一种串联补偿变压器保护电路、设备及其控制方法与流程

1.本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种串联补偿变压器保护电路、设备及其控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.伴随着再生资源的发展，逆变器更是必不可少，通过设置逆变器，能够将利用可再生资源产生的直流电转换成交流电，为电网提供电压补偿，为了能够为负载提供稳定可靠的用电保障，通常将逆变器与供电电路中的变压器连接，通过变压器对逆变器输出的交流电进行变压，变压器的电流或电压由负载决定，当负载短路时，变压器副边的电流或电压会迅速升高，甚至达到正常值的1000倍，此时，逆变器会因为过压、过流导致损坏。逆变器损坏后的维修更换较繁琐，降低生产效率，且逆变器的损坏更换能够增加成本。
4.发明人认为，现有方法主要是通过检测逆变器的输出电压和有功功率，判断是否需要进行防护，当需要进行欠压保护时，触发欠压保护动作，仅是对逆变器进行防护，而没有对其他电路设备进行保护，且在防护时，没有对欠压保护动作的触发时间进行有效控制，不能使欠压保护动作进行及时有效开启，对逆变器的防护效果有限。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种串联补偿变压器保护电路、设备及其控制方法，通过设置保护单元，并在负载出现过压、过流现象时，将保护单元中的接触器接通，通过控制变压器两端电压、电流，进而控制逆变单元输出的电压、电流。实现逆变单元的保护，降低逆变单元的损坏风险。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：第一方面，提出了一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，包括串联补偿电路、保护单元及控制器；保护单元包括晶闸管接触器；串联补偿电路包括变压器、逆变单元和负载，变压器的输出分别与逆变单元和负载连接，逆变单元与负载连接，晶闸管接触器中的晶闸管设置于逆变器与负载连接的电路上；控制器，用于当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。
7.进一步的，串联补偿电路还包括交流电源，交流电源与变压器的输入连接。
8.进一步的，逆变单元与储能单元连接。
9.进一步的，当接触器闭合时，储能单元输出电压通过逆变单元，为负载供电。
10.进一步的，控制器控制晶闸管将接触器断开后，变压器输出电压一部分提供给负载，一部分经逆变单元进入储能单元。
11.进一步的，控制器控制晶闸管将接触器断开后，除变压器输出电压为负载供电外，逆变单元输出电压也输入负载，为负载供电。
12.进一步的，控制器还对接触器接通或断开的驱动电压和驱动电流进行pi控制，该pi控制以变压器输出的电压或电流为输入，以逆变单元安全工作电压阈值和逆变单元安全工作电流阈值为参考量，以输入与相应参考量之间的误差最小为目标，获得接触器接通的驱动电压和驱动电流，及接触器断开的驱动电压和驱动电流；当获得接触器接通的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器接通，当获得接触器断开的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器断开。
13.进一步的，控制器还对接触器接通或断开的时间进行pi控制，该pi控制以接触器接通和断开的动作时间为输入，以获得接触器接通的驱动电压或驱动电流的时间，及获得接触器断开的驱动电压或驱动电流的时间为参考值，以接触器接通和断开的动作时间与相应的参考值之间的误差最小为目标，获取接触器接通和断开的时间，根据接触器接通和断开的时间将接触器接通或断开。
14.第二方面，提出了第一方面提出的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路的控制方法，包括：当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。
15.第三方面，提出了一种具有串联补偿变压器保护电路的设备，包括，第一方面提出的一种串联补偿变压器保护电路。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明通过通过在变压器输出与逆变单元之间设置保护单元，当变压器输出电压或电流大于设定阈值，即变压器出现过压、过流现象时，控制保护单元的接触器闭合接通，通过逆变单元的输出为负载供电，且让高电压或高电流流不能进入逆变单元，实现对逆变单元、保护单元和负载等设备的保护，降低了成本。
17.2、本发明设置的保护单元在变压器正常工作，没有发生过压、过流现象时，接触器处于断开状态，不影响逆变单元的正常工作，能够通过变压器和储能单元为负载供电，也能将变压器输出的多余电量输送至储能单元进行存储，不影响逆变单元的正常工作。
18.3、本发明还对接触器接通和断开的驱动电压、驱动电流，及驱动时间进行pi控制，能够对控制晶闸管将接触器接通或断开的电流、电压和时间进行修正，能够减小控制误差，实现对逆变单元的及时有效防护。
19.本发明附加方面的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
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
