CN206673599U - 基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置 - Google Patents

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丁涌
张继忠
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Abstract

本实用新型提供一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，装置包括：公共电网状态监测单元、微电网系统状态监测单元、微电网控制器、负载控制器、电力电子设备、旁路断路器、电力电子设备状态采集传感器、电力电子设备驱动电路、旁路断路器状态采集传感器和旁路断路器驱动电路。本实用新型提供的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，具有以下优点：通过在每个负载的前端串联有一个独立的电力电子设备，电力电子设备均并联有一个独立的旁路断路器；负载控制器对电力电子设备和旁路断路器的投切状态进行控制，实现负载的柔性启动，避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击。

Description

基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置
技术领域
本实用新型属于微电网孤岛运行技术领域，具体涉及一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置。
背景技术
微电网系统，既可以并接公共电网，作为电能的补充点，缓解公共电网供电压力，减少输配电损耗，又可以是一个独立的发电、配电、用电一体的微型电力系统网络。微电网系统孤岛运行时，主要由各种发电特性不同的分布式电源及大量的电力电子设备稳定系统运行，其中，分布式电源包括风力发电机、光伏发电设备等设备，通过功率控制模式(P/Q控制模式)的电力电子逆变设备，仅能将直流逆变为交流，其功率输出由一次能源的功率输入决定而与负荷功率大小无关，并且这类分布式电源通常不能担当系统主控电源。主要有两个原因：首先，此类分布式电源具有不可控、间歇性等特性，不能充电主控电源；其次，各种负载运行功率波动，此类分布式电源无法调节功率波动，所以，必须接入储能系统，通过储能PCS的V/F控制模式，为系统提供稳定的电压和频率。由此可见，微电网孤岛运行时，由于没有公共电网的支撑，系统稳定性、抗冲击能力相对比较脆弱。
从上文可知，微电网系统是通过储能PCS维持稳定运行的。由于储能系统的容量及特性等方面远远不及公共电网，所以微电网系统容量小、抗干扰、抗冲击能力差。
在实际运行过程中，发明人发现，微电网系统在孤岛运行时，当需要投入运行大功率型感性负载设备时，其启动电流是额定电流的4-8倍，甚至更大，由于瞬间启动电流过大，极易导致微电网系统崩溃。因此，如何有效解决上述问题，避免大功率型感性负载设备启动过程中对微电网系统稳定性的影响，是目前迫切需要解决的事情。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，可有效解决上述问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型提供一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，包括：公共电网状态监测单元、微电网系统状态监测单元、微电网控制器、负载控制器、电力电子设备、旁路断路器、电力电子设备状态采集传感器、电力电子设备驱动电路、旁路断路器状态采集传感器和旁路断路器驱动电路；
所述公共电网状态监测单元和所述微电网系统状态监测单元的输出端分别与所述微电网控制器的输入端和所述负载控制器的输入端连接；所述微电网控制器和所述负载控制器之间双向连接；
在微电网系统中，每个负载的前端均串联有一个独立的所述电力电子设备，所述电力电子设备均并联有一个独立的所述旁路断路器；所述电力电子设备状态采集传感器的状态采集端与所述电力电子设备连接，所述电力电子设备状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述旁路断路器状态采集传感器的状态采集端与所述旁路断路器连接，所述旁路断路器状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述负载控制器的第一输出端通过所述电力电子设备驱动电路与所述电力电子设备的控制端连接；所述负载控制器的第二输出端通过所述旁路断路器驱动电路与所述旁路断路器的控制端连接。
优选的，所述电力电子设备为绝缘栅双极型晶体管IGBT。
优选的，所述公共电网状态监测单元包括：公共电网输入电压采集传感器和公共电网输入电流采集传感器；所述微电网系统状态监测单元包括：微电网系统电压采集传感器、微电网系统电流采集传感器、微电网系统有功功率采集传感器、微电网系统无功功率采集传感器、各个分布式发电源的状态采集单元以及各个负载支路的工况参数采集单元。
本实用新型提供的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置具有以下优点：
通过在每个负载的前端串联有一个独立的电力电子设备，电力电子设备均并联有一个独立的旁路断路器；负载控制器对电力电子设备和旁路断路器的投切状态进行控制，实现负载的柔性启动，避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击，保证微电网系统稳定可靠的运行。
