一种适用于直流配电系统的故障分区方法与流程

本发明属于直流配电领域，特别涉及一种适用于直流配电系统的故障分区方法。

背景技术：

直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负载的是直流母线，直流负载可以直接由直流母线供电，而交流负载需要经过逆变设备后供电，如果负载中直流负载比例较大，直流配电将会有较大优势。直流配电网线损小，可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力强。

但是由于直流配电网结构复杂，覆盖面积大，在配电网出现故障时，需要耗费大量的精力和资源对故障进行筛查维修。而且，检修时间过长，会影响用户正常用电，造成更大的经济损失。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种适用于直流配电系统的故障分区方法，所述分区方法包括：

根据电力系统保护区域的基本划分方法，将直流配电系统分为：交流系统保护区域、换流器保护区域、直流变压器保护区域、直流线路保护区域和设备保护区域；

若所述直流配电系统设备发生故障，根据故障设备的类型，确定所述故障设备所属保护区域；

根据所述故障设备所属保护区域的位置，确定故障设备所在位置，并进行排故处理。

进一步地，所述交流系统保护区域包括：联接变压器、交流配电网、连接变压器阀侧至换流器的交流线路；

所述换流器保护区域包括：换流器；

所述直流变压器保护区域包括：直流变压器以及与直流变压器连接的高低压直流母线；

所述直流线路保护区域包括：直流线路和直流线路上的开关设备；

所述设备保护区域包括：若干组接入所述直流配电系统的电力系统，以及与所述电力系统对应的换流设备。

进一步地，电力系统保护区域的基本划分方法包括：

确定直流配电系统中的被保护对象；

根据被保护对象的功能，确定电力系统保护区域实现的功能；

根据电力系统保护区域实现的功能，对所述直流配电系统进行划分。

进一步地，所述被保护对象包括交流系统、换流器、直流变压器、交流变压器、直流线路和直流母线。

进一步地，所述交流系统保护区域包括第一交流配电网、第一联接变压器和第一交流断路器；所述第一交流配电网通过交流线路和所述第一联接变压器网侧连通，所述第一联接变压器阀侧通过交流线路和所述第一交流断路器的一端连通；

所述交流系统保护区域还包括第二交流断路器、第二联接变压器和第二交流配电网；所述第二交流断路器的一端通过交流线路和所述第二联接变压器阀侧连接，所述第二联接变压器的网侧通过交流线路和所述第二交流配电网连接；

所述交流系统保护区域还包括第三交流断路器、第三联接变压器和第三交流配电网；所述第三交流断路器的一端通过交流线路和所述第三联接变压器的阀侧连接，所述第三联接变压器的网侧通过交流线路和所述第三交流配电网连接。

进一步地，所述换流器保护区域包括第一换流器；

所述换流器保护区域还包括第六直流断路器和第二换流器；所述第六直流断路器的一端通过直流线路和所述第二换流器的直流端连接；

所述换流器保护区域还包括第三换流器。

进一步地，所述直流变压器保护区域包括第五直流断路器、直流变压器和直流母线；所述第五直流断路器的一端通过直流线路和所述直流变压器的一端连接，所述直流变压器的另一端通过直流线路和所述直流母线连接。

进一步地，所述直流线路保护区域包括第一直流断路器和第一直流线路；所述第一直流线路的一端和第一直流断路器的一端连接；

所述直流线路保护区域还包括第二直流断路器和第二直流线路；所述第二直流线路的一端和第二直流断路器的一端连接；

所述直流线路保护区域还包括第三直流断路器、第三直流线路、第四直流线路、第五直流线路和第四直流断路器；所述第三直流断路器的一端通过第三直流线路、第五直流线路和第四直流断路器的一端连接；所述第四直流线路的一端连接在第三直流线路和第五直流线路的连接处。

进一步地，所述设备保护区域包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、直流负载和交流负载；所述光伏发电系统、储能系统、充电桩、直流负载和交流负载分别通过电缆和所述直流变压器保护区域中的直流母线连接；每组所述电缆上均设置有直流断路器；所述交流负载和所述直流母线之间设置有换流器。

进一步地，所述交流系统保护区域中的第一交流断路器的另一端通过交流线路和所述换流器保护区域中的第一换流器的交流端连接；

所述第一换流器的直流端通过第一直流线路和所述直流线路保护区域中的第一直流断路器的一端连接；

所述第一直流断路器的另一端通过直流线路和所述直流线路保护区域中的第二直流断路器的一端连接；所述第一直流断路器的另一端通过直流线路和所述直流线路保护区域中的第三直流断路器的另一端连接；

所述第二直流断路器的另一端通过第二直流线路和所述换流器保护区域中的第六直流断路器的另一端连接；

所述换流器保护区域中的第二换流器的交流端通过交流线路和所述交流系统保护区域中的第二交流断路器的另一端连接；

所述直流线路保护区域中的第四直流线路的另一端和所述直流变压器保护区域中的第五直流断路器的另一端连接；所述直流线路保护区域中的第四直流断路器的另一端通过直流线路和所述换流器保护区域中的第三换流器的直流端连接；

