[发明专利]一种光伏直流汇集站双极短路保护装置及方法

说明书

本发明提供一种光伏直流汇集站双极短路保护装置及方法，在中央监控单元接收光伏直流汇集站直流母线出现的双极短路保护信号时，中央监控单元发送控制信号导通第二绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管，发送控制信号关断第一绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管和第四绝缘栅双极晶体管；当电感两侧电压值及流过电感的电流值都为零时，中央监控单元发送控制信号导通第一绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管，发送控制信号关断第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管，当电感两侧的电压值为零时电感释放能量结束。本发明对短时直流母线双极短路故障能够做出快速反应，达到保护目的。

技术领域

本发明涉及短路保护领域，特别是有关于一种光伏直流汇集站双极短路保护装置及方法。

背景技术

电网中的传统火电机组通过燃烧煤炭、天然气等化石能源发电，其燃烧过程、燃烧产物均对自然环境影响极大，容易造成酸雨、雾霾以及温室效应等自然灾害。为了在避免环境问题的前提下满足人类日益增长的能源需求，近些年，以太阳能和风能为代表的新能源发电取得了较快的发展。因太阳能资源的分散性，光伏发电面板需大面积铺装地表才得以形成较具规模的光伏发电站。因此，各光伏阵列需通过直流升压设备汇集到低压直流母线，再统一汇集到光伏汇集站，再由汇集站中的逆变器逆变为交流电输送到交流电网。这种分散汇集架构不仅节约电力电子器件成本，也大大减少了光伏后期维护难度。

但由于直流系统的低阻尼性，在直流线路发生双极短路故障后，短路点故障电流会对直流升压设备及汇集站逆变器产生巨大冲击。在各电力电子开关器件闭锁前，由于光伏发电功率无法正常输送到电网，其势必会引起直流母线电压突升，若不及时采取措施，过高的电压会导致电力电子器件击穿甚至引发爆炸。传统的卸荷电路在发电容量较小的光伏电站解决直流母线电压突升问题的效果较好。但发电容量较大的光伏电站配置的卸荷电路体积较大、散热性差，容易出现熔断、过载的风险。

针对现有技术中存在的缺点，本发明提供一种光伏直流汇集站双极短路保护装置及方法，以达到在光伏直流汇集站出现双极短路时，抑制直流母线电压升高，防止电力电子器件损坏，达到故障穿越的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种光伏直流汇集站双极短路保护装置，该装置包括中央监控单元、光伏阵列和n个双极短路保护单元(n大于等于2)，其中：双极短路保护单元第一输入端连接到光伏阵列输出正极；双极短路保护单元第一输出端连接到光伏阵列输出负极；双极短路保护单元第二输入端连接中央监控单元的输出端；双极短路保护单元第二输出端连接中央监控单元的输入端。

进一步地，n个双极短路保护单元为电路结构相同的双极短路保护单元。

进一步地，n＝3。

进一步地，双极短路保护单元包括一个电流互感器、一个电感、一个能耗电阻，第一电压互感器、第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管，其中，

第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接第一绝缘栅双极晶体管的集电极作为双极短路保护单元的第一输入端，第二绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接第一电压互感器的一端、电感的一端和能耗电阻的一端，电感的另一端同时连接第一电压互感器的另一端和电流互感器的一端，能耗电阻的另一端同时连接第三绝缘栅双极晶体管的集电极和第四绝缘栅双极晶体管的发射极，电流互感器的另一端连接第五绝缘栅双极晶体管的集电极，第五绝缘栅双极晶体管的发射极同时连接第一绝缘栅双极晶体管的发射极、第三绝缘栅双极晶体管的发射极和第四绝缘栅双极晶体管的集电极作为双极短路保护单元的第一输出端。

第一绝缘栅双极晶体管的基极、第二绝缘栅双极晶体管的基极、第三绝缘栅双极晶体管的基极、第四绝缘栅双极晶体管的基极和第五绝缘栅双极晶体管的基极作为双极短路保护单元的第二输入端。

电流互感器和第一电压互感器作为双极短路保护单元的第二输出端。