CN107515356A - 一种直流配电网系统及其故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流配电网系统及其故障诊断方法，直流配电网系统内的主要设备包括发电装置，用于储存电能的蓄电池和用于与电网连接输出电能的逆变器；发电装置与其它各电气设备之间分别通过正极导线和负极导线并联连接，在直流配电网系统内设有由多个导线故障诊断子系统组成的导线故障诊断系统；各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线出现不同故障时，其电流趋势将产生相应的变化，通过对四个电流互感器TA输出信号监测结果即可判断出电流趋势的变化情况，根据正极分导线和负极分导线不同的电流变化趋势，判断出其相应的故障状态。它具有设备安装成本低、故障判断准确、可靠性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及直流配电网系统设备及故障分析技术领域。
背景技术
随着风能、太阳能等分布式电源的迅速发展，柔性直流配电网成为研究热点。柔性直流配电网是基于电压源型(Voltage Sourced Converters,VSC)技术，系统出现异常和故障时，极有可能造成系统的停运，所以故障诊断是直流配电技术核心之一。针对故障选线，“握手法”由于需要短时停运整个直流系统，这种方法对于所连的交流系统将造成较大冲击，甚至引起所连弱交流系统崩溃。对于中性点非有效接地的交流系统，其故障定位多采用注入信号法。注入信号法的原理适用于直流系统，但由于直流系统中不存在三相电压互感器，无法利用电压互感器二次侧注入信号。对其进行改进，有人提出适用于直流配电网的“信号注入法”。除了以上两种方法外，基于过电流的分区保护也被学者们提出，分区保护的方法不需要保护装置间的通信,故障就地检测和隔离,实现装置快速动作,并且省去了直流断路器,远端装置也可以形成后备保护由于电压等级和故障限流能力的限制,分区保护目前主要应用在舰船系统。
为此，提出基于图论的直流系统故障选线和故障类型识别的方法研究，主要是通过将判断电流流向与提取di/dt故障特征量相结合来实现故障选线。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直流配电网系统及其故障诊断方法，它具有设备安装成本低、故障判断准确、可靠性高等特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种直流配电网系统，直流配电网系统内的主要设备包括发电装置，用于储存电能的蓄电池和用于与电网连接输出电能的逆变器；发电装置与其它各电气设备之间分别通过正极导线和负极导线并联连接，在直流配电网系统内设有由多个导线故障诊断子系统组成的导线故障诊断系统，导线故障诊断系统包括待诊断的正极分导线、负极分导线和设置在正极分导线与负极分导线上的电流综合监测装置，故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别为直流配电网系统中的正极导线和负极导线的一部分，同一故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端分别与相同设备或与相同设备连接的导线节点连接，电流综合监测装置为四个用于检测导线电流变化趋势的电流互感器TA，四个电流互感器TA分别设置在各自故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端。
本发明进一步改进在于：
各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别组成直流配电网系统中的正极导线和负极导线，各故障诊断子系统覆盖整个直流配电网系统。
各电流互感器TA相对于所监测导线的电流方向绕向一致。
一种用于诊断直流配电网系统故障的方法，方法包括以下步骤：
a、对各导线故障诊断子系统中的四个电流互感器TA进行电流监测；
b、各故障诊断子系统中的四个电流互感器TA分别为a、b、c和d，直流配电网系统在正常工作状态时，设置在正极分导线电流入端的电流互感器TA为a，设置在正极分导线电流出端的电流互感器TA为b，设置在负极分导线电流入端的电流互感器TA为c，设置在负极分导线电流出端的电流互感器TA为d；各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线出现不同故障时，其电流趋势将产生相应的变化，通过对四个电流互感器TA输出信号监测结果即可判断出电流趋势的变化情况，根据正极分导线和负极分导线不同的电流变化趋势，判断出其相应的故障状态：
当检测到a和b有瞬态同方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则可判断为正极分导线出现断路故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则可判断为正极分导线出现接地故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d有瞬态反方向电流产生时，则可判断为正极分导线和负极分导线出现短路故障；
当检测到c和d有瞬态同方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则可判断为负极分导线出现断路故障；
当检测到c和d有瞬态反方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则可判断为负极分导线出现接地故障。
当直流配电网系统内的发电装置为一台时，如果所有故障诊断子系统中的电流互感器TA均检测出有电流趋势变化，则可判定覆盖于发电装置的故障诊断子系统出现故障。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
在直流配电网系统中，连接导线出现短路、短路或接地等不同故障时，其电流趋势将产生相应的变化，根据此原理，本发明在直流配电网系统内设有由多个导线故障诊断子系统组成的导线故障诊断系统，导线故障诊断系统包括待诊断的正极分导线、负极分导线和设置在正极分导线与负极分导线上的电流综合监测装置，同一故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端分别与相同设备或与相同设备连接的导线节点连接，电流综合监测装置为四个用于检测导线电流变化趋势的电流互感器TA，四个电流互感器TA分别设置在各自故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端，此种电路结构通过对四个电流互感器TA输出信号监测结果即可判断出电流趋势的变化情况，根据正极分导线和负极分导线不同的电流变化趋势，判断出其相应的故障状态：
直流系统故障时，故障电流上升迅速，峰值较大，对保护的提出较高的要求。本直流配电网系统及其故障诊断方法，能够实现故障选线功能。避免了应用于直流系统的差动保护在潮流反转时发生的误判，满足了直流系统故障时对速动性和可靠性的要求。同时，对于直流线路的断线故障、极间故障和单极接地故障都能够很好的进行识别，这为后续故障恢复提供依据。它具有设备安装成本低、故障判断准确、可靠性高等特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
