申请/专利权人：南京南瑞继保电气有限公司;南京南瑞继保工程技术有限公司

申请日：2018-07-24

公开（公告）日：2020-07-28

公开（公告）号：CN108988305B

主分类号：H02H7/26(20060101)

分类号：H02H7/26(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.28#授权;2019.01.04#实质审查的生效;2018.12.11#公开

摘要：本发明公开提供了一种直流配电网系统的保护方法，直流配电网系统中各个开关均配置直流保护装置，所有保护装置接入通信交互平台，保护装置检测到故障电流后启动电流方向判断，并将判断出的电流大小、方向等故障信息上送至通信交互平台。保护装置通过通信交互平台获取其他保护装置发出的故障信息，结合本开关以及相邻开关保护装置的故障信息对故障区域进行对比判断，实现故障的区域定位及标记。根据保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流方向，判断故障是否为区内故障。本发明通过对比保护装置之间故障信息，实现对故障区域快速、准确的判断；故障区域的精准定位，为故障的正确切除和隔离提供可靠的依据。

主权项：1.一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：1直流配电网系统内的每个直流开关均配置一台保护装置；2所有保护装置接入通信交互平台；3保护装置检测直流配网系统故障时流经开关的电流大小以及方向；4保护装置判断出检测电流大于设定的电流阈值后，认定为故障电流，再将故障信息上送到通信交互平台；5保护装置检测到故障电流大于设定的电流阈值后启动故障判断，保护装置根据自身故障电流的方向，对故障区域进行判断标记；保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相同，则判断故障为区内故障；保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相反，则判断故障为区外故障；当母线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，同母线其他进出线开关保护装置没有检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区内故障，母线进线开关动作将故障切除和隔离；其中：所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向；检测到故障电流的保护装置从通信交互平台获取其他保护装置发送的故障信息，并结合本开关以及相邻开关保护装置的故障信息对故障区域进行对比判断，完成故障的定位、切除以及隔离。

