[发明专利]变频式过电流继电保护系统及其保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及分布式电源或者微电网在配电网中广泛应用的一种过电流继电保护系统。

背景技术

旋转发电机的承流部件是线圈绕组，短时间的过电流(20～30倍以内)不会造成损坏。当然，过流倍数越大，发热越严重，需要切除故障的时间就越短。逆变器的承流元件是半导体器件，如果预留的裕度过高，则逆变器的制造成本剧增，并且正常运行时的损耗也过大，因此一般不超过2倍额定电流的裕度。

目前，分布式电源通常需要逆变器接入配电网或者微电网，现有的技术方向均为设定逆变器电源为PQ控制、V/f控制、下垂控制和倒下垂控制等。如果短路后，逆变器的控制方式不变，即不限流，由于外部短路阻抗很小，半导体器件很容易损坏。但是，采用限流措施后，故障特性不明显了，基于正常负荷状态与外部短路状态的不同状态，电流特性不能用于常规的继电保护了。

现有的继电保护措施分为两类：第一需要由电网中其它旋转电机在发生短路故障后提供短路电流，对逆变器只考虑一些电流助增作用。其缺点是必须依赖公共电网，对一些孤网运行的情况，即不连接到大电网上的情况就不适用了。另外，对公共电网的安全产生较大影响，故障切除时间长，拒动和误动的可能性都较大；第二在发生短路后，与大电网瞬时断开，这样相互不影响。但是，由于只有逆变器电源提供故障点的短路电流，特征不明显，保护性能很差。

基于上述对现有分布式电源接入的缺陷，本发明可以解决电源输出电流受限的问题，满足继电保护要求的故障电流值，实现继电保护选择性、灵敏性、可靠性等特点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的一种或多种不足而提供一种变频式过电流继电保护系统及其保护方法。该保护系统不仅可以解决逆变器电源输出电流受限的问题，且兼容于现有的继电保护体系，该保护方法用于过电流保护，具有较高的工程实用性。

为了实现发明目的，本发明公开了一种逆变器电源，可输出变频故障电流，其包括：

虚拟短路电流调制模块，具有输出参考频率生成环节、相位锁定环节、输出参考电流生成环节；

变频控制模块，具有以滞环控制为核心的控制模块，所述变频控制模块用于使实际输出电流跟踪参考电流，从而产生相应的开关信号；

信号输入模块，用于实时接收电压、电流信号，并实时传输到所述变频控制模块和所述虚拟短路电流调制模块；

输出驱动模块，用于接收所述变频控制模块产生的控制脉冲，并驱动所述逆变器电源开关管；

VSC主电路，具有换流桥、电流互感器和电压互感器，其经过控制实现换流输出，通过电压互感器和电流互感器采集所述逆变器电源出口处电压电流信息。

优选地，所述虚拟短路电流调制模块包括：

所述输出参考频率生成环节，用于产生参考电流的频率信号；

所述相位锁定环节，根据短路前电压相位锁定初始电压相位；

所述输出参考电流生成环节，根据所述频率信号、所述相位和幅值，产生参考电流信号，其中，所述幅值为逆变器电源预设的最大电流越限值。

为了实现发明目的，本发明还公开了一种变频式过电流继电保护装置，其包括：

虚拟短路电流解调模块，具有鉴频环节、解调计算环节；

三段式过电流继电保护模块，用于判断虚拟短路电流解调模块输入的虚拟短路电流，通过所述三段式过电流继电保护模块进行故障定位隔离；

交流信号输入模块，用于检测被保护线路的电流信息，并传输到所述虚拟短路解调模块；

跳闸指令输出模块，用于将所述三段式过电流继电保护模块判断后输出的跳闸指令驱动断路器跳闸。

为了实现发明目的，本发明另外公开了一种变频式过电流继电保护系统，其中

所述逆变器电源和所述变频式过电流继电保护装置；

所述可输出变频故障电流的逆变器电源可以输出幅值固定而频率变化的电流；

所述变频式过电流继电保护装置将检测到的幅值固定而频率变化的电流转换为频率固定而幅值很大的电流。

为了实现发明目的，本发明又公开了一种变频式过电流继电保护系统的保护方法，

其中，所述逆变器电源中的所述虚拟短路电流调制模块，根据工频虚拟短路电流调制产生变频短路电流；

所述变频式过电流继电保护装置采集到线路上的变频短路电流后，所述虚拟短路电流解调模块将所述变频短路电流解调为工频虚拟短路电流；

所述继电保护装置继续进行保护动作的判断。

优选地，其中，还包括：