一种DAB及其双极短路故障限流方法技术

本发明专利技术涉及一种DAB及其双极短路故障限流方法，利用DAB的拓扑结构和控制方式，通过在双有源桥高频变压器副边增加限流电感，在副边电容支路增加IGBT元件阻塞电容放电，同时配合原边桥合理的移相比和开关频率，可以将DAB的出口电流控制在稳态电流的2倍以下，实现含DAB的直流配电网在发生双极短路故障之后，不必闭锁DAB本体电力电子器件，可为保护装置提供稳定的故障信息，有助于保护的可靠动作。本发明专利技术原理简单，并且对DAB拓扑的改进未使得DAB模块的体积显著增大；利用DAB本身的拓扑结构和控制策略即可控制故障电流的大小，经济型好；适用于含有DAB的直流配电网络，如中压交流源，储能装置，光伏等经DAB接入直流配网的场景。光伏等经DAB接入直流配网的场景。光伏等经DAB接入直流配网的场景。

【技术实现步骤摘要】
一种DAB及其双极短路故障限流方法


[0001]本专利技术涉及电力系统自动化继电保护
，特别是涉及一种DAB及针对DAB低压直流侧发生双极短路时的故障限流方法。

技术介绍

[0002]当今的学术界和工业界越来越关注可再生能源和分布式发电等清洁能源的发展，其不仅仅是未来能源发展转型的重要基石，更是未来具有智能电网管理能力的能源互联网的重要组成部分。而在能源互联网的组成架构中，支持储能、光伏、直流负荷和分布式发电等设备的即插即用，对电能进行合理高效的管理调度以及故障穿越的电力电子接口技术是实现能源互联网的关键技术。具备以上能量管理调度的设备被称为能量路由器。能量路由器的核心设备是具备“电气隔离、控制自由度高、故障隔离”等优点的电力电子变压器，其中双有源桥直流变换器(dual
‑
active
‑
bridge,DAB)具有模块化程度高、零电压开关能力、功率双向传输能力以及简单的移相控制等优点，在其被提出之时就得到了广泛的关注，是目前最适用于电力电子变压器的核心设备。
[0003]近年来，国内外有关DAB的研究主要集中在DAB的建模、控制策略改进、零电压技术和故障穿越技术上。目前针对含DAB的低压直流配电网在双极短路故障发生后的故障限流技术研究，绝大部分采用闭锁DAB及其相连换流站或是初步限制故障电流再配合断路器动作切除故障电流。这样的方法会导致非故障线路停运，给故障后的电网恢复带来很大困难。
[0004]因此，本领域亟需一种在不闭锁DAB本体IGBT元件的前提下，迅速、经济、可靠的完成故障穿越的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种DAB及及其双极短路故障限流方法，通过在DAB高频变压器副边电容支路串联IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)元件并在故障后关断，结合原边桥IGBT的开关频率和移相比，实现在不闭锁DAB本体IGBT元件的前提下，迅速、经济、可靠的完成故障穿越的技术方案。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种DAB电路，包括高频变压器；
[0008]所述高频变压器连接两个全桥子模块；所述两个全桥子模块包括：原边桥和副边桥；
[0009]所述高频变压器原边配有电感，所述高频变压器副边配有限流电感；所述限流电感两端并联有IGBT元件；
[0010]所述高频变压器的原边桥和副边桥均由四个IGBT反并联二极管构成，原边和副边均配有电容以支撑电压和滤波，副边电容支路串联IGBT元件。
[0011]在一些实施例中，
[0012]所述副边电容串联的IGBT元件包括反向并联的两个IGBT开关管；
[0013]所述两个IGBT开关管反向并联后与所述副边电容串联。
[0014]本专利技术还提供了一种针对DAB双极短路的故障限流方法，所述方法包括：
[0015]获取DAB低压直流侧出口的稳态电流；
[0016]监测所述低压直流侧出口的实时电流值，当所述实时电流值达到所述稳态电流的预设倍数时，启动限流模式；
[0017]关断副边电容支路串联的IGBT元件；
[0018]将DAB高频变压器副边的限流电感接入；
[0019]提高原边桥IGBT的开关频率，将原边桥IGBT的移相比设置为固定值。
[0020]在一些实施例中，所述稳态电流为正常运行情况下的DAB低压直流侧出口电流。
