截止型过流保护单元的保护电路被触发而进入保护状态，并把电源输 出端彻底断开，发出声音和光作为警报。

请参阅图16，本发明还提供一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护方法，用 于以上所述的装置，该方法包括如下步骤：

步骤1、微处理器单元同时控制模块化LLC全桥变换器直流升压变换单元、IGBT驱动 单元、并网逆变器单元的内部元件处于运行状态。

步骤1中，微处理器单元发出PWM信号，通过IGBT驱动单元进行升压处理，将PWM 电压信号幅值升到15V，然后分别驱动IGBT复合缓冲单元、模块化LLC全桥变换器直流 升压单元和并网逆变单元的IGBT器件，使各单元的IGBT器件按照设定程序导通，使光伏 并网系统装置处于正常运行状态。

步骤2、IGBT过流检测单元和源侧截止型过流保护单元对模块化LLC全桥变换器直流 升压变换单元、并网逆变器单元、直流母线电流进行过流检测，得到第一电流值。

步骤3、判断第一电流值是否大于第一预设电流值。

在本实施例中，第一预设电流值为1.2倍额定电流值，第一预设电流值具体为24A。

步骤4、如果第一电流值大于第一预设电流值，则微处理器单元发出控制信号对复合 缓冲单元IGBT进行关断控制。如果第一电流值小于或等于第一预设电流值，则执行步骤2。

步骤5、微处理器单元记录采集相应电流数据，得到第二电流值。

步骤6、判断第二电流值是否大于第二预设电流值，其中，第二预设电流值大于第一 预设电流值。

在本实施例中，所述直流母线上包括与复合缓冲单元相连接的第一检测端和第二检测 端，以及与并网逆变单元相连接的第三检测端和第四检测端，所述第一检测端和第二检测端 的第二预设电流值为467A，所述第三检测端和第四检测端第二预设电流值为28A。

步骤7、如果第二电流值大于第二预设电流值，则I IGBT保护单元关断IGBT器件，源 侧截止型过流保护单元触发动作，切断光伏系统与电网的连接，发出严重故障警报。如果第 二电流值小于或等于第二预设电流值，执行步骤3。

本实施例中，将光伏系统运行过程中流过直流母线待测端和IGBT器件的电流进行实 时检测，IGBT器件采用型号为FZ1000R20KS4的IGBT模块，IGBT驱动单元采用EXB841IGBT集成驱动器；当电网出现三相不对称故障时，会引起并网点的电压跌落时，并网的 光伏电源会因暂态过程受到冲击和影响，同时可能引起过电流从而对IGBT器件造成危 害，此时会触发过流检测单元动作，从而启动过流保护功能，使微处理器单元禁止产生 PWM信号，同时把故障信号与PWM信号共同经过与非门后送给驱动模块，以封锁脉冲输 出，关断IGBT，保护系统的安全。装置中各单元的供电部分均由具有多路电压输出(输 出±15V、5V、3.3V电压)的开关电源提供。

下面结合具体的场景对本发明进行说明。

场景一：电网不对称故障，IGBT过流保护功能的实现。IGBT过流检测单元检测流过IGBT器件电流值是否超过预设值，系统一旦有过流故障信号时，通过复合缓冲单元保护IGBT器件能耐受住尖峰电流，每个IGBT器件都采用复合缓冲单元进行保护，可抑制故障 电流瞬时峰值和故障期间短路电流幅值，避免其对电力电子设备造成损坏；IGBT过流保 护效果如图13所示。

场景二：电网严重过流故障，直流母线过流保护功能的实现。当电网出现严重过流故障时，应立即禁止微处理器产生PWM信号，同时把故障信号与PWM信号共同经过IGBT 过流保护单元与非门后送给驱动模块，以封锁脉冲输出，关断IGBT，保护系统的安全。 系统调试时只有等到手工复位后，系统才能重新开始工作。所述IGBT过流检测单元检测 过流信号，通过输出正向过流信号、反向过流信号到IGBT过流保护单元，以此来实现IGBT 驱动单元PWM输出控制。还需要立即将光伏电站及直流升压变换器从电网端切开。源侧 截止型过流保护单元用于检测保护装置中待检测点的电流是否超出预设电流值，主要作 用于光伏电站与直流升压变流器之间的直流母线待检测点，通过包括霍尔电流传感器检 测母线直通电流是否超过预设电流值，当检测电流超过预设电流时，过流保护子单元将 进行保护动作和声光报警单元警报；所述源侧截止型过流保护单元用于当检测直流母线 上1端和2端与3端和4端发生过流或短路时，所述源侧截止型过流保护单元的保护电路被 触发而进入保护状态，并把电源输出端彻底断开，发出声音和光作为警报。过流保护效 果如图14所示。在仿真场景中，所述第一预设电流为24A，所述①-②检测端第二预设电流 值为467A，③-④检测端第二预设电流值为28A。

