CN109378799B - 三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备 - Google Patents

三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，应用于三相四线制逆变器，三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过LCL滤波器并入电网，只需通过电网发生的故障类型计算一相电流的电流幅值作为最大电流幅值，计算量较小，对三相四线制逆变器进行过流保护时，响应时间也较短。及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了三相四线制逆变器被烧坏。此外，本发明还提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置及设备，效果如上。

Description

三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及电网领域，特别涉及一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备。
背景技术
随着科学技术的发展，各个领域对于能源的需求越来越大，为了解决各国经济发展过程中能源紧缺、能源利用与环境保护与能源需求增长之间的矛盾，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用成为了必然的选择。可再生能源如风能、光能组成的分布式发电机。
三相四线制配电网作为电力系统的终端、经常出现不平衡负荷和短路故障，尤其是单相接地故障和两相接地故障最为严重，采用恒功率控制的三相四线制的并网逆变器可以更好的应用于其零序路径的分布式电网，如具备多目标最优控制、支撑不平衡电网电压和电流等。当在分布式电网中发生接地故障时，三相四线制逆变器需要具有故障穿越能力，即保持连接以避免突然跳闸和发电损失。
当电网发生不平衡负荷故障和短路故障时，需要对三相四线制逆变器进行过流保护，目前较为常用的方法是根据三相四线制逆变器的实时采样值计算三相电流的每一相电流的幅值，计算每一相电流的幅值时需要将计算出的每一相电流的幅值进行比较，再得到三相电流中的最大值。然后将该最大值与原先设定的电流阈值进行比较，如果最大值小于原先设定的电流阈值，则说明此时没有过流。如果最大值大于原先设定的电流阈值，则电流阈值与最大值的比值生成调整系数，并将该调整系数与原先的电流参考值相乘生成一组新的电流参考值，三相四线制逆变器会通过PI闭环控制实时跟踪新的参考电流，进而可以实现三相四线制逆变器输出电流限制，对三相四线制逆变器本身进行过流保护。但是采用该种方法，需要计算出三相电流中的每一相电流的幅值，然后将三者进行比较才能确定出最大电流，如此，逐一计算三相电流中的每一相电流的幅值，所耗费的时间较长，且计算量较大。如此，对三相四线制逆变器进行过流保护时，响应时间也较长。若不能及时的对三相四线制逆变器进行过流保护，很容易造成三相四线制逆变器被烧坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备，在三相四线制的逆变器出现过流时，减小了计算三相电流中最大电流标幺值的计算量，缩短了对三相四线制逆变器进行过流保护的响应时间，及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了对三相四线制逆变器被烧坏。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
第一，应用于三相四线制逆变器，所述三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，本发明实施例提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，包括：
获取所述三相四线制逆变器输出的三相电流和所述电网的三相电压；
将所述三相电压和所述三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量；
利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型；
若所述故障类型为单相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将所述第一电流标幺值作为最大电流标幺值；
若所述故障类型为双相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值，并将所述第二电流标幺值作为所述最大电流标幺值；
判断所述最大电流标幺值是否超过阈值；
若超过所述阈值，则计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对所述三相四线制逆变器进行过流保护。
可选的，所述利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型具体包括：
分别对所述三相电压中的每一相电压超前和滞后设定角度值，得到与每一相电压对应的三相电压值；
分别将与所述每一相电压对应的三相电压值由abc坐标系转换至所述dq同步双相旋转坐标系，得到与所述每一相电压对应的d轴电压分量和q轴电压分量；
分别计算与所述每一相电压对应的d轴电压分量的平方与q轴电压分量的平方的和的平方根，得到与所述每一相电压对应的电压幅值；
将与所述每一相电压对应的电压幅值与标准电压幅值进行比较；
若所述三相电压中存在任意一相电压的电压幅值超出所述标准电压幅值，则所述故障类型为单相接地故障；
若所述三相电压中存在任意两相电压的电压幅值超出所述标准电压幅值，则所述故障类型为双相接地故障。
可选的，所述利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值包括：
计算所述负序电压分量中的d轴负序电压分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度；
