CN111654057B - 防孤岛保护装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气工程技术领域，特别涉及一种防孤岛保护装置及系统。所述防孤岛保护装置包括控制模块，用于在接收到防孤岛保护指令后输出控制信号；电流产生模块，与所述控制模块相连接，用于根据所述控制信号产生输出电流；滤波模块，分别与所述电流产生模块及变换器相连接，用于基于所述电流产生模块产生的输出电流调节所述变换器输出的电流纹波。当所述控制模块接收到防孤岛保护指令并控制所述电流产生模块向所述滤波模块输出电流时，所述滤波模块由于被注入了电流，导致所述滤波模块的滤波效果下降，从而所述变换器输出的电流纹波增大。当所述变换器的电流纹波增大时，所述变换器可以做出相应的防护操作，从而达到防孤岛保护的效果。

Description

防孤岛保护装置及系统
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，特别是涉及一种防孤岛保护装置及系统。
背景技术
对于含分布式电源的微网系统，当系统处于检修状态时，即便断开并网点的开关，系统仍然处于带电状态，所以功率占比较大的分布式电源必须具备防孤岛保护功能。现有系统的孤岛保护功能对变换器的依赖性较高，而对于分布式电源变换器来说，既需要具备防孤岛保护功能，又需要具备孤岛运行能力，则变换器需要具备的功能复杂。
发明内容
基于此，有必要针对现有系统的孤岛保护功能对变换器的依赖性较高，变换器功能复杂的问题，提供一种可以将孤岛保护和变换器分离的防孤岛保护装置及系统。
一种防孤岛保护装置，包括控制模块，用于在接收到防孤岛保护指令后输出控制信号；电流产生模块，与所述控制模块相连接，用于根据所述控制信号产生输出电流；滤波模块，分别与所述电流产生模块及变换器相连接，用于基于所述电流产生模块产生的输出电流调节所述变换器输出的电流纹波。
上述防孤岛保护装置通过控制模块接收防孤岛保护指令，所述控制模块接收到防孤岛保护指令后向所述电流产生模块输出控制信号。所述电流产生模块根据控制信号产生输出电流至所述滤波模块，所述滤波模块基于所述输出电流对变换器输出的电流纹波进行调节。所述滤波模块用于对所述变换器输出的电流纹波进行滤波。当所述控制模块接收到防孤岛保护指令并控制所述电流产生模块向所述滤波模块输出电流时，所述滤波模块由于被注入了电流，导致所述滤波模块的滤波效果下降，从而所述变换器输出的电流纹波增大。当所述变换器的电流纹波增大时，所述变换器会做出相应的防护操作，从而达到防孤岛保护的效果。通过本发明提供的所述防孤岛保护装置可以使防孤岛保护与变换器分离，所述变换器不用额外设置防孤岛保护功能，使得系统的孤岛保护对变换器的依赖性降低。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置还包括变换器保护模块，与所述变换器相连接，用于对所述电流纹波进行测量，当所述电流纹波增大时控制所述变换器进行防孤岛保护。
在其中一个实施例中，所述滤波模块包括第一电感、第二电感和磁芯，所述第一电感缠绕在所述磁芯上与所述变换器相连接，所述第二电感缠绕在所述磁芯上与所述电流产生模块相连接。
在其中一个实施例中，所述第一电感为滤波电感，所述第二电感为互感电感。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置还包括通信模块，所述防孤岛保护装置还包括通信模块，所述通信模块包括有线通信模块，与所述控制模块相连接，用于建立所述防孤岛保护装置与上位机之间的通信连接；或/和，无线通信模块，与所述控制模块相连接，用于建立所述防孤岛保护装置与上位机之间的通信连接；所述上位机用于输出防孤岛保护指令。
在其中一个实施例中，所述有线通信模块包括RS232接口模块或/和RS485接口模块。
在其中一个实施例中，所述无线通信模块包括WiFi模块、zigbee模块、GPRS模块或5G通信模块。
在其中一个实施例中，所述控制模块包括通信接口，与所述通信模块相连接，用于实现所述控制模块和所述通信模块间的数据传输；控制接口，与所述电流产生模块相连接，用于传输控制信号至所述电流产生模块。
一种防孤岛保护系统，包括上述任一实施例中所述的防孤岛保护装置。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置还包括上位机，用于向所述防孤岛保护装置输出孤岛保护指令。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置的结构框图；
图2为本发明其中一实施例的滤波模块的连接示意图；
