一种直流配电网快速切除方法及系统与流程

1.本发明涉及配电网故障保护技术领域，特别涉及一种直流配电网快速切除方法及系统。


背景技术：

2.20世纪末，随着直流供电技术的发展，尤其是电力半导体技术的发展，直流供电技术和直流电器产品克服了原有缺点，并在某些领域重新取得了技术经济优势。另外，随着各国对节能减排和能源综合利用的需要，分布式能源系统因变负荷灵活、较低的初投资、供电可靠、较小的输电损失和适合可再生能源应用等特点而越来越受到重视。分布式电源的普及能够极大地促进直流配电网的发展，其最根本的原因在于分布式电源并入直流配电网可以节省大量的换流器件。所以，与交流配电网相比，直流配电网在提高供电半径和容量、降低线路成本、便于分布式电源接入、提高系统效率等方面具有显著的技术和经济优势。
3.直流配电网在运行状态下，如果某处发生短路故障，由于直流故障阻尼小、故障电流大、上升速度快等特点。对直流系统保护的快速性、直流断路器的开断能力以及动作时间提出了苛刻的要求。然而，由于直流故障电流不存在过零点而导致熄弧困难，目前大容量的直流断路器应用尚不成熟。而且，由于直流系统阻尼较小，直流故障发生后故障电流上升速度很快，一般在几个毫秒之内就会上升到过流峰值，这对保护方案的动作速度提出了很高的要求。如果直流断路器无法快速动作切除故障，甚至会导致交流侧三相短路或续流二极管过流严重。当潮流控制器监测到故障电流时，会跳开断路器，切断交流电网向直流配电网供电，继而引起直流配电网系统的黑启动，对整个直流配电网系统造成冲击和破坏。
4.目前为了解决以上问题，在直流配电网系统中，通过配置低压直流母线保护和低压线路保护装置，来保证故障的快速切除。这种低压直流保护装置的配置在一定程度上可以保证直流配电网系统的稳定运行，但存在建设成本太高、通信复杂等问题，不利于直流配电网的推广应用。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种直流配电网快速切除方法及系统，通过提供较大容量的储能电池供电离网运行，无需配置低压直流保护装置，使直流故障处的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件，达到故障快速切除的目的。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种直流配电网快速切除方法，直流配电网与交流电网通过潮流控制器进行交直流转换，分布式电源、大容量储能电池和负荷接入直流母线，包括如下步骤：
7.基于所述潮流控制器检测所述直流配电网的故障电流信号；
8.依据所述故障电流信号，控制所述大容量储能电池与所述直流配电网直接连接，并关断所述潮流控制器；
9.识别并切除与所述故障电流信号对应的故障负荷支路，通过所述大容量储能电池
供电离网运行，使所述故障负荷支路的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件。
10.进一步地，所述控制所述大容量储能电池与所述直流配电网直接连接并关断所述潮流控制器，包括：
11.依据所述故障电流信号向所述大容量储能电池的直连断路器发送遥控合闸信号，闭合所述直连断路器；
12.向所述潮流控制器断路器和所述大容量储能电池的间连断路器发送分闸信号，断开所述潮流控制器断路器和所述间连断路器；
13.其中，所述大容量储能电池通过所述直连断路器与所述直流配电网直接连接，其还通过dc/dc转换模块和所述间连断路器与所述直流配电网连接。
14.进一步地，所述识别并切除故障对应的负荷支路之后，还包括：
15.接收所述负荷支路的直流断路器断开状态反馈信号；
16.闭合所述潮流控制器和所述大容量储能电池的间连断路器；
17.断开所述大容量储能电池的直连断路器。
18.进一步地，所述大容量储能电池的容量为所述直流配电网系统负荷的预设倍数。
19.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种直流配电网快速切除系统，直流配电网与交流电网通过潮流控制器进行交直流转换，分布式电源、大容量储能电池和负荷接入直流母线，包括：
20.故障检测模块，其用于基于所述潮流控制器检测所述直流配电网的故障电流信号；
21.故障控制模块，其用于依据所述故障电流信号，控制所述大容量储能电池与所述直流配电网直接连接，并关断所述潮流控制器；
22.所述故障控制模块还用于识别并切除与所述故障电流信号对应的故障负荷支路，通过所述大容量储能电池供电离网运行，使所述故障负荷支路的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件。
23.进一步地，所述故障控制模块包括：