所述第三换流器的交流端通过交流线路和所述交流系统保护区域中的第三交流断路器的另一端连接。

本发明提供的分区方法将一个覆盖面积庞大的直流配电系统划分成若干个保护区域，根据故障设备类型快速定位故障设备所在保护区域位置，从而快速排故。提高了直流配电系统的故障保护效果，便于对直流配电系统进行监管，提高排除故障的效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的直流配电系统分区示意图；

图2示出了根据本发明实施例的柔性直流配电系统保护区域划分示意图。

图中：1第一电站、2第一换流站、3中间开关站、4第二换流站、5第二电站、6第三换流站、7中间降压换流站、8第三电站。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。

本发明提供了一种适用于直流配电系统的故障分区方法，所述分区方法包括：

根据电力系统保护区域的基本划分方法，将直流配电系统分成：交流系统保护区域、换流器保护区域、直流变压器保护区域、直流线路保护区域和设备保护区域；

若所述直流配电系统设备发生故障，根据故障设备的类型，确定所述故障设备所属保护区域；

根据所述故障设备所属保护区域的位置，确定故障设备所在位置，并进行排故处理。

具体的，在对直流配电系统进行保护区域划分前，需要确定该直流配电系统中的被保护对象。示例性的，直流中压配电系统中被保护对象可以分为交流系统、换流器、直流变压器、直流线路、直流母线等几个不同部分。其中，交流系统是指与换流器相连的交流电覆盖部分，包括联接变压器、交流配电网、联接变压器阀侧至换流器的交流线路等；换流器是指连接在交流系统与直流系统之间的电压源换流器；直流变压器指连接在不同电压等级直流系统之间的换流器。

直流配电系统中的被保护对象确定完成后，根据电力系统保护区域的基本划分方法，简化保护配置为分区目标，即以被保护对象作为保护区域的具体保护目标，简化各保护目标之间的连接关系以及其它连接设备。根据各保护目标实现的功能，如图1所示，示例性的，可将直流中压配电系统划分成5个但不限于5个保护区域，5个保护区域分别是交流系统保护区域、换流器保护区域、直流变压器保护区域、直流线路保护区域和设备保护区域。

具体的，交流系统保护区域包括变压器、交流配电网、连接变压器阀侧至换流器的交流线路；换流器保护区域包括换流器；直流线路保护区域包含线路本体和两侧的直流开关设备；直流变压器保护区域包括直流变压器以及与直流变压器连接的高低压直流母线；设备保护区域包括直流配电系统接入的各类设备或系统，例如：交流负载、直流微电网、储能系统等。具体的，接入直流配电系统中的电气设备或电力系统，以及设备保护区域中对应的换流设备，均属于直流配电系统保护配置范围内。

图2示出了根据本发明实施例的柔性直流配电系统保护区域划分示意图。示例性的，如图2所示，以第一电站1、第一换流站2、中间开关站3、第二换流站4、第二电站5、第三换流站6和中间降压换流站7之间构成的直流中压配电系统为例进行示例性说明。

根据电力系统保护区域的基本划分方法，将该直流中压配电系统划分成十一个保护区。其中：

保护区一包括第一交流配电网ac1、第一联接变压器t1和第一交流断路器acb1。其中，第一交流配电网ac1设置在第一电站1处，第一交流断路器acb1设置在第一换流站2处，第一联接变压器t1设置在第一电站1和第一换流站2之间。具体的，第一交流配电网ac1通过交流线路和第一联接变压器t1网侧连通，第一联接变压器t1阀侧通过交流线路和第一交流断路器acb1的一端连通，第一交流断路器acb1的另一端和第一换流站2的第一换流器vsc1的交流端连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区一是交流系统保护区域。

保护区二包括第一换流器vsc1。其中，第一换流器vsc1设置在第一换流站2处，第一换流器vsc1的功率为10mw。具体的，第一换流器vsc1的交流端通过电缆和第一交流断路器acb1的一端连接；第一换流器vsc1的直流端通过第一直流线路l1和中间开关站3中的第一直流断路器dcb1的一端连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区二是换流器保护区域。

保护区三包括第一直流断路器dcb1和第一直流线路l1。其中，第一直流断路器dcb1设置在中间开关站3处；第一换流站2和中间开关站3通过第一直流线路l1连接。具体的，第一直流断路器dcb1的一端通过第一直流线路l1和第一换流器vsc1的直流端连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区三是直流线路保护区域。

保护区四包括第二直流断路器dcb2和第二直流线路l2。其中，第二直流断路器dcb2设置在中间开关站3处；中间开关站3和第二换流站4通过第二直流线路l2连接。具体的，第二直流断路器dcb2通过第二直流线路l2和第二换流站4的第六直流断路器dcb6连接。第二直流断路器dcb2和第一直流断路器dcb1电性连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区四是直流线路保护区域。

