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1、(10)申请公布号 CN 102163837 A(43)申请公布日 2011.08.24CN102163837A*CN102163837A*(21)申请号 201110056744.1(22)申请日 2011.03.09H02H 7/122(2006.01)(71)申请人天津大学地址 300072 天津市南开区卫津路92号(72)发明人张艳霞 赵杰(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201代理人程毓英(54) 发明名称分布式发电系统中的逆变器保护方法(57) 摘要本发明属于可再生能源的分布式发电系统领域，涉及一种分布式发电系统中的逆变器保护方法，其特征在于，该保护方法除了
2、包括直流侧的过流保护、过压保护、欠压保护和过热保护以及交流侧的短路保护和防孤岛保护之外，还增加了直流侧的基波过流保护和二次谐波过流保护，保护方式如下：采集直流侧的直流电流数据，对其经过傅里叶变换处理后得到基波分量和二次谐波分量；设定基波和二次谐波的过流保护判据，当满足各自判据时，基波过流或二次谐波过流保护装置动作。本发明提出的方案原理清晰，充分利用逆变器的故障特点，能快速、灵敏、可靠地反映逆变器内部的功率管短路、断路故障以及交流侧的短路故障。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页CN 102163839 A
3、 1/1页21.一种分布式发电系统中的逆变器保护方法，其特征在于，该保护方法除了包括直流侧的过流保护、过压保护、欠压保护和过热保护以及交流侧的短路保护和防孤岛保护之外，还增加了直流侧的基波过流保护和二次谐波过流保护，保护方式如下：采集直流侧的直流电流数据，对其经过傅里叶变换处理后得到基波分量和二次谐波分量；设定基波和二次谐波的过流保护判据分别为：I1Iop.1和I2Iop.2，其中，Ii和Iop.i(i1，2)分别为基波或二次谐波的电流幅值和保护整定值，当满足各自判据时，基波过流或二次谐波过流保护装置动作。2.根据权利要求1所述的分布式发电系统中的逆变器保护方法，其特征在于，Iop.i(i1，
4、2)均取逆变器正常运行时直流工作电流的5。权 利 要 求 书CN 102163837 ACN 102163839 A 1/4页3分布式发电系统中的逆变器保护方法技术领域0001 本发明涉及可再生能源的分布式发电系统领域，特别涉及太阳能、风能等分布式发电系统中的逆变器继电保护方案。背景技术0002 随着传统化石能源的逐渐枯竭，新能源如太阳能、风能和潮汐能等绿色分布式发电系统越来越多地得到应用。因此，研究由新能源与常规电力系统构成的分布式并网发电系统具有重要的实际意义1，2。0003 分布式发电系统中，电压型逆变器是整个系统最核心、最重要的设备。同时，由于逆变器中功率开关管的脆弱性和控制的复杂性，
5、使得逆变器成为系统中最容易发生故障的薄弱环节，其可靠性问题一直存在3，4。因此，对逆变器进行故障分析，进行保护方法的研究，有利于提高并网系统的稳定性和设备的使用寿命，具有重要的理论意义和经济价值。0004 现有的逆变器保护主要有：过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护以及输出交流侧的短路保护和防孤岛保护。这些保护的原理较简单，没有充分利用逆变器的故障特点。目前，对逆变器的保护进行研究的文献报道也较少。文献5采用在直流侧装设电流传感器，通过直流侧电流与阈值比较实现逆变器短路故障的保护，其实质就是过流保护。文献6利用电流矢量轨迹和电流瞬时频率分析法对逆变器管子的断路故障进行了特征分析。文献7-10
6、分别提出了对逆变器单管短路和断路的判断方法，但都没有在实际中得到应用。0005 由上分析可见，目前逆变器的保护还不完善，有必要通过对其故障特点的分析，发明新原理的保护方案，在逆变器内部功率管发生短路或者断路故障以及交流侧发生短路时能快速、可靠地断开逆变器的联接开关，以确保与分布式电源并网的常规电力系统的安全运行。0006 参考文献0007 1Zhou Dejia，Zhao Zhengming，Eltawil，M.et al.Design and control of a three-phase grid-connected photovoltaic system withdeveloped m
7、aximum power pomt trackingC/ 2008 23rd Annual IEEE Applied Power Electronics Conference andExposition，APEC.Austin，TX，United states，2008，973-979.0008 2Blaabjerg，F.Teodorescu，R.Liserre，M et al.Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed Power GenerationSystems.Industrial Electronics，I
8、EEE Transactions on，2006，53(5)：1398-1409.0009 3武小梅，徐新，聂一雄基于开关函数的三相电压源型逆变器的新型仿真模型J.电力系统保护与控制，2009，37(11)：74-77.0010 4张兰红，胡育文，黄文新.三相变频驱动系统中逆变器的故障诊断与容错技术J.电工技术学报，2004，19(12)：1-100011 5Blaabjerg F，Pedersen J K，Jaeger U，et al.Single current sensor 说 明 书CN 102163837 ACN 102163839 A 2/4页4technique in the D
9、C link of three-phase PWM-VS inverters：areview and a novel solutionJ.IEEE Transactions on Industry Applications，1997，33(5)：1241-12530012 6Peuget R，Courtine S，Rognon J P.Fault detection and isolation on a PWM inverter by knowledge-basedModelJ.IEEE Transactions on Industry Applications，1998，34(6)：1318
10、-1326.0013 7Mendes A M S，Marques Cardoso A J.Voltage source inverter fault diagnosis in variable speed AC drives，by tne averagecurrent Parks vector approachJ.IEEE International Electric Machines and Drives Conference，1999：704-7060014 8杨忠林，吴正国，李辉.基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法J.中国电机工程学报，2008，28(27)：18-22.0015
11、 9崔博文，任章.基于傅里叶变换和神经网络的逆变器故障检测与诊断J.电工技术学报，2006，21(7)：37-43.0016 10安群涛，孙力，赵克，等基于开关函数模型的逆变器开路故障诊断方法J.中国电机工程学报，2010，30(6)：1-6.发明内容0017 本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种适用于分布式发电系统中的逆变器保护方法。本发明提出的方案原理清晰，充分利用逆变器的故障特点，能快速、灵敏、可靠地反映逆变器内部的功率管短路、断路故障以及交流侧的短路故障。本发明的技术方案如下：0018 一种分布式发电系统中的逆变器保护方法，该保护方法除了包括直流侧的过流保护、过压保护、欠压保
12、护和过热保护以及交流侧的短路保护和防孤岛保护之外，还增加了直流侧的基波过流保护和二次谐波过流保护，保护方式如下：采集直流侧的直流电流数据，对其经过傅里叶变换处理后得到基波分量和二次谐波分量；设定基波和二次谐波的过流保护判据分别为：I1Iop.1和I2Iop.2，其中，Ii和Iop.i(i1，2)分别为基波或二次谐波的电流幅值和保护整定值。当满足各自判据时，基波过流或二次谐波过流保护装置动作。0019 本发明的分布式发电系统中的逆变器保护方法，Iop.i(i1，2)均可取逆变器正常运行时直流工作电流的5。0020 本发明的有益效果如下：0021 1、本发明提出在现有逆变器保护的基础上，增加基波过
13、流保护和二次谐波过流保护的方案，充分利用了逆变器内部故障的特点，原理清晰，动作灵敏可靠；0022 2、增加基波过流保护和二次谐波过流保护无需添加新的硬件即可实现，现有技术对基波和二次谐波的计算快速精确；0023 3、利用基波过流保护和二次谐波过流保护能有效地区分出逆变器的故障类型，为逆变器的智能故障诊断系统的实现奠定了基础。附图说明0024 图1光伏并网系统拓扑结构。说 明 书CN 102163837 ACN 102163839 A 3/4页50025 图2逆变器单管断路时的直流侧电流波形。具体实施方式0026 下面结合附图对本发明所依据的保护原理进行分析，对本发明的技术方案进一步说明。002
14、7 对于附图1给出的逆变器，本发明采用开关函数的方法，即利用式(1)对其可能发生的各种故障进行分析0028 idciaSa+ibSb+icSc(1)0029 其中，idc为直流侧的电流；ia、ib、ic为逆变器交流侧的故障电流；Sa、Sb、Sc为开关函数。分析结果表明：当逆变器内部功率开关元件发生短路时，直流侧电流显著增大；当逆变器内部功率开关元件发生断路时，直流侧出现的电流成分列在表1中；当逆变器交流侧发生不对称短路时，该侧的故障稳态基波电流通过式(1)可以变换到逆变器的直流侧，其电流成分如表1所示。0030 表1逆变器不同故障对应的直流侧谐波分量0031 0032 由表1可知，依据内部发生
15、的故障类型，逆变器的直流侧会出现不同成分的电流分量。附图2给出了光伏并网发电系统的逆变器发生单管断路时的直流侧电流波形，具有明显的基波分量。由于正常运行、功率管发生短路和交流侧发生短路情况下，逆变器的直流侧均没有基波分量出现。因此，利用基波分量构成逆变器功率管的断路保护就具有显著的优势。同理，功率管一相断路时，直流侧有较大的二次谐波出现(交流侧不对称短路时直流侧也有二次谐波出现，但数值较小)，利用二次谐波能有效判断出此种故障。0033 为了充分利用故障特征构成快速保护，本发明提出新原理的逆变器保护方案如下。0034 直流侧：除了采用现有的过流保护、过压保护、欠压保护和过热保护之外，增加基波过流
16、保护和二次谐波过流保护，它们的动作方程如下0035 I1Iop.1(1)0036 I2Iop.2(2)0037 其中，Ii和Iop.i(i1，2)分别为基波或二次谐波的电流幅值和保护整定值，Iop.i(i1，2)均取逆变器正常运行时直流工作电流的5。0038 过流保护主要反映功率管的短路故障；基波过流保护式(1)反映功率管的断路故障；二次谐波过流保护能反映功率管的一相断路故障。说 明 书CN 102163837 ACN 102163839 A 4/4页60039 交流侧：采用现有的短路保护和防孤岛保护。0040 本发明提出的分布式发电系统的逆变器保护方案的的最佳实施方式如下：0041 1、通过直流侧的电流互感器和电压互感