21.图1为实施例1公开电路连接关系图；图2为实施例1公开控制器结构图；图3为实施例1公开的控制器控制流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
23.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.实施例1在该实施例中，公开了一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，如图1、图3所示，包括串联补偿电路、保护单元和控制器；保护单元包括晶闸管接触器，晶闸管接触器中的晶闸管采用反并联的两个晶闸管，能够通过晶闸管控制接触器的接通断开。
25.串联补偿电路包括变压器、逆变单元和负载，变压器的输出分别与逆变单元和负载连接，逆变单元与负载连接，晶闸管接触器中的晶闸管设置于逆变器与负载连接的电路上。
26.串联补偿电路还包括交流电源和储能单元，交流电源与变压器的输入连接，变压器的输出与负载连接，储能单元与逆变单元连接。
27.控制器分别与储能单元、逆变器、晶闸管和负载连接。
28.控制器，用于当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。
29.当控制器控制晶闸管将接触器闭合后，储能单元输出电压通过逆变单元进入负载，为负载供电。
30.当控制器控制晶闸管将接触器断开后，当变压器输出电压多于负载需求电压时，变压器输出电压一部分提供给负载，一部分经逆变单元进入储能单元。
31.当控制器控制晶闸管将接触器断开后，当变压器输出电压不能满足负载需求时，除变压器输出电压为负载供电外，逆变单元输出电压也输入负载，为负载供电。
32.本实施例由于保护单元采用反并联的两个晶闸管，当控制器控制晶闸管将接触器断开后，即能将变压器输出电压输入逆变器，之后输出储能单元进行存储，也能将储能单元输出电压经逆变器输入负载，同时通过交流电源和储能单元为负载供电。
33.为了在负载出现过压、过流现象时，能够将保护单元中的接触器及时接通，对逆变单元进行及时有效保护，防止逆变单元和负载损坏，且在负载的电压、电流恢复正常时，将
保护单元及时断开，使逆变单元及时恢复正常工作。
34.控制器对接触器接通的驱动电压和驱动电流，断开的驱动电压和驱动电流，及接通和断开的时间进行pi控制。
35.具体的，控制器对接触器接通和断开的驱动电压和驱动电流进行pi控制，该pi控制以变压器输出的电压和电流为输入，以逆变单元安全工作电压阈值和逆变单元安全工作电流阈值为参考量，以输入与相应参考量之间的误差最小为目标，获得接触器接通的驱动电压和驱动电流，及接触器断开的驱动电压和驱动电流；当获得接触器接通的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器接通；当获得接触器断开的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器断开。
36.即当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值，且变压器输出的电压与逆变单元安全工作电压阈值的误差最小时；或，变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值，且变压器输出的电流与逆变单元安全工作电流阈值的误差最小时，作为接触器接通的驱动电压或驱动电流，当获得接触器接通的驱动电压或驱动电流时，控制控制晶闸管将接触器接通。
37.当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值，且变压器输出的电压与逆变单元安全工作电压阈值的误差最小时；或，变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值，且变压器输出的电流与逆变单元安全工作电流阈值的误差最小时，作为接触器断开的驱动电压或驱动电流，当获得接触器断开的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器断开。
38.此外，控制器还对接触器接通和断开的时间进行pi控制，该pi控制以接触器接通和断开的动作时间为输入，以获得接触器接通的驱动电压和驱动电流的时间，及获得接触器断开的驱动电压和驱动电流的时间为参考值，以接触器接通和断开的动作时间与相应的参考值之间的误差最小为目标，获取接触器接通和断开的时间，根据接触器接通和断开的时间将接触器接通或断开。
39.接触器接通和断开的动作时间与相应的参考值之间的误差是指：接触器接通的动作时间与获得接触器接通的驱动电压或驱动电流的时间之间的误差；接触器断开的动作时间与获得接触器断开的驱动电压或驱动电流的时间之间的误差。
40.在具体实施时，交流电源可以为发电机。
41.储能单元的储能方式为超级电容储能。
42.控制器与逆变单元之间、控制器与晶闸管、控制器与变压器之间均采用光纤通信。
43.如图2所示，控制器主要包括电源模块、控制供电板、控制板和光纤扩展板。控制供电板与控制板连接，检测控制板供电状态，控制电源模块对控制板进行供电，控制板与光纤扩展板连接，通过光纤扩展板实现与其他部件的光纤通信。
44.控制器中对保护单元的驱动电压、驱动电流、控制时间的pi控制，均通过控制板实现，控制板上设置数据采集端口，用于获取变压器输出的电压和电流。