全文数据：一种直流配电网系统的保护方法技术领域[0001]本发明属于电力系统继电保护领域，尤其涉及一种直流配电网的继电保护方法。背景技术[0002]随着新能源、新技术的快速发展应用，越来越多的分布式新能源需要接入交流配电网，风电、光伏、燃料电池、超级电容等各种新能源基本上都是直流电，必须通过电力电子换流器才能并入交流系统之中，这种方式势必会造成能量的损耗，并对换流设备提出较高的要求。于此同时，用户对用电需求、电能质量及供电可靠性的要求越来越高，交流配电网面临越来越大的挑战。相较于交流配电网，直流配电网可以直接接入分布式新能源，并在输送容量、可控性及提高供电质量等方面具有更好的性能，可以有效提高电能质量、减少电力电子换流器的使用、降低电能损耗和运行成本。[0003]虽然直流配电网可以解决交流配电网面临的诸多问题，然而其本身的特点造成故障区域难以定位。首先，直流配电网往往需要电力电子换流器将交流电变换为直流电，然而直流系统故障发生后，电力电子换流器因其较差的故障穿越能力，在极短时间内便会自闭锁，造成故障的难以定位;其次，直流配电系统内会接入多种分布式新能源以及负荷，新能源以及负荷电容在故障发生时均会向故障点提供故障电流，易导致保护装置的误判断;最后，相较于交流系统，直流电流没有自然的过零点，越早切除故障，故障电流便越小，则越有利于直流断路器快速灭弧以及一次设备的保护。因此，直流配电网对于直流保护在速动性和可靠性上提出了更高的要求。[0004]现有直流配电网中的直流保护只是采集所在开关间隔的电流，当故障电流达到阈值，经保护动作延时后，直流保护动作将故障切除。首先，故障发生后，故障电流往往会快速触发电力电子换流设备的自闭锁，在尚未达到保护动作延时前，故障电流可能便己消失，直流保护装置无法实现故障判断;其次，当直流配电网内出现短路点，系统内的换流设备、分布电源甚至是负荷电容均会向该短路点供给故障电流，各个开关上的保护装置甚至均会检测到故障电流，无选择性的过流保护动作易造成停电范围的扩大化;最后，过流保护只能实现故障的切除，由于不能判断出故障区间因此无法实现故障的完全隔离，使得直流配电网难以实现故障后的快速自愈。发明内容[0005]本发明的目的，在于提供一种直流配电网系统的保护方法，当直流配电网系统发生故障后，保护装置可以对故障区域进行快速定位及标记，进而完成故障的正确切除和隔离。[0006]为了达成上述目的，本发明的解决方案是：[0007]一种直流配电网系统的保护方法，包括如下步骤：[0008]1直流配电网系统内的每个直流开关均配置一台保护装置；[0009]2所有保护装置接入通信交互平台；[0010]⑶保护装置检测直流配网系统故障时流经开关的电流大小以及方向；[0011]⑷保护装置将故障信息上送到通信交互平台；[0012]5检测到故障电流的保护装置从通信交互平台获取其他保护装置发送的故障信息，并结合本开关以及相邻开关保护装置的故障信息对故障区域进行对比判断，完成故障的定位、切除以及隔离。[0013]上述步骤（1中，直流配电网系统分为正极系统和负极系统，直流配电网的直流开关则可按照所属系统极性分为正极开关和负极开关，正极开关和负极开关上均配置一台保护装置。所有正极开关上的保护装置称为同正极保护装置;所有负极开关上的保护装置称为同负极保护装置。。[0014]上述步骤（2中，通信交互平台是直流配电网系统开关上保护装置之间用于信息传递的通道。所有直流配电网开关上保护装置均接入通信交互平台，实现直流配电网内保护装置之间的信息共享。[0015]上述步骤⑶中，直流配电网系统开关上保护装置采集流过本开关的直流电流;故障发生时，开关上保护装置检测到直流电流大于设定的电流阈值，经延时启动并触发电流方向判断。[0016]上述步骤3中，电流采集单元的正极性段靠近母线侧，若故障电流流入母线，则故障电流判断为正向电流;若故障电流流出母线，则故障电流判断为反向电流。[0017]上述步骤4中，故障发生后，保护装置将判断出的故障信息包括故障电流大小、方向等故障特征信息上送至通信交互平台。[0018]上述步骤5中，正极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同正极保护装置发出的故障信息;负极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同负极保护装置发出的故障信息;非同极保护装置之间无需进行信息交互。[0019]上述步骤⑸中，保护装置检测到故障电流大于设定的电流阈值后启动故障判断，保护装置根据自身以及获取的相邻开关的故障电流方向，对故障区域进行判断标记。保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相同，则判断故障为区内故障;保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相反，则判断故障为区外故障。[0020]进一步讲，当母线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，同母线其他进出线开关保护装置没有检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区内故障，母线进线开关动作将故障切除和隔离;其中：所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。[0021]进一步讲，当出线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，故障所在出线开关保护装置检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区外故障，故障所在出线开关保护装置判断为区内故障，出线开关动作将故障切除和隔离;其中:所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。[0022]采用上述方案后，本发明的有益效果是:本保护方案可以在短时间内对故障区域进行正确判断，即使电力电子设备发生自闭锁也可以在这之前对故障区域完成标记;通过故障区域的判断，保护装置可以进行有选择性的跳闸，进而完成故障的正确切除和隔离。本方案不仅提升了直流配电网保护的可靠性，而且为系统的快速自愈提供有利的条仵。附图说明[0023]图1是直流配电网典型架构图；[0024]图中，a-电力电子换流器，b_直流母线，c-隔离开关，d-直流断路器；[0025]图2是本发明保护方案的组网示意图；[0026]图3是本发明保护逻辑示意图。[0027]图中，e-电流保护启动，f-本间隔电流流向，g_相邻间隔电流流向，h-“异或”逻辑，i-“与”门操作逻辑，j-定时限延时逻辑，k-保护跳闸和联跳输出。