计算所述零序电压分量中的零序电压实部分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度；
利用所述d轴正序电流分量和q轴所述正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值；
依据所述负序电压不平衡度、所述零序电压不平衡度、所述单相接地故障中的故障相的电压跌落值和所述正序电流幅值计算除所述故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值。
可选的，所述利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值具体包括：
计算所述负序电压分量中的d轴负序电压分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度；
计算所述零序电压分量中的零序电压实部分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度；
利用所述d轴正序电流分量和q轴所述正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值；
依据所述正序电流幅值、所述双相接地故障中的故障相的电压跌落值、所述负序电压不平衡度和所述零序电压不平衡度计算所述第二电流标幺值。
可选的，所述计算修正系数具体包括：
计算所述阈值与所述最大电流标幺值的比值，得到所述修正系数。
可选的，所述利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值包括：
计算所述修正系数与所述正序电流分量的乘积，得到目标正序电流参考值；
计算所述修正系数与所述负序电流分量的乘积，得到目标负序电流参考值；
计算所述修正系数与所述零序电流分量的乘积，得到目标零序电流参考值；
所述目标电流参考值包括所述目标正序电流参考值、所述目标负序电流参考值和所述目标零序电流参考值。
可选的，在所述计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值之后，还包括：
计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的有功功率参考值的乘积，得到有功功率输出值；
计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的无功功率参考值的乘积，得到无功功率输出值。
第二，应用于三相四线制逆变器，所述三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，本发明实施例提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置，包括：
获取模块，用于获取所述三相四线制逆变器输出的三相电流和所述电网的三相电压；
分解模块，用于将所述三相电压和所述三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量；
检测模块，用于利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型；
第一计算模块，用于若所述故障类型为单相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将所述第一电流标幺值作为最大电流标幺值；
第二计算模块，用于若所述故障类型为双相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值，并将所述第二电流标幺值作为所述最大电流标幺值；
判断模块，用于判断所述最大电流标幺值是否超过阈值；若超过所述阈值，则进入第三计算模块；
所述第三计算模块，用于计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对所述三相四线制逆变器进行过流保护。
可选的，还包括：
第四计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的有功功率参考值的乘积，得到有功功率输出值；
第五计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的无功功率参考值的乘积，得到无功功率输出值。
第三，本发明实施例提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现以上任一种提到的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法的步骤。
可见，本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，应用于三相四线制逆变器，三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过LCLC滤波器并入电网，在获取到三相四线制逆变器输出的三相电流以及电网的三相电压之后，对三相电流和三相电压进行分解，然后利用三相电压检测电网发生的故障类型，如果是单相故障类型，则只需计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值作为最大电流标幺值，如果是双相故障类型，则只需计算任意一相故障相的第二电流标幺值作为最大电流标幺值，并在最大电流标幺值超出阈值时，计算修正系数并利用修正系数对最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，从而达到对三相四线制逆变器进行保护的目的。因此，相比于现有技术中，计算出三相电流中的每一相电流的幅值，然后将三者进行比较才能确定出最大电流的方案，本方案中只需通过电网发生的故障类型计算一相电流的电流幅值作为最大电流幅值，计算量较小，对三相四线制逆变器进行过流保护时，响应时间也较短。及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了三相四线制逆变器被烧坏。