[發明專利]儲能雙向變流器的短路保護系統

無效

• 申請號: 201310734002.9
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103731017A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 王立超;張效宇;劉智全
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/12
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于儲能系統領域，適用于各種儲能變流器，用以實現對交流電網側和負載側的短路保護設計。

背景技術

目前，儲能雙向變流器在配電網系統的應用相對較多，配電網主要是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償電容以及一些附屬設施等組成的，由于配電網的網絡構成特點和線路連接方式，極易發生單相對地短路，相間短路等故障，所以儲能雙向變流器具備短路保護的功能是十分必要的。

儲能雙向變流器常規的短路保護都是利用斷路器實現的，當電網或者PCS的內部發生短路故障時，斷路器內部的磁性元件流過短路電流后會觸發脫扣器動作，實現短路保護，也有謹慎的變流器廠家利用斷路器和熔斷器一起配合實現PCS的短路保護。但是，這些短路保護都是機械式的保護，首先，磁脫扣會有一定的機械誤差，而且機械動作時會有一定的延遲時間，有的甚至可達幾十毫秒，可能斷路器脫扣之前，短路故障已經消除，PCS恢復正常狀態，這就無法完全保證PCS的安全穩定運行。

發明內容

本申請的發明目的：本申請提出的儲能雙向變流器短路保護系統的設計方法，利用短路保護模塊和斷路器聯合實現PCS的短路保護，可以完全保證PCS關鍵功率器件的安全，確保儲能系統的穩定運行，不會造成電網、儲能元件及線路負載設備的燒毀。短路保護模塊作為PCS的微秒級快速保護，斷路器作為PCS的毫秒級慢速保護，可以完全解決單純由斷路器進行線路短路保護的缺點，在保證斷路器的脫扣能力同時，也進一步提高了PCS切斷短路故障的響應時間，將故障范圍縮小，提高了PCS的安全性和使用壽命。

本發明的具體方案如下：

一種儲能雙向變流器的短路保護系統，其特征在于：

所述儲能雙向變流器PCS的短路保護系統具有交流側短路保護模塊和直流側保護模塊，兩種模塊單獨設計，都集成在儲能雙向變流器PCS內部。

其中交流側短路保護模塊在交流側與PCS的功率變換單元并聯，所述交流側短路保護模塊由二極管三相全橋整流模塊、交流側短路保護大功率晶閘管和電阻組成，所述三相全橋整流模塊的交流輸入端連接至PCS的功率變換單元交流側的三相電路上，所述三相全橋整流模塊的直流輸出端與交流側短路保護大功率晶閘管和電阻串聯連接。

直流側短路保護模塊連接在PCS的直流母線正極和負極之間，所述直流側短路保護模塊由直流側短路保護大功率晶閘管和電阻串聯組成，。

兩種保護模塊彼此完全獨立控制，各自配有門極觸發電路。交流側短路保護模塊是由二極管三相全橋整流模塊、大功率晶閘管和電阻組成，當電網側出現短路故障或者受干擾等情況時，交流側短路保護晶閘管以微秒級的速度快速導通，對PCS進行快速保護，為短路能量提供泄放回路，保證PCS內部關鍵功率器件的安全；交流側斷路器屬于慢速保護，在交流側短路保護模塊動作之后，斷路器迅速脫扣，徹底的斷開故障系統。

直流側短路保護模塊是由大功率晶閘管和電阻組成，當出現儲能元件短路或者直流母線正極、負極短路時，直流側短路保護大功率晶閘管先觸發動作，泄放部分能量，限制流入功率器件或者儲能元件的短路能量，然后直流斷路器迅速脫扣，完全切斷故障系統。

交流側短路保護模塊和直流側短路保護模塊也可以相互配合進行PCS內部的短路保護功能，在PCS檢測到故障信號后，以故障點的位置確定優先采取哪種保護，若是故障點在交流側，則優先觸發交流保護模塊，直流側作為后備保護；若是故障點在直流側，則可以直流側保護模塊先觸發，交流側作為后備保護。這樣不但可以實現主備保護，而且還相當于在短路保護時有了“雙保險”。

本發明具有以下技術效果：

儲能雙向變流器PCS主要由電力電子功率器件、濾波電抗器、直流支撐電容等組成，在PCS系統內，電力電子器件承受短路電流的能力是最弱的，且保護動作時間都是微秒級，而斷路器的短路脫扣時間典型值為毫秒級，利用斷路器實現PCS的短路保護，無法真正起到保護功率器件的作用，只能保護電抗器、電容器、開關等器件，根本無法滿足PCS對保護可靠性、準確性、速動性的要求。

所述儲能雙向變流器PCS的短路保護系統可以將短路故障引發的影響降到最小，在PCS功率變換單元因短路故障而封脈沖的同時，微秒級的速度觸發電力電子泄流回路，可以解決斷路器短路保護時間較長、主觸點粘連無法快速脫扣等情況，可以提高儲能雙向變流器PCS的抗干擾能力和保護等級，減少PCS的故障率和維護次數，保證PCS的工作壽命。

附圖說明

附圖1為包含短路保護模塊的儲能雙向變流器拓撲結構示意圖；