一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法，屬于交直流混合微網(wǎng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，本發(fā)明在交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)中加入功率泄放單元、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元、中央監(jiān)控單元，構(gòu)成交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)交流故障穿越的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)故障過程中過剩功率的可控釋放通路，避免網(wǎng)內(nèi)潮流突變對(duì)設(shè)備沖擊，穩(wěn)定低壓直流母線電壓波動(dòng)，并避免交直功率互送設(shè)備閉鎖，使其在故障過程中進(jìn)行功率傳輸，同時(shí)減小故障電流對(duì)功率變頻單元沖擊，以最優(yōu)方式控制網(wǎng)內(nèi)潮流分布，控制剩余功率釋放，降低過流損耗，并在故障期間正常工作，實(shí)現(xiàn)交直流微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的交流故障穿越；裝置結(jié)構(gòu)緊湊，以最低損耗方式實(shí)現(xiàn)了故障穿越，具有推廣意義。
【專利說明】—種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交直流混合微網(wǎng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，具體涉及一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)而言，為了降低故障情況下交直流混合微網(wǎng)內(nèi)潮流突變以及交流微網(wǎng)系統(tǒng)故障情況下對(duì)直流微網(wǎng)系統(tǒng)的影響，同時(shí)提高網(wǎng)內(nèi)電力電子設(shè)備的安全可靠性，要求當(dāng)交流微網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重故障時(shí)(如三相短路故障等)，交直流微網(wǎng)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)母線盡可能不要進(jìn)行開斷操作，交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)母線的切出以及故障恢復(fù)后的重新并網(wǎng)投入會(huì)造成網(wǎng)內(nèi)潮流突變，對(duì)交直流混合微網(wǎng)內(nèi)微源和負(fù)荷帶來很大的沖擊，同時(shí)對(duì)網(wǎng)內(nèi)電力電子設(shè)備的損害性也是巨大的。因此要求交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)能夠在交流微網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)故障穿越功能。截止目前，交直流混合微網(wǎng)技術(shù)處于新興發(fā)展階段，現(xiàn)有的故障穿越技術(shù)還僅僅停留在對(duì)于微源采用單一的Crowbar電路原理，發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行過剩功率釋放，或是僅僅依靠調(diào)節(jié)微網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)和孤島模式控制方式切換來完成穩(wěn)定交直流低壓母線電壓的作用。這些技術(shù)存在嚴(yán)重的局限性，沒有很好的達(dá)到提高交直流混合微網(wǎng)故障穿越水平以及抑制直流低壓母線電壓波動(dòng)。因此設(shè)計(jì)出結(jié)合控制方法與控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，能夠以最優(yōu)化方式為故障時(shí)過剩功率提供路徑并同時(shí)穩(wěn)定直流母線電壓的研究工作顯得極其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法，以達(dá)到使故障電流分解，降低變流器過流損耗，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)故障穿越的目的。
[0004]一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第四電壓傳感器、第一功率泄放單元、第二功率泄放單元、變流器、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元和中央監(jiān)控單元；其中，
[0005]所述的第一功率泄放單元的一路輸入端、第二功率泄放單元的一路輸入端和變流器的交流端均接入交流微網(wǎng)，直流電壓調(diào)整單元的輸出端和直流功率泄放單元的輸出端均連接至變流器的直流端，直流電壓調(diào)整單元的一路輸入端和直流功率泄放單元的一路輸入端均接入直流微網(wǎng)；第一電流傳感器的輸出端、第二電流傳感器的輸出端、第三電流傳感器的輸出端、第一電壓傳感器的輸出端、第二電壓傳感器的輸出端、第三電壓傳感器的輸出端和第四電壓傳感器的輸出端分別連接中央監(jiān)控單元的七路輸入端，中央監(jiān)控單元的一路輸出端連接第一功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的另一路輸出端連接第二功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的又三路輸出端連接直流電壓調(diào)整單元的另三路輸入端，中央監(jiān)控單元的又一路輸出端連接直流功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的又一路輸出端連接設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器；[0006]第二功率泄放單元、變流器、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元、并聯(lián)于變流器直流端的一個(gè)穩(wěn)壓電容和設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器構(gòu)成雙向功率變頻單元。
