CN203674728U - 一种交直流混合微网故障穿越控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种交直流混合微网故障穿越控制装置，属于交直流混合微网运行控制领域，本申请在交直流混合微网系统中加入功率泄放单元、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、中央监控单元，构成交直流混合微网系统交流故障穿越的协调控制结构；本申请实现故障过程中过剩功率的可控释放通路，避免网内潮流突变对设备冲击，稳定低压直流母线电压波动，并避免交直功率互送设备闭锁，使其在故障过程中进行功率传输，同时减小故障电流对功率变频单元冲击，以最优方式控制网内潮流分布，控制剩余功率释放，降低过流损耗，并在故障期间正常工作，实现交直流微网并网运行时的交流故障穿越；装置结构紧凑，以最低损耗方式实现了故障穿越，具有推广意义。

Description

一种交直流混合微网故障穿越控制装置

技术领域

本实用新型属于交直流混合微网运行控制领域，具体涉及一种交直流混合微网故障穿越控制装置。

背景技术

对于交直流混合微网系统而言，为了降低故障情况下交直流混合微网内潮流突变以及交流微网系统故障情况下对直流微网系统的影响，同时提高网内电力电子设备的安全可靠性，要求当交流微网系统出现电网电压跌落严重故障时(如三相短路故障等)，交直流微网系统间联络母线尽可能不要进行开断操作，交直流混合微网系统间联络母线的切出以及故障恢复后的重新并网投入会造成网内潮流突变，对交直流混合微网内微源和负荷带来很大的冲击，同时对网内电力电子设备的损害性也是巨大的。因此要求交直流混合微网系统能够在交流微网故障发生时继续运行，实现故障穿越功能。截止目前，交直流混合微网技术处于新兴发展阶段，现有的故障穿越技术还仅仅停留在对于微源采用单一的Crowbar电路原理，发生故障时进行过剩功率释放，或是仅仅依靠调节微网系统的并网和孤岛模式控制方式切换来完成稳定交直流低压母线电压的作用。这些技术存在严重的局限性，没有很好的达到提高交直流混合微网故障穿越水平以及抑制直流低压母线电压波动。因此设计出控制系统硬件结构，能够以最优化方式为故障时过剩功率提供路径并同时稳定直流母线电压的研究工作显得极其重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型一种交直流混合微网故障穿越控制装置，以达到使故障电流分解，降低变流器过流损耗，实现交直流混合微网故障穿越的目的。

一种交直流混合微网故障穿越控制装置，包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器、第一功率泄放单元、第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元和中央监控单元；其中，

所述的第一功率泄放单元的一路输入端、第二功率泄放单元的一路输入端和变流器的交流端均接入交流微网，直流电压调整单元的输出端和直流功率泄放单元的输出端均连接至变流器的直流端，直流电压调整单元的一路输入端和直流功率泄放单元的一路输入端均接入直流微网；第一电流传感器的输出端、第二电流传感器的输出端、第三电流传感器的输出端、第一电压传感器的输出端、第二电压传感器的输出端、第三电压传感器的输出端和第四电压传感器的输出端分别连接中央监控单元的七路输入端，中央监控单元的一路输出端连接第一功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的另一路输出端连接第二功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的又三路输出端连接直流电压调整单元的另三路输入端，中央监控单元的又一路输出端连接直流功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的又一路输出端连接设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器；

第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、并联于变流器直流端的一个稳压电容和设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器构成双向功率变频单元。

所述的第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同，均包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、一个电容、一个电阻和一个绝缘栅双极晶体管，具体连接关系为：

所述的第一二极管的阳极、第一晶闸管的阴极、第二二极管的阳极、第二晶闸管的阴极、第三二极管的阳极和第三晶闸管的阴极同时连接电容的一端；第四二极管的阴极、第四晶闸管的阳极、第五二极管的阴极、第五晶闸管的阳极、第六二极管的阴极和第六晶闸管的阳极同时连接电容的另一端；第一二极管的阴极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阳极同时连接第四晶闸管的阴极；第二二极管的阴极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阳极同时连接第五晶闸管的阴极；第三二极管的阴极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阳极同时连接第六晶闸管的阴极；电阻的一端连接电容的一端，电阻的另一端连接绝缘栅双极晶体管的集电极，绝缘栅双极晶体管的发射极连接电容的另一端。

