[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

说明书

本发明公开了一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统，包括多个隔离型光伏子模块，多个故障处理模块，并网电感以及高压直流母线。每个故障处理模块由多个开关管与电感组成。当低压端口发生短路故障时，可保持光伏子模块输出电压的均衡，从而保证正常子模块的正常工作。当高压端口发生短路故障时，可以闭锁故障处理模块的多个开关管，将短路电流引导至子模块的输出电容上，抑制短路电流对子模块的冲击，中断整个系统。即使低压端口短路故障和高压端口短路故障同时发生，也不会影响该拓扑的中断功能。

技术领域

本发明涉及光伏多端口直流变换器技术领域，特别涉及一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统。

背景技术

无论光伏能源汇集后是接入配电网，还是进行远距离的输送，光伏直流汇集发电系统的高升压比变换器常采用光伏子模块级联的多端口拓扑，该拓扑可以实现较高升压比，子模块能实现最大功率点跟踪控制，降低了成本。但相对于两端口变换器拓扑，多端口拓扑发生直流短路故障的概率更高。对整个系统的可靠运行以及变换器自身都会产生影响。

现有技术中，使级联的子模块具备高频磁隔离并在故障时闭锁，可以有效避免变换器在发生低压端口短路故障时受到损害，但是故障子模块输出电压变为零将影响其他无故障子模块的正常输出，导致功率失配。有限功率运行模式代替最大功率点跟踪控制可以解决光伏功率失配，但会导致较高能量损失。采用MMC进行光伏功率的二次转换，并采用准Z源结构提高处理功率失配问题的能力，但是这需要更多的无源组件。

解决高压端口短路故障的技术中，往往需要固态断路器阻断故障电流，这不仅增加了器件成本，而且导致了控制的复杂性。更好的解决方案是转换器本身具有短路故障隔离的能力。

发明内容

本发明的目的在于使得光伏直流多端口变换器同时具备处理高低压端口直流短路故障的能力。

本发明装置的技术方案为一种高低压端口短路故障的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；

所述第i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；所述第i输出电容与所述第i光伏子模块的输出端口并联，1≤i≤N；

所述第k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端与所述第k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端与所述第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；

所述第1个光伏子模块的输出端口的正极通过并网电感L_g与所述高压直流母线的正极相连，所述第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故障处理模块包括：电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，1≤k≤N-1；

所述第一开关管的发射极为所述故障处理模块的a端，所述第二开关管的集电极为所述故障处理模块的c端，所述第三开关管的集电极为所述故障处理模块的b端，所述第四开关管的发射极为所述故障处理模块的d端。

本发明方法的技术方案为一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护方法，具体为：