由图13可知，t＝27ms之前时，光伏并网系统处于正常运行状态，因此电流处于稳定 值；当t＝27ms时，电网发生三相不对称故障，IGBT电流急速上升超过第一预设电流值；在38ms时，复合缓冲单元开通后，抑制故障电流瞬时峰值，尖峰电流得到明显抑制。

由图14～图15可知，t＝28ms之前时，通过复合缓冲单元来抑制故障电流，由于故障 情况严重，其故障电流逐渐增加；在t＝28ms时，电网发生严重的三相不对称故障，IGBT电流急速上升超过第二预设电流值；在54ms时，IGBT过流保护单元禁止微处理器产生 PWM信号，同时把故障信号与PWM信号共同经过IGBT过流保护单元与非门后送给驱动 模块，以封锁脉冲输出，关断IGBT，保护系统的安全。同时，源侧截止型过流保护单元 的保护电路被触发而进入保护状态，并把直流侧输出端彻底断开，发出声光警报。

由以上技术方案可知，本申请的模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置及方 法，通过检测一般程度的过流故障问题，通过复合缓冲单元实现IGBT器件对过电流故障的平缓穿越，从而满足大规模光伏并网的需求；可通过检测过流故障的严重程度自适应 切换功能，在保证光伏电站及电力电子器件安全的前提下，提升光伏并网的稳定型；此 外，本发明提出了模块化LLC全桥变换器直流升压结构，可实现10kV/200kW的大功率光 伏并网，模块化LLC全桥变换器直流升压单元由2个子模块前级并联后级串联组成一个子 单元，再经过子单元并联可以保持电压恒定的情况下功率的叠加。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护装置，其特征在于，包括：

微处理器单元(1)、IGBT过流保护单元(2)、IGBT过流检测单元(3)、源侧截止型过流保护单元(4)、IGBT驱动单元(5)、复合缓冲单元(6)、模块化LLC全桥变换器直流升压单元(7)以及并网逆变单元(8)；

所述微处理器单元(1)与所述IGBT过流保护单元(2)连接，所述IGBT过流保护单元(2)与所述IGBT驱动单元(5)连接，所述IGBT驱动单元(5)分别与所述复合缓冲单元(6)、所述模块化LLC全桥变换器直流升压单元(7)以及所述并网逆变单元(8)的一端连接，所述复合缓冲单元(6)、所述模块化LLC全桥变换器直流升压单元(7)以及所述并网逆变单元(8)的另一端分别与所述IGBT过流检测单元(3)连接，所述IGBT过流检测单元(3)与所述IGBT过流保护单元(2)连接，所述源侧截止型过流保护单元(4)的输入端分别与所述复合缓冲单元(6)的输出端以及所述模块化LLC全桥变换器直流升压单元(7)的输出端连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理器单元(1)包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片，所述IGBT过流保护单元(2)包括过流保护芯片，所述IGBT过流保护单元分别通过第一缓冲芯片和第二缓冲芯片与主控芯片连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主控芯片为TMS320F28335型号芯片，所述第一缓冲芯片为74HC245型号芯片，所述第二缓冲芯片为743384型号芯片，所述过流保护芯片为7400型号芯片。

4.一种模块化光伏并网直流升压变换器过流保护方法，用于权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1、微处理器单元同时控制模块化LLC全桥变换器直流升压变换单元、IGBT驱动单元、并网逆变器单元的内部元件处于运行状态；

步骤2、IGBT过流检测单元和源侧截止型过流保护单元对模块化LLC全桥变换器直流升压变换单元、并网逆变器单元、直流母线电流进行过流检测，得到第一电流值；

步骤3、判断第一电流值是否大于第一预设电流值；

步骤4、如果第一电流值大于第一预设电流值，则微处理器单元发出控制信号对复合缓冲单元IGBT进行关断控制；如果第一电流值小于或等于第一预设电流值，则执行步骤2；

步骤5、微处理器单元记录采集相应电流数据，得到第二电流值；

步骤6、判断第二电流值是否大于第二预设电流值，其中，所述第二预设电流值大于所述第一预设电流值；

步骤7、如果第二电流值大于第二预设电流值，则IGBT保护单元关断IGBT器件，源侧截止型过流保护单元触发动作，切断光伏系统与电网的连接，发出严重故障警报；如果第二电流值小于或等于第二预设电流值，执行步骤3。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，微处理器单元发出PWM信号，通过IGBT驱动单元进行升压处理，将PWM电压信号幅值升到15V，然后分别驱动IGBT复合缓冲单元、模块化LLC全桥变换器直流升压单元和并网逆变单元的IGBT器件，使各单元的IGBT器件按照设定程序导通，使光伏并网系统装置处于正常运行状态。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述第一预设电流值为1.2倍额定电流值。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，所述第二预设电流值为1.4倍额定电流值。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述第一预设电流值为24A。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，所述直流母线上包括与复合缓冲单元相连接的第一检测端和第二检测端，以及与并网逆变单元相连接的第三检测端和第四检测端，所述第一检测端和第二检测端的第二预设电流值为467A，所述第三检测端和第四检测端第二预设电流值为28A。