所述的直流电压调整单元包括一个电阻、第一电感、第二电感、一个二极管、第一电容、第二电容、第一直流接触器、第二直流接触器和一个绝缘栅双极晶体管，具体链接关系为：

所述的电阻的一端、二极管的阳极、第一电感的一端同时连接第一电容的一端，电阻的另一端同时连接第二电感的一端和第一直流接触器的一端，第一直流接触器的另一端连接变流器的直流端，第二电感的另一端同时连接二极管的阴极和第二电容的一端，第二电容的另一端同时连接第一电感的另一端和绝缘栅双极晶体管的发射极，绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第一电容的另一端和第二直流接触器的一端，第二直流接触器的另一端接入直流微网。

所述的直流功率泄放单元包括一个电阻、一个二极管、一个绝缘栅双极晶体管和一个直流接触器，具体连接关系为：二极管的阳极同时连接绝缘栅双极晶体管的集电极和直流接触器的一端，直流接触器的另一端接入直流微网，绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接二极管的阴极和电阻的一端，电阻的另一端接地。

本实用新型优点：

本实用新型一种交直流混合微网故障穿越控制装置，有利于提高交直流混合微网的交流故障穿越能力，在交直流混合微网系统中，加入功率泄放单元、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、中央监控单元，构成交直流混合微网系统交流故障穿越的协调控制结构；通过本实用新型实现故障过程中过剩功率的可控释放通路，避免网内潮流突变对设备的冲击，稳定由交流故障引起的低压直流母线电压波动，同时避免交直功率互送设备闭锁，使其在故障过程中进行功率传输，为系统安全稳定提供了良好的运行环境；整体控制结构紧凑，各单元间优化合理协调工作，以最低损耗的方式实现了故障穿越，具有推广意义。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的装置整体结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的信号调理电路的电路原理图；

图3为本实用新型一种实施例的中央监控单元电路原理图；

图4为本实用新型一种实施例的第一功率泄放单元电路原理图；

图5为本实用新型一种实施例的直流电压调整单元电路原理图；

图6为本实用新型一种实施例的直流功率泄放单元电路原理图；

图7为本实用新型一种实施例的双向功率变频单元在逆变状态下的电路原理图；

图8为本实用新型一种实施例的双向功率变频单元在整流状态下的电路原理图；

图9为本实用新型一种实施例的运放电路模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。

如图1所示，本实施方式例中，交直流混合微网的高压直流母线通过电力电子变压器中整流变流器AC/DC接入外部10kV交流配电网，380V交流母线通过逆变变流器接入高压直流母线，600V低压直流母线电力电子变压器DC/DC接入高压直流母线，同时，交流负载通过380V交流母线集中接入交流微网系统，380V交流母线与600V低压直流母线通过双向功率变频单元3相连接，直流分布式电源和储能装置以及直流负荷接入600V低压直流母线，交流分布式电源和交流负荷接入380V交流母线。

如图1所示，一种交直流混合微网故障穿越控制装置，包括第一电流传感器13、第二电流传感器14、第三电流传感器15、第一电压传感器16、第二电压传感器17、第三电压传感器18、第四电压传感器19、第一功率泄放单元1、第二功率泄放单元2、变流器4、直流电压调整单元6、直流功率泄放单元10和中央监控单元12，其中，

本实用新型实施例中，电压传感器采用JDG4-0.51000/100型号的电压互感器，电流传感器采用LZJC-10Q1000/5型号的电流互感器，中央监控单元包括有信号调理电路、数据采集芯片和中央处理器；其中中央处理器采用DSP芯片，DSP芯片为TMS320F2812系列数字信号处理器，如图9所示，运放电路模块采用M57962L，数据采集芯片采用3块AD8364并行，变流器采用FlexVert500型号，直流接触器采用直流电磁接触器NR200/500型号。

所述的第一功率泄放单元1的输入端、第二功率泄放单元2的输入端和变流器4的输出端U_a、U_b、U_c均连接380V交流母线，直流电压调整单元6的输出端和直流功率泄放单元10的输出端均连接至变流器4的输入端U_dc，直流电压调整单元6的输入端和直流功率泄放单元10的输入端均接入600V低压直流母线；第一电流传感器13的信号输出端OUT、第二电流传感器14的信号输出端OUT、第三电流传感器15的信号输出端OUT、第一电压传感器16的信号输出端OUT、第二电压传感器17的信号输出端OUT、第三电压传感器18的信号输出端OUT和第四电压传感器19的信号输出端OUT分别连接中央监控单元12内部15个信号调理电路的U/I输入端，TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM1A连接第一功率泄放单元1内IGBT（绝缘栅双极晶体管VT1）的栅极，TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM2A经运放电路模块M57962L连接第二功率泄放单元2内IGBT（VT2）的栅极，TMS320F2812型号DSP芯片的输出端EPWM3A、GPIO12、GPIO13经运放电路模块M57962L连接直流电压调整单元6内IGBT（VT3）的栅极、直流接触器7的控制端、直流接触器8的控制端，TMS320F2812型号DSP芯片的输出端GPIO14经运放电路模块M57962L连接直流功率泄放单元9内直流接触器10的控制端，TMS320F2812型号DSP芯片的输出端GPIO15经运放电路模块M57962L连接设置于变流器4与直流功率泄放单元9之间的直流接触器5的控制端；第二功率泄放单元2、变流器4、直流电压调整单元6、直流功率泄放单元9、稳压电容C₃和直流接触器5构成双向功率变频单元3，稳压电容C₃并联于变流器4的直流端。