具体实施方式[0028]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。[0029]图1所示为直流配电网典型架构图；本发明提供的一种直流配电网系统的保护方法，包括如下步骤：[0030]1直流配电网系统内的每个直流开关均配置一台保护装置；[0031]2所有保护装置接入通信交互平台；[0032]3保护装置检测直流配网系统故障时流经开关的电流大小以及方向；[0033]⑷保护装置将故障信息上送到通信交互平台；[0034]5检测到故障电流的保护装置从通信交互平台获取其他保护装置发送的故障信息，并结合本开关以及相邻开关保护装置的故障信息对故障区域进行对比判断，完成故障的定位、切除以及隔离。[0035]上述步骤（1中，直流配电网系统分为正极系统和负极系统，直流配电网的直流开关则可按照所属系统极性分为正极开关和负极开关，正极开关和负极开关上均配置一台保护装置。所有正极开关上的保护装置称为同正极保护装置;所有负极开关上的保护装置称为同负极保护装置。。[0036]上述步骤（2中，通信交互平台是直流配电网系统开关上保护装置之间用于信息传递的通道。所有直流配电网开关上保护装置均接入通信交互平台，实现直流配电网内保护装置之间的信息共享。[0037]上述步骤⑶中，直流配电网系统开关上保护装置采集流过本开关的直流电流;故障发生时，开关上保护装置检测到直流电流大于设定的电流阈值，经延时启动并触发电流方向判断。[0038]上述步骤3中，电流采集单元的正极性段靠近母线侧，若故障电流流入母线，则故障电流判断为正向电流;若故障电流流出母线，则故障电流判断为反向电流。[0039]上述步骤4中，故障发生后，保护装置将判断出的故障信息包括故障电流大小、方向等故障特征信息上送至通信交互平台。[0040]上述步骤5中，正极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同正极保护装置发出的故障信息;负极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同负极保护装置发出的故障信息;非同极保护装置之间无需进行信息交互。[0041]上述步骤5中，保护装置检测到故障电流大于设定的电流阈值后启动故障判断，保护装置根据自身以及获取的相邻开关的故障电流方向，对故障区域进行判断标记。保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相同，则判断故障为区内故障;保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相反，则判断故障为区外故障。[0042]进一步讲，当母线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，同母线其他进出线开关保护装置没有检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区内故障，母线进线开关动作将故障切除和隔离;其中:所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。[0043]进一步讲，当出线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，故障所在出线开关保护装置检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区外故障，故障所在出线开关保护装置判断为区内故障，出线开关动作将故障切除和隔离;其中:所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。[0044]以下详细介绍本发明中所述的通信交互平台，通信交互平台作为直流配电网系统内的保护装置之间信息交互的渠道，可实时传输保护装置判断出的故障电流大小、方向等故障信息以及保护装置之间的联跳信号，为故障判别、故障定位以及故障隔离提供可靠、有效的实现途径。平台可采用过程层GOOSE网络、站控层GOOSE网络或者通讯网络等方式实现。[0045]本发明所述的检测到故障电流的保护装置从通信交互平台获取其他保护装置发送的故障信息。首先，保护装置将检测的流经所在开关电流与预先设定的故障电流判定门槛进行比较，只有当检测电流大于故障电流判定门槛，才可以认定为故障电流。由于系统阻抗在故障状态下会远小于正常状态，导致故障电流远大于正常负荷电流，因此故障电流判定门槛可设置为最大负荷电流的1.4倍;其次，不同于交流供电系统，直流配电网通常有正负零三极，直流配电网则可分为正极系统和负极系统，正极系统和负极系统相互独立。当正极系统内设备发生故障，由于故障电流只存在于正极系统，因此只需要同正极保护装置之间传递故障信息便可以完成故障区域的判别。负极系统发生故障亦然。图2所示为本发明保护方案的组网示意图。[0046]为了阐述本发明的保护方法，特根据图1典型直流配电网举出以下实施例，但该直流配电网结构仅作为本发明思想的一种实现形式，对于与其类似的供电系统结构，本发明同样适用。本保护方法处理直流配电网故障分析如下：[0047]1图1中的K1点发生故障即正极母线故障，正极母线进线开关Al、A3、A4保护装置均能检测到电流，且电流大于故障电流判定阈值，保护装置随即启动电流方向判断，A1、A3、A4保护装置检测到故障电流均为正向电流，正极母线上其他开关A6保护装置未检测到流出母线的故障电流，则此故判断障为Al、A3、A4的区内故障。A1、A3、A4开关动作将故障切除，并联跳A6实现故障的完全隔离；[0048]2图1中的K2点发生故障即负极出线故障，负极母线进线开关A2、出线开关A5保护装置均能检测到电流，且电流大于故障电流判定阈值，保护装置随即启动电流方向判断，A2保护装置检测到故障电流为正向电流，A5保护装置检测到故障电流为反向电流，则此故障判断为A2的区外故障，A5的区内故障。A5保护动作将故障切除。图3所示为本发明保护逻辑示意图。[0049]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，本保护方案中多端通信交互平台可通过交换机构建也可通过其他通信设备实现;保护装置与多端通信交互平台的连接可以是光纤或者其他介质；多端通信交互平台可以由统一的设备实现也可以采用多设备的级联构建;保护装置可根据实际电流采集单元的极性对电流流向的正负自行定义;保护装置之间不仅可以利用多端通信交互平台传递电流流向判断信息和联跳信号，还可以传递电流、电压、功率等信息。凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

权利要求：1.一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：1直流配电网系统内的每个直流开关均配置一台保护装置；2所有保护装置接入通信交互平台；3保护装置检测直流配网系统故障时流经开关的电流大小以及方向；⑷保护装置将故障信息上送到通信交互平台；5检测到故障电流的保护装置从通信交互平台获取其他保护装置发送的故障信息，并结合本开关以及相邻开关保护装置的故障信息对故障区域进行对比判断，完成故障的定位、切除以及隔离。2.如权利要求1所述的一种直'流配电网系统的保护方'法，其特征在于:所"述步骤1中，所述直流配电网系统分为正极系统和负极系统，直流配电网的直流开关按照所属系统极性分为正极开关和负极开关，正极开关和负极开关上均配置一台保护装置;所有正极开关上的保护装置称为同正极保护装置;所有负极开关上的保护装置称为同负极保护装置。3.如权利要求1所述的一种直流配电网系统的保护方'法，其特征在于:所述步骤2中，所述通信交互平台是直流配电网系统开关上保护装置之间用于信息传递的通道，所有直流配电网开关上保护装置均接入通信交互平台，实现直流配电网内保护装置之间的信息共孚。4.如权利要求1所述的一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于，所述步骤3具体为，直流配电网系统开关上保护装置采集流过本开关的直流电流;故障发生时，开关上保护装置检测到直流电流大于设定的电流阈值，经延时启动并触发电流方向判断。5.如权利要求4所述的一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于，所述步骤3中，电流采集单元的正极性段靠近母线侧，若故障电流流入母线，则故障电流判断为正向电流；若故障电流流出母线，则故障电流判断为反向电流。6.如权利要求1所述的一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于:所述步骤4中，故障发生后，保护装置将判断出的故障信息上送至通信交互平台，所述故障信息包括故障电流大小、方向。7.如权利要求2所述的一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于:所述步骤5中，正极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同正极保护装置发出的故障信息；负极开关保护装置通过通信交互平台获取其他同负极保护装置发出的故障信息;非同极保护装置之间无需进行信息交互。8.如权利要求1所述的一种直流配电网系统的保护方法，其特征在于:所述步骤5中，保护装置检测到故障电流大于设定的电流阈值后启动故障判断，保护装置根据自身以及获取的相邻开关的故障电流方向，对故障区域进行判断标记;保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相同，则判断故障为区内故障;保护装置所在开关与其相邻开关流经的故障电流流向相反，则判断故障为区外故障。9.如权利要求8所述的一种直流配网电系统的保护方法，其特征在于：当母线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，同母线其他进出线开关保护装置没有检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区内故障，母线进线开关动作将故障切除和隔离;其中：所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。110.如权利要求8所述的一种直流配网电系统的保护方法，其特征在于：当出线发生故障，母线进线开关保护装置检测直流电流大于电流阈值，且电流为正向电流，同时对比从通信交互平台获取的同母线其他进出线开关保护装置的故障信息，故障所在出线开关保护装置检测到反向电流，则母线进线开关保护装置判断为区外故障，故障所在出线开关保护装置判断为区内故障，出线开关动作将故障切除和隔离;其中:所述正向电流为故障电流流入母线方向，所述反向电流为故障电流流出母线方向。

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