一种直流母线过电压保护电路及其监测与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流母线过电压保护电路，包括卸载电阻状态监测电路、尖峰电压回路单元、第一IGBT单管、驱动电路、传感器、控制器。本发明专利技术还公开了一种直流母线过电压保护电路的监测与控制方法，本发明专利技术所需器件少且同时具备卸载电阻状态监测与定位、直流母线过电压控制和IGBT尖峰电压抑制功能，能提升发电机组故障穿越能力、新能源发电机组的运行安全性和IGBT的抗扰动性能及可靠性。IGBT的抗扰动性能及可靠性。IGBT的抗扰动性能及可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流母线过电压保护电路及其监测与控制方法


[0001]本专利技术涉及电路领域，具体涉及一种直流母线过电压保护电路及其监测与控制方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机、环境污染和气候变化等问题的日益突出，大力发展新能源已成为世界各国贯彻国家能源安全和低碳化战略的重大需求。不同于传统发电，新能源发电广泛采用电力电子变换器接入电网，对电网电压波动的抗扰性差，易于故障穿越失败而发生风电大面积连锁脱网事故，严重危害电力系统的安全稳定运行，因此各国都出台了要求风电机组具备故障穿越能力的并网导则。
[0003]电网电压骤变（跌落和骤升）期间保持直流母线电压的稳定是新能源发电系统实现故障穿越的前提条件。目前新能源发电系统的传统直流母线电压保护电路是Chopper电路，如图1、图2及图3所示。
[0004]新能源发电系统直流母线电压Chopper保护电路由绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和负载电阻构成，其主要工作原理是：在电网电压骤变期间，如果直流母线电压（V
dc
）超过1.2倍的额定电压，IGBT导通，通过负载电阻R消耗直流支撑电容C中能量，从而避免电容C两端电压过高，造成支撑电容C和逆变器的损坏；当V
dc
低于1.2倍的额定电压时，IGBT关闭。
[0005]传统Chopper电路存在方面的不足。
[0006]（1）极端故障状态下故障穿越能力失败风险高。负载电阻值的选择对于Chopper电路的保护效果具有重要作用。当电网故障程度较轻时，若负载电阻值较小，可能造成IGBT频繁投入和关断，一方面会造成直流母线电压抖震，另一方面IGBT会在短时间内频繁产生较大的尖峰电压，因其超过IGBT的耐受电压而造成IGBT的损坏。当电网故障程度较严重时，若负载电阻值较大，无法实现对直流母线过电压的有效抑制，一方面因直流母线电压过高触发机组安全链动作，导致风电机组解列；另一方面，直流电压过高会造成风电机组转速不断加速，导致风电机组因转速飞车而故障穿越失败。因此，如何根据不同的故障程度选择投入不同的负载电阻是提升chopper电路故障穿越能力的关键。
[0007]（2）传统Chopper电路无法实现对负载电阻状态监测。根据某发电集团新能源发电系统故障脱网事故统计分析，由故障前负载电阻失效导致的机组脱网占比30%。因此，如果实现对负载电阻状态实时诊断是提升风电机组故障穿越能力和发电效益的重要举措。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种直流母线过电压保护电路及其监测与控制方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0010]一种直流母线过电压保护电路，包括卸载电阻状态监测电路、尖峰电压回路单元、直流母线过压保护电路、第一IGBT单管、驱动电路、传感器、控制器；
[0011]所述直流母线过压保护电路包括串联在直流母线正极U
dc
+和直流母线负极U
dc
‑
之间的第一IGBT单管、第一负载电阻、第二负载电阻；
[0012]所述卸载电阻状态监测电路包括第四二极管、辅助电源和第二IGBT单管，第四二极管的正极和负极分别连接辅助电源和第一IGBT单管的发射极，第二IGBT单管由并联的第二三极管、第二二极管组成，第二负载电阻与第二IGBT单管并联，且第二IGBT单管的发射极与直流母线负极U
dc
‑
电连接；
[0013]所述尖峰电压回路单元包括依次串联在直流母线正极U
dc
+和直流母线负极U
dc
‑
之间的回收电阻和电容组成的RC电路，回收电阻与第三二极管并联，第三二极管的正极电连接直流母线正极U
dc
+，电容电连接直流母线负极U
dc
‑
；
[0014]所述传感器用于监测经过辅助电源电流i
L1
、电容充电电流i
L2
、直流母线电压U
dc
及U
dc
的变化率；并反馈给控制器，所述控制器通过所述驱动电路控制第一IGBT单管和第二IGBT单管的开闭。
[0015]如上所述的第一IGBT单管与第一负载电阻、第二负载电阻串联形成直流母线电压Chopper保护电路。
[0016]如上所述的第一IGBT单管由并联的第一三极管、第一二极管组成。
