直流微电网保护装置

技术领域

本发明涉及直流微电网保护领域，特别是涉及直流微电网保护装置。

背景技术

分布式供电系统具有设计灵活、可靠性高、便于维护等优点，已经广泛应用在航天器、舰船、通讯基站以及大型计算机的供电系统中。对于含分布式电源的微网系统来说，当系统需要关断分布式电源时，需要向分布式电源变换器下达保护指令，分布式电源再根据系统状态，进行保护。然而，传统技术中微网系统的保护需要微网系统与电源变换器建立通信，根据微网系统当前所处的状态，上位机判断是否需要电源变换器配合保护。由于微网系统中根据电源变换器的控制功能不同，生产厂家也不同，进而电源变换器的通信协议也不同。上位机需要与不同的电源变换器进行沟通，判断是否需要停机，导致上位机的处理程序复杂，沟通效率低，系统搭建进度缓慢。

发明内容

基于此，有必要针对上位机需要与不同的电源变换器进行沟通导致上位机的处理程序复杂、系统搭建进度缓慢的问题，提供一种直流微电网保护装置。

一种直流微电网保护装置，包括：控制电路、滤波电路和电源变换器；

所述滤波电路连接所述电源变换器输出端，用于对所述电源变换器的输出电流滤波；

所述控制电路连接所述滤波电路，并向所述滤波电路输入直流偏置电流，以降低所述滤波电路的滤波能力；

所述电源变换器包括第一处理单元、纹波检测单元和开关单元，所述开关单元连接所述第一处理单元和外部设备，所述第一处理单元连接所述纹波检测单元，所述纹波检测单元连接所述滤波电路；

所述纹波检测单元检测所述电源变换器的输出电流的纹波，并将检测到的所述输出电流的纹波传输至所述第一处理单元，所述第一处理单元根据所述输出电流的纹波大小控制所述开关单元的通断。

在其中一个实施例中，所述电源变换器还包括存储单元，连接所述第一处理单元，用于存储预设的电流纹波区间。

在其中一个实施例中，所述开关单元包括开关晶体管。

在其中一个实施例中，所述滤波电路包括滤波电感，所述滤波电感一端连接所述电源变换器的输出端，另一端连接直流母线。

在其中一个实施例中，所述滤波电路还包括互感电感，所述互感电感与所述滤波电感卷绕于同一磁芯，所述互感电感连接所述控制电路。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括第二处理单元和电流源，所述第二处理单元连接所述电流源，所述电流源连接所述互感电感的两端。

在其中一个实施例中，还包括上位机，连接所述控制电路，并下发控制指令至所述控制电路。

在其中一个实施例中，所述控制电路还包括通信单元，与所述上位机通信连接。

在其中一个实施例中，所述电源变换器包括直流电源变换器或交流电源变换器。

在其中一个实施例中，还包括分布式电源，连接所述电源变换器的输入端。

上述实施例提供的直流微电网保护装置，通过在电源变换器中设置纹波检测单元，用以检测电源变换器输出电流的纹波，并在直流微电网需要进行保护的时候利用控制电路控制电源变换器输出端的滤波电路使其滤波能力降低，纹波检测单元检测到电源变换器输出端的纹波电流较大时第一处理单元控制开关单元断开以控制电源变换器自主停机，从而使得直流微电网的系统保护规范化，系统保护对电源变换器自身的控制功能及通信协议等的依赖大大降低，也可以简化上位机的控制程序。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的直流微电网保护装置示意图；

图2为本申请的又一实施例提供的直流微电网保护装置示意图；

图3为本申请的另一实施例提供的直流微电网保护装置示意图；

图4为本申请的另一实施例提供的直流微电网保护装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。

传统技术中，直流微电网系统层级的保护需要系统和电源变换器建立通信，且根据直流微电网所处状态，上位机判断直流微电网是否需要保护，是否需要电源变换器配合保护。由于电源变换器根据控制功能的不同，其生产厂家也不同，进而不同的生产厂家采用的通信协议也不同。传统技术中直流微电网的系统保护对电源变换器的依赖性太高，若直流微电网中电源变换器种类很多，且生产电源变换器的生产厂家也多，则会导致上位机与电源变换器的沟通过多，造成整个系统搭建的进度缓慢，且通信协议多沟通不便，会导致上位机的处理程序复杂。

针对上述技术问题，本申请提出一种直流微电网保护装置，可以与厂家沟通，在电源变换器中设置纹波检测单元，用以检测电源变换器输出电流的纹波，并在需要控制系统停机的时候利用控制电路控制电源变换器输出端的滤波电路使其滤波能力降低，纹波检测单元检测到电源变换器输出端的纹波电流较大时自主停机，从而使得直流微电网的系统保护规范化，系统保护对电源变换器的通信协议等依赖大大降低，也可以简化上位机的控制程序。

