一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置的制作方法

本实用新型属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置。

背景技术：

随着环境问题的突出和能源危机加剧，风力发电技术得到了突飞猛进的发展。由于风力资源的间接性、不稳定性以及无规律性，将导致风力发电产生的电能品质差，其高渗透率对电网冲击较大，在很多特殊情况下都会被迫弃风；为了解决风电并网中存在的“弃风”和电能质量不友好以及安全问题，采用风电制氢储能方式可以有效的调节风电并网问题。对于直驱型风电系统，当电网电压跌落时，网侧变流器为保持输出功率恒定，输出电流将会增大，当电流达到限流值时，输出功率受到了限制，此时风力机和发电机保持正常运行，发电机侧变流器保持其控制不变，则直流侧输入功率大于输出功率，而且变桨等调节措施通常响应较慢，造成变流器输入输出功率不平衡，导致直流侧电压上升，同样威胁到半导体变流器件的安全。对于直驱型风电系统发生过压故障时，不仅需要快速且可靠的线路保护对过压故障进行识别，也需要相应的处理措施和手段对故障后的过压进行有效的限制，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。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置。

一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置，包括检测与处理单元、多级串联变换单元、并网逆变单元、氢储能变换单元、风电变流器、过压保护单元；

所述检测与处理单元，包括微处理器单元、PC机、电压检测单元和IR驱动单元；

所述风电变流器的输入端和氢储能变换单元的输入端连接风电发电机，所述风电变流器与氢储能变换单元之间连接有过压保护单元，所述风电变流器的输出端和并网逆变单元的输出端连接电网，所述氢储能变换单元的输出端连接多级串联变换单元的输入端，所述多级串联变换单元的输出端连接并网逆变单元的输入端，所述微处理器单元与PC机相连，所述微处理器单元的输出端连接IR驱动单元的输入端，所述IR驱动单元的输出端连接过压保护单元的控制端和多级串联变换单元的控制端，所述电压检测单元的输入端连接风电变流器的输出端。

所述多级串联变换单元，包括六个结构相同的变换器子单元：第一变换器子单元、第二变换器子单元、第三变换器子单元、第四变换器子单元、第五变换器子单元和第六变换器子单元；

所述第一变换器子单元的第一输入端、第二变换器子单元的第一输入端、第三变换器子单元的第一输入端、第四变换器子单元的第一输入端、第五变换器子单元的第一输入端和第六变换器子单元的第一输入端连接第一直流母线，所述第一变换器子单元的第二输入端、第二变换器子单元的第二输入端、第三变换器子单元的第二输入端、第四变换器子单元的第二输入端、第五变换器子单元的第二输入端和第六变换器子单元的第二输入端连接第二直流母线，所述第一变换器子单元的控制端、第二变换器子单元的控制端、第三变换器子单元的控制端、第四变换器子单元的控制端、第五变换器子单元的控制端和第六变换器子单元的控制端连接IR驱动电路的输出端，所述第一变换子单元的第一输出端和第六变换子单元的第二输出端作为多级串联变换单元的输出端，所述第一变换器子单元的第二输出端连接第二变换器子单元的第一输出端，所述第二变换器子单元的第二输出端连接第三变换器子单元的第一输出端，所述第三变换器子单元的第二输出端连接所述第四变换器子单元的第一输出端，所述第四变换器子单元的第二输出端连接所述第五变换器子单元的第一输出端，所述第五变换器子单元的第二输出端连接所述第六变换器子单元的第一输出端；

所述各变换器子单元，均包括：第一IGBT器件、第二IGBT器件、第三IGBT器件、第四IGBT器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电力场效应晶体管、第二电力场效应晶体管和互感器；

