CN106207999A - 一种光伏电站直流侧线路的保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电站直流侧线路的保护方法及装置，保护方法包括以下步骤：1)在多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定；2)将测定的数值信号通过通讯管理模块传输至中央控制器，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块3)当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，保护动作为跳开直流断路器，每一个设置点之间通过信号传递实现保护联动。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电短路保护技术领域，尤其涉及一种光伏电站直流侧线路的保护方法及装置。
背景技术
随着发电成本的降低，光伏发电已经越来越普遍，从百MW的并网光伏电站到几十kW级分布式光伏系统，光伏发电成为新能源利用的一种重要方式。目前光伏发电系统可简单划分为直流侧部分和交流并网部分。直流侧一般由光伏电池组件、直流汇流箱、直流汇流柜、逆变器、直流电缆组成，直流电通过通过逆变器、变压器后并网交流电网。
目前常规的光伏直流侧线路保护方法通常是针对熔断器、直流断路器、绝缘监测和漏电流监测告警为主。但是由于野蛮施工和运维不及时的存在，光伏电站的直流侧保护可能会形同虚设，熔断值过大的直流熔断器、绝缘监测告警混乱造成的告警信息失效、直流断路器无脱扣器等都会造成直流侧线路保护失效，以至于引起事故。本发明在对目前的光伏电站直流侧线路保护的基础上，提出适用于基于信息联动的三级光伏电站直流侧线路保护装置和方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光伏电站直流侧线路的保护方法及装置，解决了现有技术中光伏直流侧线路发生短路故障时，上下级直流断路器之间无法联动保护的技术问题。
本发明采用的技术手段如下：一种光伏电站直流侧线路的保护方法，包括以下步骤：
1)在多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定，每一个设置点之间通过信号传递实现保护联动；
2)将测定的数值信号通过通讯管理模块传输至中央控制器，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块；
3)当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，保护动作为跳开直流断路器。
优选地，在步骤2)中，所述组合检测包括：
a、低压检测：当设置点直流线路电压低于电压定值时，检测结果为短路故障；
b、过流检测：当设置点直流线路电流大于电流定值时，检测结果为短路故障；
c、绝缘阻抗检测：当设置点直流线路绝缘阻抗小于绝缘阻抗定值时，检测结果为短路故障；
d、电压变化率检测：设置点直流线路电压变化率绝对值大于电压变化率定值时，检测结果为短路故障；
e、电流变化率检测：设置点直流线路电流变化率绝对值大于电流变化率定值时，检测结果为短路故障；
所述电压定值时、电流定值时、绝缘阻抗定值时、电压变化率定值、电压变化率定值、电流变化率定值通过中央控制器来设定。
优选地，在步骤1)中，在不需要联动保护的直流断路器之间，可在对应的设置点之间通过联动保护软压板取消联动保护功能。
本发明还提供了一种光伏电站直流侧线路的保护装置，包括：
电源，为光伏电站直流侧线路的保护装置提供电源；
多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定，每一个设置点之间通过信号传递实现直流断路器之间的保护联动；
通讯管理模块，电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别与通讯管理模块通信连接，通讯管理模块将测定的数值信号通过总线传输至中央控制器；
中央控制器，通讯管理模块通过总线与通讯管理模块通信连接，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块；
信号输出模块，信号输出模块通过总线与中央控制器连接，提供保护动作自检的信号开出触点；
跳闸执行模块，跳闸执行模块与信号输出模块连接，当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，跳闸执行模块提供保护动作后的跳闸出口触点，实现跳开直流断路器。
优选地，还包括：
联动保护软压板，在不需要联动保护的直流断路器之间，可在对应的设置点之间通过联动保护软压板取消联动保护功能。
优选地，还包括：
模拟输入模块，将电力系统二次的输出的交流电流、电压作为模拟量输入；
采样模块，采样模块分别与交流输入模块和总线通信连接，采样模块将电力系统二次的输出的交流电流、电压转变为弱电进行采样，将采集的模拟量进行A/D转换；
采样保持电路模块，采样保持电路模块与所述采样模块通信连接，用于保证采集的模拟信号保持不变。
优选地，还包括：
状态量转换模块，状态量转换模块将硬压板、开关辅助触点、GPS脉冲的电学信号转变成数字信号。
优选地，还包括：