[0021]在一些实施例中，所述监测所述DAB低压直流侧出口的实时电流值，当所述实时电流值达到所述稳态电流的预设倍数时，启动限流模式，具体包括：
[0022]监测所述DAB低压直流侧出口的实时电流值，当所述实时电流值达到所述稳态电流的1.85倍时，启动限流模式。
[0023]在一些实施例中，所述将DAB高频变压器副边的限流电感接入，具体包括：
[0024]关断高频变压器副边限流电感两端的IGBT元件。
[0025]在一些实施例中，所述提高原边桥IGBT的开关频率，具体包括：
[0026]将原边桥IGBT开关频率调整为20kHz。
[0027]在一些实施例中，所述将原边桥IGBT设置为固定移相比，具体包括：
[0028]将所述原边桥IGBT内移相比设置为0.8。
[0029]在一些实施例中，设置内移相比为d后，低压直流侧出口的故障电流的峰值能够变为原来的(1
‑
d)倍。
[0030]在一些实施例中，在所述提高原边桥IGBT的开关频率，将原边桥IGBT的移相比设置为固定值之后，还包括：
[0031]控制保护元件正常动作清除故障；
[0032]将所述DAB的运行模式切换为正常工作模式。
[0033]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0034]当含有DAB的直流配电网在发生双极短路故障之后，不必闭锁DAB本体电力电子器件，可为保护装置提供稳定的故障信息，有助于保护的可靠动作。本专利技术原理简单，并且对DAB拓扑的改进未使得DAB模块的体积显著增大；利用DAB本身的拓扑结构和控制策略即可控制故障电流的大小，经济型好；适用于含有DAB的直流配电网络，如中压交流源，储能装置，光伏等经DAB接入直流配网的场景。因此，该方法能够显著地提高低压直流配电网络对双极短路故障的承受能力。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本专利技术的主旨。
[0036]图1为本专利技术实施例提供的DAB电路示意图。
[0037]图2为本专利技术实施例提供的针对DAB双极短路的故障限流方法流程图。
[0038]图3为本专利技术实施例提供的DAB限流模式开启时故障电流回路示意图。
[0039]图4为本专利技术实施例提供的内移相比为0.8时，开关管S1和S3的导通关断示意图。
[0040]图5为本专利技术实施例提供的故障发生后未启动故障限流模式的DAB低压直流侧出口电流示意图。
[0041]图6为本专利技术实施例提供的故障发生后启动故障限流模式的DAB低压直流侧出口电流示意图。
[0042]图7为本专利技术实施例提供的故障发生后启动故障限流模式的DAB低压直流侧出口电流的放大示意图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DAB电路，其特征在于，包括高频变压器；所述高频变压器连接两个全桥子模块；所述两个全桥子模块包括：原边桥和副边桥；所述高频变压器原边配有电感，所述高频变压器副边配有限流电感；所述限流电感两端并联有IGBT元件；所述高频变压器的原边桥和副边桥均由四个IGBT反并联二极管构成，原边和副边均配有电容以支撑电压和滤波，副边电容支路串联IGBT元件。2.根据权利要求1所述的DAB电路，其特征在于，所述副边电容串联的IGBT元件包括反向并联的两个IGBT开关管；所述两个IGBT开关管反向并联后与所述副边电容串联。3.一种针对DAB双极短路的故障限流方法，其特征在于，所述方法包括：获取DAB低压直流侧出口的稳态电流；监测所述低压直流侧出口的实时电流值，当所述实时电流值达到所述稳态电流的预设倍数时，启动限流模式；关断副边电容支路串联的IGBT元件；将DAB高频变压器副边的限流电感接入；提高原边桥IGBT的开关频率，将原边桥IGBT的移相比设置为固定值。4.根据权利要求3所述的针对双极短路的故障限流方法，其特征在于，所述稳态电流为正常运行情况下的DAB低压直流侧出口电流。5.根据权利要求3所述的针对双极短路的故障限流方法，其特征在于，所述监测所述DAB低压直流侧出口的实时电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑涛，郭勇帆，朴勇，杨乐，于弘洋，周丁，刘宗烨，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：