所述第一IGBT器件的门极、第二IGBT器件的门极、第三IGBT器件的门极和第四IGBT器件的门极作为变换器子单元的控制端，所述第一IGBT器件的集电极连接第一二极管的负极、第一电容的一端、第三IGBT器件的集电极、第三二极管的负极和第三电容的一端，并作为变换器子单元的第一输入端，所述第一IGBT器件的发射极连接第一二极管的正极、第一电容的另一端、第二IGBT器件的集电极、第二二极管的负极、第二电容的一端和第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接互感器的原边第二抽头，所述第二IGBT器件的发射极连接第二二极管的正极、第二电容的另一端、第四IGBT器件的发射极、第四二极管的正极和第四电容的一端，并作为变换器子单元的第二输入端，所述第四IGBT器件的集电极连接第四二极管的负极、第四电容的另一端、第五电容的一端和第三电感的一端，所述第三IGBT器件的发射极连接第三二极管的正极、第三电容的另一端、第五电容的一端和第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接互感器的原边第一抽头，所述第二电感的另一端连接互感器的原边第二抽头，所述第三电容的另一端连接互感器的原边第三抽头，所述第一电力场效应晶体管的栅极和第二电力场效应晶体管的栅极连接IR驱动电路的输出端，所述第一电力场效应晶体管的源极连接互感器的副边第一抽头和第五二极管的正极，所述第一电力场效应晶体管的漏极连接第四电感的一端、第五二极管的负极、第六二极管的负极和第二电力场效应晶体管的源极，所述第二电力场效应晶体管的漏极连接第六二极管的正极和互感器的副边第三抽头，所述互感器的副边第二抽头连接第六电容的一端，并作为该变换器子单元的第二输出端，所述第四电感的另一端连接第六电容的另一端，并作为该变换器子单元的第一输出端。

所述并网逆变单元，包括第三电力场效应晶体管、第四电力场效应晶体管、第五电力场效应晶体管、第六电力场效应晶体管、第七电力场效应晶体管、第八电力场效应晶体管、第一缓冲电阻、第二缓冲电阻、第三缓冲电阻、第四缓冲电阻、第五缓冲电阻、第六缓冲电阻、第七缓冲电阻、第八缓冲电阻、第九缓冲电阻、第十缓冲电阻、第十一缓冲电阻、第十二缓冲电阻、第一逆导晶闸管、第二逆导晶闸管、第三逆导晶闸管、第四逆导晶闸管、第五逆导晶闸管、第六逆导晶闸管和第七电容；

所述第七电容的一端连接第三电力场效应晶体管的漏极、第一逆导晶闸管的负极、第四电力场效应晶体管的漏极、第二逆导晶闸管的负极、第五电力场效应晶体管的漏极和第三逆导晶闸管的负极，并作为并网逆变单元的第一输入端，所述第三电力场效应晶体管的栅极连接第一缓冲电阻的一端和第二缓冲电阻的一端，所述第一缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第二缓冲电阻的另一端连接第三电力场效应晶体管的源极、第六电力场效应晶体管的漏极和第四逆导晶闸管的负极，并作为并网逆变单元的第一输出端，所述第四电力场效应晶体管的栅极连接第三缓冲电阻的一端和第四缓冲电阻的一端，所述第三缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第四缓冲电阻的另一端连接第四电力场效应晶体管的源极、第七电力场效应晶体管的漏极和第五逆导晶闸管的负极，并作为并网逆变单元的第二输出端，所述第五电力场效应晶体管的栅极连接第五缓冲电阻的一端和第六缓冲电阻的一端，所述第五缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第六缓冲电阻的另一端连接第五电力场效应晶体管的源极、第八电力场效应晶体管的漏极和第六逆导晶闸管的负极，并作为并网逆变单元的第三输出端，所述第七电容的另一端连接第六电力场效应晶体管的源极、第八缓冲电阻的一端、第四逆导晶闸管的正极、第七电力场效应晶体管的源极、第十缓冲电阻的一端、第五逆导晶闸管的正极、第八电力场效应晶体管的源极、第十二缓冲电阻的一端和第六逆导晶闸管的正极，并作为并网逆变单元的第二输入端，所述第七缓冲电阻的一端连接第六电力场效应晶体管的栅极，所述第七缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第九缓冲电阻的一端连接第七电力场效应晶体管的栅极，所述第九缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第十一缓冲电阻的一端连接第八电力场效应晶体管的栅极，所述第十一缓冲电阻的另一端连接IR驱动电路的输出端。