此外，本发明实施例还提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置及设备，效果如上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种外接LCL滤波器的三相四线制逆变器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护逻辑示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种三相电压故障类型检测以及确定最大电流标幺值的方法流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种步骤S33的具体实现方式流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种步骤S34的具体实现方式流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种步骤S35的具体实现方式流程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供了一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备，在三相四线制的逆变器出现过流时，减小了计算三相电流中最大电流标幺值的计算量，缩短了对三相四线制逆变器进行过流保护的响应时间，及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了对三相四线制逆变器被烧坏。
首先，本发明实施例先对三相四线制逆变器以及其外接的LCL滤波器进行详细说明，请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种外接LCL滤波器的三相四线制逆变器结构示意图，三相四线制逆变器的直流侧包括两个分裂电容C1和C2，Vdc1和Vdc2分别表示的是三相四线制逆变器的交流侧通过LCL滤波器连接到电网，LCL滤波器由电感Lf、电容Cf和电感Lg组成，i1和i2分别指的是三相四线制逆变器侧电流和电网侧电流，一般情况下，i1和i2基本上相等，本发明将其均称为三相四线制逆变器的输出电流，vabc指的是电网侧的三相电压，va指的是a相电压、vb指的是b相电压、vc指的是c相电压。
下面结合图1和图2对本发明实施例提供的技术方案进行详细说明，图2为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护逻辑示意图，图2中，PLL指的是锁相环，SCM指的是对称分量法、COT指的是abc坐标系至dq同步双相旋转坐标系的转换，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法流程示意图，该方法包括：
S31：获取三相四线制逆变器输出的三相电流和电网的三相电压。
S32：将三相电压和三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量。
具体的，本实施例中，将三相电压通过锁相环、对称分量法以及坐标变换(将abc坐标系的三相电压转换至dq同步双相旋转坐标系，将abc坐标系的三相电压转换至零序参考坐标系)进行分解，得到d轴正序电压分量vd +、q轴正序电压分量vq +，d轴负序电压分量vd -、q轴负序电压分量vq -，零序电压实部电压分量vRe 0、零序电压虚部电压分量vIm 0；其中，d轴正序电压分量vd +和q轴正序电压分量vq +属于正序电压分量，d轴负序电压分量vd -、q轴负序电压分量vq -属于负序电压分量；零序电压实部电压分量vRe 0、零序电压虚部电压分量vIm 0属于零序电压分量vReIm 0。将三相电流结合三相电压经过锁相环后锁定的正序相角θg +、负序相角θg -以及零序相角θg 0利用对称分量法和坐标变换法(将abc坐标系的三相电流转换至dq同步双相旋转坐标系、将abc坐标系的三相电流转换至零序参考坐标系)进行分解，得到d轴负序电流分量id -、q轴负序电流分量iq -，q轴轴正序电流分量iq +、d轴正序电流分量id +，零序电流实部电流分量iRe 0、零序电流虚部电流分量iIm 0；其中，q轴正序电流分量iq +、d轴正序电流分量id +属于正序电流分量，d轴负序电流分量id -、q轴负序电流分量iq -属于负序电流分量，零序电流实部电流分量iRe 0、零序电流虚部电流分量iIm 0属于零序电流分量iReIm 0。
S33：利用三相电压检测电网发生的故障类型。
具体的，本实施例中，首先对电网中发生不对称故障时的三相四线制的有功功率和无功功率进行说明，当电网中发生不对称故障时，根据瞬时无功功率理论，瞬时三相有功功率和无功功率可以采用下式表示，
Figure BDA0001888064570000091
上式中，P3φ为瞬时三相有功功率、Q3φ为瞬时三相无功功率、P为有功功率、P0为零序有功功率、Q为无功功率，
Figure BDA0001888064570000092
为平均有功功率、
Figure BDA0001888064570000093
为零序平均有功功率、
Figure BDA0001888064570000094
为平均无功功率，Pc2为余弦有功功率的双频分量、Ps2表示正弦有功功率的双频分量；P0c2表示零序有功功率双频分量的余弦、P0s2表示零序有功功率双频分量的正弦；Qc2为余弦无功功率的双频分量、Qs2为正弦无功功率的双频分量，ω为角频率，t为时间参数。
可以将上式中的各参数采用以下矩阵形式表示：
Figure BDA0001888064570000095
从式(2)可知，总共包含Pc2、Ps2、P0c2、P0s2、Qc2和Qs2六个功率振荡分量，因此具有零序电流通道的三相四线制逆变器能建立六个控制方程，如果电网侧的三相电压是确定的，则三相四线制逆变器具有六个控制自由度iq +、id +、id -、iq -、iRe 0和iIm 0调节三相四线制的输出电流，对于给定的三相平均有功功率
