一种共直流母线系统故障快速隔离方法与流程

1.本发明涉及配用电领域，尤其涉及一种共直流母线系统故障快速隔离方法。


背景技术：

2.多端直流系统的保护配置方案需要考虑到直流系统故障暂态特点，在确保多端直流系统发生故障时能够快速切断故障电源，保障多端直流系统设备的运行安全，实现保护配置方案的可靠性和快速性。但是在动作速度上，由于多端直流系统采用了大量的电力电子设备，电力电子设备耐受短路电流能力弱，动作速率快，与断路器动作时间难以很好的配合，容易出现保护无法准确动作。因此，如何将电力电子设备的动作时间和断路器动作时间相互有效配合时设计多端直流系统保护方案的难点。
3.多端直流系统可利用的保护手段包括电力电子闭锁，断路器，熔断器等，但是多端直流系统故障瞬间短路电流大，持续时间短，保护上下级难以区分，仅仅依靠单一的保护手段难以形成有效的保护体系。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种适用于直流配电系统的故障分区方法”，其公告号：cn2019107867212，公开了将直流母线系统分区确认故障位置的方法，但是无法根据保护手段判断区域可靠性。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种共直流母线系统故障快速隔离方法，可实现共直流母线系统发生故障时快速可靠的判定故障区域，对故障区域进行隔离，实现直流系统的故障快速判断。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种共直流母线系统故障快速隔离方法，包括如下步骤：s1、将共直流母线系统源、网、荷进行保护分区；s2、根据共直流母线系统结构，对各个区域发生故障后的保护动作进行划分；s3、根据各区域动作后交流侧是否带电，可以可靠区分交流保护区故障与其余保护区故障；s4、当发生单一区域动作，剩余两个区域不动作，按单一区域动作结果判定故障区域；s5、若其余保护区均动作，则按直流母线保护区故障判定；s6、根据各个区域是否配置熔丝，断路器，器件闭锁可以形成分区保护可靠性权重，比较各个区域的保护可靠性权重大小，根据权重大的区域判定故障区域。能够对系统进行分区从而快四判断故障位置，并且通过划分各个区域的可靠性权重解决了实际运行中可能出现的无法判断故障点的问题。
7.作为优选的，直流母线系统包括ac/dc变流设备、直流母线、交流器和负载。
8.作为优选的，s1中保护分区包括：
电子电力阀保护区，保护手段包括电力电子器件闭锁、快速熔断器、交流断路器；负载保护区，保护手段包括电力电子器件闭锁、快速熔断器；直流母线保护区，保护手段包括快速熔断器、直流断路器；交流保护区，保护手段包括反时限交流断路器。便于对故障区域进行隔离，实现直流系统的故障快速判断。
9.作为优选的，s2中各区域故障的保护动作分别包括：电子电力阀保护区故障时、电力电子器件闭锁、切断自身与交流侧与直流侧联系、短路电流降低、直流区域停止供电；负载保护区故障时，电力电子器件闭锁、切断电源点、断开负载与网络的联系、直流区停止供电；直流母线保护区故障时，断开电源、负载跟直流网络的联系、直流母线保护区直流断路器动作、直流区域停止供电；交流保护区故障时，电力电子器件闭锁、切断直流侧与交流侧联系、断开故障电流、直流区域与交流区域均停止供电。简单的逻辑判断便于工程实现，避免复杂的保护系统在实际运行中可能出现的无法判断故障点的问题，提高保护系统的可靠性。
10.作为优选的，保护动作中快速熔断器作为电力电子器件闭锁以及直流母线保护区直流断路器的后备保护动作。
11.作为优选的，s6中可靠性权重包括：设定熔丝，断路器，器件闭锁动作可靠性分别为a、b、c，一般认为a》b》c，若单一区域配置多个保护手段，保护可靠性权重根据配置手段累加。
12.作为优选的，s6还包括：当发生两区域动作时，根据各区域保护动作判定故障区域。
13.本发明的实施方式具有如下优点：（1）可实现共直流母线系统发生故障时快速可靠的判定故障区域，对故障区域进行隔离，实现直流系统的故障快速判断；（2）采用较为简单的逻辑判断便于工程实现，避免复杂的保护系统在实际运行中可能出现的无法判断故障点的问题，提高保护系统的可靠性；（3）能够根据保护手段设定权重，从而判断故障区域，提供了一种没有精确故障位置时的故障快速判断方法。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
15.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
16.图1是典型共直流母线系统示意图。
17.图2是典型共直流母线系统的保护分区示意图。