请参阅图1，本申请的一个实施例提供一种直流微电网保护装置，用于直流微电网系统中。直流微电网为由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。相较于交流微电网，直流微电网拥有独特的直流输电线路，且直流微电网中的分布式电源的控制仅取决于直流母线电压，降低了系统控制难度及损耗。

具体的，直流微电网保护装置包括电源变换器100、控制电路200和滤波电路300。

电源变换器100连接分布式电源，用于将分布式电源提供的电压转化为统一的直流母线电压。其中，分布式电源可以是风力发电电源、生物质电池、超级电容电池或光伏阵列电池等。各个负载变换器连接直流母线，将直流母线电压转化为用电设备所需的工作电压，从而实现直流微电网对负载侧用电设备的供电。

滤波电路300连接于电源变换器100的输出端，用于对电源变换器100输出的电流进行滤波，并将滤波后的电流信号传输至直流母线上。控制电路200连接滤波电路200，并像滤波电路300输入直流偏置电流，以降低滤波电路300的滤波能力。

电源变换器100还包括第一处理单元110、纹波检测单元120和开关单元130。

其中纹波检测单元120通过电源变换器100的输出端连接滤波电路300，用于检测电源变换器100输出端的电流纹波。第一处理单元110连接纹波检测单元120，用于接收纹波检测单元120检测到的电流纹波并根据电流纹波判断是否需要停机。开关单元130连接外部设备，当开关单元130导通时，电源变换器100接入直流微电网，当开关单元130断开时，电源变换器100从直接微电网中断开。开关单元130连接第一处理器110，当第一处理单元110判断电源变换器100输出电路的纹波较大需要主动停机时，第一处理单元110控制开关单元130断开，使得电源变换器100从直流微电网中断开，实现电源变换器100的自主停机。具体的，本实施例中开关单元130可以是开关晶体管，也可以是可控硅器件等。第一处理单元110向开关单元130输入脉冲信号时，开关单元130导通。当第一处理单元110判断需要停机时，停止向开关单元130输入脉冲，即封锁脉冲，使得开关单元130断开，进而使得电源变换器100自主停机。

当直流微网系统需要进行保护时，控制电路200向滤波电路300输入直流偏置电流，使得滤波电路300的工作电流超过其额定电流，降低滤波电路300的滤波性能，进而使得电源变换器100输出端的输出电流纹波变大。纹波检测单元120检测输出端的电流纹波，并传输至第一处理单元110。第一处理单元110检测输出电流的纹波大小并在输出电流纹波较大时控制开关单元130断开以控制电源变换器100主动停机。

上述实施例提供的直流微电网保护装置，通过在电源变换器100中设置纹波检测单元120，用以检测电源变换器100输出电流的纹波，并在直流微电网需要进行保护的时候利用控制电路200控制电源变换器100输出端的滤波电路300使其滤波能力降低，纹波检测单元110检测到电源变换器100输出端的纹波电流较大时第一处理单元120控制开关单元130断开以控制电源变换器自主停机，从而使得直流微电网的系统保护规范化，系统保护对电源变换器100自身的控制功能及通信协议等的依赖大大降低，也可以简化上位机的控制程序。

在其中一个实施例中，如图2所示，电源变换器100还包括存储单元140，存储单元140中存储有预设的电流纹波区间。第一处理单元110接收到纹波检测单元120采集的电流纹波后，将采集到的电流纹波与预设的电流纹波区间比较，当采集到的电流纹波在预设的电流纹波区间内时，表明不需要自主停机，则第一处理单元110持续地向开关单元130输入脉冲信号。当第一处理单元110检测到采集的电流纹波在预设的电流纹波区间外时，表明直流微电网系统需要进行保护，则第一处理单元110停止向开关单元130输入脉冲信号，使得开关单元130关断，进而实现电源变换器100的自主停机。

在其中一个实施例中，如图3所示，滤波电路300包括滤波电感L1，滤波电感L1的一端连接电源变换器100的输出端，另一端连接直流母线。当电感滤波器的工作电流超过额定电流时，不仅会造成滤波器过热，还会导致滤波器的低频滤波性能降低。本申请正是利用这一现象控制滤波器的滤波性能，使其滤波性能降低，从而增大电源变换器100输出端的电流纹波。