Figure BDA0001888064570000096
和三相平均无功功率
Figure BDA0001888064570000097
可以建立以下控制方程：
Figure BDA0001888064570000098
上式中，Pref为参考有功功率、Qref为参考无功功率。
由于三相四线制逆变器具有更多的控制自由度，因此具有零序电流通道的逆变器不仅能够消除有功功率波动也能消除无功功率波动，因此，控制方程也可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000101
为了简化分析，假设dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系中的d轴或实轴与正序电压分量和负序电压分量以及零序电压分量重合，因此，电压的q轴分量和虚轴分量近似为零，则零序电流通道的所有可控电流分量可以表示为下式：
Figure BDA0001888064570000102
在得到以上六个控制自由度之后，在电网发生故障后，便可以通过以上六个控制自由度控制三相四线制逆变器的输出电流，从而实现对三相四线制逆变器的过流保护。电网发生的故障类型可以通过三相电压中每一相电压的幅值跌落情况进行确定，关于此部分内容，将在后文实施例进行详细说明。
S34：若故障类型为单相接地故障，则利用正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将第一电流标幺值作为最大电流标幺值。
具体的，本实施例中，故障类型为单相接地故障具体分为以下几种情况，第一种情况，a相跌落，即a相接地故障；第二种情况，b相跌落，即b相接地故障；第三种情况，c相跌落，即c相接地故障。对于此部分内容将在后文进行详细说明，在此暂不作赘述。
S35：若故障类型为双相接地故障，则利用正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量计算双相接地故障中任意一相故障相的第二电流标幺值，并将第二电流标幺值作为最大电流标幺值。
具体的，本实施例中，故障类型为双相接地故障具体分为以下几种情况，第一种情况，a相、b相跌落，即a相、b相接地故障；第二种情况，b相、c相跌落，即b相、c相接地故障；第三种情况，a相、c相跌落，即a相、c相接地故障。对于此部分内容将在后文进行详细说明，在此暂不作赘述。
S36：判断最大电流标幺值是否超出阈值。
具体的，本实施例中，阈值可以根据三线四线制逆变器的具体型号以及电网的实际运行情况进行确定，当最大电流标幺值超出阈值时，则说明在电网发生故障时，三相四线制逆变器处于过流状态。
S37：若超过阈值，则计算修正系数并利用修正系数对最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对三相四线制逆变器进行过流保护。
具体的，本实施例中，在超过阈值之后，则利用阈值与最大电流标幺值的比值计算修正系数，下面对本步骤S27进行详细说明：
其中，修正系数可以采用flimit1表示，修正系数flimit1可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000111
上式中，
Figure BDA0001888064570000112
表示阈值的标幺值，
Figure BDA0001888064570000113
表示最大电流标幺值。
其中，当最大电流标幺值超过阈值的标幺值，则采用
Figure BDA0001888064570000114
得到修正系数。
考虑到零序电流在电网电压平衡情况下的应用，可以再设定一个修正参数flimit2，根据电压检测结果这一参数保证逆变器的正常运行和直接切换在电网电压平衡清楚下的应用，flimit2可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000115
当最大电流标幺值超过阈值的标幺值，则采用
Figure BDA0001888064570000116
得到修正系数。
然后分别计算修正系数与正序电流分量、负序电流分量以及零序电流分量的乘积，得到目标正序电流参考值，目标负序电流参考值，以及目标零序电流参考值。
具体可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000121
上式中，
Figure BDA0001888064570000122
表示d轴目标正序电流参考值、
Figure BDA0001888064570000123
表示q轴目标正序电流参考值、
Figure BDA0001888064570000124
表示d轴目标负序电流参考值、
Figure BDA0001888064570000125
表示q轴目标负序电流参考值、
Figure BDA0001888064570000126
表示实部目标零序电流参考值、
Figure BDA0001888064570000127
表示虚部目标零序电流参考值。
得到以上的目标参考值后，利用以上目标参考值以及PI控制器生成驱动信号(SPWM信号)，从而利用驱动信号调节三相四线制逆变器的输出电流。
此后，输出功率分量可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000128
可见，本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，应用于三相四线制逆变器，三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过LCLC滤波器并入电网，在获取到三相四线制逆变器输出的三相电流以及电网的三相电压之后，对三相电流和三相电压进行分解，然后利用三相电压检测电网发生的故障类型，如果是单相故障类型，则只需计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值作为最大电流标幺值，如果是双相故障类型，则只需计算任意一相故障相的第二电流标幺值作为最大电流标幺值，并在最大电流标幺值超出阈值时，计算修正系数并利用修正系数对最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，从而达到对三相四线制逆变器进行保护的目的。因此，相比于现有技术中，计算出三相电流中的每一相电流的幅值，然后将三者进行比较才能确定出最大电流的方案，本方案中只需通过电网发生的故障类型计算一相电流的电流幅值作为最大电流幅值，计算量较小，对三相四线制逆变器进行过流保护时，响应时间也较短。及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了三相四线制逆变器被烧坏。