[0007]所述的第一功率泄放單元與第二功率泄放單元結(jié)構(gòu)相同，均包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第一晶閘管、第二晶閘管、第三晶閘管、第四晶閘管、第五晶閘管、第六晶閘管、一個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)絕緣柵雙極晶體管，具體連接關(guān)系為:
[0008]所述的第一二極管的陽極、第一晶閘管的陰極、第二二極管的陽極、第二晶閘管的陰極、第三二極管的陽極和第三晶閘管的陰極同時(shí)連接電容的一端；第四二極管的陰極、第四晶閘管的陽極、第五二極管的陰極、第五晶閘管的陽極、第六二極管的陰極和第六晶閘管的陽極同時(shí)連接電容的另一端；第一二極管的陰極、第一晶閘管的陽極和第四二極管的陽極同時(shí)連接第四晶閘管的陰極；第二二極管的陰極、第二晶閘管的陽極和第五二極管的陽極同時(shí)連接第五晶閘管的陰極；第三二極管的陰極、第三晶閘管的陽極和第六二極管的陽極同時(shí)連接第六晶閘管的陰極；電阻的一端連接電容的一端，電阻的另一端連接絕緣柵雙極晶體管的集電極，絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接電容的另一端。
[0009]所述的直流電壓調(diào)整單元包括一個(gè)電阻、第一電感、第二電感、一個(gè)二極管、第一電容、第二電容、第一直流接觸器、第二直流接觸器和一個(gè)絕緣柵雙極晶體管，具體鏈接關(guān)系為:
[0010]所述的電阻的一端、二極管的陽極、第一電感的一端同時(shí)連接第一電容的一端，電阻的另一端同時(shí)連接第二電感的一端和第一直流接觸器的一端，第一直流接觸器的另一端連接變流器的直流端，第二電感的另一端同時(shí)連接二極管的陰極和第二電容的一端，第二電容的另一端同時(shí)連接第一電感的另一端和絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極，絕緣柵雙極晶體管的集電極同時(shí)連接第一電容的另一端和第二直流接觸器的一端，第二直流接觸器的另一端接入直流微網(wǎng)。
[0011]所述的直流功率泄放單元包括一個(gè)電阻、一個(gè)二極管、一個(gè)絕緣柵雙極晶體管和一個(gè)直流接觸器，具體連接關(guān)系為:二極管的陽極同時(shí)連接絕緣柵雙極晶體管的集電極和直流接觸器的一端，直流接觸器的另一端接入直流微網(wǎng)，絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接二極管的陰極和電阻的一端，電阻的另一端接地。
[0012]采用交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置進(jìn)行控制的方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1、采用第一電流傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電流，采用第一電壓傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓，采用第二電流傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電流，采用第二電壓傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電壓，采用第三電流傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電流，采用第三電壓傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電壓，采用第四電壓傳感器采集直流電壓調(diào)整單元輸出端的直流電壓，獲得十五個(gè)采集信號(hào)；
[0014]步驟2、對(duì)獲得的十五個(gè)采集信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理；
[0015]步驟3、采用中央監(jiān)控單元對(duì)采集的兩組交流信號(hào)進(jìn)行判斷，即判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓是否均小于0.1倍的額定電壓，且同時(shí)判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電流和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流是否均大于1.5倍的額定電流，若是，則執(zhí)行步驟4，否則返回執(zhí)行步驟I ;
[0016]步驟4、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制第一功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，并根據(jù)直流電流流向判斷雙向功率變頻單元的工作狀態(tài)，即逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)，若為逆變狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5，若為整流狀態(tài)，則執(zhí)行步驟9 ；