人机交互模块，人机互动模块包括键盘、显示器、打印机。
采用本发明所提供的一种光伏电站直流侧线路的保护方法及装置，在光伏直流侧线路保护系统中开发了绝缘监测及保护装置，并首次通过逆变器直流侧保护系统和汇流箱保护控制系统分别进行故障判断，当任一直流断路器执行保护动作时，保护动作进行上下级联动控制，以彻底实现光伏直流侧线路保护。
附图说明
图1为光伏直流侧线路保护系统图；
图2光伏直流侧线路保护动作逻辑图；
图3本发明的一种光伏电站直流侧线路的保护装置的结构示意图；
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种光伏电站直流侧线路的保护方法，包括以下步骤：
1)图1为光伏直流侧线路保护系统图，可在多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定，每一个设置点之间通过信号传递实现保护联动。当然，在不需要联动保护的直流断路器之间，可在对应的设置点之间通过联动保护软压板取消联动保护功能，以避免保护扩大。
2)将测定的数值信号通过通讯管理模块传输至中央控制器，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块，保护动作时，可跳开对应的直流断路器，各个支路相互独立，并且具有独立的数据采集功能，通过对电网内外系统电压、电流的实时数据采集，并通过软件计算出功率、电压变化率、电流变化率、绝缘阻抗。
U、I分别为实时采集的电压、电流，功率的计算公式为：P＝UI
电压变化率计算公式为：U(T1)为T1时刻电压值，U(T0)为T0时刻电压值。
电流变化率计算公式为：I(T1)为T1时刻电流值，I(T1)为T0时刻电流值。
绝缘阻抗计算公式：
3)当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，保护动作为跳开直流断路器。具体的逻辑判断方式如图2所示，所述组合检测包括：
a、低压检测：当设置点直流线路电压低于电压定值时，检测结果为短路故障；
b、过流检测：当设置点直流线路电流大于电流定值时，检测结果为短路故障；
c、绝缘阻抗检测：当设置点直流线路绝缘阻抗小于绝缘阻抗定值时，检测结果为短路故障；
d、电压变化率检测：设置点直流线路电压变化率绝对值大于电压变化率定值时，检测结果为短路故障；
e、电流变化率检测：设置点直流线路电流变化率绝对值大于电流变化率定值时，检测结果为短路故障；
所述电压定值时、电流定值时、绝缘阻抗定值时、电压变化率定值、电压变化率定值、电流变化率定值通过中央控制器来设定，可以根据电网情况设置不同定值。
上述方法通过在光伏直流侧线路保护系统中开发了绝缘监测及保护装置，并首次通过逆变器直流侧保护系统和汇流箱保护控制系统分别进行故障判断，当任一直流断路器执行保护动作时，保护动作进行上下级联动控制，以彻底实现光伏直流侧线路保护。可以根据具体的需要具体判断是否需要设置联动保护功能。
实施例2
如图3所示，一种光伏电站直流侧线路的保护装置，包括：
电源，为光伏电站直流侧线路的保护装置提供电源；可引入直流220V或110V，提供保护装置数字处理所需±5V、±24V、12V弱电。
多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定；
通讯管理模块，电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别与通讯管理模块通信连接，通讯管理模块将测定的数值信号通过总线传输至中央控制器。通讯管理模块还可以提供打印接口和调试用PC接口。
中央控制器，通讯管理模块通过总线与通讯管理模块通信连接，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块，保护动作时，可跳开对应的直流断路器，各个支路相互独立，并且具有独立的数据采集功能，通过对电网内外系统电压、电流的实时数据采集，并通过软件计算出功率、电压变化率、电流变化率、绝缘阻抗。
U、I分别为实时采集的电压、电流，功率的计算公式为：P＝UI
电压变化率计算公式为：U(T1)为T1时刻电压值，U(T0)为T0时刻电压值。
电流变化率计算公式为：I(T1)为T1时刻电流值，I(T1)为T0时刻电流值。
绝缘阻抗计算公式：
信号输出模块，信号输出模块通过总线与中央控制器连接，提供保护动作自检的信号开出触点；
跳闸执行模块，跳闸执行模块与信号输出模块连接，当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，跳闸执行模块提供保护动作后的跳闸出口触点，实现跳开直流断路器。
实施例3
与实施例2的不同之处在于，一种光伏电站直流侧线路的保护装置还包括：
模拟输入模块，直接接入电力系统二次输出的交流电流、电压模拟量。
采样模块，采样模块分别与交流输入模块和总线通信连接，采用模块将电力系统二次的输出的交流电流、电压转变为弱电进行采样，将采集的模拟信号进行A/D转换。
采样保持电路模块，用于保证采集的模拟信号保持不变，保证转换精度。
状态量转换模块，将硬压板、开关辅助触点、GPS脉冲的电学信号转变成数字信号。
人机交互模块，人机互动模块包括键盘、显示器，键盘用来输入或设定相关的参数，显示器以及显示相关的数据图像信息。