图3为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置部分连接示意图；
图4为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置接入直流微网系统的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置的结构框图，在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置10包括控制模块100、电流产生模块200和滤波模块300。所述控制模块100用于在接收到防孤岛保护指令后输出控制信号。所述电流产生模块200，与所述控制模块100相连接，用于根据所述控制信号产生输出电流。所述滤波模块300，分别与所述电流产生模块200及变换器20相连接，用于基于所述电流产生模块200的输出电流调节所述变换器输出的电流纹波。
具体地，当所述控制模块100接收到防孤岛保护指令时，控制所述电流产生模块200传输输出电流至所述滤波模块300。所述滤波模块300由于被注入了输出电流，所以导致所述滤波模块300的滤波效果下降，从而所述变换器20输出的电流纹波增大。当所述变换器20的电流纹波增大时，所述变换器20会做出相应的防护操作，从而达到防孤岛保护的效果。所述防孤岛保护装置10可以将孤岛保护和变换器分离，应用于直流微网系统中时，可以使得系统的孤岛保护对变换器的依赖性降低。且对于直流微网系统来说，所述防孤岛保护装置10中的滤波模块300还具有抑制电流谐波的能力。变换器20通过检测输出电流纹波大小，即可完成孤岛保护，有利于变换器在防孤岛保护功能上的标准化，且有利于变换器的生产制造的统一化，降低直流微网系统搭建过程中对变换器厂家的依赖。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置10还包括变换器保护模块400(图中未示)。所述变换器保护模块400，与所述变换器20相连接，用于对所述电流纹波进行测量，当所述电流纹波增大时控制所述变换器20进行防孤岛保护。由于所述滤波模块300被注入了输出电流后，导致了所述滤波模块300的对于所述变换器输出的电流纹波的滤波效果显著下降，从而所述变换器20输出的电流纹波增大。所述变换器保护模块400实时对所述变换器20输出的电流纹波进行采集监测，当所述变换器20输出的电流纹波出现了明显的增大则判断需要进行防孤岛保护，所述防孤岛保护装置10根据判断做出相应的防孤岛保护措施。所述防孤岛保护措施可以是停止所述变换器20工作等措施，从而完成防孤岛保护。
图2为本发明其中一实施例的滤波模块的连接示意图，在其中一个实施例中，所述滤波模块300包括第一电感、第二电感和磁芯。如图2所示的绕组1为所述第一电感，所述第一电感缠绕在所述磁芯上与所述变换器20相连接；如图2所示的绕组2为第二电感，所述第二电感缠绕在所述磁芯上与所述电流产生模块200相连接。
在其中一个实施例中，所述第一电感为滤波电感，所述第二电感为互感电感。
具体地，所述第一电感缠绕在所述磁芯上与所述变换器20相连接。所述第一电感起滤波作用，具有对所述变换器20输出的电流纹波进行抑制电流谐波的能力。当所述控制模块100接收到防孤岛保护指令，判断需要进行防孤岛保护时，所述控制模块100向所述电流产生模块200输出控制信号。所述电流产生模块200根据所述控制信号向所述滤波模块300中的第二电感中注入输出电流。在本实施例中，所述输出电流为直流偏置电流。由于所述第一电感和所述第二电感共用一个磁芯，所以当所述电流产生模块200向所述第二电感中注入输出电流后，使得所述磁芯处于饱和状态。在所述磁芯进入饱和状态后，所述第一电感的有效值会大幅度降低，其滤波效果会大幅度降低，所述变换器20的输出电流纹波会变大。所述变换器保护模块400通过对所述变换器20的输出纹波进行实时的采集监测，根据所述电流纹波的大小变化情况，来判断是否需要防孤岛保护。若监测到所述电流纹波出现了显著的下降，则判断需要进行防孤岛保护，所述变换器保护模块400作出相应的防孤岛保护措施，例如使所述变换器20停止工作。
所述控制模块100根据所述防孤岛保护指令可以获知所述第一电感的有效值需要降低的大小，然后所述控制电路100据此向所述电流产生模块200发出控制信号。所述电流产生模块200根据所述控制信号产生用于使所述第一电感的有效值降低的直流偏置电流，并将所述直流偏置电流向所述第二电感注入。所述第二电感中注入了较大的所述直流偏置电流后，使得所述磁芯处于饱和状态。在所述磁芯进入饱和状态后，所述第一电感的有效值大幅度降低，其滤波效果会大幅度降低，从而所述变换器20的输出电流纹波也大幅度增大，达到被所述所述变换器保护模块400判定为需要防孤岛保护的条件。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护装置还包括通信模块500(图中未示)。所述通信模块500，用于建立所述防孤岛保护装置10与上位机之间的通信连接。所述上位机用于输出防孤岛保护指令。