由图1所示的实施例可知，本实施例的主要设备包括发电装置，用于储存电能的蓄电池和用于与电网连接输出电能的逆变器；发电装置与其它各电气设备之间分别通过正极导线和负极导线并联连接，在直流配电网系统内设有由多个导线故障诊断子系统组成的导线故障诊断系统，导线故障诊断系统包括待诊断的正极分导线、负极分导线和设置在正极分导线与负极分导线上的电流综合监测装置，故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别为直流配电网系统中的正极导线和负极导线的一部分，同一故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端分别与相同设备或与相同设备连接的导线节点连接，电流综合监测装置为四个用于检测导线电流变化趋势的电流互感器TA，四个电流互感器TA分别设置在各自故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端。
各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别组成直流配电网系统中的正极导线和负极导线，各故障诊断子系统覆盖整个直流配电网系统，对直流配电网系统中的正极导线和负极导线全部进行监测。
各电流互感器TA相对于所监测导线的电流方向绕向一致，以使各电流互感器TA所检测的各自导线中的电流变化趋势(电流或增或减)相同时，所产生的输出信号相同，便于监测。
诊断直流配电网系统故障的方法，该方法包括以下步骤：
a、对各导线故障诊断子系统中的四个电流互感器TA进行电流监测；
b、各故障诊断子系统中的四个电流互感器TA分别为a、b、c和d，直流配电网系统在正常工作状态时，设置在正极分导线电流入端的电流互感器TA为a，设置在正极分导线电流出端的电流互感器TA为b，设置在负极分导线电流入端的电流互感器TA为c，设置在负极分导线电流出端的电流互感器TA为d；各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线出现不同故障时，其电流趋势将产生相应的变化，通过对四个电流互感器TA输出信号监测结果即可判断出电流趋势的变化情况，根据正极分导线和负极分导线不同的电流变化趋势，判断出其相应的故障状态：
当检测到a和b有瞬态同方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则确定正极分导线无电流，因此可判断为正极分导线出现断路故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则确定正极分导线中间接地，使有源端与地形成回路，正极分导线中电流变化趋势不同，因此可判断为正极分导线出现接地故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d有瞬态反方向电流产生时，则确定正极分导线和负极分导线之间短路，正极分导线和负极分导线有源端与短路部位形成回路，短路部位两侧的正极分导线和负极分导线中电流变化趋势均不同，因此可判断为正极分导线和负极分导线出现短路故障；
当检测到c和d有瞬态同方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则确定负极分导线无电流，因此可判断为负极分导线出现断路故障；
当检测到c和d有瞬态反方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则确定负极分导线中间接地，使有源端与地形成回路，因此可判断为负极分导线出现接地故障。
当直流配电网系统内的发电装置为一台时，如果所有故障诊断子系统中的电流互感器TA均检测出有电流趋势变化，则确定电源输出始端出现故障，因此可判定覆盖于发电装置的故障诊断子系统出现故障。
Claims (4)
1.一种直流配电网系统，所述直流配电网系统内的主要设备包括发电装置，用于储存电能的蓄电池和用于与电网连接输出电能的逆变器；所述发电装置与其它各电气设备之间分别通过正极导线和负极导线并联连接，其特征在于：在所述直流配电网系统内设有由多个导线故障诊断子系统组成的导线故障诊断系统，所述导线故障诊断系统包括待诊断的正极分导线、负极分导线和设置在正极分导线与负极分导线上的电流综合监测装置，所述故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别为直流配电网系统中的正极导线和负极导线的一部分，同一所述故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端分别与相同设备或与相同设备连接的导线节点连接，所述电流综合监测装置为四个用于检测导线电流变化趋势的电流互感器TA，所述四个电流互感器TA分别设置在各自故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线两端。
2.根据权利要求1所述的一种直流配电网系统，其特征在于：所述各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线分别组成直流配电网系统中的正极导线和负极导线，所述各故障诊断子系统覆盖整个直流配电网系统。
3.根据权利要求1所述的一种直流配电网系统，其特征在于：所述各电流互感器TA相对于所监测导线的电流方向绕向一致。
4.一种用于诊断权利要求1所述的直流配电网系统故障的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
a、对各导线故障诊断子系统中的四个电流互感器TA进行电流监测；
b、各故障诊断子系统中的四个电流互感器TA分别为a、b、c和d，直流配电网系统在正常工作状态时，设置在正极分导线电流入端的电流互感器TA为a，设置在正极分导线电流出端的电流互感器TA为b，设置在负极分导线电流入端的电流互感器TA为c，设置在负极分导线电流出端的电流互感器TA为d；各故障诊断子系统中的正极分导线和负极分导线出现不同故障时，其电流趋势将产生相应的变化，通过对四个电流互感器TA输出信号监测结果即可判断出电流趋势的变化情况，根据正极分导线和负极分导线不同的电流变化趋势，判断出其相应的故障状态：
当检测到a和b有瞬态同方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则可判断为正极分导线出现断路故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d无瞬态电流产生时，则可判断为正极分导线出现接地故障；
当检测到a和b有瞬态反方向电流产生，c和d有瞬态反方向电流产生时，则可判断为正极分导线和负极分导线出现短路故障；
当检测到c和d有瞬态同方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则可判断为负极分导线出现断路故障；
当检测到c和d有瞬态反方向电流产生，a和b无瞬态电流产生时，则可判断为负极分导线出现接地故障。
当所述直流配电网系统内的发电装置为一台时，如果所有故障诊断子系统中的电流互感器TA均检测出有电流趋势变化，则可判定覆盖于发电装置的故障诊断子系统出现故障。
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