18.图3为本发明的判断方法流程图。
19.图4为本发明的步骤流程图。
20.图中：1-交流侧；2-变流器；3-负载；4-交流保护区；5-电子阀保护区；6-母线保护区；7-负载保护区。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1-4所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种共直流母线系统故障快速隔离方法。
23.其中，典型共直流母线系统结构如图1所示。共直流母线包括若干ac/dc变流设备、直流母线、直流馈线和直流负载。典型共直流母线系统结构的保护分区如图2所示，分区包括：电力电子阀保护区、负载保护区、直流母线保护区和交流保护区。
24.一种共直流母线系统故障快速隔离方法如图3所示，包括以下步骤：步骤1，将共直流母线系统源、网、荷进行保护分区，一般可分为4个故障区域，各区域常见的保护手段、动作时限和保护需求包括：（1）电力电子阀保护区保护手段：电力电子器件闭锁、快速熔断器、交流断路器；保护时限：电力电子器件闭锁动作时间100us左右，快速熔断器动作时间1~10ms，交流断路器100ms以上；保护需求：电力电子阀保护区主要包含整流器、逆变器和直流变换器，电力电子阀保护区以保护自身元器件故障为主。
25.（2）负载保护区保护手段：电力电子器件闭锁、快速熔断器；保护时限：电力电子器件闭锁动作时间100us左右，快速熔断器动作时间1~10ms；保护需求：负载保护区主要包含直流负载、交流负载，其中负载主要为电动汽车充电桩，因此负载保护也是以保护充电桩自身元器件为主。
26.（3）直流母线保护区保护手段：快速熔断器、直流断路器；保护时限：快速熔断器动作时间1~10ms，直流断路器动作时间10ms以上；保护需求：直流母线保护区主要包含直流母线与直流馈线，直流电缆故障一般为永久性故障，可分为单极接地故障、极间短路故障和断线故障等。
27.（4）交流保护区：（10ms以上）保护手段：反时限交流断路器；保护时限：反时限交流断路器动作时间100ms以上；
保护需求：交流保护区主要包含交流电源和交流变压器。交流系统故障以交流线路短路故障为主，包括单相短路，两相接地／不接地短路以及三相对称短路。
28.各个分区保护按动作速率从快到慢依次为：阀区保护=负载保护《直流网络保护《交流保护。
29.步骤2，根据共直流母线系统结构，对各个区域发生故障后的保护动作进行划分：（1）交流保护区故障当交流保护区发生故障时，首先阀区保护电力电子器件闭锁动作（快速熔断器作为后备），切断直流侧与交流侧的联系避免直流侧向交流侧反向输出短路电流，直流母线保护区和负载保护区不动作，最后由交流保护区动作断开故障电流；直流区域与交流区域均停止供电。
30.（2）电力电子阀保护区故障当电力电子阀保护区发生故障时，首先电力电子阀保护区电力电子器件闭锁动作（快速熔断器作为后备），切断自身与交流侧与直流侧联系，电力电子阀保护区动作后故障点消失，短路电流降低，直流母线保护区、负载保护区、交流保护区均不动作；直流区域停止供电，交流区域无影响。
31.（3）负载保护区故障当负载保护区发生故障时，首先电力电子阀保护区器件闭锁动作（快速熔断器作为后备），切断电源点，其次负载保护区动作，断开负载与网络的联系，交流保护区与直流母线保护区均不动作；直流区域停止供电，交流区域无影响。
32.（4）直流母线保护区故障当直流母线保护区发生故障时，首先电力电子阀保护区动作与负载保护区动作，断开电源、负载跟直流网络的联系，其次直流母线保护区直流断路器动作（快速熔断器作为后备），交流保护区不动作；直流区域停止供电，交流区域无影响。
33.保护动作结果如表1所示，其中1表示动作，0表示不动作。
34.表1 保护动作与故障区域对应表步骤3，由于直流侧故障暂态的瞬时性，发生故障后直流部分的保护可能误动作，但是交流保护区误动作的可能性较低，根据表1动作后交流侧是否带电，可以可靠区分交流保护区故障与其余保护区故障。
35.步骤4，当发生单一区域动作，剩余两个区域不动作，按单一区域动作结果判定故障区域。
36.步骤5，若其余保护区均动作，则按直流母线保护区故障判定。
37.步骤6，当发生两区域动作，根据表1保护动作对应表判定故障区域；若两区域动作结果超出保护动作对应表，则根据各个区域是否配置熔丝，断路器，器件闭锁可以形成分区保护可靠性权重，设定熔丝，断路器，器件闭锁动作可靠性分别为a、b、c，一般认为a》b》c，若单一区域配置多个保护手段，保护可靠性权重根据配置手段累加，比较各个区域的保护可靠性权重，根据权重大的区域判定故障区域。
38.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。