具体地，上位机通过所述通信模块500与所述防孤岛保护装置10建立通信连接。当所述直流微网系统检测到了孤岛状态，需要进行防孤岛保护时，上位机向所述防孤岛保护装置10的所述通信模块500传输防孤岛保护指令。同样地，当所述直流微网系统需要获取所述防孤岛保护装置10中的参数，上位机也可以通过所述通信模块500向所述防孤岛保护装置10传输请求指令，所述防孤岛保护装置10根据所述请求指令将相应的数据回传至所述上位机，从而实现所述上位机与所述防孤岛保护装置10间的通信互联。
在其中一个实施例中，所述通信模块500包括有线通信模块或/和无线通信模块。所述防孤岛保护装置10的所述通信模块500可以是有线通信模块或无线通信模块，也可以同时包括有线通信模块和无线通信模块。若所述通信模块500使用有线通信模块来实现所述上位机与所述防孤岛保护装置10件的通信连接时，所述有线通信模块受干扰较小、可靠性强、保密性强。若所述通信模块500使用无线通信模块来实现所述上位机与所述防孤岛保护装置10件的通信连接时，所述无线通信模块不受连接线的拘束、组网灵活、可扩展性好。若所述通信模块500同时包括有线通信模块和无线通信模块，可以根据应用时的需要选择更合适的通信模式来实现通信连接。
在其中一个实施例中，所述有线通信模块包括RS232接口模块或/和RS485接口模块。所述有线通信模块通过所述RS232接口模块或/和RS485接口模块将所述通信模块500的接口转换成RS232接口或/和RS485接口，通过RS232接口或/和RS485接口实现与数据收发接口为有线接口的上位机进行有线连接。所述有线通信模块受干扰较小、可靠性强、保密性强。
在其中一个实施例中，所述无线通信模块包括WiFi模块、zigbee模块、GPRS模块或5G通信模块。所述无线通信模块可以是任意一个能够实现无线数据传输功能的功能模块。所述通信模块500通过使用无线通信模块来与所述防孤岛保护装置10进行无线数据收发，可以实现对所述防孤岛保护装置10的远程操控，不受连接线的拘束、组网灵活、可扩展性好。
图3为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置部分连接示意图，在其中一个实施例中，所述控制模块100包括通信接口和控制接口。所述通信接口，与所述通信模块500相连接，用于实现所述控制模块100和所述通信模块500间的数据传输。所述控制接口，与所述电流产生模块200相连接，用于传输控制信号至所述电流产生模块200。当所述直流微网系统检测到了孤岛状态，需要进行防孤岛保护时，上位机输出防孤岛保护指令。所述防孤岛保护装置10的所述通信模块500接收到了所述防孤岛保护指令后，通过所述通信接口将所述防孤岛保护指令传输至所述控制模块100。所述控制模块100接收到防孤岛保护指令后，判断需要进行防孤岛保护，则所述控制模块100需要向所述电流产生模块200输出控制信号。所述控制模块100根据所述防孤岛保护指令可以获知所述第一电感的有效值需要降低的大小，然后据此向所述电流产生模块200发出相应的控制信号。所述控制信号通过控制接口将所述控制信号传输至所述电流产生模块200。
图3中所示的Idc为所述电流产生模块产生的直流偏置电流，图3中与所述电流产生模块200连接的即为第二电感。所述电流产生模块200根据所述控制信号产生一个较大的输出电流，即直流偏置电流Idc，并向所述滤波模块300的第二电感中注入所述直流偏置电流Idc。以使得所述磁芯处于饱和状态，从而使所述第一电感的有效值大幅度降低，其滤波效果也大幅度降低，所述变换器20输出的电流纹波会变大。以通过检测所述变换器20输出的电流纹波大小，来判断是否需要启动保护。
图4为本发明其中一实施例的防孤岛保护装置接入微网的示意图。如图4所示，在所述直流微网系统中，所述变换器20通过第一电感与母线连接。所述变换器20可以通过第一电感来对所述变换器20输出的电流纹波进行滤波，从而抑制电流谐波，将经过滤波后的电流纹波输入母线。在需要进行防孤岛保护时，所述电流产生模块200根据所述控制信号产生用于使所述第一电感的有效值降低的直流偏置电流Idc，并将所述直流偏置电流Idc注入所述第二电感。所述第二电感中注入了较大的所述直流偏置电流Idc后，使得所述磁芯处于饱和状态。在所述磁芯进入饱和状态后，所述第一电感的有效值大幅度降低，其滤波效果也会大幅度降低，从而所述变换器20的输出电流纹波也大幅度增大，达到被所述所述变换器保护模块400判定为需要防孤岛保护的条件。通过本发明提供的所述防孤岛保护装置可以通过对所述变换器20输出的电流纹波大小进行采集并监测，即可实现孤岛保护功能。有利于所述变换器20的标准化及生产制造的统一化，从而降低了所述直流微网系统建造过程中对变换器厂家的依赖。