[0017]如上所述控制器在电容充电电流i
L2
不为0时，控制第一IGBT单管和第二IGBT单管断开，使电容充电或放电；
[0018]所述控制器在电容充电电流i
L2
为0，且直流母线电压U
dc
小于阈值时，使第一IGBT单管和第二IGBT单管闭合，根据辅助电源电流i
L1
,进行卸载电阻状态监测；
[0019]所述控制器在电容电容充电电流i
L2
为0，且直流母线电压U
dc
不小于阈值时，若直流母线电压变化率dU
dc
/dt不小于直流母线变化率阈值λrate，则所述控制器使第一IGBT单管和第二IGBT单管导通；若直流母线电压变化率dU
dc
/dt＜λrate，则所述控制器使第一IGBT单管导通，第二IGBT单管断开。
[0020]如上所述控制器根据辅助电源电流i
L1
,进行卸载电阻状态监测，包括：判断辅助电源电流是否等于0；若辅助电源电流i
L1
≠0，则表明第一负载电阻和第二负载电阻均处于正常状态，此时所述控制器使第二IGBT单管断开；若辅助电源电流i
L1
=0，则所述控制器使第二IGBT单管导通，若电流i
L1
≠0，则输出第二负载电阻故障，若电流i
L1
=0，则输出第一负载电阻故障或者第一负载电阻、第二负载电阻均故障。
[0021]如上所述的一种直流母线过电压保护电路的监测与控制方法，包括如下步骤：
[0022]S01：所述控制器判断所述电容充电电流i
L2
是否等于0；
[0023]S02：若电流i
L2
=0，则判断直流母线电压U
dc
是否不小于预设触发阈值U
Fset
；若直流母线电压U
dc
<预设触发阈值U
Fset
，则进行卸载电阻状态监测，此时所述控制器使第一IGBT单管和第二IGBT单管均闭合；若直流母线电压U
dc
≥预设触发阈值U
Fset
，则进行直流母线过压保护；
[0024]S03：卸载电阻状态监测：判断辅助电源电流i
L1
是否等于0；若辅助电源电流i
L1
≠0，则表明第一负载电阻和第二负载电阻均处于正常状态，此时所述控制器使第二IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流母线过电压保护电路，其特征在于，包括卸载电阻状态监测电路、直流母线过压保护电路、尖峰电压回路单元、第一IGBT单管、驱动电路、传感器、控制器；所述直流母线过压保护电路包括串联在直流母线正极U
dc
+和直流母线负极U
dc
‑
之间的第一IGBT单管、第一负载电阻（R1）、第二负载电阻（R2）；所述卸载电阻状态监测电路包括第四二极管（VD4）、辅助电源（UPS）和第二IGBT单管，第四二极管（VD4）的正极和负极分别连接辅助电源（UPS）和第一IGBT单管的发射极，第二IGBT单管由并联的第二三极管（S2）、第二二极管（VD2）组成，第二负载电阻（R2）与第二IGBT单管并联，且第二IGBT单管的发射极与直流母线负极U
dc
‑
电连接；所述尖峰电压回路单元包括依次串联在直流母线正极U
dc
+和直流母线负极U
dc
‑
之间的回收电阻（R3）和电容（C）组成的RC电路，回收电阻（R3）与第三二极管（VD3）并联，第三二极管（VD3）的正极电连接直流母线正极U
dc
+，电容（C）电连接直流母线负极U
dc
‑
；所述传感器用于监测经过辅助电源（UPS）电流i
L1
、电容（C）充电电流i
L2
、直流母线电压U
dc
及U
dc
的变化率；并反馈给控制器，所述控制器通过所述驱动电路控制第一IGBT单管和第二IGBT单管的开闭。2.根据权利要求1所述的一种直流母线过电压保护电路，其特征在于，所述的第一IGBT单管与第一负载电阻（R1）、第二负载电阻（R2）串联形成直流母线电压Chopper保护电路。3.根据权利要求1所述的一种直流母线过电压保护电路，其特征在于，所述的第一IGBT单管由并联的第一三极管（S1）、第一二极管（VD1）组成。4.根据权利要求1所述的一种直流母线过电压保护电路，其特征在于，所述控制器在电容（C）充电电流i
L2
不为0时，控制第一IGBT单管和第二IGBT单管断开，使电容（C）充电或放电；所述控制器在电容（C）充电电流i
L2
为0，且直流母线电压U
dc
小于阈值时，使第一IGBT单管和第二IGBT单管闭合，根据辅助电源（UPS）电流i
L1
,进行卸载电阻状态监测；所述控制器在电容电容（C）充电电流i
L2
为0，且直流母线电压U
dc
不小于阈值时，若直流母线电压变化率dU
dc
/dt不小于直流母线变化率阈值λrate，则所述控制器使第一IGBT单管和第二IGBT单管导通；若直流母线电压变化率dU
dc
/dt＜λrate，则所述控制器使第一IGBT单管导通，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈阳武，金和平，黄忠初，何立夫，乐绪鑫，陈雪峰，闫海峰，沈非凡，王宇庭，任家朋，
申请(专利权)人：三峡智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：