[0017]步驟5、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制關(guān)閉直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部的第一直流接觸器和第二直流接觸器，控制關(guān)閉直流功率泄放單元內(nèi)部的直流接觸器，并斷開設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器；
[0018]步驟6、中央監(jiān)控單元計(jì)算獲得直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，并發(fā)出控制信號(hào)控制該絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉；
[0019]具體獲得導(dǎo)通時(shí)間方法為:根據(jù)采集的實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值、直流功率泄放單元輸出端的直流電壓值和設(shè)定的直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓期望值，調(diào)整直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，直至實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值等于期望值；
[0020]步驟7、根據(jù)直流功率泄放單元輸出端的直流電壓和直流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制直流功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得直流功率泄放到直流功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上；
[0021]步驟8、根據(jù)雙向功率變頻單元輸出端的交流電壓和交流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制第二功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得交流功率泄放到第二功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上，執(zhí)行步驟12 ；
[0022]步驟9、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制關(guān)閉直流功率泄放單元內(nèi)部的直流接觸器；
[0023]步驟10、根據(jù)直流功率泄放單元輸出端的直流電壓和直流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制直流功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得直流功率泄放到直流功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上；
[0024]步驟11、根據(jù)雙向功率變頻單元輸出端的交流電壓和交流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制第二功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得交流功率泄放到第二功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上，執(zhí)行步驟12 ；
[0025]步驟12、采用中央監(jiān)控單元判斷此時(shí)交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓是否均在設(shè)定范圍內(nèi)，并且此時(shí)交流負(fù)荷輸入端三相交流電流和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流是否均在設(shè)定范圍內(nèi)，若均不在，則返回執(zhí)行步驟1，否則返回執(zhí)行步驟4 ；
[0026]步驟13、當(dāng)交流微網(wǎng)停止運(yùn)行時(shí)，方法結(jié)束。
[0027]步驟12所述的交流電壓設(shè)定范圍為:0.97Un〈U〈1.03Un，其中，Un為額定電壓，U為交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓；所述的交流電流設(shè)定范圍為:I〈1.1In，其中，In為額定電流，I為交流負(fù)荷輸入端三相交流電流或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流。
[0028]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