一种防孤岛保护系统，包括上述任一实施例中所述的防孤岛保护装置。所述防孤岛保护装置10通过所述控制模块100接收防孤岛保护指令，当所述控制模块100接收到所述防孤岛保护指令后，所述控制模块100根据所述防孤岛保护指令输出控制信号至所述电流产生模块200。所述电流产生模块200根据所述控制信号产生输出电流至所述滤波模块300。所述滤波模块300根据所述输出电流对所述变换器20输出的电流纹波进行调节。所述输出电流用于改变所述滤波模块300对所述电流纹波的调节效果。所述变换器保护装置400用于对所述电流纹波进行测量，当所述电流纹波增大时控制所述变换器进行防孤岛保护。所述通信模块500用于建立所述防孤岛保护装置与上位机之间的通信连接。
在其中一个实施例中，所述防孤岛保护系统还包括上位机。所述上位机用于输出防孤岛保护指令。所述上位机通过所述通信模块500与所述防孤岛保护装置10建立通信连接。当所述直流微网系统检测到了孤岛状态，需要进行防孤岛保护时，上位机向所述防孤岛保护装置10的所述通信模块500传输防孤岛保护指令。同样地，当所述直流微网系统需要获取所述防孤岛保护装置10中的参数，上位机也可以通过所述通信模块500向所述防孤岛保护装置10传输请求指令，所述防孤岛保护装置10根据所述请求指令将相应的数据回传至所述上位机，从而实现所述上位机与所述防孤岛保护装置10间的通信互联。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种防孤岛保护装置，应用于直流微网系统，其特征在于，包括：
控制模块，用于在接收到防孤岛保护指令后输出控制信号；
电流产生模块，与所述控制模块相连接，用于根据所述控制信号产生输出电流；所述输出电流为直流偏置电流；
滤波模块，既与变换器相连接，又与所述电流产生模块相连接，用于基于所述电流产生模块产生的输出电流调节所述变换器输出的电流纹波。
2.根据权利要求1所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述防孤岛保护装置还包括：
变换器保护模块，与所述变换器相连接，用于对所述电流纹波进行测量，当所述电流纹波增大时控制所述变换器进行防孤岛保护。
3.根据权利要求1或2所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述滤波模块包括第一电感、第二电感和磁芯，所述第一电感缠绕在所述磁芯上与所述变换器相连接，所述第二电感缠绕在所述磁芯上与所述电流产生模块相连接。
4.根据权利要求3所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述第一电感为滤波电感，所述第二电感为互感电感。
5.根据权利要求1所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述防孤岛保护装置还包括通信模块，所述通信模块包括：
有线通信模块，与所述控制模块相连接，用于建立所述防孤岛保护装置与上位机之间的通信连接；或/和，
无线通信模块，与所述控制模块相连接，用于建立所述防孤岛保护装置与上位机之间的通信连接；所述上位机用于输出防孤岛保护指令。
6.根据权利要求5所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述有线通信模块包括RS232接口模块或/和RS485接口模块。
7.根据权利要求5所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述无线通信模块包括WiFi模块、zigbee模块、GPRS模块或5G通信模块。
8.根据权利要求5所述的防孤岛保护装置，其特征在于，所述控制模块包括：
通信接口，与所述通信模块相连接，用于实现所述控制模块和所述通信模块间的数据传输；
控制接口，与所述电流产生模块相连接，用于传输控制信号至所述电流产生模块。
9.一种防孤岛保护系统，其特征在于，包括：
权利要求1至8任一项所述的防孤岛保护装置。
10.根据权利要求9所述的防孤岛保护系统，其特征在于，所述防孤岛保护系统还包括：
上位机，用于向所述防孤岛保护装置输出孤岛保护指令。
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