下面结合图4对本发明实施例的步骤S33、步骤S34和步骤S35进行介绍，图4为本发明实施例提供的一种三相电压故障类型检测以及确定最大电流标幺值的方法流程示意图，首先对本发明实施例的步骤S33的一种具体实现方式进行详细介绍，请参图5，图5为本发明实施例提供的一种步骤S33的具体实现方式流程示意图，包括：
S331：分别对三相电压中的每一相电压超前和滞后设定角度值，得到与每一相电压对应的三相电压值。
具体的，本实施例中，将三相电压中的每一相电压作为一组，利用相电压和线电压的关系将每一相电压超前和滞后30度(设定角度值优选为30度)，从而虚构出该相电压的另外两相电压，得到三组对称的三相电压值。
S332：分别将与每一相电压对应的三相电压值由abc坐标系转换至dq同步双相旋转坐标系，得到与每一相电压对应的d轴电压分量和q轴电压分量。
S333：分别计算与每一相电压对应的d轴电压分量的平方与q轴电压分量的平方的和的平方根，得到与每一相电压对应的电压幅值。
S334：将与每一相电压对应的电压幅值与标准电压幅值进行比较。若三相电压中存在任意一相电压的电压幅值超出标准电压幅值，则故障类型为单相接地故障。若三相电压中存在任意两相电压的电压幅值超出标准电压幅值，则故障类型为双相接地故障。
具体的，标准电压幅值为电网未发生故障时的正常的电压幅值，正如图4所示的，首先对电网的三相电压进行检测(即对应于图4中的PCC电压检测)，然后判断是否是单相接地故障，如果是单相接地故障，首先可以判断是否是a相接地故障，如果不是a相接地故障(a相跌落)，则再判断是否是b相接地故障(b相跌落)，如果不是b相接地故障，则说明是c相接地故障。
其次，对本发明实施例的步骤S34的一种具体实现方式进行详细介绍，请参图6，图6为本发明实施例提供的一种步骤S34的具体实现方式流程示意图，包括：
S341：计算负序电压分量中的d轴负序电压分量与正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度。
S342：计算零序电压分量中的零序电压实部分量与正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度。
具体的，本实施例中，负序电压不平衡度和零序电压不平衡度可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000141
上式中，kn为负序电压不平衡度，k0为零序电压不平衡度，
Figure BDA0001888064570000142
为负序电压幅值、
Figure BDA0001888064570000143
为正序电压幅值、
Figure BDA0001888064570000144
为零序电压幅值。
S343：利用所述d轴正序电流分量和q轴所述正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值。
具体的，本实施例中，正序电流幅值可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000145
上式中，
Figure BDA0001888064570000146
为正序电流幅值。
其次，可以求出负序电流幅值和零序电流幅值，再结合式(5)得到负序电流幅值、零序电流幅值与正序电流幅值之间的关系，具体采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000147
上式中，
Figure BDA0001888064570000148
为零序电流幅值，
Figure BDA0001888064570000149
为负序电流幅值。
S344：依据负序电压不平衡度、零序电压不平衡度单相接地故障中的故障相的电压跌落值和正序电流幅值计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值。
具体的，本实施例中，在计算第一电流标幺值之前需要先计算三相电流的理论幅值，根据对称分量法，三相四线制逆变器的输出电流能个分解为正序、负序和零序分量的叠加，因此，中性线电流是重要的表征三相四线制逆变器运行特征的物理量，则三相电流的理论幅值以及中心线电流的理论幅值可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000151
上式中，Ia(cal)表示的是三相电流中的a相电流的理论幅值，Ib(cal)表示的是三相电流中的b相电流的理论幅值，Ic(cal)表示的是三相电流中的c相电流的理论幅值，In(cal)表示的是中性线电流的理论幅值，
Figure BDA0001888064570000152
和
Figure BDA0001888064570000153
分别表示的是正序电流的初始相位、负序电流的初始相位和零序电流的初始相位。
由上式可知，三相电流幅值时与负序电压不平衡度、零序电压不平衡度、正序电流幅值和每个电流序量之间的初始相位差值有关，而正序电流幅值和每个电流序量之间的初始相位差值等都与电压幅值跌落深度、功率因数以及故障类型有关，因此
Figure BDA0001888064570000154
和
Figure BDA0001888064570000155
可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000156
因此，
Figure BDA0001888064570000157
和
Figure BDA0001888064570000158
之间是互相关联的，