保护区五包括第六直流断路器dcb6和第二换流器vsc2。其中，第六直流断路器dcb6和第二换流器vsc2均设置在第二换流站4处，第二换流器vsc2的功率为20mw。具体的，第六直流断路器dcb6的一端通过第二直流线路l2和第二直流断路器dcb2连接，第六直流断路器dcb6的另一端通过电缆和第二换流器vsc2的直流端连接，第二换流器vsc2的交流端通过交流线路和第二换流站4中的第二交流断路器acb2连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区五是换流器保护区域。

保护区六包括第二交流断路器acb2、第二联接变压器t2和第二交流配电网ac2。其中，第二交流断路器acb2设置在第二换流站4处，第二交流配电网ac2设置在第二电站5处，第二联接变压器t2设置在第二换流站4和第二电站5之间。具体的，第二交流断路器acb2的一端通过电缆和第二换流器vsc2连接，第二交流断路器acb2的另一端通过交流线路和第二联接变压器t2阀侧连接，第二联接变压器t2的网侧通过交流线路和第二交流配电网ac2连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区六是交流系统保护区域。

保护区七包括第三直流断路器dcb3、第三直流线路l3、第四直流线路l4、第五直流线路l5和第四直流断路器dcb4。其中，第三直流断路器dcb3设置在中间开关站3处；第四直流断路器dcb4设置在第三换流站6处；中间开关站3和第三换流站6通过第三直流线路l3和第五直流线路l5连接；中间开关站3和中间降压换流站7通过第三直流线路l3和第四直流线路l4连接。具体的，中间开关站3内的第一直流断路器dcb1、第二直流断路器dcb2和第三直流断路器dcb3相互电性连接。第三直流断路器dcb3通过第三直流线路l3、第五直流线路l5和第四直流断路器dcb4连接。具体的，第三直流线路l3和第五直流线路l5串联。进一步地，第四直流断路器dcb4通过电缆和第三换流器vsc3的直流端连接。进一步地，第三直流断路器dcb3通过第三直流线路l3、第四直流线路l4和中间降压换流站7中的第五直流断路器dcb5连接。具体的，第三直流线路l3和第四直流线路l4串联。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区七是直流线路保护区域。

保护区八包括第五直流断路器dcb5包括第五直流断路器dcb5、直流变压器dct和375v直流母线。其中，第五直流断路器dcb5、直流变压器dct和375v直流母线均设置在中间降压换流站7处，直流变压器dct的功率是2mw。具体的，第五直流断路器dcb5通过第四直流线路l4、第三直流线路l3和第三直流断路器dcb3连接，第五直流断路器dcb5的另一端通过直流线路和直流变压器dct的高压端连接，直流变压器dct的低压端通过直流线路和375v直流母线连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区八是直流变压器保护区域。

保护区九包括若干组接入系统和接入设备，例如中间降压换流站7内接入的0.7mw的光伏发电系统、1mw的储能系统、1mw的充电桩、0.5mw直流负载和0.5mw交流负载。具体的，每组接入系统或接入设备分别和375v直流母线连接，且每组接入系统或接入设备和375v直流母线之间均设置有直流断路器。进一步地，0.5mw交流负载和375v直流母线之间还设置有功率为500kw的换流器。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区九是设备保护区域。保护区九中，如0.7mw的光伏发电系统、1mw的储能系统、1mw的充电桩、0.5mw直流负载、0.5mw交流负载等电力系统和电气设备，以及0.5mw交流负载和375v直流母线之间设置的功率为500kw的换流器，均属于该直流中压配电系统的设备保护配置范围内。

保护区十包括第三换流器vsc3。其中，第三换流器vsc3设置在第三换流站6处，且第三换流器vsc3的功率为10mw。具体的，第三换流器vsc3通过直流线路和第四直流断路器dcb4连接，第三换流器vsc3阀侧通过交流线路和第三换流站6中的第三交流断路器acb3连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区十是换流器保护区域。

保护区十一包括第三交流断路器acb3、第三联接变压器t3和第三交流配电网ac3。其中，第三交流断路器acb3设置在第三换流站6处；第三交流配电网ac3设置在第三电站8处；第三联接变压器t3设置在第三换流站6和第三电站8之间。具体的，第三交流断路器acb3的一端通过交流线路和第四直流断路器dcb4连接，第三交流断路器acb3的另一端通过交流线路和第三联接变压器t3的一端联接，第三联接变压器t3阀侧通过交流线路和第三交流配电网ac3连接。根据上述保护区域的划分方法可知，保护区十一是交流系统保护区域。

本发明提供的分区方法不限于上述十一个保护区域构成的直流中压配电系统，还适用于其它的直流配电系统。

将一个覆盖面积庞大的直流配电系统划分成若干组保护区域，每个保护区域的功能结构清楚单一。当直流配电系统出现故障时，可根据故障类型，快速确定出现故障的保护区域，根据保护区域位置快速确定故障位置，并进行排故处理。提高了直流配电系统的维护效率，便于对直流配电系统进行管理。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。