所述过压保护单元，包括：第五IGBT器件、第六IGBT器件、第七IGBT器件、第八IGBT器件、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十三缓冲电阻和第五电感；

所述第五IGBT器件的集电极连接第七二极管的负极，并作为过压保护单元的第一输入端连接风电变流器的第一直流端，所述第五IGBT器件的发射极连接第七二极管的正极、第六IGBT器件的集电极和第八二极管的负极，所述第六IGBT器件的发射极连接第八二极管的正极、第七IGBT器件的集电极、第九二极管的负极和第十三缓冲电阻的一端，所述第十三缓冲电阻的另一端连接第五电感的一端，所述第五电感的另一端作为过压保护单元的第一输出端连接储能变换单元的输入端，所述第七IGBT器件的发射极连接第九二极管的正极、第八IGBT器件的集电极和第十二极管的负极，并作为过压保护单元的第二输出端连接储能变换单元的输入端，所述第八IGBT器件的发射极连接第十二极管的正极，并作为过压保护单元的第二输入端连接风电变流器的第二直流端，所述第五IGBT器件的门极和第六IGBT器件的门极、第七IGBT器件的门极、第八IGBT器件的门极连接检测处理单元的输出端。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置，传统风电并网技术上，当电网电压跌落时，网侧变流器为保持输出功率恒定，输出电流将会增大，当电流达到限流值时，输出功率受到了限制，此时风力机和发电机保持正常运行，发电机侧变流器保持其控制不变，则直流侧输入功率大于输出功率，而且变桨等调节措施通常响应较慢，造成变流器输入输出功率不平衡，导致直流侧电压上升，同样威胁到半导体变流器件的安全。与传统技术相比，本实用新型可以实时检测变流器直流侧电压变化，并对其进行有效的过压保护，提出风电制氢并网的结构思路，通过氢储能对变流器直流侧进行过压保护，有效的实现了智能保护功能。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置的结构框图；

图2为本实用新型具体实施方式中适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置的电路连接图；

图3为本实用新型具体实施方式中微处理器单元的电路图；

图4为本实用新型具体实施方式中多级串联变换单元的电路图；

图5为本实用新型具体实施方式中并网逆变单元的电路图；

图6为本实用新型具体实施方式中过压保护单元的电路图；

图7为本实用新型具体实施方式中电压检测单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。

一种适用于风电制氢储能系统并网的过压保护装置，如图1和图2所示，包括检测与处理单元、多级串联变换单元、并网逆变单元、氢储能变换单元、风电变流器、过压保护单元。

所述检测与处理单元，包括微处理器单元、PC机、电压检测单元和IR驱动单元。

所述风电变流器的输入端和氢储能变换单元的输入端连接风电发电机，所述风电变流器与氢储能变换单元之间连接有过压保护单元，所述风电变流器的输出端和并网逆变单元的输出端连接电网，所述氢储能变换单元的输出端连接多级串联变换单元的输入端，所述多级串联变换单元的输出端连接并网逆变单元的输入端，所述微处理器单元与PC机相连，所述微处理器单元的输出端连接IR驱动单元的输入端，所述IR驱动单元的输出端连接过压保护单元的控制端和多级串联变换单元的控制端，所述电压检测单元的输入端连接风电变流器的输出端。

本实施方式中，所述风电变流器的输出端和并网逆变单元的输出端通过LCL滤波器连接电网。LCL滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波。

本实施方式中，氢储能变换单元，既可以用于调节风电并网过程中对电网的冲击作用，又可用于电网故障时保护风电变流器。氢储能变换单元包括制氢单元、氢储能单元、燃料电池发电单元，所述氢储能变换单元是化学能与电能相互转换的能量变换单元。