Figure BDA0001888064570000159
和
Figure BDA00018880645700001510
可以在0、π和-π中取值。
在求解出三相电流的理论幅值之后，再计算第一电流标幺值，下面以单相接地故障中的a相接地故障为例对本技术方案进行说明，b相接地故障和c相接地故障可以参见a相接地故障的说明。将a相接地故障的故障相的电压跌落值记为：va’＝kva，其中，k为跌落深度，根据对称分量法可知，va’可以分解为正序分量、负序分量以及零序分量的叠加，则kn和k0可以表示为下式：
Figure BDA0001888064570000161
根据锁相环的输出相位特征和park变换，从电压各序量之间的关系可知vd +＞0、vd -＞0、vRe 0＜0，并且vRe 0和vd -的绝对值近似相等，再根据公式(5)可知，id +＞0、id -＞0以及iRe 0＜0，因此，
Figure BDA0001888064570000162
以及
Figure BDA0001888064570000163
则正序电流幅值
Figure BDA0001888064570000164
可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000165
将公式(16)带入到公式(13),再结合各个初始相位之间的相关关系以及(17)式求解故障相的第一电流标幺值。具体是公式(13)与公式(17)的比值，其中，公式(17)为三相四线制逆变器的额定输出电流，具体如下：
Figure BDA0001888064570000166
其中，发生a相接地故障后，除故障相a外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000167
其中，
Figure BDA0001888064570000168
为b相电流标幺值，
Figure BDA0001888064570000169
为c相电流标幺值，
Figure BDA00018880645700001610
和
Figure BDA00018880645700001611
均可以为第一电流标幺值，λ为功率因数。
除此之外，a相电流和中性线电流的标幺值可以采用下式计算：
Figure BDA00018880645700001612
上式中，
Figure BDA00018880645700001613
为a相电流标幺值，
Figure BDA00018880645700001614
为中心线电流标幺值。
结合图4，可知发生a相故障时，第一电流标幺值可以为
Figure BDA00018880645700001615
或
Figure BDA00018880645700001616
发生b相故障时，第一电流标幺值可以为
Figure BDA00018880645700001617
或
Figure BDA00018880645700001618
发生c相故障时，第一电流标幺值可以为
Figure BDA00018880645700001619
或
Figure BDA00018880645700001620
因此，在发生单相接地故障时，只需要计算非故障相的任意一相的电流标幺值即可得到三相电流中的最大电流幅值。
最后，对本发明实施例的步骤S35的一种具体实现方式进行详细介绍，请参图7，图7为本发明实施例提供的一种步骤S35的具体实现方式流程示意图，包括：
S351：计算所述负序电压分量中的d轴负序电压分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度；
S352：计算所述零序电压分量中的零序电压实部分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度；
S353：利用所述d轴正序电流分量和q轴所述正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值；
S354：依据所述正序电流幅值、所述双相接地故障中的故障相的电压跌落值、所述负序电压不平衡度和所述零序电压不平衡度计算所述第二电流标幺值。
具体的，本实施例中，以b相故障和c相故障为例进行说明，其余类型的双相接地故障可以参见b相接地故障和c相接地故障，将b相故障和c相故障的电压跌落值分别记为：vb’＝kvb和vc’＝kvc。则kn和k0可以采用下式表示：
Figure BDA0001888064570000171
根据park变换，按照上式单相接地故障中的计算方式，第二电流标幺值(包括b相电流标幺值和c相电流标幺值)可以采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000172
对应于图4，若发生双相接地故障时，X和Y相，即发生故障的相，最大电流标幺值应该为故障相中的任意一相的电流标幺值。同理，a相电流标幺值和中性线电流标幺值可以分别采用下式计算：
Figure BDA0001888064570000173
因此，根据分析可知，在发生单相接地故障时，非故障相的电流总是大于故障相的电流，发生双相接地故障时，故障相的电流总是大于非故障相的电流，因此，在计算最大电流幅值时，只需要判断出此时是何种接地故障类型以及具体是哪一相电流发生了接地故障即可通过只计算一相电流即可计算出最大电流标幺值，对应得到最大电流幅值。此外，不论是单相接地故障还是双相接地故障，中性线电流幅值比最大相电流幅值最大，但是由于中性线电流仅仅流过中性线，不会对三相四线制的逆变器产生不利影响，因此，对于中心线电流的过流影响，本发明实施例在此暂不作深究。
请参图8，图8为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置结构示意图，应用于三相四线制逆变器，三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，包括：
获取模块801，用于获取所述三相四线制逆变器输出的三相电流和所述电网的三相电压；
分解模块802，用于将所述三相电压和所述三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量；