[0029]本發(fā)明一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置及方法，有利于提高交直流混合微網(wǎng)的交流故障穿越能力，在交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)中，加入功率泄放單元、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元、中央監(jiān)控單元，構(gòu)成交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)交流故障穿越的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)；通過本發(fā)明的控制方法對(duì)該控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)故障過程中過剩功率的可控釋放通路，避免網(wǎng)內(nèi)潮流突變對(duì)設(shè)備的沖擊，穩(wěn)定由交流故障引起的低壓直流母線電壓波動(dòng)，同時(shí)避免交直功率互送設(shè)備閉鎖，使其在故障過程中進(jìn)行功率傳輸，同時(shí)通過應(yīng)用該控制系統(tǒng)與控制方法減小故障電流對(duì)功率變頻單元的沖擊，以最優(yōu)方式控制網(wǎng)內(nèi)潮流分布，控制剩余功率釋放，降低了功率變頻單元過流損耗，并能在故障期間正常工作，整體實(shí)現(xiàn)了交直流微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的交流故障穿越；為系統(tǒng)安全穩(wěn)定提供了良好的運(yùn)行環(huán)境；整體控制結(jié)構(gòu)緊湊，各單元間優(yōu)化合理協(xié)調(diào)工作，以最低損耗的方式實(shí)現(xiàn)了故障穿越，具有推廣意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖；
[0032]圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的中央監(jiān)控單元電路原理圖；
[0033]圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的第一功率泄放單元電路原理圖；
[0034]圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的直流電壓調(diào)整單元電路原理圖；
[0035]圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例的直流功率泄放單元電路原理圖；
[0036]圖7為本發(fā)明一種實(shí)施例的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制方法流程圖；
[0037]圖8為本發(fā)明一種實(shí)施例的雙向功率變頻單元在逆變狀態(tài)下的電路原理圖；
[0038]圖9為本發(fā)明一種實(shí)施例的雙向功率變頻單元在整流狀態(tài)下的電路原理圖；
[0039]圖10為本發(fā)明一種實(shí)施例的運(yùn)放電路模塊電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說明。
[0041]如圖1所示，本實(shí)施方式例中，交直流混合微網(wǎng)的高壓直流母線通過電力電子變壓器中整流變流器AC/DC接入外部IOkV交流配電網(wǎng)，380V交流母線通過逆變變流器接入高壓直流母線，600V低壓直流母線電力電子變壓器DC/DC接入高壓直流母線，同時(shí)，交流負(fù)載通過380V交流母線集中接入交流微網(wǎng)系統(tǒng)，380V交流母線與600V低壓直流母線通過雙向功率變頻單元3相連接，直流分布式電源和儲(chǔ)能裝置以及直流負(fù)荷接入600V低壓直流母線，交流分布式電源和交流負(fù)荷接入380V交流母線。
[0042]如圖1所示，一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，包括第一電流傳感器13、第二電流傳感器14、第三電流傳感器15、第一電壓傳感器16、第二電壓傳感器17、第三電壓傳感器18、第四電壓傳感器19、第一功率泄放單元1、第二功率泄放單元2、變流器4、直流電壓調(diào)整單元6、直流功率泄放單元10和中央監(jiān)控單元12，其中，
[0043]本發(fā)明實(shí)施例中，電壓傳感器采用JDG4-0.5 1000/100型號(hào)的電壓互感器，電流傳感器采用LZJC-10Q 1000/5型號(hào)的電流互感器，中央監(jiān)控單元包括有信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集芯片和中央處理器；其中中央處理器采用DSP芯片，DSP芯片為TMS320F2812系列數(shù)字信號(hào)處理器，如圖10所示，運(yùn)放電路模塊采用M57962L，數(shù)據(jù)采集芯片采用3塊AD8364并行，變流器采用FleXVert500型號(hào)，直流接觸器采用直流電磁接觸器NR200/500型號(hào)。
[0044]所述的第一功率泄放單元I的輸入端、第二功率泄放單元2的輸入端和變流器4的輸出端Ua、ub、u。均連接380V交流母線，直流電壓調(diào)整單元6的輸出端和直流功率泄放單元10的輸出端均連接至變流器4的輸入端Ud。，直流電壓調(diào)整單元6的輸入端和直流功率泄放單元10的輸入端均接入600V低壓直流母線；第一電流傳感器13的信號(hào)輸出端OUT、第二電流傳感器14的信號(hào)輸出端OUT、第三電流傳感器15的信號(hào)輸出端OUT、第一電壓傳感器16的信號(hào)輸出端OUT、第二電壓傳感器17的信號(hào)輸出端OUT、第三電壓傳感器18的信號(hào)輸出端OUT和第四電壓傳感器19的信號(hào)輸出端OUT分別連接中央監(jiān)控單元12內(nèi)部15個(gè)信號(hào)調(diào)理電路的U/I輸入端，TMS320F2812型號(hào)DSP芯片的輸出端EPWMlA連接第一功率泄放單元I內(nèi)IGBT (絕緣柵雙極晶體管VTl)的柵極，TMS320F2812型號(hào)DSP芯片的輸出端EPWM2A經(jīng)運(yùn)放電路模塊M57962L連接第二功率泄放單元2內(nèi)IGBT (VT2)的柵極，TMS320F2812型號(hào)DSP芯片的輸出端EPWM3A、GP1012、GP1013經(jīng)運(yùn)放電路模塊M57962L連接直流電壓調(diào)整單元6內(nèi)IGBT(VT3)的柵極、直流接觸器7的控制端、直流接觸器8的控制端，TMS320F2812型號(hào)DSP芯片的輸出端GP1014經(jīng)運(yùn)放電路模塊M57962L連接直流功率泄放單元9內(nèi)直流接觸器10的控制端，TMS320F2812型號(hào)DSP芯片的輸出端GP1015經(jīng)運(yùn)放電路模塊M57962L連接設(shè)置于變流器4與直流功率泄放單元9之間的直流接觸器5的控制端；第二功率泄放單元2、變流器4、直流電壓調(diào)整單元6、直流功率泄放單元9、穩(wěn)壓電容C3和直流接觸器5構(gòu)成雙向功率變頻單元3，穩(wěn)壓電容C3并聯(lián)于變流器4的直流端。