氢储能变换单元的第一输出端与多级串联变换器单元的输入端，以起到并网调节发电的作用；氢储能变换单元的第二输出端过压保护单元IGBT电路与风电变流器的直流侧，以起到过压保护作用；通过控制功率器件，氢储能变换单元能够在直流母线出现过压时，可吸收多余的电能；在直流母线电压不足时，可释放能量为电容充电；并在故障恢复后将所储存的能量馈入电网。实现了能量双向流动，无论是直流母线过电压还是欠电压都能进行有效的保护，由于储能设备具有能量回馈作用，有效的抑制了当电网电压恢复时引起的直流母线电压波动。

本实施方式中，IR驱动单元采用型号为2136的IR模块。

所述IR驱动单元用于将微处理器单元输出信号进行电路保护处理，进而达到控制IGBT器件栅极所需电压；所述IR驱动单元，IR驱动单元用于驱动过压保护单元和电压检测单元的IGBT器件，所述IR驱动单元是功率MOSFET和IGBT专用栅极集成驱动电路，它可以驱动工作在母线电压高达600V的功率开关器件。它带有3个独立的高压侧和低压侧输出通道，其内部采用自举技术，仅需要一个直流电源，就可输出6路功率开关器件的驱动脉冲，仅需要一个直流电源，使其实现了对功率MOSFET和IGBT的最优驱动。

所述IR驱动单元，包括：驱动芯片、外围保护电路。

本实施方式中，PC机为电脑，用于实时监测装置的过压、过压故障信息，同时可以通过发送指令控制IGBT、MOSFET通断。各单元的供电部分均由具有多路电压输出(输出±15V、5V、3.3V电压)的开关电源提供。

本实施方式中，如图3所示，微处理器单元用于处理电压检测单元采集到的电压信息，进而驱动IR驱动单元控制IGBT器件的通断，同时将故障信息传输到PC机，保护变流器免受二次损害。本实施例中，微处理器单元包括一个TMS320F28335主控芯片、第一缓冲芯片74HC245和第二缓冲芯片743384，IR驱动单元、电压检测单元均通过缓冲芯片与主控芯片连接，然后再通过扩展口与PC机连接。

所述多级串联变换单元，如图4所示，包括六个结构相同的变换器子单元：第一变换器子单元、第二变换器子单元、第三变换器子单元、第四变换器子单元、第五变换器子单元和第六变换器子单元；

所述第一变换器子单元的第一输入端、第二变换器子单元的第一输入端、第三变换器子单元的第一输入端、第四变换器子单元的第一输入端、第五变换器子单元的第一输入端和第六变换器子单元的第一输入端连接第一直流母线，所述第一变换器子单元的第二输入端、第二变换器子单元的第二输入端、第三变换器子单元的第二输入端、第四变换器子单元的第二输入端、第五变换器子单元的第二输入端和第六变换器子单元的第二输入端连接第二直流母线，所述第一变换器子单元的控制端、第二变换器子单元的控制端、第三变换器子单元的控制端、第四变换器子单元的控制端、第五变换器子单元的控制端和第六变换器子单元的控制端连接IR驱动电路的输出端，所述第一变换子单元的第一输出端和第六变换子单元的第二输出端作为多级串联变换单元的输出端，所述第一变换器子单元的第二输出端连接第二变换器子单元的第一输出端，所述第二变换器子单元的第二输出端连接第三变换器子单元的第一输出端，所述第三变换器子单元的第二输出端连接所述第四变换器子单元的第一输出端，所述第四变换器子单元的第二输出端连接所述第五变换器子单元的第一输出端，所述第五变换器子单元的第二输出端连接所述第六变换器子单元的第一输出端；

所述各变换器子单元，均包括：第一IGBT器件V1、第二IGBT器件V2、第三IGBT器件V3、第四IGBT器件V4、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电力场效应晶体管V5、第二电力场效应晶体管V6和互感器TR1；

