配電網短路故障後的逆變器電源限流方法與流程

2023-07-06 00:13:21 1

本發明涉及含光伏電源的配電網故障後的電流保護方法，具體涉及一種配電網短路故障後的逆變器電源限流方法。

背景技術：

當前，太陽能光伏發電發展迅速，光伏發電併入傳統電網的應用已較廣泛。併網的光伏電源最為常見的是帶有逆變器的逆變式電源（簡稱逆變器電源），在含有分布式逆變器電源的配電網發生短路故障時，為避免燒壞逆變器電源，需要對逆變器電源採取限流等保護措施。目前除在配電網交流側串聯故障限流器等方法外，在配電網發生短路故障時常用的對逆變器電源採取的故障後限流方法主要有兩種：

其一，採用控制器，利用控制器對外環輸出dq軸參考電流進行限制，從而實現對配電網短路故障後對逆變器電源輸出電流的幅值限制。控制器對於故障後穩態電流值有較好的限制作用，其不足之處在於，由於控制器在實施控制過程中，需經過測量、變換、控制等環節，需要一定的啟動時間，因而使其在故障發生時無法快速動作，對短路故障發生瞬間的衝擊電流值無法起到很好的限制作用。

其二，採用PWM閉鎖限流，其以逆變器電源輸出電流為判據，當某一相電流幅值超過預設值，則對該相電流對應的逆變器上下橋臂換流器件IGBT發出閉鎖信號，使對應的開關器件關斷，輸出為零，採用PWM閉鎖限流進行限流的方法雖然具有簡單、快速的做點，能夠解決控制器對短路故障發生瞬間的衝擊電流值無法起到很好限制作用的問題，但採用PWM閉鎖限流進行限流的方法比較粗放，不利於逆變器電源的穩態運行。而且，配電網線路保護需要採集故障後的相關電氣信息從而對故障點採取相應的定位和隔離保護措施，為滿足線路繼電保護的需求，逆變器電源不能夠完全閉鎖。

技術實現要素：

本發明的目的是：針對現有技術中存在的問題，提供一種新的配電網短路故障後的逆變器電源限流方法，該方法能夠有效實現對配電網短路故障後的瞬間衝擊電流值和穩態電流值的限制，從而防止配電網線路保護誤動，確保逆變器電源及相關設備安全。

本發明的技術方案是：本發明的配電網短路故障後的逆變器電源限流方法，包括以下步驟：

①在設有電流互感器、電壓互感器、控制器和PWM發生器的含逆變器電源配電網中，加設用於對控制器限流和PWM閉鎖限流進行投切選擇的限流方式選擇器；所述的限流方式選擇器內置有配電網短路故障時的控制器外環參數、逆變器電源輸出電流狀態判斷用的上限閾值和下限閾值；

②電流互感器和電壓互感器實時採集配電網側三相電壓和三相電流並發送給控制器；控制器通過PWM發生器對逆變器電源輸出電流實施系統正常狀態下的控制；限流方式選擇器接收並鎖存控制器發送的系統正常運行狀態下的控制器外環參數；

③電流互感器實時採集逆變器電源三相輸出電流並發送給限流方式選擇器；限流方式選擇器將接收的逆變器電源輸出的三相電流的實測值與其內置的上限閾值和下限閾值進行比較判斷：

