电动汽车快速充电站的故障保护方法及装置与流程

本发明涉及电学领域，具体而言，涉及一种电动汽车快速充电站的故障保护方法及装置。

背景技术：

发展电动汽车是贯彻国家能源战略的重大举措之一，电动汽车充换电站的建设是其重要组成部分，其电气设计与继电保护配置等都处在探索阶段。充电站的充电形式多样，电池种类丰富，对应的充电电压、电流及电气变化量都不尽相同，并且在充电的过程中存在非线性负荷，将产生大量的谐波，这些都会对继电保护装置的正确动作提出困难。

在相关技术中，针对电动汽车接入的保护，大多数是基于交流供配电系统考虑，将其作为新型分布式电源接入微网进行保护配置。另外，电动汽车快速充电也是电动汽车发展的一个大方向，然而新的供电方式也将使得充电站的故障特性大为不同，原有配置策略并不完全适用，相关保护研究亟待开展。在一些相关技术中，虽然建立了一个多端直流节点为电动汽车充电并对其故障特性和故障配置进行分析，但只列出了保护类型，并未针对提出较为合理的直流保护策略。

电动汽车充换电站的电气设计、继电保护配置等都处在探索阶段。现有正在运营中的电动汽车充电站里，由于存在功能不完全一致、电气设备不尽相同的情况，继电保护配置方案均是针对现场实际情况制定的，因此在实际工程中还需要继电保护专业人员对继电保护配置方案进行相应调整，专业性太强。

因此，在相关技术中，仅仅依据单一的继电保护对充电站进行故障保护时，已经不能满足充电站故障保护的要求。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电动汽车快速充电站的故障保护方法及装置，以至少解决在相关技术中，仅仅依据单一的继电保护对充电站进行故障保护时，已经不能满足充电站故障保护的要求的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电动汽车快速充电站的故障保护方法，包括：获取电动汽车快速充电站的故障结构点的故障特征；根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置保护策略；根据配置的所述保护策略，对所述电动汽车快速充电站的所述故障结构点进行故障保护。

可选地，在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为交流侧结构的情况下，根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置所述保护策略包括：在获取的故障特征为引起直流母线电压下降或者纹波增大的情况下，对所述交流侧结构配置所述保护策略包括：为所述交流侧结构设置电压保护，电流保护和频率保护，以及为所述交流侧结构设置反方向电流保护。

可选地，在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为直流侧结构的情况下，根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置所述保护策略包括：在获取的故障特征为直流电压迅速下降后趋于稳态值，直流电流迅速上升后趋于稳态值，以及交流侧出现三相对称的过电流的情况下，对所述直流侧结构配置所述保护策略包括：为所述直流侧结构设置电流主保护，设置电压后备保护。

可选地，在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为换流器结构的情况下，根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置所述保护策略包括：在获取的故障特征为电容放电导致电流过快增大的情况下，对所述换流器结构配置所述保护策略包括：为所述换流器结构设置过电流保护，在所述换流器结构的电容上添加电容直流断路器用于进行电流保护。

可选地，在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为储能系统结构的情况下，根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置所述保护策略包括：在获取的故障特征为故障电流增大以及故障电流中的谐波含量增大的情况下，对所述储能系统结构配置所述保护策略包括：为所述储能系统结构设置电压保护，电流保护，频率保护和谐波保护，以及为所述储能系统结构设置电流方向保护作为后备保护。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车快速充电站的故障保护装置，包括：获取模块，用于获取电动汽车快速充电站的故障结构点的故障特征；配置模块，用于根据获取的所述故障特征对所述故障结构点配置保护策略；保护模块，用于根据配置的所述保护策略，对所述电动汽车快速充电站的所述故障结构点进行故障保护。

可选地，所述配置模块包括：第一配置单元，用于在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为交流侧结构的情况下，在获取的故障特征为引起直流母线电压下降或者纹波增大的情况下，对所述交流侧结构配置所述保护策略包括：为所述交流侧结构设置电压保护，电流保护和频率保护，以及为所述交流侧结构设置反方向电流保护。