光伏发电系统发生故障分为交流侧故障和直流侧故障，无论是发生交流侧故障还是直流侧故障，都要迅速定位并切除故障点与非故障电网的联系，以免事故扩大。根据光伏电站直流侧线路的特点，光伏电站直流侧线路的短路故障可能发生在汇流箱、直流柜以及光伏组件－汇流箱之间的直流电缆，汇流箱－直流柜之间的直流电缆。
现有的技术方案中，光伏组件－汇流箱之间的直流电缆采用熔断器保护、汇流箱采用绝缘电阻监测告警，由于目前监控系统由于自身通讯的原因和电站运维人员自身素质的差异，并没有形成有效的自动保护体系。光伏直流侧线路发生短路故障时，短路线路的电压和电流会发生较大的变化，同时其他非故障汇流支路对也会向短路点输出电流。当短路电流大于直流侧断路器极限电流值时，上级直流断路器会自动跳开实现自我保护，但是下级直流断路器却未必能跳开，不能形成故障的有效定位。因此可通过对电压、电流、及电压、电流变化率进行判断，以此确定直流侧短路故障的发生，并通过直流断路器故障动作的联动来进一步缩小故障影响范围。
同时，可通过位于汇流箱、逆变器直流侧的绝缘监测系统，实时监测整体直流线路的绝缘阻抗。当绝缘阻抗低于设定阈值时，可判定系统存在短路风险。本发明在光伏直流侧线路保护系统中开发了绝缘监测及保护装置，并首次通过逆变器直流侧保护系统和汇流箱保护控制系统分别进行故障判断，任一保护动作时，保护动作进行上下级联动控制，以彻底实现光伏直流侧线路保护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种光伏电站直流侧线路的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定，每一个设置点之间通过信号传递实现保护联动；
2)将测定的数值信号通过通讯管理模块传输至中央控制器，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块；
3)当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，保护动作为跳开直流断路器。
2.根据权利要求1所述的光伏电站直流侧线路的保护方法，其特征在于，在步骤2)中，所述组合检测包括：
a、低压检测：当设置点直流线路电压低于电压定值时，检测结果为短路故障；
b、过流检测：当设置点直流线路电流大于电流定值时，检测结果为短路故障；
c、绝缘阻抗检测：当设置点直流线路绝缘阻抗小于绝缘阻抗定值时，检测结果为短路故障；
d、电压变化率检测：设置点直流线路电压变化率绝对值大于电压变化率定值时，检测结果为短路故障；
e、电流变化率检测：设置点直流线路电流变化率绝对值大于电流变化率定值时，检测结果为短路故障；
所述电压定值时、电流定值时、绝缘阻抗定值时、电压变化率定值、电压变化率定值、电流变化率定值通过中央控制器来设定。
3.根据权利要求1所述的光伏电站直流侧线路的保护方法，其特征在于，在步骤1)中，在不需要联动保护的直流断路器之间，可在对应的设置点之间通过联动保护软压板取消联动保护功能。
4.一种光伏电站直流侧线路的保护装置，其特征在于，包括：
电源，为光伏电站直流侧线路的保护装置提供电源；
多个位于电源一侧的直流断路器线路上设置电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块，所述电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别对该设置点的电流、电压、绝缘阻抗的数值进行实时测定，每一个设置点之间通过信号传递实现直流断路器之间的保护联动；
通讯管理模块，电流检测模块、电压检测模块以及绝缘阻抗检测模块分别与通讯管理模块通信连接，通讯管理模块将测定的数值信号通过总线传输至中央控制器；
中央控制器，通讯管理模块通过总线与通讯管理模块通信连接，中央控制器根据收到的数值信号进行组合检测，中央控制器包括与多个直流断路器对应的保护模块，每一条支路对应一个保护模块；
信号输出模块，信号输出模块通过总线与中央控制器连接，提供保护动作自检的信号开出触点；
跳闸执行模块，跳闸执行模块与信号输出模块连接，当组合检测的结果为短路故障时，执行保护动作，跳闸执行模块提供保护动作后的跳闸出口触点，实现跳开直流断路器。
5.根据权利要求4所述的光伏电站直流侧线路的保护装置，其特征在于，还包括：
联动保护软压板，在不需要联动保护的直流断路器之间，可在对应的设置点之间通过联动保护软压板取消联动保护功能。
6.根据权利要求4所述的光伏电站直流侧线路的保护装置，其特征在于，还包括：
模拟输入模块，将电力系统二次的输出的交流电流、电压作为模拟量输入；
采样模块，采样模块分别与交流输入模块和总线通信连接，采样模块将电力系统二次的输出的交流电流、电压转变为弱电进行采样，将采集的模拟量进行A/D转换；
采样保持电路模块，采样保持电路模块与所述采样模块通信连接，用于保证采集的模拟信号保持不变。
7.根据权利要求4所述的光伏电站直流侧线路的保护装置，其特征在于，还包括：
状态量转换模块，状态量转换模块将硬压板、开关辅助触点、GPS脉冲的电学信号转变成数字信号。
8.根据权利要求4所述的光伏电站直流侧线路的保护装置，其特征在于，还包括：
人机交互模块，人机互动模块包括键盘、显示器、打印机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |