一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，涉及电力系统控制技术领域。该装置包括微处理器单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、IGBT驱动单元、过热检测单元、故障电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机，通过微处理器处理过热检测单元和故障电流检测单元采集到的电流和温度信息，驱动IGBT驱动单元控制IGBT器件的通断，同时将故障信息传输到上位机。本实用新型专利技术能检测定位故障电流的类型和功率变频单元过热故障，对已检测故障电流进行定位、分类与处理，进而快速准确抑制故障期间短路电流和过电流，避免功率变频单元的损坏，实现柔性直流输电逆变站过流故障监测定位和保护。

Overcurrent fault monitoring and protecting device for flexible DC transmission inverter station

The utility model provides an overcurrent fault monitoring and protection device for a flexible DC transmission inverter station, relating to the technical field of power system control. The device comprises a microprocessor unit, composite buffer protection unit, power conversion unit, IGBT drive unit, detection unit, overheating fault current detection unit, a wireless communication unit, LC filter and PC, through the microprocessor overheat detection unit and fault current detection unit collects current and temperature information, driving the IGBT drive control unit IGBT device the on-off and fault information will be transmitted to the host computer. The utility model can detect the location of fault current type and power conversion unit on overheating fault classification and processing have been detected fault current location, and then quickly and accurately during the short-circuit current and suppress fault current, avoid damage to power conversion unit, realize flexible HVDC inverter over-current fault location and protection monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置
本技术涉及柔性直流输电
，尤其涉及一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置。
技术介绍
随着环境问题的突出和能源危机加剧，风能、太阳能等可再生能源发电得到了突飞猛进的发展。柔性直流输电技术作为清洁能源并网的有效方式，受到越来越多人的重视。由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构固有特性，直流输电线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点，出现过流故障频繁，当故障发生时，故障电流极易损坏逆变站的换流设备和设备绝缘，且柔性直流输电无法通过相关措施对故障电流进行监测定位和分类，无法通过调节触发角实现故障的自清除，因此，对于柔性直流输电的过电流故障监测和保护提出了更高的要求。目前柔性直流输电工程中对直流线路的保护仅借鉴了传统高压直流输电的保护策略，不适应柔性直流线路保护快速动作的要求。对于柔性直流输电逆变站的过流故障，不仅需要快速且可靠的线路保护对过流故障进行识别，也需要相应的处理措施和手段对故障后的过电流进行有效的限制，以减少故障冲击电流对逆变站换流器件、直流线路及系统的损害。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术提供一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，针对的是过流故障的监测定位和线路过流故障的抑制保护，结合了硬件辅助电路与控制系统硬件结构，能检测定位故障电流的类型和功率变频单元过热故障，对已检测故障电流进行定位、分类与处理，进而快速准确抑制故障期间短路电流和过电流，避免功率变频单元的损坏，实现柔性直流输电逆变站过流故障监测定位和保护，避免对逆变站换流器件、直流线路及系统造成的二次损坏，并具有增强人机对话的功能。一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，包括微处理器单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、IGBT(绝缘栅双极晶体管)驱动单元、过热检测单元、故障电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机；所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片，用于处理过热检测单元和故障电流检测单元采集到的电流和温度信息，进而驱动IGBT驱动单元控制IGBT器件的通断，同时将故障信息传输到上位机，保护相关器件免受二次损害；所述IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接，所述过热检测单元和故障电流检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接，所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接；所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路，分别设于两根母线上，用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压；所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和三个输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接作为直流电源的柔性直流输电送端站，所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述IGBT驱动单元输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接故障电流检测单元的输入端，所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接过热检测单元第一输入端，所述复合缓冲保护单元的第三输出端连接功率变频单元的第一输入端；所述功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压，包括6个结构相同的子单元，各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同；所述IGBT驱动单元用于将微处理器单元输出信号进行升压处理，进而达到控制IGBT器件栅极所需电压；所述过热检测单元用于检测复合缓冲保护单元和功率变频单元中各IGBT器件的温度，包括8组电路结构相同的过热检测电路；所述故障电流检测单元用于检测监测保护装置中待检测点的电流是否超出预设电流值，包括桥臂直通故障电流检测单元、母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元，所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路，用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点的桥臂直通电流是否超过预设电流值，所述母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路，所述母线故障电流检测单元用于检测直流母线待检测点的电流是否超过预设电流值，且在两根母线上分别设有一个母线故障电流检测单元，所述负载故障电流检测单元用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流值；所述无线通讯单元用于将微处理单元的信号无线传输给上位机；所述LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波，包括三组LC滤波电路，所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端，所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线；所述上位机为手机和电脑PC，用于实时监测装置的过流、过热故障信息，同时可以通过发送指令控制IGBT器件的通断。进一步地，所述第一复合缓冲电路包括第一IGBT器件、第一电阻、第一电容、第一电感、第一反向二极管、第二反向二极管；所述第一电感的一端作为所述复合缓冲保护单元的第一输入端，连接作为直流电源的柔性直流输电送端站，同时连接第一反向二极管的阴极，所述第一电感的另一端连接第一IGBT器件的集电极、第一电阻的一端、第一反向二极管的阳极和第二反向二极管的阳极，所述第一IGBT器件的发射极连接第二反向二极管的阴极、第一电阻的另一端、第一电容的正极、功率变频单元的第一输入端，所述第一电容的负极作为复合缓冲保护单元的第三输出端，连接第一IGBT器件的发射极和功率变频单元的第一输入端，第一IGBT器件的门极作为复合缓冲保护单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元的输出端；所述的第一IGBT器件的集电极作为复合缓冲单元的第一输出端，连接故障电流检测单元的输入端；在第一IGBT器件的位置⑥处放置PTC热敏电阻，作为复合缓冲保护单元的第二输出端，连接过热检测单元的第一输入端。进一步地，所述功率变频单元还包括第三电容；各子单元的IGBT器件的门极均作为功率变频单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元的输出端；各子单元中的电感的一端分别作为相应子单元的输入端；各子单元中的IGBT器件的发射极分别作为相应子单元的输出端；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输入端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端，连接与母线I相连的第一复合缓冲电路的第三输出端，所述6个结构相同的子单元中的第二子单元、第四子单元、第六子单元的输出端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端，连接与母线II相连的第二复合缓冲电路的第三输出端；所述第三电容连接于第一子单元的输入端与第二子单元的输出端之间；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输出端分别对应连接第二子单元、第四子单元、第六子单元的输入端，并分别作为功率变频单元的三路输出端。进一步地，所述IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路，其中外围电路包括第九二极管、第十电容、第十一电容、限流电阻、缓冲电阻、反馈电阻、晶体管和光耦；驱动芯片的6脚连接第九二极管的阳极，第九二极管的阴极连接被驱动IGBT器件的集电极，驱动芯片的2脚同时连接15V电源、第十电容正极和反馈电阻的一端，驱动芯片的3脚同时连接第十一电容的正极和缓冲电阻的一端，缓冲电阻的另一端作为IGBT驱动单元的输出端，连接被驱动IGBT器件的门极；第十电容和第十一电容的负极同时连接被驱动IGBT器件的发射极和驱动芯片的1脚，驱动芯片的15脚连接限流电阻的一端，限流电阻的另一端连接15V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，其特征在于：该装置包括微处理器单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、IGBT(绝缘栅双极晶体管)驱动单元、过热检测单元、故障电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机；所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片；所述IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接，所述过热检测单元和故障电流检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接，所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接；所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路，分别设于两根母线上；所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和三个输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接作为直流电源的柔性直流输电送端站，所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述IGBT驱动单元输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接故障电流检测单元的输入端，所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接过热检测单元第一输入端，所述复合缓冲保护单元的第三输出端连接功率变频单元的第一输入端；所述功率变频单元包括6个结构相同的子单元，各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同；所述过热检测单元包括8组电路结构相同的过热检测电路；所述故障电流检测单元包括桥臂直通故障电流检测单元、母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元，所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路，所述母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路，在两根母线上分别设有一个母线故障电流检测单元，所述负载故障电流检测单元设于负载连接线上；所述LC滤波器包括三组LC滤波电路，所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端，所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线；所述上位机为手机和电脑PC，所述无线通讯单元与手机无线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，其特征在于：该装置包括微处理器单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、IGBT(绝缘栅双极晶体管)驱动单元、过热检测单元、故障电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机；所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片；所述IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接，所述过热检测单元和故障电流检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接，所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接；所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路，分别设于两根母线上；所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和三个输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接作为直流电源的柔性直流输电送端站，所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述IGBT驱动单元输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接故障电流检测单元的输入端，所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接过热检测单元第一输入端，所述复合缓冲保护单元的第三输出端连接功率变频单元的第一输入端；所述功率变频单元包括6个结构相同的子单元，各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同；所述过热检测单元包括8组电路结构相同的过热检测电路；所述故障电流检测单元包括桥臂直通故障电流检测单元、母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元，所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路，所述母线故障电流检测单元和负载故障电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路，在两根母线上分别设有一个母线故障电流检测单元，所述负载故障电流检测单元设于负载连接线上；所述LC滤波器包括三组LC滤波电路，所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端，所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线；所述上位机为手机和电脑PC，所述无线通讯单元与手机无线连接。2.根据权利要求1所述的用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，其特征在于：所述第一复合缓冲电路包括第一IGBT器件、第一电阻、第一电容、第一电感、第一反向二极管、第二反向二极管；所述第一电感的一端作为所述复合缓冲保护单元的第一输入端，连接作为直流电源的柔性直流输电送端站，同时连接第一反向二极管的阴极，所述第一电感的另一端连接第一IGBT器件的集电极、第一电阻的一端、第一反向二极管的阳极和第二反向二极管的阳极，所述第一IGBT器件的发射极连接第二反向二极管的阴极、第一电阻的另一端、第一电容的正极、功率变频单元的第一输入端，所述第一电容的负极作为复合缓冲保护单元的第三输出端，连接第一IGBT器件的发射极和功率变频单元的第一输入端，第一IGBT器件的门极作为复合缓冲保护单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元的输出端；所述的第一IGBT器件的集电极作为复合缓冲单元的第一输出端，连接故障电流检测单元的输入端；在第一IGBT器件的位置⑥处放置PTC热敏电阻，作为复合缓冲保护单元的第二输出端，连接过热检测单元的第一输入端。3.根据权利要求2所述的用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，其特征在于：所述功率变频单元还包括第三电容；各子单元的IGBT器件的门极均作为功率变频单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元的输出端；各子单元中的电感的一端分别作为相应子单元的输入端；各子单元中的IGBT器件的发射极分别作为相应子单元的输出端；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输入端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端，连接与母线I相连的第一复合缓冲电路的第三输出端，所述6个结构相同的子单元中的第二子单元、第四子单元、第六子单元的输出端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端，连接与母线II相连的第二复合缓冲电路的第三输出端；所述第三电容连接于第一子单元的输入端与第二子单元的输出端之间；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输出端分别对应连接第二子单元、第四子单元、第六子单元的输入端，并分别作为功率变频单元的三路输出端。4.根据权利要求3所述的用于柔性直流输电逆变站的过流故障监测保护装置，其特征在于：所述IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路，其中外围电路包括第九二极管、第十电容、第十一电容、限流电阻、缓冲电阻、反馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建源，刘大鹏，吴冠男，张明理，史喆，张晓天，王优胤，梁毅，宋卓然，杨继业，商文颖，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21