[0045]如圖2所示，信號(hào)調(diào)理電路的+OUT端、-OUT端、IN端分別連接數(shù)據(jù)采集芯片AD8364的+IN端、-1N端和REF端，如圖3所示，數(shù)據(jù)采集芯片AD8364的輸入端 HOLDA、HOLDB、 HOLDC 接 5V 電源，F(xiàn)D、HDD、BYTE、BGND, A0、Al、A2 接地，
CS , RD, WR, EOC、CLK、DO ?D15 分別接入 TMS320F2812 型號(hào) DSP 芯片的IS ,IiE ,WE , EXT _INT\、MCLKX, DO ?D15。
[0046]如圖4所示，第一功率泄放單元與第二功率泄放單元結(jié)構(gòu)相同，以第一功率泄放單元為例，包括二極管VD1、二極管VD2、二極管VD3、二極管VD4、二極管VD5、二極管VD6、第一晶閘管V1、第二晶閘管V2、第三晶閘管V3、第四晶閘管V4、第五晶閘管V5、第六晶閘管V6、穩(wěn)壓電容C1、能耗電阻R1 (大功率電阻)和IGBT (VT1),具體連接關(guān)系為:所述的二極管VD1的陽極、第一晶閘管V1的陰極、二極管VD2的陽極、第二晶閘管V2的陰極、二極管VD3的陽極和第三晶閘管V3的陰極同時(shí)連接穩(wěn)壓電容C1的一端；二極管VD4的陰極、第四晶閘管V4的陽極、二極管VD5的陰極、第五晶閘管V5的陽極、二極管VD6的陰極和第六晶閘管V6的陽極同時(shí)連接穩(wěn)壓電容C1的另一端；二極管VD1的陰極、第一晶閘管V1的陽極和二極管VD4的陽極同時(shí)連接第四晶閘管V4的陰極；二極管VD2的陰極、第二晶閘管V2的陽極和二極管VD5的陽極同時(shí)連接第五晶閘管V5的陰極；二極管VD3的陰極、第三晶閘管V3的陽極和二極管VD6的陽極同時(shí)連接第六晶閘管V6的陰極；電阻R1的一端連接穩(wěn)壓電容C1的一端，電阻R1的另一端連接IGBT (VT1)的集電極，IGBT (VT1)的發(fā)射極連接穩(wěn)壓電容C1的另一端。
[0047]如圖5所示，直流電壓調(diào)整單元6包括電阻R3、電感L1、電感L2、二極管VD13、穩(wěn)壓電容C5、穩(wěn)壓電容C4、直流接觸器7、直流接觸器8和一個(gè)IGBT (VT3),具體鏈接關(guān)系為:電阻R3的一端、二極管VD13的陽極、電感L1的一端同時(shí)連接穩(wěn)壓電容C5的一端，電阻R3的另一端同時(shí)連接電感L2的一端和直流接觸器7的一端，直流接觸器7的另一端連接變流器4的輸入端，電感L2的另一端同時(shí)連接二極管VD13的陰極和穩(wěn)壓電容C4的一端,穩(wěn)壓電容C4的另一端同時(shí)連接電感L1的另一端和IGBT (VT3)的發(fā)射極，IGBT (VT3)的集電極同時(shí)連接穩(wěn)壓電容C5的另一端和直流接觸器8的一端，直流接觸器8的另一端接入600V低壓直流母線。
[0048]如圖6所示，直流功率泄放單元包括電阻R4、二極管VD14、IGBT (VT4)和直流接觸器10，具體連接關(guān)系為:二極管VD14的陽極同時(shí)連接IGBT (VT4)的集電極和直流接觸器10的一端，直流接觸器10的另一端接入600V低壓直流母線，IGBT (VT4)的發(fā)射極同時(shí)連接二極管VD14的陰極和電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地。
[0049]采用交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置進(jìn)行控制的方法，流程圖如圖7所示，包括以下步驟:
[0050]步驟1、采用第一電流傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電流，采用第一電壓傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓，采用第二電流傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電流，采用第二電壓傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電壓，采用第三電流傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電流，采用第三電壓傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電壓，采用第四電壓傳感器采集直流電壓調(diào)整單元輸出端的直流電壓，獲得十五個(gè)采集信號(hào)；
[0051]步驟2、對(duì)獲得的十五個(gè)采集信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理；
[0052]步驟3、采用中央監(jiān)控單元對(duì)采集的兩組交流信號(hào)進(jìn)行判斷，即判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓是否均小于0.1倍的額定電壓，且同時(shí)判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電流和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流是否均大于1.5被的額定電流，若是，則執(zhí)行步驟4，否則返回執(zhí)行步驟I ;