如图2所示，信号调理电路的+OUT端、-OUT端、IN端分别连接数据采集芯片AD8364的+IN端、-IN端和REF端，如图3所示，数据采集芯片AD8364的输入端

接5V电源，FD、HDD、BYTE、BGND、A0、A1、A2接地，

CLK、D0～D15分别接入TMS320F2812型号DSP芯片的

MCLKX、D0～D15。

如图4所示，第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同，以第一功率泄放单元为例，包括二极管VD₁、二极管VD₂、二极管VD₃、二极管VD₄、二极管VD₅、二极管VD₆、第一晶闸管V₁、第二晶闸管V₂、第三晶闸管V₃、第四晶闸管V₄、第五晶闸管V₅、第六晶闸管V₆、稳压电容C₁、能耗电阻R₁（大功率电阻）和IGBT（VT₁），具体连接关系为：所述的二极管VD₁的阳极、第一晶闸管V₁的阴极、二极管VD₂的阳极、第二晶闸管V₂的阴极、二极管VD₃的阳极和第三晶闸管V₃的阴极同时连接稳压电容C₁的一端；二极管VD₄的阴极、第四晶闸管V₄的阳极、二极管VD₅的阴极、第五晶闸管V₅的阳极、二极管VD₆的阴极和第六晶闸管V₆的阳极同时连接稳压电容C₁的另一端；二极管VD₁的阴极、第一晶闸管V₁的阳极和二极管VD₄的阳极同时连接第四晶闸管V₄的阴极；二极管VD₂的阴极、第二晶闸管V₂的阳极和二极管VD₅的阳极同时连接第五晶闸管V₅的阴极；二极管VD₃的阴极、第三晶闸管V₃的阳极和二极管VD₆的阳极同时连接第六晶闸管V₆的阴极；电阻R₁的一端连接稳压电容C₁的一端，电阻R₁的另一端连接IGBT（VT₁）的集电极，IGBT（VT₁）的发射极连接稳压电容C₁的另一端。

如图5所示，直流电压调整单元6包括电阻R₃、电感L₁、电感L₂、二极管VD₁₃、稳压电容C₅、稳压电容C₄、直流接触器7、直流接触器8和一个IGBT（VT₃），具体链接关系为：电阻R₃的一端、二极管VD₁₃的阳极、电感L₁的一端同时连接稳压电容C₅的一端，电阻R₃的另一端同时连接电感L₂的一端和直流接触器7的一端，直流接触器7的另一端连接变流器4的输入端，电感L₂的另一端同时连接二极管VD₁₃的阴极和稳压电容C₄的一端，稳压电容C₄的另一端同时连接电感L₁的另一端和IGBT（VT₃）的发射极，IGBT（VT₃）的集电极同时连接稳压电容C₅的另一端和直流接触器8的一端，直流接触器8的另一端接入600V低压直流母线。

如图6所示，直流功率泄放单元包括电阻R₄、二极管VD₁₄、IGBT（VT₄）和直流接触器10，具体连接关系为：二极管VD₁₄的阳极同时连接IGBT（VT₄）的集电极和直流接触器10的一端，直流接触器10的另一端接入600V低压直流母线，IGBT（VT₄）的发射极同时连接二极管VD₁₄的阴极和电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接地。

当双向功率变频单元工作在逆变状态下时，集中式交流负载区域交流母线发生故障，造成电压跌落时，直流接触器静动触点迅速闭合，如图7所示，将直流电压调整单元6串联接入直流母线，将直流功率泄放单元9并联接入直流母线，同时直流接触器静动触点断开直流母线中与直流电压调整单元并联部分。中央控制单元12通过控制直流功率泄放单元中VT₄导通时间来控制直流微网向交流微网传输功率总量，通过控制直流电压调整单元6中VT₃导通时间来调整变流器4直流输入端电压，并通过控制全桥功率泄放单元的投放将直流母线上直流电流进行分流耗能，如此使得双向变流器逆变工况下输入的直流功率大大降低。