可选地，所述配置模块包括：第二配置单元，用于在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为直流侧结构的情况下，在获取的故障特征为直流电压迅速下降后趋于稳态值，直流电流迅速上升后趋于稳态值，以及交流侧出现三相对称的过电流的情况下，对所述直流侧结构配置所述保护策略包括：为所述直流侧结构设置电流主保护，设置电压后备保护。

可选地，所述配置模块包括：第三配置单元，用于在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为换流器结构的情况下，在获取的故障特征为电容放电导致电流过快增大的情况下，对所述换流器结构配置所述保护策略包括：为所述换流器结构设置过电流保护，在所述换流器结构的电容上添加电容直流断路器用于进行电流保护。

可选地，所述配置模块包括：第四配置单元，用于在所述电动汽车快速充电站的故障结构点为储能系统结构的情况下，在获取的故障特征为故障电流增大以及故障电流中的谐波含量增大的情况下，对所述储能系统结构配置所述保护策略包括：为所述储能系统结构设置电压保护，电流保护，频率保护和谐波保护，以及为所述储能系统结构设置电流方向保护作为后备保护。

在本发明实施例中，采用根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略；并根据配置的保护策略，对电动汽车快速充电站的故障结构点进行故障保护的方式，通过针对故障结构点的故障特征配置的保护策略对故障结构点进行故障保护，达到了对故障结构点有针对性的故障保护的目的，从而实现了对故障结构点准确性高的故障保护的技术效果，进而解决了在相关技术中，仅仅依据单一的继电保护对充电站进行故障保护时，已经不能满足充电站故障保护的要求的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的变流器设备保护示意图；

图3是根据本发明优选实施方式的快速充电站保护方法的示意图；

图4是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置的结构框图；

图5是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图一；

图6是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图二；

图7是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图三；

图8是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图四。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种电动汽车快速充电站的故障保护方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取电动汽车快速充电站的故障结构点的故障特征；

步骤S104，根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略；

步骤S106，根据配置的保护策略，对电动汽车快速充电站的故障结构点进行故障保护。

通过上述步骤，采用根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略；并根据配置的保护策略，对电动汽车快速充电站的故障结构点进行故障保护的方式，通过针对故障结构点的故障特征配置的保护策略对故障结构点进行故障保护，达到了对故障结构点有针对性的故障保护的目的，从而实现了对故障结构点准确性高的故障保护的技术效果，进而解决了在相关技术中，仅仅依据单一的继电保护对充电站进行故障保护时，已经不能满足充电站故障保护的要求的技术问题。

在不同的电动汽车快速充电站的故障结构点出现故障时，会呈现不同的故障特征，依据不同的故障特征可以对故障结构点配置对应的故障保护策略，下面以故障结构点为交流侧结构，直流侧结构，换流器结构以及储能系统结构为例分明进行说明。

例如，交流侧发生对称三相短路故障时，由于故障点电压很低，电路回路可分为两部分：左边回路连接交流电源，短路电流与传统交流故障电流计算方法相同，进入稳态后短路电流大小由暂态阻抗决定。而在故障点右侧的回路中，整流器交流侧电感和直流侧电容放电，形成二阶放电回路，此时充电的EV电池已经通过闭锁DC变流器切断联系，不会向交流故障点反向放电。

而在单相短路、两相短路等不对称交流故障情况下，系统交流侧的电压、电流出现负序分量。电压负序分量会在交流侧引起交流电压幅值的改变，并且经过仍是三相对称的开关函数的调制，会在交流侧和直流侧分别引起奇数次非特征谐波和偶数次非特征谐波。虽然谐波严重，但单相或两相故障时，交流电源仍有电流流向直流侧，直流母线可基本保持电压。

对于更极端的情况，如快充站的配电进线上发生短路故障，则整个充电站都将受到影响。故障线路处于整流器的远端，尤其是变压器的隔离作用，使得直流侧谐波状况大为改善，右侧回路的线路阻抗较大，整流器不易进入闭锁状态，有利于保持直流母线电压稳定。

因此，交流侧故障在直流网络中传播主要是通过引起直流母线电压下降或是纹波增大。且并非所有类型所有位置的故障都会引发直流侧电压剧烈变化，整流器内部开关元件的闭锁保护也可以一定程度上减小影响。

