一种面向分布式储能接入配电网的变流器装置的制作方法

1.本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种面向分布式储能接入配电网的变流器装置。


背景技术：

2.未来电网将集成高比例分布式可再生能源发电以及大功率充电设施等新型元素，节点功率的随机波动性以及瞬时冲击性日益增加，配置储能是重要的解决方案。2022年3月，国家发改委、能源局印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，明确指出要研究高能量密度、高安全、低成本、长周期新型储能技术。分布式储能接入交流电网多采用两电平电压源型换流器（voltage source converter, vsc）作为变流器，其直流侧发生短路故障时，尤其是双极短路故障时，直流故障电流上升快、幅值高且没有自然过零点，继电保护和断路器来不及动作，严重威胁变流器及储能电站的安全。
3.图1示出传统vsc装置拓扑示意图。如图1所示，传统的vsc装置主要包括交流滤波器、igbt与二极管组成的桥臂开关器件、直流侧电容。发生双极短路故障，直流侧电容通过故障点快速放电，故障电流急剧上升而直流侧电容电压迅速跌落。在该过程中，变流器中的igbt因过流保护闭锁，故障电流达到峰值后将在换流器内的二极管中续流，持续时间长达几百毫秒。如此长时间的浪涌电流可能导致二极管结温超过允许范围而引发变流器的不可逆损坏。
4.为了防止变流器装置损坏，研究直流侧故障的清除方法具有重要意义。目前传统两电平vsc不具备故障穿越能力，而直流侧常配置框架式断路器、塑壳断路器、微型断路器等低压直流断路器作为保护。然而，低压直流断路器的动作时间大于十几毫秒，来不及阻断电容放电，且断路器存在拒动可能，此时变流器的损坏将不能避免。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
6.为此，本发明的第一个目的在于提出一种面向分布式储能接入配电网的变流器装置，通过变流器本身的控制，使其具备直流故障穿越能力，保证所有电力电子开关管免遭长时间浪涌电流的破坏。
7.为了实现上述目的，本发明一方面的实施例公开了一种面向分布式储能接入配电网的变流器装置，包含全控型电力电子开关管s1~ s6，晶闸管scr1~ scr3，二极管d1~二极管d9；s1~s6分别与d1~d6反并联，scr1~scr3分别与d6~d9反并联；s1~s3置于三相上桥臂，s4~s6置于三相下桥臂；s1和s3的集电极连接在一起形成直流正极，与储能单元的正极电气连接；s4~s6的发射极连接在一起形成直流负极，与储能单元的负极电气连接；scr1~scr3的阴极分别与s1~s3的发射极连接，其阳极分别与s4~s6的集电极连接。
8.根据本发明上述实施例的面向分布式储能接入配电网的变流器装置，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步的，所述全控型电力电子开关管s1~s6为igbt、igct、gct、iegt、gto等，可以控制其导通和关断电流；所述晶闸管scr1~scr3为半控型电力电子开关管，只能控制其导通，而无法控制自关断；所述二极管d1~d9为不可控电力电子开关管，不能控制其导通和关断。
9.进一步的，在scr1~scr3的阳极引出3个交流接线端子，与交流电网电气连接。
10.进一步的，在scr1~scr3的阴极引出3个交流接线端子，与交流电网电气连接。
11.根据本发明实施例的面向分布式储能接入配电网的变流器装置，在直流故障下，可以通过闭锁全控型电力电子开关管s1~s6，同时撤销晶闸管scr1~scr3的触发信号，在一个周波内阻断交流电网向直流侧故障点的馈流路径，保证所有电力电子开关管无需承受长时间的故障浪涌电流，具有结构简单、可靠性高、成本低等优势。
12.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
13.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出传统vsc装置拓扑示意图；图2示出本发明实施例提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置一个具体实施例的结构示意图；图3示出本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的另一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
14.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
15.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
16.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施
例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
18.以下结合附图描述根据本发明实施例的一种面向分布式储能接入配电网的变流器装置。
19.图2示出本发明实施例提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置一个具体实施例的结构示意图。
20.如图2所示，面向分布式储能接入配电网的变流器装置包含全控型电力电子开关管s1~ s6，晶闸管scr1~ scr3，二极管d1~二极管d9；s1~s6分别与d1~d6反并联，scr1~scr3分别与d6~d9反并联；s1~s3置于三相上桥臂，s4~s6置于三相下桥臂；s1和s3的集电极连接在一起形成直流正极，与储能单元的正极电气连接；s4~s6的发射极连接在一起形成直流负极，与储能单元的负极电气连接；scr1~scr3的阴极分别与s1~s3的发射极连接，其阳极分别与s4~s6的集电极连接。
21.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，全控型电力电子开关管s1~s6为igbt、igct、gct、iegt、gto等，可以控制其导通和关断电流；晶闸管scr1~scr3为半控型电力电子开关管，只能控制其导通，而无法控制自关断；二极管d1~d9为不可控电力电子开关管，不能控制其导通和关断。
22.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，在scr1~scr3的阴极引出3个交流接线端子，与交流电网电气连接。
23.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，在直流故障下，闭锁全控型电力电子开关管s1~s6，同时撤销晶闸管scr1~scr3的触发信号，在交流电源的作用下，桥臂电流为直流分量叠加交流分量，晶闸管scr1~scr3能够在一个周波内关断，进而阻断交流电网向直流侧故障点的馈流路径，保证所有电力电子开关管无需承受长时间的故障浪涌电流，换流器装置具备直流故障穿越能力。
24.图3示出本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的另一个具体实施例的结构示意图；如图3所示，面向分布式储能接入配电网的变流器装置包含全控型电力电子开关管s1~ s6，晶闸管scr1~ scr3，二极管d1~二极管d9；s1~s6分别与d1~d6反并联，scr1~scr3分别与d6~d9反并联；s1~s3置于三相上桥臂，s4~s6置于三相下桥臂；s1和s3的集电极连接在一起形成直流正极，与储能单元的正极电气连接；s4~s6的发射极连接在一起形成直流负极，与储能单元的负极电气连接；scr1~scr3的阴极分别与s1~s3的发射极连接，其阳极分别与s4~s6的集电极连接。
25.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，全控型电力电子开关管s1~s6为igbt、igct、gct、iegt、gto等，可以控制其导通和关断电流；晶闸管scr1~scr3为半控型电力电子开关管，只能控制其导通，而无法控制自关断；二极管d1~d9为不可控电力电子开关管，不能控制其导通和关断。
26.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，在scr1~scr3的阳极引出3个交流接线端子，与交流电网电气连接。
27.本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的具体实施例中，在直流故障下，闭锁全控型电力电子开关管s1~s6，同时撤销晶闸管scr1~scr3的触发信号，在交流
电源的作用下，桥臂电流为直流分量叠加交流分量，晶闸管scr1~scr3能够在一个周波内关断，进而阻断交流电网向直流侧故障点的馈流路径，保证所有电力电子开关管无需承受长时间的故障浪涌电流，换流器装置具备直流故障穿越能力。
28.参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员应该可以清楚的知晓本发明具有以下优点：1. 本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的一个实施例，具有结构简单、成本低和可靠性高的特点。
29.2. 本发明提供的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的一个实施例，可以通过控制变流器阻断交流电网向直流侧故障点的馈流路径，使所有的电力电子开关管免遭长时间浪涌电流的损坏，具有直流故障穿越能力。
30.另外，本发明实施例的面向分布式储能接入配电网的变流器装置的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的实施例或示例中。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。