一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，首先寻找电网电压过零点，在电网电压达到过零点时并网，有效减少并网谐波电流冲击。其次利用保护电路中的电感来限制并网瞬间因并网时机不当造成的冲击电流，防止电力变流器过流损害；进一步，本实用新型专利技术可有效减少虚拟同步电源并网同步失败事件的发生，在错误的并网时机下，本实用新型专利技术可使虚拟同步电源持续并网，保证虚拟同步控制预同步控制环节持续运行，从而使虚拟同步电源穿越并网故障，成功并网。成功并网。成功并网。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置


[0001]本技术设计并网逆变器并网保护领域，特别是有关于一种适用于虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置。

技术介绍

[0002]现有技术中，随着化石能源危机与环境问题愈发突出，可再生能源在全世界范围内得到了快速发展，越来越多的光伏发电单元、风力发电机接入电网，电力系统正在由传统的集中式发电向分布式发电转变。绝大部分分布式电源并网需要通过电力电子变流器接入电网，电力电子变流器不具备机械储能结构，因此其本身不能像传统同步发电机那样为电网提供惯量支撑与阻尼作用。在以往新能源接入容量较小的情况下，分布式电源对电网造成的影响可由电网中的传统同步发电机抵消。但随着新能源渗透率的不断提高，电网惯性缺失带来的电网不稳定问题愈发突出。而分布式电源虚拟同步发电机控制策略可有效解决惯性缺失问题，采用虚拟同步发电机控制策略的分布式电源可称为虚拟同步电源。
[0003]受限于太阳能、风能的波动性，分布式电源需要根据环境条件及人工指令进行频繁的并网、离网操作。传统分布式电源控制系统中由锁相环对电网电压频率及相角进行锁定，分布式电源并网速度较快，几乎不会对电网造成冲击与谐波干扰。但虚拟同步发电机控制策略其内部同步相角由控制策略计算得出，因此在虚拟同步电源并网时需增加预同步并网环节，使虚拟同步电源输出电压相角与电网同步，再控制进行并网操作。而在实际电网运行中，电网电压容易出现短时三相不对称等问题，虚拟同步电源也容易出现控制延迟、计算误差等问题。在某些情况下，虚拟同步电源预同步并网环节会出现并网时机选择错误的问题，此时，虚拟同步电源控制并网的断路器已经合闸，但虚拟同步电源输出电压相角与电网电压相角尚存在相角差，则在短时间内，虚拟同步电源并网变流器会出现过电流的现象，严重时甚至烧毁电力电子器件，造成并网变流器的损坏。
[0004]针对现有技术中存在的缺点，本技术提供一种适用于虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，以达到在虚拟同步电源出现并网时机选择错误时，抑制短时冲击电流，防止过电流损害，达到故障穿越的目的。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本技术提供一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，该装置包括中央监控单元、A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元，其中，A相并网保护单元的第一输入端、B相并网保护单元的第一输入端及C相并网保护单元的第一输入端均连接虚拟同步电源的输出端，A相并网保护单元的第一输出端、B相并网保护单元的第一输出端及C相并网保护单元的第一输出端均连接电网；A相并网保护单元的第二输入端、B相并网保护单元的第二输入端及C相并网保护单元的第二输入端连接中央监控单元的三路输出端。
[0006]进一步地，A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元为电路结构相
同的并网保护单元。
[0007]进一步地，并网保护单元的电路结构包括一个电压互感器、一个电流互感器、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、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第一交流断路器、一个电感及一个能耗电阻，其中：
[0008]第一交流断路器的一端同时连接第一绝缘栅双极晶体管的发射极和第二绝缘栅双极晶体管的集电极并作为并网保护单元的第一输出端，连接电网；
[0009]第一绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接该第二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、第四绝缘栅双极晶体管的集电极、能耗电阻的一端及电压互感器的一端，能耗电阻的另一端同时连接电压互感器的另一端、第五绝缘栅双极晶体管的集电极、第六绝缘栅双极晶体管的发射极、第七绝缘栅双极晶体管的发射极及第八绝缘栅双极晶体管的集电极，第七绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第八绝缘栅双极晶体管的发射极和地极，第三绝缘栅双极晶体管的集电极同时连接第四绝缘栅双极晶体管的发射极和电感的一端，电感的另一端连接电流互感器的一端，电流互感器的另一端同时连接第五绝缘栅双极晶体管的发射极、第六绝缘栅双极晶体管的集电极和第一交流断路器的另一端并作为并网保护单元的第一输入端，连接虚拟同步电源的输出端；