因此，在电动汽车快速充电站的故障结构点为交流侧结构的情况下，根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略包括：在获取的故障特征为引起直流母线电压下降或者纹波增大的情况下，对交流侧结构配置保护策略包括：为交流侧结构设置电压保护，电流保护和频率保护，以及为交流侧结构设置反方向电流保护。

又例如，直流系统故障类型主要分为极间故障和极地故障，位置点可以在充电桩连接线、直流母线、电池内部、DC/DC换流器。

快速充电站中直流线路上任一位置发生极地故障时，由于是不接地系统，故障极的电压会根据接地电阻的大小有所下降，非故障极的电压会略微升高。此时直流系统可继续运行，但需尽快发现故障点，否则若另一极也发生小电阻接地故障时直流系统出现较大的短路电流，影响电动汽车电池正常充电。

而充电支路上发生极间故障时，系统中存在4个故障回路，包括自身电池放电回路、直流储能电容回路、整流回路、其他电池放电回路。

因此，在电动汽车快速充电站的故障结构点为直流侧结构的情况下，根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略包括：在获取的故障特征为直流电压迅速下降后趋于稳态值，直流电流迅速上升后趋于稳态值，以及交流侧出现三相对称的过电流的情况下，对直流侧结构配置保护策略包括：为直流侧结构设置电流主保护，设置电压后备保护。

又例如，对于电力电子设备大量应用的充电站，各换流器的自身保护十分关键，不仅要达到保护设备安全的目的，还需要实现限制流经的故障电流，通常首先采取闭锁开关信号来保护绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称为IGBT)开关器件。此外由故障特性分析可知，电容放电是直流故障后电流增长迅速的主要原因，据此在换流器直流电容上添加基于电容直流断路器装置的电流保护，以更好的限制故障电流峰值，图2是根据本发明实施例的变流器设备保护示意图，如图2中所示的P1C和P2C。并且针对充电站直流母线部分的单个充电支路，通过换流器自身保护与线路断路器的配合实现协同保护。

换流器的过电流闭锁保护可在故障后几十微秒内动作，一般认为故障后立刻闭锁。以IGBT元件正确闭锁动作为研究前提，设置换流器保护和直流线路断路器的动作时间和阈值，其中P2C的整定值需要小于P2+(-)，才能使故障电流峰值被限制在一定范围内。直流线路也采用基于开关元件的固态断路器(Solid State Circuit Breaker，简称为SSCB)，可在ms时间级别内动作。直流故障时变流器端口电流在电容保护作用下避过电流峰值。无电容保护时，流过电容的故障电流会在0.2ms内将达到正常工作电流的十几倍，而加入开关P1C、P2C后，可在电流达到4倍时切断电容电流，削去电流尖峰，使得电流在极短时间内就得到抑制。快速直流电流断路器P1+(-)、P2+(-)因此可在2ms内切断支路故障电流，交流侧的故障电流也得到有效抑制。

因此，在电动汽车快速充电站的故障结构点为换流器结构的情况下，根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略包括：在获取的故障特征为电容放电导致电流过快增大的情况下，对换流器结构配置保护策略包括：为换流器结构设置过电流保护，在换流器结构的电容上添加电容直流断路器用于进行电流保护。

还例如，由于储能装置在外部故障情况下会增大故障电流，同时使得电流中的谐波含量增大。考虑到充电站中的充电负荷变化对储能装置输出功率的影响，可以将谐波作为故障检测特征量，整定值与储能装置并网换流器控制策略有关。另一方面，根据分布式电源与电网互联标准，分布式电源在故障情况下应立刻切断联系，避免造成复杂故障回路，因此储能装置内部通常带有内部保护，包括过电流保护、低电压及电压穿越保护等多种策略，使得储能支路的保护得以简化。因此，储能装置接入电动汽车快充站后，并不要求充电站原有保护配置中的主保护进行改动，可安装电流方向保护作为后备保护；储能支路本身则需要电流、电压、频率及谐波等进行保护综合配置。