24.第一控制单元，其用于依据所述故障电流信号向所述大容量储能电池的直连断路器发送遥控合闸信号，闭合所述直连断路器；
25.第二控制单元，其用于向所述潮流控制器断路器和所述大容量储能电池的间连断路器发送分闸信号，断开所述潮流控制器断路器和所述间连断路器；
26.其中，所述大容量储能电池通过所述直连断路器与所述直流配电网直接连接，其还通过dc/dc转换模块和所述间连断路器与所述直流配电网连接。
27.进一步地，所述直流配电网快速切除系统还包括：故障恢复模块，其包括：
28.信号接收单元，其用于接收所述负荷支路的直流断路器断开状态反馈信号；
29.第三控制单元，其用于闭合所述潮流控制器和所述大容量储能电池的间连断路器；
30.第四控制单元，其用于断开所述大容量储能电池的直连断路器。
31.进一步地，所述大容量储能电池的容量为所述直流配电网系统负荷的预设倍数。
32.相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器
执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上述任一直流配电网快速切除方法。
33.相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一直流配电网快速切除方法。
34.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
35.通过提供较大容量的储能电池供电离网运行，无需配置低压直流保护装置，使直流故障处的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件，达到故障快速切除的目的。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的直流配电网系统结构图；
37.图2是本发明实施例提供的直流配电网快速切除方法流程图；
38.图3是本发明实施例提供的直流配电网离网运行状态示意图；
39.图4是本发明实施例提供的直流配电网故障切除后系统运行示意；
40.图5是本发明实施例提供的直流配电网快速切除系统模块框图；
41.图6是本发明实施例提供的故障控制模块框图；
42.图7是本发明实施例提供的故障恢复模块框图。
43.附图标记：
44.1、故障检测模块，2、故障控制模块，21、第一控制单元，22、第二控制单元，3、故障恢复模块，31、信号接收单元，32、第三控制单元，33、第四控制单元。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
46.请参照图1、图2、图3和图4，本发明实施例的第一方面提供了一种直流配电网快速切除方法，直流配电网与交流电网通过潮流控制器进行交直流转换，分布式电源、大容量储能电池和负荷接入直流母线，包括如下步骤：
47.步骤s100，基于潮流控制器检测直流配电网的故障电流信号。
48.步骤s200，依据故障电流信号，控制大容量储能电池与直流配电网直接连接，并关断潮流控制器。
49.步骤s300，识别并切除与故障电流信号对应的故障负荷支路，通过大容量储能电池供电离网运行，使故障负荷支路的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件。
50.进一步地，步骤s200，控制大容量储能电池与直流配电网直接连接并关断潮流控制器，包括：
51.步骤s210，依据故障电流信号向大容量储能电池的直连断路器发送遥控合闸信号，闭合直连断路器。
52.步骤s220，向潮流控制器断路器和大容量储能电池的间连断路器发送分闸信号，断开潮流控制器断路器和间连断路器。
53.其中，大容量储能电池通过直连断路器与直流配电网直接连接，其还通过dc/dc转换模块和间连断路器与直流配电网连接。
54.进一步地，步骤s300中的识别并切除故障对应的负荷支路之后，还包括：
55.步骤s410，接收负荷支路的直流断路器断开状态反馈信号。
56.步骤s420，闭合潮流控制器和大容量储能电池的间连断路器。
57.步骤s430，断开大容量储能电池的直连断路器。
58.进一步地，大容量储能电池的容量为直流配电网系统负荷的预设倍数。优选的，大容量储能电池的容量为直流配电网系统负荷的2倍。
59.正常情况下，直流配电网通过潮流控制器和交流电网相连并网运行，与交流电网进行功率交换；当检测到直流配电网出现短路故障时，由潮流控制器发送故障信息至监控系统，监控系统发送分合闸指令，由并网状态切换为离网状态，由储能电池为直流配电网系统供电。离网运行状态图如附图3所示。