所述第一IGBT器件V1的门极、第二IGBT器件V2的门极、第三IGBT器件V3的门极和第四IGBT器件V4的门极作为变换器子单元的控制端，所述第一IGBT器件V1的集电极连接第一二极管VD1的负极、第一电容C1的一端、第三IGBT器件V3的集电极、第三二极管VD3的负极和第三电容C3的一端，并作为变换器子单元的第一输入端，所述第一IGBT器件V1的发射极连接第一二极管VD1的正极、第一电容C1的另一端、第二IGBT器件V2的集电极、第二二极管VD2的负极、第二电容C2的一端和第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端连接互感器TR1的原边第二抽头，所述第二IGBT器件V2的发射极连接第二二极管VD2的正极、第二电容C2的另一端、第四IGBT器件V4的发射极、第四二极管VD4的正极和第四电容C4的一端，并作为变换器子单元的第二输入端，所述第四IGBT器件V4的集电极连接第四二极管VD4的负极、第四电容C4的另一端、第五电容C5的一端和第三电感L3的一端，所述第三IGBT器件V3的发射极连接第三二极管VD3的正极、第三电容C3的另一端、第五电容C5的一端和第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端连接互感器TR1的原边第一抽头，所述第二电感L2的另一端连接互感器TR1的原边第二抽头，所述第三电容C3的另一端连接互感器TR1的原边第三抽头，所述第一电力场效应晶体管V5的栅极和第二电力场效应晶体管V6的栅极连接IR驱动电路的输出端，所述第一电力场效应晶体管V5的源极连接互感器TR1的副边第一抽头和第五二极管VD5的正极，所述第一电力场效应晶体管V5的漏极连接第四电感L4的一端、第五二极管VD5的负极、第六二极管VD6的负极和第二电力场效应晶体管V6的源极，所述第二电力场效应晶体管V6的漏极连接第六二极管VD6的正极和互感器TR1的副边第三抽头，所述互感器TR1的副边第二抽头连接第六电容C6的一端，并作为该变换器子单元的第二输出端，所述第四电感L4的另一端连接第六电容C6的另一端，并作为该变换器子单元的第一输出端。

所述并网逆变单元，如图5所示，包括第三电力场效应晶体管V7、第四电力场效应晶体管V8、第五电力场效应晶体管V9、第六电力场效应晶体管V10、第七电力场效应晶体管V11、第八电力场效应晶体管V12、第一缓冲电阻R1、第二缓冲电阻R2、第三缓冲电阻R3、第四缓冲电阻R4、第五缓冲电阻R5、第六缓冲电阻R6、第七缓冲电阻R7、第八缓冲电阻R8、第九缓冲电阻R9、第十缓冲电阻R10、第十一缓冲电阻R11、第十二缓冲电阻R12、第一逆导晶闸管VD7、第二逆导晶闸管VD8、第三逆导晶闸管VD9、第四逆导晶闸管VD10、第五逆导晶闸管VD11、第六逆导晶闸管VD12和第七电容C7。

本实施方式中，由于各电力场效应晶体管的栅源之间的阻抗很高，因此各电力场效应晶体管的漏源间电压的突变会通过极间电容耦合到栅极而产生过高的电压过冲。对于正方向的过冲电压，会引起MOSFET误导通，导致桥臂直通。因此，为了适当降低各电力场效应晶体管的栅极驱动电路的阻抗，可以在各电力场效应晶体管的栅源间并联一大电阻。