进一步的，滤波电路300还包括互感电感L2，用于与滤波电感L1产生互感，滤波电感L1和互感电感L2形成一对互感电感组，且滤波电感L1和互感电感L2卷绕于同一磁芯上。互感电感L2两端连接控制电路200，控制电路通过向互感电感L2中通通入直流偏置电流，以改变磁芯中的磁通量，是磁芯饱和，进而降低滤波电感L5的电感量，使得滤波电感L5的滤波能力降低。由于滤波电感L5的作用是滤除电源变换器100输出电流的纹波，因此滤波电感L5的电感量下降后电源变换器100输出电流的纹波将会增大，以便第一处理单元110根据输出端的电流纹波控制电源变换器100自主停机。

在其中一个实施例中，如图4所示，控制电路200包括第二处理单元210和电流源220。电流源220连接互感电感L2的两端，用于向互感电感L2输入直流偏置电流。第二处理单元210连接电流源220，用于控制电流源向互感电感L2中输入的直流偏置电流的大小。当直流微电网正常运行时，第二处理单元210控制电流源210向互感电感L2中输入较小的电流，或停止向互感电感L2中输入电流，以使滤波电感L1正常工作，抑制电路中的电流谐波。当直流微电网系统需要进行保护时，第二处理单元210控制电流源220向互感电感L2中输入大电流，以使磁芯饱和，降低滤波电感L1的电感量。本申请中，第一处理单元110和第二处理单元210可以均为微处理器。

进一步的，直流微电网保护装置还包括上位机，上位机连接控制电路200，用于与控制电路200中的第二处理单元210进行通信，并在检测到直流微电网系统需要进行保护时下发保护指令至第二处理单元210，以使第二处理单元210控制电流源220向互感电感L2中输入直流偏置电流。可以理解的是，第二处理单元210中设置有与上位机进行通信的通信单元。需要说明的是，上位机根据检测到的直流微电网系统的状态生成控制指令的方法可以通过已知技术实现，此并非本申请的改进点。

在其中一个实施例中，直流微电网保护装置还包括分布式电源，连接于电源变换器100的输入端，电源变换器100可以将分布式电源的电压转换为适于在直流母线上传输的直流电压。具体的，电源变换器100中的开关单元130连接分布式电源，当系统需要进行保护时，电源变换器100控制开关单元130断开，从而切断电源变换器100与分布式电源的连接。本实施例中，电源变换器100可以包括直流电源变换器或交流电源变换器，当分布式电源提供的电压为直流电压时，连接分布式电源的电源变换器100为直流电源变换器；当分布式电源提供的电压为交流电压时，连接分布式电源的电源变换器100为交流电源变换器。

下面提供本申请的一个具体应用场景：

如图4所示，直流微电网保护装置包括电源变换器100、控制电路200和滤波电路300。其中，控制电路200包括第二处理单元210和连接第二处理单元210的电流源220。滤波电路300包括滤波电感L1和互感电感L2，滤波电感L1和互感电感L2卷绕于同一磁芯上，互感电感L2两端连接电流源220，滤波电感L1一端连接电源变换器100的输出端，另一端连接直流母线。电源变换器100包括第一处理单元110、纹波检测单元120、开关单元130和存储单元140。纹波检测单元120的一端通过输出端连接滤波电感L1的一端，另一端连接第一处理单元110。第一处理单元110还通过开关单元130连接外部设备，例如分布式电源。存储单元140连接第一处理单元110，用于存储预设的电流纹波区间。

第二处理单元210可与上位机进行通信，当上位机检测到直流微电网系统需要进行保护时，下发保护指令至第二处理单元210，第二处理单元210根据接收到的保护指令控制电流源220像互感电感L2输入直流偏置电流，使得磁芯饱和，从而降低滤波电感L1的电感量。随着滤波电感L1电感量的降低，滤波电感L1的滤波能力也将降低，进而使得电源变换器100的输出电流纹波变大。

纹波检测单元110用于检测电源变换器100输出电流的纹波，并将检测到的纹波传输至第一处理单元110。第一处理单元110将检测到的电流纹波与预设的电流纹波区间比较，当检测到的电流纹波在预设的电流纹波区间外时，停止向开关单元130输入脉冲信号，从而开关单元130关断，电源变换器100与外部设备断开，实现电源变换器100的自主停机。

上述实施例提供的直流微电网保护装置，通过在电源变换器100中设置纹波检测单元120，用以检测电源变换器100输出电流的纹波，并在直流微电网需要进行保护的时候利用控制电路200控制电源变换器100输出端的滤波电路300使其滤波能力降低，纹波检测单元110检测到电源变换器100输出端的纹波电流较大时第一处理单元120控制电源变换器自主停机，从而使得直流微电网的系统保护规范化，系统保护对电源变换器100自身的控制功能及通信协议等的依赖大大降低，也可以简化上位机的控制程序。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。