60.直流配电网系统，当发生直流短路故障时，故障电流会在5-10ms到达峰值，40ms趋近于1.5in，峰值电流可达15in。而直流断路器的短路保护范围为5in～10in，时间100ms，所以无法及时动作切除故障。结果导致潮流控制器检测到故障电流跳开断路器，切断交流电网向直流配电网供电，引起直流配电网系统的黑启动，对整个直流配电网系统造成冲击和破坏。同时，给故障定位及切除带来很大的困难。
61.针对并网状态下直流故障阻尼小、故障电流大、故障电流上升速度快，直流断路器的开断能力以及动作时间无法满足，不能快速切除故障等问题。选配大容量储能系统离网运行，可以使直流故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件，保证故障的快速切除。
62.当直流故障切除后，监控系统发送分合闸指令，由离网状态切换回并网状态。故障切除后系统运行图如附图4所示。
63.在本发明实施例的一个具体实施方式中，上述步骤如下：
64.1)潮流控制器通过监测故障电流发现故障，上送至监控系统；
65.2)监控系统发送遥控合闸命令，闭合断路器b2。
66.3)监控系统发送遥控分闸命令，断开断路器b1、b4。
67.上述断路器b2为大容量储能电池的直连断路器，断路器b1为潮流控制器断路器，断路器b4为大容量储能电池的间连断路器。
68.离网运行状态图如附图3所示。
69.在离网状态下，直流断路器b5识别故障并断开；
70.1)监控系统收到直流断路器b5断开状态反馈；
71.2)监控系统发送遥控合闸命令，闭合断路器b1、b4；
72.3)监控系统发送遥控分闸命令，断开断路器b2；
73.4)故障切除后，监控系统通过分合闸操作，由离网状态恢复并网状态。如附图4所示。
74.上述断路器b5为故障负荷支路中的直流断路器。
75.相应地，请参照图5，本发明实施例的第二方面提供了一种直流配电网快速切除系统，直流配电网与交流电网通过潮流控制器进行交直流转换，分布式电源、大容量储能电池和负荷接入直流母线，包括：
76.故障检测模块1，其用于基于潮流控制器检测直流配电网的故障电流信号。
77.故障控制模块2，其用于依据故障电流信号，控制大容量储能电池与直流配电网直接连接，并关断潮流控制器。
78.故障控制模块2还用于识别并切除与故障电流信号对应的故障负荷支路，通过大容量储能电池供电离网运行，使故障负荷支路的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件。
79.进一步地，请参照图6，故障控制模块2包括：
80.第一控制单元21，其用于依据故障电流信号向大容量储能电池的直连断路器发送遥控合闸信号，闭合直连断路器；
81.第二控制单元22，其用于向潮流控制器断路器和大容量储能电池的间连断路器发送分闸信号，断开潮流控制器断路器和间连断路器；
82.其中，大容量储能电池通过直连断路器与直流配电网直接连接，其还通过dc/dc转换模块和间连断路器与直流配电网连接。
83.进一步地，请参照图7，直流配电网快速切除系统还包括：故障恢复模块3，其包括：
84.信号接收单元31，其用于接收负荷支路的直流断路器断开状态反馈信号；
85.第三控制单元32，其用于闭合潮流控制器和大容量储能电池的间连断路器；
86.第四控制单元33，其用于断开大容量储能电池的直连断路器。
87.进一步地，大容量储能电池的容量为直流配电网系统负荷的预设倍数。
88.相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器连接的存储器；其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如上述任一直流配电网快速切除方法。
89.相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一直流配电网快速切除方法。
90.本发明实施例旨在保护一种直流配电网快速切除方法及系统，具备如下效果：
91.通过提供较大容量的储能电池供电离网运行，无需配置低压直流保护装置，使直流故障处的故障电流暂态特性满足直流断路器的动作条件，达到故障快速切除的目的。
92.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
93.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
94.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
95.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
96.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。