所述第七电容C7的一端连接第三电力场效应晶体管V7的漏极、第一逆导晶闸管VD7的负极、第四电力场效应晶体管V8的漏极、第二逆导晶闸管VD8的负极、第五电力场效应晶体管V9的漏极和第三逆导晶闸管VD9的负极，并作为并网逆变单元的第一输入端，所述第三电力场效应晶体管V7的栅极连接第一缓冲电阻R1的一端和第二缓冲电阻R2的一端，所述第一缓冲电阻R1的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第二缓冲电阻R2的另一端连接第三电力场效应晶体管V7的源极、第六电力场效应晶体管V10的漏极和第四逆导晶闸管VD10的负极，并作为并网逆变单元的第一输出端，所述第四电力场效应晶体管V8的栅极连接第三缓冲电阻R3的一端和第四缓冲电阻R4的一端，所述第三缓冲电阻R3的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第四缓冲电阻R4的另一端连接第四电力场效应晶体管V8的源极、第七电力场效应晶体管V11的漏极和第五逆导晶闸管VD11的负极，并作为并网逆变单元的第二输出端，所述第五电力场效应晶体管V9的栅极连接第五缓冲电阻R5的一端和第六缓冲电阻R6的一端，所述第五缓冲电阻R5的另一端连接，所述第六缓冲电阻R6的另一端连接第五电力场效应晶体管V9的源极、第八电力场效应晶体管V12的漏极和第六逆导晶闸管VD12的负极，并作为并网逆变单元的第三输出端，所述第七电容C7的另一端连接第六电力场效应晶体管V10的源极、第八缓冲电阻R8的一端、第四逆导晶闸管VD10的正极、第七电力场效应晶体管V11的源极、第十缓冲电阻R10的一端、第五逆导晶闸管VD11的正极、第八电力场效应晶体管V12的源极、第十二缓冲电阻R12的一端和第六逆导晶闸管VD12的正极，并作为并网逆变单元的第二输入端，所述第七缓冲电阻R7的一端连接第六电力场效应晶体管V10的栅极，所述第七缓冲电阻R7的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第九缓冲电阻R9的一端连接第七电力场效应晶体管V11的栅极，所述第九缓冲电阻R9的另一端连接IR驱动电路的输出端，所述第十一缓冲电阻R11的一端连接第八电力场效应晶体管V12的栅极，所述第十一缓冲电阻R11的另一端连接IR驱动电路的输出端。

通过第三电力场效应晶体管V7、第四电力场效应晶体管V8、第五电力场效应晶体管V9、第六电力场效应晶体管V10、第七电力场效应晶体管V11、第八电力场效应晶体管V12的交替导通，以实现将直流母线侧的直流电转变为并网侧的交流电；线路的中各个电力场效应管的栅极串联一定电阻，可改变电力场效应管的开关速度；在栅源间并联一大电阻，以防止因为漏源间电压的突变而引起过高的电压过冲，从而导致电路误操作，损坏电子器件。

所述过压保护单元，如图6所示，包括：第五IGBT器件VD13、第六IGBT器件VD14、第七IGBT器件VD15、第八IGBT器件VD16、第七二极管V13、第八二极管V14、第九二极管V15、第十二极管V16、第十三缓冲电阻R13和第五电感L5。

所述第五IGBT器件VD13的集电极连接第七二极管V13的负极，并作为过压保护单元的第一输入端连接风电变流器的第一直流端，所述第五IGBT器件VD13的发射极连接第七二极管V13的正极、第六IGBT器件VD14的集电极和第八二极管V14的负极，所述第六IGBT器件VD14的发射极连接第八二极管V14的正极、第七IGBT器件VD15的集电极、第九二极管V15的负极和第十三缓冲电阻R13的一端，所述第十三缓冲电阻R13的另一端连接第五电感L5的一端，所述第五电感L5的另一端作为过压保护单元的第一输出端连接储能变换单元的输入端，所述第七IGBT器件VD15的发射极连接第九二极管V15的正极、第八IGBT器件VD16的集电极和第十二极管V16的负极，并作为过压保护单元的第二输出端连接储能变换单元的输入端，所述第八IGBT器件VD16的发射极连接第十二极管V16的正极，并作为过压保护单元的第二输入端连接风电变流器的第二直流端，所述第五IGBT器件VD13的门极和第六IGBT器件VD14的门极、第七IGBT器件VD15的门极、第八IGBT器件VD16的门极连接检测处理单元的输出端。