[0053]本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)采集的兩組交流信號(hào)進(jìn)行判斷:
[0054]IK0.1Un
[0055]I>1.5In
[0056]其中，Un為額定電壓，U為交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓；IN為額定電流，I為交流負(fù)荷輸入端三相交流電流或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流。
[0057]步驟4、中央監(jiān)控單元發(fā)出脈沖信號(hào)信號(hào)控制第一功率泄放單元內(nèi)部的IGBT(VT1),并根據(jù)直流電流流向判斷雙向功率變頻單元的工作狀態(tài)，即逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)，若為逆變狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5，若為整流狀態(tài)，則執(zhí)行步驟9 ；
[0058]步驟5、中央監(jiān)控單元發(fā)出脈沖信號(hào)控制關(guān)閉直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部的直流接觸器7和直流接觸器8，控制關(guān)閉直流功率泄放單元內(nèi)部的直流接觸器10，并斷開設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器5 ；
[0059]雙向功率變頻單元3包括逆變狀態(tài)和整流狀態(tài)兩種模式；
[0060]當(dāng)雙向功率變頻單元工作在逆變狀態(tài)下時(shí)，集中式交流負(fù)載區(qū)域交流母線發(fā)生故障，造成電壓跌落時(shí)，中央控制單元12控制直流接觸器靜動(dòng)觸點(diǎn)迅速閉合，如圖8所示，將直流電壓調(diào)整單元6串聯(lián)接入直流母線，將直流功率泄放單元9并聯(lián)接入直流母線，同時(shí)直流接觸器靜動(dòng)觸點(diǎn)斷開直流母線中與直流電壓調(diào)整單元并聯(lián)部分。中央控制單元12通過控制直流功率泄放單元中VT4導(dǎo)通時(shí)間來控制直流微網(wǎng)向交流微網(wǎng)傳輸功率總量，通過控制直流電壓調(diào)整單元6中VT3導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)整變流器4直流輸入端電壓，并通過控制全橋功率泄放單元的投放將直流母線上直流電流進(jìn)行分流耗能，如此使得雙向變流器逆變工況下輸入的直流功率大大降低。
[0061]步驟6、中央監(jiān)控單元計(jì)算獲得直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管VT3的導(dǎo)通時(shí)間，并發(fā)出控制信號(hào)控制該絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉；
[0062]具體獲得導(dǎo)通時(shí)間方法為:根據(jù)采集的實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值Utl、直流功率泄放單元輸出端的直流電壓值Uc5和設(shè)定的直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓期望值U/，調(diào)整直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，直至實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值等于期望值；
[0063]本發(fā)明實(shí)施例中，中央監(jiān)控單元12通過輸出占空比可調(diào)的方波信號(hào)，控制VT3導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行雙向功率變頻單元3中變流器直流端電壓調(diào)整；
[0064]VT3導(dǎo)通時(shí)間為，當(dāng)VT3導(dǎo)通時(shí)，600V低壓直流母線通過穩(wěn)壓電容C3向儲(chǔ)能電感L2輸送能量；VT3關(guān)斷時(shí)間為t。#當(dāng)VT3關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電感L2通過電力二極管VD13與儲(chǔ)能電容C4形成閉合回路,儲(chǔ)能電感L2給儲(chǔ)能電容C4充電，當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí),儲(chǔ)能電感LyL1的電壓平均值均為零，則