若逆變器電源三相輸出電流的實測值均小於下限閾值，則返回步驟②；

若逆變器電源三相輸出電流中的一相、二相或三相實測值大於上限閾值，則執行步驟④；

若逆變器電源三相輸出電流中的一相、二相或三相實測值處於上限閾值和下限閾值之間，則執行步驟⑤；

④限流方式選擇器指令PWM發生器閉鎖逆變器電源三相輸出電流中相應相的電流輸出，並返回步驟③；

⑤限流方式選擇器將其內置的配電網短路故障時的控制器外環參數發送給控制器；

⑥控制器按照接收的配電網短路故障時的控制器外環參數運行，通過PWM發生器對逆變器電源三相輸出電流中相應相的輸出電流實施減小輸出的調節控制；

⑦限流方式選擇器將其內置的下限閾值IL與電流互感器實時採集發送的逆變器電源三相輸出電流值進行比較判斷：

若逆變器電源三相輸出電流的實測值仍有一相、二相或三相不小於下限閾值IL，返回步驟⑥；

若逆變器電源三相輸出電流的實測值均小於下限閾值IL，限流方式選擇器將其內置的系統正常運行狀態下的控制器外環參數發送給控制器；控制器退出限流控制運行模式，並返回步驟②。

進一步的方案是：上述的限流方式選擇器包括信息採集模塊、比較選擇模塊和控制器限流模塊；其中：

信息採集模塊，與設於逆變器電源三相輸出端的電流互感器相連，用於採集電流互感器實時檢測的逆變器電源三相輸出電流並發送給比較選擇模塊；

比較選擇模塊，用於內置所述步驟①中所述的限流方式選擇器內置的有配電網短路故障時的控制器外環參數以及逆變器電源輸出電流狀態判斷用的上限閾值和下限閾值；並實現所述步驟③和步驟⑦中的比較判斷，以及根據比較結果相應向控制器限流模塊和/或所述的PWM發生器發送PWM閉鎖限流和/或控制器限流指令；

控制器限流模塊，包括數據收發模塊、鎖存器以及存儲器；其中：

數據收發模塊，用於接收並執行比較選擇模塊發送的啟動命令、與控制器間的通信以及與鎖存器、存儲器的數據通信；

鎖存器，用於鎖存系統正常運行時經數據收發模塊從控制器獲取並發送的系統正常運行狀態下的控制器外環參數，在系統發生故障時控制器投入限流控制使得故障消失且控制器退出限流控制後，接收數據收發模塊的調用將鎖存的系統正常運行狀態下的控制器外環參數寫入控制器，使系統恢復正常運行模式；

存儲器，用於存儲預設的系統發生故障時控制器投入限流控制的控制器外環參數，系統發生故障時，存儲器接受數據收發模塊的調用，將其存儲的系統發生故障時控制器投入限流控制的控制器外環參數發送給控制器，使得控制器投入限流控制運行模式。

進一步的方案是：上述的限流方式選擇器內置的逆變器電源輸出電流上限閾值為逆變器電源輸出穩態電流的1.5倍；逆變器電源輸出電流下限閾值為逆變器電源輸出穩態電流的1.1倍。

本發明具有積極的效果：本發明的配電網短路故障後的逆變器電源限流方法，其能夠有效實現對配電網短路故障後的瞬間衝擊電流值和穩態電流值的限制，從而防止配電網線路保護誤動，確保逆變器電源及相關設備安全；其通過對控制器限流和PWM閉鎖限流的有機結合以及限流次序的合理安排，有效解決了現有技術中對逆變器電源限流控制方式存在的弊端。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所採用的一種含逆變器電源的配電網模型結構示意圖，圖中還示意性本發明用於對逆變器電源進行限流的相關裝置配設方式；

圖2為本發明實施例中所採用的限流方式選擇器的電路結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

（實施例1）

本實施例採用如圖1所示的含逆變器電源的配電網模型，對本發明作詳細的說明。本實施例的配電網短路故障後的逆變器電源限流方法，包括以下步驟：

①在設有電流互感器、電壓互感器、控制器和PWM發生器的含逆變器電源配電網中加設用於對控制器限流和PWM閉鎖限流進行投切選擇的限流方式選擇器；限流方式選擇器內置配電網短路故障時的控制器外環參數、逆變器電源輸出電流狀態判斷用的上限閾值IH和下限閾值IL。