电压检测单元，如图7所示，包括第九电力场效应晶体管M_P1、第十电力场效应晶体管M_P2、第十一电力场效应晶体管M_P3、第十二电力场效应晶体管M_P4、第十三电力场效应晶体管M_P5、第十四电力场效应晶体管M_P6、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第一三极管V17和第二三极管V18。

所述电压检测单元用于检测监测保护装置中待检测点的电压是否超出预设电压值，包括待测电压取样部分、带隙电压产生部分、输出部分和迟滞功能实现部分四部分组成；所述的电压检测单元检测风电变流器直流侧两端电压，检测直流侧两端的电压是否超过预设电压值；然后将检测信息传输到微处理器单元，进而驱动IR驱动单元控制IGBT器件的通断状态，同时将故障信息传输到PC机。

风电变流器第一输入正级和负级端与电压检测单元的直流端V_P和直流端V_N相连接，第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20构成电压取样部分；

第九电力场效应晶体管M_P1、第十电力场效应晶体管M_P2、第十一电力场效应晶体管M_P3、第十五电阻R15、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第一三极管V17和第二三极管V18组成带隙电压产生部分；

第十二电力场效应晶体管M_P4、第十三电力场效应晶体管M_P5、第十四电阻R14、第十六电阻R16和第十七电阻R17组成输出部分；

当第二十电阻R20上电压V_R20大于带隙电压V_BG时，第二三极管V18会被拉成低电平，第十二电力场效应晶体管M_P4的栅极也被拉成低电平，导致第十二电力场效应晶体管M_P4导通，从而使得输出支路能提供一定的驱动电流；当第二十电阻R20上电压V_R20小于带隙电压V_BG时，第十电力场效应晶体管M_P2的电流小于第九电力场效应晶体管中M_P1的电流，第十电力场效应晶体管M_P2工作于有源区，此时，第十电力场效应晶体管M_P2截止，输出支路不能提供驱动电流给后续电路；考虑该电路的迟滞功能，当第十四电力场效应晶体管V_bias电压足够低时，第十四电力场效应晶体管M_P6工作有源区，这就是在第十八电阻R18两端并联一个小电阻，极限情况下，第十八电阻R18可视为被短接，这样电压取样部分仅仅由第十九电阻R19、第二十电阻R20组成，增加了电阻第二十电阻R20的电压取样比例，从而降低了比较门限电压。

采用上述过压保护装置进行风电制氢储能系统并网过压保护的过程如下所示：

采用微处理器单元控制压保护单元和电压检测单元的内部元件，使过压保护单元和电压检测单元处于运行状态：

采用微处理器单元发出正弦脉宽调制信号；通过IR驱动单元对正弦脉宽调制信号进行升压处理，将正弦脉宽调制信号幅值升到15V；通过IR驱动单元分别驱过压保护单元和电压检测单元的IGBT器件，使各IGBT器件导通，使用于过压保护单元和和电压检测单元处于正常运行状态；

通过风电检测单元对风电变流器直流侧电压进行实时采集，产生报警信号发送至微处理器单元，并产生关断信号发送至IR驱动单元，使过压保护单元的IGBT器件进行降栅压软关断，抑制尖峰浪涌电流；

通过微处理器单元设定第一预设电压阈值和第二预设电压阈值，若风电变流器直流侧电压值是否小于第一预设电压阈值1100V，则通过微处理器单元发送正弦脉宽调制信号至IR驱动单元，通过IR驱动单元根据正弦脉宽调制信号控制多级串联变换单元的IGBT器件导通顺序，进行氢储能变换单元发电并网，否则，重新通过风电检测单元对风电变流器直流侧电压进行实时采集；

通过微处理器单元判断风电变流器直流侧电压值是否大于第二预设电压值1500V，若是，则

通过微处理器单元发出控制信号，封锁电压检测单元输入信号，同时导通过压保护单元IGBT器件，储能变换单元接入过压保护单元，关断多级串联变换器单元的IGBT器件，微处理器单元产生故障警报信号传输至PC机，否则，重新通过风电检测单元对风电变流器直流侧电压进行实时采集。