附图说明
图1是本实用新型中微电网系统架构拓扑示意图；
图2是本实用新型中防冲击功能模块示意图；
图3是本实用新型中负载控制器内部功能模块示意图；
图4是本实用新型中负载控制器工作模式示意图；
图5是本实用新型中负载控制器系统拓扑图；
图6是本实用新型中负载控制器多支路负载示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在脱离公共电网或者公共电网丢失时，微电网系统转孤岛运行模式，利用储能变流器作为V/F源，稳定微电网系统的电压、频率，持续运行。再并接入风力发电机、光伏发电设备等分布式发电源为孤岛模式下的负荷提供电力。由于微电网的储能系统容量相对较小、抗干扰能力差，当微电网系统中大型感性负载需要启动时，在启动的瞬间，产生大于额定电流数倍的冲击性启动电流，会对微电网系统产生震荡扰动，甚至导致微电网系统运行崩溃。因此，本实用新型的目的是：当微电网在孤岛运行时，切除非工作状态的负载，在启动冲击电流大的负载时，通过对与负载串联的电力电子设备的状态进行控制，实现负载的柔性启动，进而避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击，提高微电网孤岛运行时的系统稳定性。
本实用新型主要原理为：在微电网系统中，每个负载的前端均串联有一个独立的电力电子设备，电力电子设备均并联有一个独立的旁路断路器；负载控制器可对电力电子设备和旁路断路器的投切状态进行控制，即：对电力电子设备和旁路断路器进行导通或闭合的控制，更具体的，负载控制器通过电力电子设备驱动电路导通或闭合电力电子设备；负载控制器通过旁路断路器驱动电路导通或闭合旁路断路器。而电力电子设备为IGBT，其发挥的功能类似于变频器，只需要对IGBT进行导通或闭合的控制，即可实现负载的柔性启动，具体的，当大型感性负载需要启动时，首先断开旁路断路器，负载控制器导通电力电子设备，进而实现调节被启动负载的功率，实现负载的柔性启动，从而避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击，更为高效的实现微电网系统的稳定运行。
如图1所示，为本实用新型提供的微电网系统架构拓扑示意图，各参数含义为：微电网系统状态监测单元CY1、微电网控制器KZ1、负载控制器PM4、光伏发电模块PM1、风力发电模块PM2、储能系统模块PM3。
本实用新型提供的一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，包括：公共电网状态监测单元、微电网系统状态监测单元、微电网控制器、负载控制器、电力电子设备、旁路断路器、电力电子设备状态采集传感器、电力电子设备驱动电路、旁路断路器状态采集传感器和旁路断路器驱动电路；
所述公共电网状态监测单元和所述微电网系统状态监测单元的输出端分别与所述微电网控制器的输入端和所述负载控制器的输入端连接；所述微电网控制器和所述负载控制器之间双向连接；
在微电网系统中，每个负载的前端均串联有一个独立的所述电力电子设备，所述电力电子设备均并联有一个独立的所述旁路断路器；所述电力电子设备状态采集传感器的状态采集端与所述电力电子设备连接，所述电力电子设备状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述旁路断路器状态采集传感器的状态采集端与所述旁路断路器连接，所述旁路断路器状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述负载控制器的第一输出端通过所述电力电子设备驱动电路与所述电力电子设备的控制端连接；所述负载控制器的第二输出端通过所述旁路断路器驱动电路与所述旁路断路器的控制端连接。
实际应用中，电力电子设备为绝缘栅双极型晶体管IGBT。所述公共电网状态监测单元包括：公共电网输入电压采集传感器和公共电网输入电流采集传感器；所述微电网系统状态监测单元包括：微电网系统电压采集传感器、微电网系统电流采集传感器、微电网系统有功功率采集传感器、微电网系统无功功率采集传感器、各个分布式发电源的状态采集单元以及各个负载支路的工况参数采集单元。
本实用新型提供的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置具有以下优点：
通过在每个负载的前端串联有一个独立的电力电子设备，电力电子设备均并联有一个独立的旁路断路器；负载控制器对电力电子设备和旁路断路器的投切状态进行控制，实现负载的柔性启动，避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击，保证微电网系统稳定可靠的运行。
下面介绍具体实施例：
如图2所示，为基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置的整体网络架构图。对于公共电网状态监测单元，支持多路采集模拟量端口输入，主要采集内容包括公共电网输入的电压、电流量等；微电网系统状态监测单元主要采集内容包括：微电网系统的电压、电流、有功功率、无功功率、各个分布式发电源的状态量、各个负载支路的工况参数量等，并将采集数据上传到微电网控制器，也可以将公共电网及微电网信息状态量，反馈到负载控制器。