②電流互感器和電壓互感器實時採集配電網側a、b、c三相電流Isabc和三相電壓Usabc並發送給控制器；控制器通過PWM發生器對逆變器電源輸出電流實施系統正常狀態下的控制，限流方式選擇器接收並鎖存控制器發送的系統正常運行狀態下的控制器外環參數。

本步驟中，控制器和PWM閉鎖限流對逆變器電源輸出電流實施系統正常狀態下的控制為現有技術，不做詳述。

③電流互感器實時採集逆變器電源a、b、c三相輸出電流Icabc並發送給限流方式選擇器；限流方式選擇器將接收的逆變器電源輸出的三相電流Icabc的實測值與其內置的上限閾值IH和下限閾值IL進行比較判斷：

若逆變器電源三相輸出電流Icabc的實測值均小於下限閾值IL，則返回步驟②；

若逆變器電源三相輸出電流Icabc中的一相、二相或三相實測值大於上限閾值IH，則執行步驟④；

若逆變器電源三相輸出電流Icabc中的一相、二相或三相實測值處於上限閾值IH和下限閾值IL之間，則執行步驟⑤。

④限流方式選擇器指令PWM發生器向逆變器電源的逆變器橋相應相的IGBT發出開關閉鎖信號，閉鎖逆變器電源三相輸出電流Icabc中相應相的電流輸出，並返回步驟③。

⑤限流方式選擇器將其內置的配電網短路故障時的控制器外環參數發送給控制器。

⑥控制器按照接收的配電網短路故障時的控制器外環參數運行，通過PWM發生器對逆變器電源三相輸出電流Icabc中相應相的輸出電流實施減小輸出的調節控制。

⑦限流方式選擇器將其內置的下限閾值IL與電流互感器實時採集發送的逆變器電源a、b、c三相輸出電流Icabc值進行比較判斷：

若逆變器電源三相輸出電流Icabc的實測值仍有一相、二相或三相不小於下限閾值IL，返回步驟⑥；

若逆變器電源三相輸出電流Icabc的實測值均小於下限閾值IL，限流方式選擇器將其內置的系統正常運行狀態下的控制器外環參數發送給控制器，控制器退出限流控制運行模式，並返回步驟②。

見圖2，本實施例中所採用的限流方式選擇器，用於對PWM閉鎖限流和控制器限流的選擇投切。限流方式選擇器主要由信息採集模塊、比較選擇模塊和控制器限流模塊組成。

信息採集模塊用於採集電流互感器實時檢測的逆變器電源a、b、c三相輸出電流Icabc並發送給比較選擇模塊；

比較選擇模塊用於將接收的逆變器電源a、b、c三相輸出電流Icabc的實測值與其內置的逆變器電源輸出電流判斷用的上限閾值IH和下限閾值IL進行比較，並相應確定選用的限流方式；本實施例中，逆變器電源輸出電流上限閾值IH優選採用逆變器電源輸出穩態電流的1.5倍；逆變器電源輸出電流下限閾值IL優選採用逆變器電源輸出穩態電流的1.1倍。

控制器限流模塊主要由數據收發模塊、鎖存器以及存儲器組成。

數據收發模塊用於接收並執行比較選擇模塊發送的啟動命令以及與控制器間的通信；

鎖存器用於鎖存系統正常運行時經數據收發模塊從控制器獲取並發送的系統正常運行狀態下的控制器外環參數，在系統發生故障時控制器投入限流控制使得故障消失且控制器退出限流控制後，鎖存器通過數據收發模塊將鎖存的系統正常運行狀態下的控制器外環參數寫入控制器，使系統運行狀態恢復。

存儲器用於存儲預設的系統發生故障時控制器投入限流控制的控制器外環參數，系統發生故障時，存儲器接受數據收發模塊的調用，將其存儲的系統發生故障時控制器投入限流控制的控制器外環參數發送給控制器，使得控制器投入限流控制運行模式。

以上實施例是對本發明的具體實施方式的說明，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本發明的專利保護範圍。