检测模块803，用于利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型；
第一计算模块804，用于若所述故障类型为单相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将所述第一电流标幺值作为最大电流标幺值；
第二计算模块805，用于若所述故障类型为双相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值，并将所述第二电流标幺值作为所述最大电流标幺值；
判断模块806，用于判断所述最大电流标幺值是否超过阈值；若超过所述阈值，则进入第三计算模块；
所述第三计算模块807，用于计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对所述三相四线制逆变器进行过流保护。
可见，本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置，应用于三相四线制逆变器，三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过LCLC滤波器并入电网，在获取到三相四线制逆变器输出的三相电流以及电网的三相电压之后，对三相电流和三相电压进行分解，然后利用三相电压检测电网发生的故障类型，如果是单相故障类型，则只需计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值作为最大电流标幺值，如果是双相故障类型，则只需计算任意一相故障相的第二电流标幺值作为最大电流标幺值，并在最大电流标幺值超出阈值时，计算修正系数并利用修正系数对最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，从而达到对三相四线制逆变器进行保护的目的。因此，相比于现有技术中，计算出三相电流中的每一相电流的幅值，然后将三者进行比较才能确定出最大电流的方案，本方案中只需通过电网发生的故障类型计算一相电流的电流幅值作为最大电流幅值，计算量较小，对三相四线制逆变器进行过流保护时，响应时间也较短。及时的对三相四线制逆变器进行了过流保护，避免了三相四线制逆变器被烧坏。
基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：
第四计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的有功功率参考值的乘积，得到有功功率输出值；
第五计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的无功功率参考值的乘积，得到无功功率输出值。
请参见图9，图9为本发明实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护设备结构示意图，包括：
存储器901，用于存储计算机程序；
处理器902，用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现以上任一实施例提到的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法的步骤。
本实施例提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护设备，由于可以通过处理器调用存储器存储的计算机程序，实现如上述任一实施例提供的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法的步骤，所以本过流保护设备具有同上述用于三相四线制的逆变器的过流保护方法同样的实际效果。
以上对本申请所提供的一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法、装置及设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

Claims (10)

1.一种用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，应用于三相四线制逆变器，所述三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，其特征在于，包括：
获取所述三相四线制逆变器输出的三相电流和所述电网的三相电压；
将所述三相电压和所述三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量；
利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型；
若所述故障类型为单相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将所述第一电流标幺值作为最大电流标幺值；
若所述故障类型为双相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值，并将所述第二电流标幺值作为所述最大电流标幺值；
判断所述最大电流标幺值是否超过阈值；
若超过所述阈值，则计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对所述三相四线制逆变器进行过流保护。
2.根据权利要求1所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，所述利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型具体包括：
分别对所述三相电压中的每一相电压超前和滞后设定角度值，得到与每一相电压对应的三相电压值；
分别将与所述每一相电压对应的三相电压值由abc坐标系转换至所述dq同步双相旋转坐标系，得到与所述每一相电压对应的d轴电压分量和q轴电压分量；
分别计算与所述每一相电压对应的d轴电压分量的平方与q轴电压分量的平方的和的平方根，得到与所述每一相电压对应的电压幅值；
