[發明專利]一種高低壓端口短路故障的光伏多端口直流保護系統

有效

• 申請號: 202010597578.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111711173B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉飛;莊一展;劉舟揚;黃艷輝;張祥靜;查曉明
• 申請（專利權）人: 武漢大學;國網湖北省電力有限公司
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12;H02M1/32;H02J1/10;H02S40/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

1.一種基于光伏多端口直流保護裝置的高低壓端口短路故障保護方法，其特征在于：

所述光伏多端口直流保護裝置包括：

主控制器、N個光伏子模塊、N個輸出電容、N-1個故障處理模塊、并網電感以及高壓直流母線；

所述主控制器分別與所述的N個光伏子模塊依次連接；所述主控制器分別與所述的N-1個故障處理模塊依次連接；

每個所述的光伏子模塊由光伏電池板、隔離型DC/DC變換器組成，光伏電池板的輸出端口與隔離型DC/DC變換器的輸入端口相連，隔離型DC/DC變換器的輸出端口即光伏子模塊的輸出端口；第i輸出電容與第i光伏子模塊的輸出端口并聯，1≤i≤N；

第k個故障處理模塊包括：a端、b端、c端、d端，所述第k個故障處理模塊的a端與第k個光伏子模塊的輸出端口的負極相連，所述第k個故障處理模塊的b端與所述第k個光伏子模塊的輸出端口的正極相連，所述第k個故障處理模塊的c端與第k+1個光伏子模塊的輸出端口的正極相連，所述第k個故障處理模塊的d端與所述第k+1個光伏子模塊輸出端口的負極相連，1≤k≤N-1；

第1個光伏子模塊的輸出端口的正極通過并網電感L_g與所述高壓直流母線的正極相連，第N個光伏子模塊的輸出端口的負極與所述高壓直流母線的負極相連；

所述第k個故障處理模塊包括：電感、第一IGBT開關管、第二IGBT開關管、第三IGBT開關管、第四IGBT開關管，1≤k≤N-1；

所述第一IGBT開關管的發射極為所述故障處理模塊的a端，所述第二IGBT開關管的集電極為所述故障處理模塊的c端，所述第三IGBT開關管的集電極為所述故障處理模塊的b端，所述第四IGBT開關管的發射極為所述故障處理模塊的d端；

所述高低壓端口短路故障保護方法，具體如下：

主控制器采集光伏電池板的輸出電流、隔離型DC/DC變換器的輸入電流、光伏子模塊的輸出電流、高壓直流母線處電流，采用差分電流法檢測故障處理模塊的工作模式類型，并根據對應工作模式，結合故障處理模塊中第一IGBT開關管、第二IGBT開關管，第三IGBT開關管和第四IGBT開關管進行保護控制；

第m個光伏電池板的輸出電流為：i_PV1-m，1≤m≤N；

第m個隔離型DC/DC變換器的輸入電流為：i_PV2-m，1≤m≤N；

所述N個光伏子模塊的輸出電流均為：i_g1；

所述高壓直流母線處電流為：i_g2；

所述工作模式類型包括：正常工作模式、低壓端口短路故障模式、高壓端口短路故障模式；

所述結合故障處理模塊中第一IGBT開關管、第二IGBT開關管，第三IGBT開關管和第四IGBT開關管進行保護控制，具體為：

當檢測到i_pv1-m＝i_pv2-m，i_g1＝i_g2時，處于第一種工作模式，所有的光伏子模塊都正常工作；

每個故障處理模塊中，第一IGBT開關管、第二IGBT開關管均處于導通狀態，第三IGBT開關管、第四IGBT開關管均處于斷開狀態；

當檢測到i_g1＝i_g2，i_pv1-m與i_pv2-m的差值i_pvf-m超過閾值時，代表第m個光伏子模塊發生低壓端口短路故障模式；

將N-1故障處理模塊中的第一IGBT開關管和第二IGBT開關管保持導通的狀態，第三IGBT開關管和第四IGBT開關管則互補導通，實現平衡相鄰子模塊的輸出電壓；

其余N-1個光伏子模塊通過故障處理模塊向第m個光伏子模塊輸送能量以維持故障光伏子模塊的電壓；

當檢測到i_g1與i_g2差值i_gf超過閾值時，表示處于高壓端口短路故障模式；

閉鎖所有故障處理模塊中的第一IGBT開關管、第二IGBT開關管，第三IGBT開關管和第四IGBT開關管，使短路故障電流流入輸出電容，從而快速地降為0，保護光伏子模塊里的隔離型DC/DC變換器自身不會受到沖擊。