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，其特征在于，包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第四電壓傳感器、第一功率泄放單元、第二功率泄放單元、變流器、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元和中央監(jiān)控單元， 其中，所述的第一功率泄放單元的一路輸入端、第二功率泄放單元的一路輸入端和變流器的交流端均接入交流微網(wǎng)，直流電壓調(diào)整單元的輸出端和直流功率泄放單元的輸出端均連接至變流器的直流端，直流電壓調(diào)整單元的一路輸入端和直流功率泄放單元的一路輸入端均接入直流微網(wǎng)；第一電流傳感器的輸出端、第二電流傳感器的輸出端、第三電流傳感器的輸出端、第一電壓傳感器的輸出端、第二電壓傳感器的輸出端、第三電壓傳感器的輸出端和第四電壓傳感器的輸出端分別連接中央監(jiān)控單元的七路輸入端，中央監(jiān)控單元的一路輸出端連接第一功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的另一路輸出端連接第二功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的又三路輸出端連接直流電壓調(diào)整單元的另三路輸入端，中央監(jiān)控單元的又一路輸出端連接直流功率泄放單元的另一路輸入端，中央監(jiān)控單元的又一路輸出端連接設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器； 第二功率泄放單元、變流器、直流電壓調(diào)整單元、直流功率泄放單元、并聯(lián)于變流器直流端的一個(gè)穩(wěn)壓電容和設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器構(gòu)成雙向功率變頻單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，其特征在于，所述的第一功率泄放單元與第二功率泄放單元結(jié)構(gòu)相同，均包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第一晶閘管、第二晶閘管、第三晶閘管、第四晶閘管、第五晶閘管、第六晶閘管、一個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)絕緣柵雙極晶體管，具體連接關(guān)系為: 所述的第一二極管的陽極、第一晶閘管的陰極、第二二極管的陽極、第二晶閘管的陰極、第三二極管的陽極和第三晶閘管的陰極同時(shí)連接電容的一端；第四二極管的陰極、第四晶閘管的陽極、第五二極管的陰極、第五晶閘管的陽極、第六二極管的陰極和第六晶閘管的陽極同時(shí)連接電容的另一端；第一二極管的陰極、第一晶閘管的陽極和第四二極管的陽極同時(shí)連接第四晶閘管的陰極；第`二二極管的陰極、第二晶閘管的陽極和第五二極管的陽極同時(shí)連接第五晶閘管的陰極；第三二極管的陰極、第三晶閘管的陽極和第六二極管的陽極同時(shí)連接第六晶閘管的陰極；電阻的一端連接電容的一端，電阻的另一端連接絕緣柵雙極晶體管的集電極，絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接電容的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，其特征在于，所述的直流電壓調(diào)整單兀包括一個(gè)電阻、第一電感、第二電感、一個(gè)二極管、第一電容、第二電容、第一直流接觸器、第二直流接觸器和一個(gè)絕緣柵雙極晶體管，具體鏈接關(guān)系為: 所述的電阻的一端、二極管的陽極、第一電感的一端同時(shí)連接第一電容的一端，電阻的另一端同時(shí)連接第二電感的一端和第一直流接觸器的一端，第一直流接觸器的另一端連接變流器的直流端，第二電感的另一端同時(shí)連接二極管的陰極和第二電容的一端，第二電容的另一端同時(shí)連接第一電感的另一端和絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極，絕緣柵雙極晶體管的集電極同時(shí)連接第一電容的另一端和第二直流接觸器的一端，第二直流接觸器的另一端接入直流微網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置，其特征在于，所述的直流功率泄放單元包括一個(gè)電阻、一個(gè)二極管、一個(gè)絕緣柵雙極晶體管和一個(gè)直流接觸器，具體連接關(guān)系為:二極管的陽極同時(shí)連接絕緣柵雙極晶體管的集電極和直流接觸器的一端，直流接觸器的另一端接入直流微網(wǎng)，絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極同時(shí)連接二極管的陰極和電阻的一端，電阻的另一端接地。
5.采用權(quán)利要求1所述的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置進(jìn)行控制的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、采用第一電流傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電流，采用第一電壓傳感器采集交流微網(wǎng)中交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓，采用第二電流傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電流，采用第二電壓傳感器采集雙向功率變頻單元輸出端三相交流電壓，采用第三電流傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電流，采用第三電壓傳感器采集直流功率泄放單元輸出端的直流電壓，采用第四電壓傳感器采集直流電壓調(diào)整單元輸出端的直流電壓，獲得十五個(gè)采集信號(hào)； 步驟2、對(duì)獲得的十五個(gè)采集信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理； 步驟3、采用中央監(jiān)控單元對(duì)采集的兩組交流信號(hào)進(jìn)行判斷，即判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓是否均小于0.1倍的額定電壓，且同時(shí)判斷交流負(fù)荷輸入端三相交流電流和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流是否均大于1.5倍的額定電流，若是，則執(zhí)行步驟4，否則返回執(zhí)行步驟I ; 步驟4、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制第一功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，并根據(jù)直流電流流向判斷雙向功率變頻單元的工作狀態(tài)，即逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)，若為逆變狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5，若為整流狀態(tài)，則執(zhí)行步驟9 ； 步驟5、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制關(guān)閉直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部的第一直流接觸器和第二直流接觸器，控制關(guān)閉直流功率泄放單元內(nèi)部的直流接觸器，并斷開設(shè)置于變流器與直流功率泄放單元之間的直流接觸器； 步驟6、中央監(jiān)控單元計(jì)算獲得直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，并發(fā)出控制信號(hào)控制該絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉； 具體獲得導(dǎo)通時(shí)間方法為:根據(jù)采集的實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值、直流功率泄放單元輸出端的直流電壓值和設(shè)定的直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓期望值，調(diào)整直流電壓調(diào)整單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，直至實(shí)際直流電壓調(diào)整單元輸出端直流電壓值等于期望值； 步驟7、根據(jù)直流功率泄放單元輸出端的直流電壓和直流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制直流功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得直流功率泄放到直流功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上； 步驟8、根據(jù)雙向功率變頻單元輸出端的交流電壓和交流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制第二功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得交流功率泄放到第二功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上，執(zhí)行步驟12 ； 步驟9、中央監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)控制關(guān)閉直流功率泄放單元內(nèi)部的直流接觸器； 步驟10、根據(jù)直流功率泄放單元輸出端的直流電壓和直流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制直流功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得直流功率泄放到直流功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上； 步驟11、根據(jù)雙向功率變頻單元輸出端的交流電壓和交流電流，計(jì)算獲得其實(shí)際功率，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率期望值時(shí)，控制第二功率泄放單元內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，使得交流功率泄放到第二功率泄放單元內(nèi)部的能耗電阻上，執(zhí)行步驟12 ； 步驟12、采用中央監(jiān)控單元判斷此時(shí)交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓和雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓是否均在設(shè)定范圍內(nèi)，并且此時(shí)交流負(fù)荷輸入端三相交流電流和雙向功率變頻單 元交流輸出端三相交流電流是否均在設(shè)定范圍內(nèi)，若均不在，則返回執(zhí)行步驟1，否則返回執(zhí)行步驟4; 步驟13、當(dāng)交流微網(wǎng)停止運(yùn)行時(shí)，方法結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交直流混合微網(wǎng)故障穿越控制裝置進(jìn)行控制的方法，其特征在于:步驟12所述的交流電壓設(shè)定范圍為:0.97UN〈U〈1.03UN，其中，Un為額定電壓，U為交流負(fù)荷輸入端三相交流電壓或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電壓；所述的交流電流設(shè)定范圍為:I〈1.1In，其中，In為額定電流，I為交流負(fù)荷輸入端三相交流電流或雙向功率變頻單元交流輸出端三相交流電流。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103560541SQ201310579184
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月16日
【發(fā)明者】徐建源, 吳冠男, 王飛鳴, 曹晨, 史可鑒 申請(qǐng)人:沈陽工業(yè)大學(xué)