当双向功率变频单元工作在整流工况下，集中式交流负载区域交流母线发生故障，造成电压跌落时，配电网继续向交直流混合微网输送能量，而集中式交流负载因为低电压造成能量传输大大降低，而使得380V交流母线上功率过剩，大部分能量通过第二全桥功率泄放单元消耗，少部分通过双向功率变频单元向直流微网传输，此时，如图8所示，直流接触器8静动触点闭合，同时，直流功率泄放单元9接入直流母线，直流母线上直流电流i_dc1经过直流功率泄放单元9分流后变为i_dc2，其中，i_dc2<i_dc1，分流电流部分i_R4通过直流接触器8和VT₄流入能耗电阻R₄，由此，双向功率变换单元直流输入功率为P=U₀*i_dc2=U₀*i_dc2-R₄*i_R4，即将直流母线过剩功率消耗于电阻，确保直流低压直流母线平稳运行。

Claims (4)

1.一种交直流混合微网故障穿越控制装置，其特征在于，包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器、第一功率泄放单元、第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元和中央监控单元，

其中，所述的第一功率泄放单元的一路输入端、第二功率泄放单元的一路输入端和变流器的交流端均接入交流微网，直流电压调整单元的输出端和直流功率泄放单元的输出端均连接至变流器的直流端，直流电压调整单元的一路输入端和直流功率泄放单元的一路输入端均接入直流微网；第一电流传感器的输出端、第二电流传感器的输出端、第三电流传感器的输出端、第一电压传感器的输出端、第二电压传感器的输出端、第三电压传感器的输出端和第四电压传感器的输出端分别连接中央监控单元的七路输入端，中央监控单元的一路输出端连接第一功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的另一路输出端连接第二功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的又三路输出端连接直流电压调整单元的另三路输入端，中央监控单元的又一路输出端连接直流功率泄放单元的另一路输入端，中央监控单元的又一路输出端连接设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器；

第二功率泄放单元、变流器、直流电压调整单元、直流功率泄放单元、并联于变流器直流端的一个稳压电容和设置于变流器与直流功率泄放单元之间的直流接触器构成双向功率变频单元。

2.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置，其特征在于，所述的第一功率泄放单元与第二功率泄放单元结构相同，均包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、一个电容、一个电阻和一个绝缘栅双极晶体管，具体连接关系为：

所述的第一二极管的阳极、第一晶闸管的阴极、第二二极管的阳极、第二晶闸管的阴极、第三二极管的阳极和第三晶闸管的阴极同时连接电容的一端；第四二极管的阴极、第四晶闸管的阳极、第五二极管的阴极、第五晶闸管的阳极、第六二极管的阴极和第六晶闸管的阳极同时连接电容的另一端；第一二极管的阴极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阳极同时连接第四晶闸管的阴极；第二二极管的阴极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阳极同时连接第五晶闸管的阴极；第三二极管的阴极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阳极同时连接第六晶闸管的阴极；电阻的一端连接电容的一端，电阻的另一端连接绝缘栅双极晶体管的集电极，绝缘栅双极晶体管的发射极连接电容的另一端。

3.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置，其特征在于，所述的直流电压调整单元包括一个电阻、第一电感、第二电感、一个二极管、第一电容、第二电容、第一直流接触器、第二直流接触器和一个绝缘栅双极晶体管，具体链接关系为：

所述的电阻的一端、二极管的阳极、第一电感的一端同时连接第一电容的一端，电阻的另一端同时连接第二电感的一端和第一直流接触器的一端，第一直流接触器的另一端连接变流器的直流端，第二电感的另一端同时连接二极管的阴极和第二电容的一端，第二电容的另一端同时连接第一电感的另一端和绝缘栅双极晶体管的发射极，绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第一电容的另一端和第二直流接触器的一端，第二直流接触器的另一端接入直流微网。

4.根据权利要求1所述的交直流混合微网故障穿越控制装置，其特征在于，所述的直流功率泄放单元包括一个电阻、一个二极管、一个绝缘栅双极晶体管和一个直流接触器，具体连接关系为：二极管的阳极同时连接绝缘栅双极晶体管的集电极和直流接触器的一端，直流接触器的另一端接入直流微网，绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接二极管的阴极和电阻的一端，电阻的另一端接地。

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