将与所述每一相电压对应的电压幅值与标准电压幅值进行比较；
若所述三相电压中存在任意一相电压的电压幅值超出所述标准电压幅值，则所述故障类型为单相接地故障；
若所述三相电压中存在任意两相电压的电压幅值超出所述标准电压幅值，则所述故障类型为双相接地故障。
3.根据权利要求1所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，所述利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值包括：
计算所述负序电压分量中的d轴负序电压分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度；
计算所述零序电压分量中的零序电压实部分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度；
利用所述d轴正序电流分量和q轴正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值；
依据所述负序电压不平衡度、所述零序电压不平衡度、所述单相接地故障中的故障相的电压跌落值和所述正序电流幅值计算除所述故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值。
4.根据权利要求1所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，所述利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值具体包括：
计算所述负序电压分量中的d轴负序电压分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到负序电压不平衡度；
计算所述零序电压分量中的零序电压实部分量与所述正序电压分量中的d轴正序电压分量的比值的绝对值，得到零序电压不平衡度；
利用所述d轴正序电流分量和q轴正序电流分量计算所述正序电流分量的正序电流幅值；
依据所述正序电流幅值、所述双相接地故障中的故障相的电压跌落值、所述负序电压不平衡度和所述零序电压不平衡度计算所述第二电流标幺值。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，所述计算修正系数具体包括：
计算所述阈值与所述最大电流标幺值的比值，得到所述修正系数。
6.根据权利要求5所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，所述利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值包括：
计算所述修正系数与所述正序电流分量的乘积，得到目标正序电流参考值；
计算所述修正系数与所述负序电流分量的乘积，得到目标负序电流参考值；
计算所述修正系数与所述零序电流分量的乘积，得到目标零序电流参考值；
所述目标电流参考值包括所述目标正序电流参考值、所述目标负序电流参考值和所述目标零序电流参考值。
7.根据权利要求5所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法，其特征在于，在所述计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值之后，还包括：
计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的有功功率参考值的乘积，得到有功功率输出值；
计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的无功功率参考值的乘积，得到无功功率输出值。
8.一种用于三相四线制的逆变器的过流保护装置，应用于三相四线制逆变器，所述三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述三相四线制逆变器输出的三相电流和所述电网的三相电压；
分解模块，用于将所述三相电压和所述三相电流分别在dq同步双相旋转坐标系和零序参考坐标系进行分解，得到正序电压分量、负序电压分量、正序电流分量、负序电流分量、零序电压分量和零序电流分量；
检测模块，用于利用所述三相电压检测所述电网发生的故障类型；
第一计算模块，用于若所述故障类型为单相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算除故障相外的其余两相中的任意一相的第一电流标幺值，并将所述第一电流标幺值作为最大电流标幺值；
第二计算模块，用于若所述故障类型为双相接地故障，则利用所述正序电压分量、所述负序电压分量、所述正序电流分量、所述负序电流分量、所述零序电压分量和所述零序电流分量计算所述双相接地故障中的任意一相故障相的第二电流标幺值，并将所述第二电流标幺值作为所述最大电流标幺值；
判断模块，用于判断所述最大电流标幺值是否超过阈值；若超过所述阈值，则进入第三计算模块；
所述第三计算模块，用于计算修正系数并利用所述修正系数对所述最大电流标幺值进行修正得到目标电流参考值，以对所述三相四线制逆变器进行过流保护。
9.根据权利要求8所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护装置，其特征在于，还包括：
第四计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的有功功率参考值的乘积，得到有功功率输出值；
第五计算模块，用于计算所述修正系数与所述三相四线制逆变器的无功功率参考值的乘积，得到无功功率输出值。
10.一种用于三相四线制的逆变器的过流保护设备，应用于三相四线制逆变器，所述三相四线制逆变器外接LCL滤波器以通过所述LCL滤波器并入电网，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至7任一项所述的用于三相四线制的逆变器的过流保护方法的步骤。
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