[0010]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、第五绝缘栅双极晶体管的基极、第六绝缘栅双极晶体管的基极、第七绝缘栅双极晶体管的基极、第八绝缘栅双极晶体管的基极、第一交流断路器的控制端作为并网保护单元的第二输入端，连接中央监控单元的三路输出端；
[0011]电压互感器输出端和电流互感器输出端作为并网保护单元的第二输出端，连接中央监控单元的三路输入端。
[0012]中央监控单元在接收到并网指令后，首先寻找电网电压过零点，中央监控单元发送控制信号至并网保护单元的第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管，使其导通，并发送控制信号至并网保护单元的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、第六绝缘栅双极晶体管，使其关断，同时通过A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元中电压互感器采集电阻两侧的实时电压值；中央监控单元内部的过零检测算法检测电网电压过零点，在电网电压达到过零点时并网，有效减少并网谐波电流冲击。当A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元的电网电压均达到过零点，中央监控单元发送控制信号至并网保护单元的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，使其导通，并发送控制信号至并网保护单元的第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管，使其关断，同时通过A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元中电流互感器采集流过电感L1的实时电流值，并检测虚拟同步电源并网冲击电流；电感限制并网瞬间因电网三相不平衡或虚拟同步控制延迟、计算误差等问题带来的并网时机不当造成的冲击电流，防止电力变流器过流损害。当虚拟同步电源不具有并网冲击电流时，进行虚拟同步电源并网，中央监控单元发送控制信号至并网保护单元，控制其第一交流断路器闭合，同时发送控制信号至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、第六绝缘
栅双极晶体管，使其导通，发送控制信号至第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管，使其关断，并分别同时采集A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元中流过电感的实时电流值；直至A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元中流过电感的实时电流值为零，则虚拟同步电源并网成功，结束。
[0013]通过本技术公开的一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，与传统直接并网开关相比，本技术首先寻找电网电压过零点，在电网电压达到过零点时并网，有效减少并网谐波电流冲击。其次利用保护电路中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，其特征在于，该装置包括中央监控单元、A相并网保护单元、B相并网保护单元及C相并网保护单元，其中，该A相并网保护单元的第一输入端、该B相并网保护单元的第一输入端及该C相并网保护单元的第一输入端均连接虚拟同步电源的输出端，该A相并网保护单元的第一输出端、该B相并网保护单元的第一输出端及该C相并网保护单元的第一输出端均连接电网；该A相并网保护单元的第二输入端、该B相并网保护单元的第二输入端及该C相并网保护单元的第二输入端连接该中央监控单元的三路输出端。2.根据权利要求1所述的一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，其特征在于，该A相并网保护单元、该B相并网保护单元及该C相并网保护单元为电路结构相同的并网保护单元。3.根据权利要求2所述的一种虚拟同步电源的预同步并网故障保护装置，其特征在于，该并网保护单元的电路结构包括一个电压互感器、一个电流互感器、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、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第一交流断路器、一个电感及一个能耗电阻，其中，该第一交流断路器的一端同时连接该第一绝缘栅双极晶体管的发射极和该第二绝缘栅双极晶体管的集电极并作为并网保护单元的第一输出端，连接电网；...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯汝明，邢立新，高晨，阿敏夫，菅旭生，杨再欣，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，
类型：新型
国别省市：