[发明专利]一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统有效

专利信息
申请号: 202010597578.5 申请日: 2020-06-28
公开(公告)号: CN111711173B 公开(公告)日: 2022-04-12
发明(设计)人: 刘飞;庄一展;刘舟扬;黄艳辉;张祥静;查晓明 申请(专利权)人: 武汉大学;国网湖北省电力有限公司
主分类号: H02H7/12 分类号: H02H7/12;H02M1/32;H02J1/10;H02S40/30
代理公司: 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 代理人: 许莲英
地址: 430072 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 低压 端口 短路 故障 多端 直流 保护 系统
【权利要求书】:

1.一种基于光伏多端口直流保护装置的高低压端口短路故障保护方法,其特征在于:

所述光伏多端口直流保护装置包括:

主控制器、N个光伏子模块、N个输出电容、N-1个故障处理模块、并网电感以及高压直流母线;

所述主控制器分别与所述的N个光伏子模块依次连接;所述主控制器分别与所述的N-1个故障处理模块依次连接;

每个所述的光伏子模块由光伏电池板、隔离型DC/DC变换器组成,光伏电池板的输出端口与隔离型DC/DC变换器的输入端口相连,隔离型DC/DC变换器的输出端口即光伏子模块的输出端口;第i输出电容与第i光伏子模块的输出端口并联,1≤i≤N;

第k个故障处理模块包括:a端、b端、c端、d端,所述第k个故障处理模块的a端与第k个光伏子模块的输出端口的负极相连,所述第k个故障处理模块的b端与所述第k个光伏子模块的输出端口的正极相连,所述第k个故障处理模块的c端与第k+1个光伏子模块的输出端口的正极相连,所述第k个故障处理模块的d端与所述第k+1个光伏子模块输出端口的负极相连,1≤k≤N-1;

第1个光伏子模块的输出端口的正极通过并网电感Lg与所述高压直流母线的正极相连,第N个光伏子模块的输出端口的负极与所述高压直流母线的负极相连;

所述第k个故障处理模块包括:电感、第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管、第四IGBT开关管,1≤k≤N-1;

所述第一IGBT开关管的发射极为所述故障处理模块的a端,所述第二IGBT开关管的集电极为所述故障处理模块的c端,所述第三IGBT开关管的集电极为所述故障处理模块的b端,所述第四IGBT开关管的发射极为所述故障处理模块的d端;

所述高低压端口短路故障保护方法,具体如下:

主控制器采集光伏电池板的输出电流、隔离型DC/DC变换器的输入电流、光伏子模块的输出电流、高压直流母线处电流,采用差分电流法检测故障处理模块的工作模式类型,并根据对应工作模式,结合故障处理模块中第一IGBT开关管、第二IGBT开关管,第三IGBT开关管和第四IGBT开关管进行保护控制;

第m个光伏电池板的输出电流为:iPV1-m,1≤m≤N;

第m个隔离型DC/DC变换器的输入电流为:iPV2-m,1≤m≤N;

所述N个光伏子模块的输出电流均为:ig1

所述高压直流母线处电流为:ig2

所述工作模式类型包括:正常工作模式、低压端口短路故障模式、高压端口短路故障模式;

所述结合故障处理模块中第一IGBT开关管、第二IGBT开关管,第三IGBT开关管和第四IGBT开关管进行保护控制,具体为:

当检测到ipv1-m=ipv2-m,ig1=ig2时,处于第一种工作模式,所有的光伏子模块都正常工作;

每个故障处理模块中,第一IGBT开关管、第二IGBT开关管均处于导通状态,第三IGBT开关管、第四IGBT开关管均处于断开状态;

当检测到ig1=ig2,ipv1-m与ipv2-m的差值ipvf-m超过阈值时,代表第m个光伏子模块发生低压端口短路故障模式;

将N-1故障处理模块中的第一IGBT开关管和第二IGBT开关管保持导通的状态,第三IGBT开关管和第四IGBT开关管则互补导通,实现平衡相邻子模块的输出电压;

其余N-1个光伏子模块通过故障处理模块向第m个光伏子模块输送能量以维持故障光伏子模块的电压;

当检测到ig1与ig2差值igf超过阈值时,表示处于高压端口短路故障模式;

闭锁所有故障处理模块中的第一IGBT开关管、第二IGBT开关管,第三IGBT开关管和第四IGBT开关管,使短路故障电流流入输出电容,从而快速地降为0,保护光伏子模块里的隔离型DC/DC变换器自身不会受到冲击。

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