45.本实施例公开的保护电路，通过设置保护单元，并对保护单元中接触器接通和断开的驱动电压、驱动电流，及驱动时间进行pi控制，能够对控制晶闸管将接触器接通或断开的电流、电压和时间进行修正，能够减小控制误差，实现对逆变单元、保护单元及负载的及时有效防护。
46.实施例2在该实施例中，公开了实施例1公开的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路的控制方法，包括：当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。
47.实施例3在该实施例中，公开了一种具有串联补偿变压器保护电路的设备，包括，实施例1公开的一种串联补偿变压器保护电路。
48.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，包括包括串联补偿电路、保护单元及控制器；保护单元包括晶闸管接触器；串联补偿电路包括变压器、逆变单元和负载，变压器的输出分别与逆变单元和负载连接，逆变单元与负载连接，晶闸管接触器中的晶闸管设置于逆变器与负载连接的电路上；控制器，用于当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。2.如权利要求1所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，逆变单元与储能单元连接。3.如权利要求2所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，当接触器闭合时，储能单元输出电压通过逆变单元，为负载供电。4.如权利要求2所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，控制器控制晶闸管将接触器断开后，变压器输出电压一部分提供给负载，一部分经逆变器进入储能单元。5.如权利要求1所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，控制器控制晶闸管将接触器断开后，除变压器输出电压为负载供电外，逆变器输出电压也输入负载，为负载供电。6.如权利要求1所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，串联补偿电路还包括交流电源，交流电源与变压器的输入连接。7.如权利要求1所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，控制器还对接触器接通或断开的驱动电压和驱动电流进行pi控制，该pi控制以变压器输出的电压或电流为输入，以逆变单元安全工作电压阈值和逆变单元安全工作电流阈值为参考量，以输入与相应参考量之间的误差最小为目标，获得接触器接通的驱动电压和驱动电流，及接触器断开的驱动电压和驱动电流；当获得接触器接通的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器接通，当获得接触器断开的驱动电压或驱动电流时，控制晶闸管将接触器断开。8.如权利要求7所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路，其特征在于，控制器还对接触器接通或断开的时间进行pi控制，该pi控制以接触器接通和断开的动作时间为输入，以获得接触器接通的驱动电压或驱动电流的时间，及获得接触器断开的驱动电压或驱动电流的时间为参考值，以接触器接通和断开的动作时间与相应的参考值之间的误差最小为目标，获取接触器接通和断开的时间，根据接触器接通和断开的时间将接触器接通或断开。9.如权利要求1-8任一项所述的一种串联补偿变压器过压、过流保护电路的控制方法，其特征在于，包括：当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合，逆变单元输出电压经接触器进入负载，为负载供电；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于
等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。10.一种具有串联补偿变压器保护电路的设备，其特征在于，包括：权利要求1-8任一项所述的一种串联补偿变压器保护电路。

技术总结
本发明公开的一种串联补偿变压器保护电路、设备及其控制方法，属于电路保护技术领域，包括串联补偿电路、保护单元及控制器；保护单元包括晶闸管接触器；串联补偿电路包括变压器、逆变单元和负载，变压器分别与逆变单元和负载连接，逆变单元与负载连接，晶闸管接触器中的晶闸管设置于逆变器与负载连接的电路上；控制器，用于当变压器输出的电压大于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流大于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器闭合；当变压器输出的电压小于等于逆变单元安全工作电压阈值或变压器输出的电流小于等于逆变单元安全工作电流阈值时，控制晶闸管将接触器断开。实现对逆变单元、保护单元和负载等设备的保护。等设备的保护。等设备的保护。


技术研发人员：王德涛 迟恩先 王建 鞠洪兵 程丽艳 张同星 孟庆东 焦锡元 杨军 姜东岳 杨姗姗
受保护的技术使用者：山东华天科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/7