如图3所示，为负载控制器内部功能示意图。最上端为负载控制器的主控制模块，例如，为单片机，上层结构对外通讯、输入、输出开关量信号，以及系统硬件的开关量输入、输出。此外，主控制模块的下层结构对本体系统内部，可分为输入侧控制单元和输出侧控制单元。输入侧控制单元和输出侧控制单元均为硬件设备，例如，为输入侧控制板卡和输出侧控制板卡。主控制模块控制输入侧控制单元和输出侧控制单元，同时输入侧控制单元和输出侧控制单元的实时运行状态上传到主控制模块，构成上层信息交互闭环。在图4中，电力电子模块即为IGBT。
输入侧控制单元和输出侧控制单元分别为输入侧控制板卡和输出侧控制板卡，在具体实现上，如附图3所示，输入侧控制单元在交流输入端，输入交流传感器采集交流输入端的电压电流量反馈到输入交流采样单元，此输入交流采样单元为输入侧控制单元的电压电流信号通道；主回路开关的控制信号由投切压板管控，投切压板为输入侧控制单元的DI/DO，作用于开关器件分合闸，从而控制IGBT输出及其状态信号量输入；输入电力电子设备模块工作状态受到输入驱动模块1管控；以及直流传感器直流侧采集电压电流量反馈到输入、输出侧控制单元；输出电力电子设备模块工作状态受到输出驱动模块2管控，输出到负载侧；输出交流传感器采集交流输出端的电压电流量反馈到输出交流采样单元，此输出交流采样单元为输出侧控制单元的电压电流信号通道。
如附图4所示，为负载控制器工作模式示意图。负载控制器可将工作模式分为两种模式：防冲击启动模式、常规启动模式。如附图5中框图逻辑，在运行并网模式时，进入常规启动模式，即：闭合QF2，断开QF1，由于公共电网的支撑，负载可正常额定启动；在运行孤岛模式时，进入防冲击启动模式，开关QF2断开，开关QF1闭合，电力电子设备IGBT启动负载。
如附图5所示，为负载控制器系统拓扑图。系统运行防冲击启动模式时，交流进线端口设有CY11-CY13交流传感器，将电压电流模拟量反馈到输入侧控制模块，作为输入信号接入点，发出调制解调信号到输入电力电子模块IGBT1的驱动板，通过IGBT1输出直流电压；此时，CY21、CY22直流传感器，将采集的直流电压电流信号反馈到输入侧控制模块。采集的直流电压电流信号，另外反馈到输出侧控制模块，输出侧控制模块依据直流电压，以及CY31-CY33输出交流传感器反馈信号，输入、输出控制单元，形成闭环，根据负载输出需求反馈到输出电力电子模块IGBT2，再递推反馈到输入电力电子模块IGBT1做控制输出。输出电力电子模块IGBT2和输入电力电子模块IGBT1，为两个功率模块，属于同一个IGBT的输入侧部分和输出侧部分，两个功率模块的适配电路，驱动信号处理电路，自身保护电路，单独作为功能单元，并且主回路滤波器件，提高系统功能稳定性。
如附图6所示，为负载控制器多支路负载示意图。负载控制器可对多个负载进行独立控制，实现各个负载的柔性启动，其系统拓扑设计为：包括一个输入功率模块，多个功率相同或者功率不同的输出功率模块，提供功率容量。
本实用新型在实例应用中，负载控制器在监测到公共电网失电时，通过负载控制器快速隔离切断非工作状态的大型冲击性负载，同时有序柔性启动负载，防止启动电流扰动，并且本实用新型中负载控制器，可多个功率模块配置灵活，拓展性强，支持多种负载投切运行，可有效保障微电网系统的稳定。
本实用新型提供的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，具有以下优点：在微电网孤岛运行期间，通过在每个负载的前端串联有一个独立的电力电子设备，电力电子设备均并联有一个独立的旁路断路器；负载控制器对电力电子设备和旁路断路器的投切状态进行控制，实现负载的柔性启动，避免大型感性负载对微电网启动电流的冲击，保证微电网系统稳定可靠的运行。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，其特征在于，包括：公共电网状态监测单元、微电网系统状态监测单元、微电网控制器、负载控制器、电力电子设备、旁路断路器、电力电子设备状态采集传感器、电力电子设备驱动电路、旁路断路器状态采集传感器和旁路断路器驱动电路；
所述公共电网状态监测单元和所述微电网系统状态监测单元的输出端分别与所述微电网控制器的输入端和所述负载控制器的输入端连接；所述微电网控制器和所述负载控制器之间双向连接；
在微电网系统中，每个负载的前端均串联有一个独立的所述电力电子设备，所述电力电子设备均并联有一个独立的所述旁路断路器；所述电力电子设备状态采集传感器的状态采集端与所述电力电子设备连接，所述电力电子设备状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述旁路断路器状态采集传感器的状态采集端与所述旁路断路器连接，所述旁路断路器状态采集传感器的输出端与所述负载控制器的输入端连接；所述负载控制器的第一输出端通过所述电力电子设备驱动电路与所述电力电子设备的控制端连接；所述负载控制器的第二输出端通过所述旁路断路器驱动电路与所述旁路断路器的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，其特征在于，所述电力电子设备为绝缘栅双极型晶体管IGBT。
3.根据权利要求1所述的基于微电网孤岛运行的防止启动冲击电流的装置，其特征在于，所述公共电网状态监测单元包括：公共电网输入电压采集传感器和公共电网输入电流采集传感器；所述微电网系统状态监测单元包括：微电网系统电压采集传感器、微电网系统电流采集传感器、微电网系统有功功率采集传感器和微电网系统无功功率采集传感器。
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