即在电动汽车快速充电站的故障结构点为储能系统结构的情况下，根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略包括：在获取的故障特征为故障电流增大以及故障电流中的谐波含量增大的情况下，对储能系统结构配置保护策略包括：为储能系统结构设置电压保护，电流保护，频率保护和谐波保护，以及为储能系统结构设置电流方向保护作为后备保护。

综合上述，充电站的交流部分保护在配网站类负荷标准保护配置基础上进行改进，除电压电流及频率保护外，还应配置反方向电流保护；储能装置支路上可设置过电流为主保护，低电压、谐波变化率保护等作为部分后备保护；直流部分保护配置基于IGBT元件的直流断路器和固态断路器，以电流保护为主保护，直流电压为后备保护。

在充电站交直流保护配置方面，整体上交流保护应作为直流保护的后备保护，充电站内各处检测设备应将检测到的信号均传输至控制中心，制定故障识别及控制保护策略。

基于此，下面对本发明优选实施方式进行说明。

图3是根据本发明优选实施方式的快速充电站保护方法的示意图，如图3所示，电动汽车充电站直流部分的保护方案需在通信良好与直流快速固态断路器正确动作的基础上配置。如图3所示，支路端口和AC/DC换流器直流侧出口的正负极上均安装快速固态断路器(SSCB)，交流侧设置交流断路器(Alternating Current Breaker，简称为ACCB)。各处的电压电流及方向测量装置将本地数据通信传输到远端控制中心进行分析，随后控制中心统一发出跳闸指令。

支路端口的断路器检测本地电压、电流及电流变化率等电气量。基于之前故障特征分析，保护阈值设定为当电流超过正常运行2倍或电压低于正常运行电压的0.8倍时保护启动，等待电流判别信号。

在本发明实施例中，还提供了一种电动汽车快速充电站的故障保护装置，图4是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：获取模块42，配置模块44和保护模块46，下面对该装置进行说明。

获取模块42，用于获取电动汽车快速充电站的故障结构点的故障特征；配置模块44，连接至上述获取模块42，用于根据获取的故障特征对故障结构点配置保护策略；保护模块46，连接至上述配置模块44，用于根据配置的保护策略，对电动汽车快速充电站的故障结构点进行故障保护。

图5是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图一，如图5所示，该配置模块44包括：第一配置单元52，下面对该第一配置单元52进行说明。

第一配置单元52，用于在电动汽车快速充电站的故障结构点为交流侧结构的情况下，在获取的故障特征为引起直流母线电压下降或者纹波增大的情况下，对交流侧结构配置保护策略包括：为交流侧结构设置电压保护，电流保护和频率保护，以及为交流侧结构设置反方向电流保护。

图6是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图二，如图6所示，该配置模块44包括：第二配置单元62，下面对该第二配置单元62进行说明。

第二配置单元62，用于在电动汽车快速充电站的故障结构点为直流侧结构的情况下，在获取的故障特征为直流电压迅速下降后趋于稳态值，直流电流迅速上升后趋于稳态值，以及交流侧出现三相对称的过电流的情况下，对直流侧结构配置保护策略包括：为直流侧结构设置电流主保护，设置电压后备保护。

图7是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图三，如图7所示，该配置模块44包括：第三配置单元72，下面对该第三配置单元72进行说明。

第三配置单元72，用于在电动汽车快速充电站的故障结构点为换流器结构的情况下，在获取的故障特征为电容放电导致电流过快增大的情况下，对换流器结构配置保护策略包括：为换流器结构设置过电流保护，在换流器结构的电容上添加电容直流断路器用于进行电流保护。

图8是根据本发明实施例的电动汽车快速充电站的故障保护装置中配置模块44的优选结构框图四，如图8所示，该配置模块44包括：第四配置单元82，下面对该第四配置单元82进行说明。

第四配置单元82，用于在电动汽车快速充电站的故障结构点为储能系统结构的情况下，在获取的故障特征为故障电流增大以及故障电流中的谐波含量增大的情况下，对储能系统结构配置保护策略包括：为储能系统结构设置电压保护，电流保护，频率保护和谐波保护，以及为储能系统结构设置电流方向保护作为后备保护。

在本发明实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述任意一项的快速充电负荷预测方法。

在本发明实施例中，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的快速充电负荷预测方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。