CN109921395A - 一种直流配网故障保护及恢复系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种直流配网故障保护及恢复系统和方法，该系统包括至少一个配电网，配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关和与第一负荷开关以及第二负荷开关对应设置的故障检测装置；全桥型换流站与直流母线连接，配电线路的进线端通过第一负荷开关与直流母线连接，配电线路的出线端连接第二负荷开关；主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的控零压信号或闭锁信号控制负荷开关分断，以及根据接收到的第一负荷开关和第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，在直流配网发生故障后可以进行故障区域的快速定位，完成故障的快速清除和隔离，实现系统供电的恢复。

Description

一种直流配网故障保护及恢复系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种直流配网故障保护及恢复系统和方法。

背景技术

随着风电、光伏发电、储能设备等各类分布式电源的广泛使用，交流配电网面临着巨大的挑战。相较于交流配电网，直流配电网具有可以直接接入分布式新能源的优势，并且在输送容量、供电质量以及线路损耗等方面具有更好的性能，所以在配用电系统中具有广阔的发展前景。直流配电系统网络拓扑结构复杂，支路繁多，且运行方式多样，在发生故障之后，系统内换流器、分布式电源、电容、储能等都会向短路点提供故障电流，造成故障保护选择性差，定位困难，无法实现故障的快速隔离，使得直流配电网故障自愈能力降低。而且直流配电网具有故障难以切除的缺点，由于直流电流没有自然过零点，故障切除时间越早则故障电流便越小，越有利于直流断路器的快速熄弧。

现有的直流配电网保护系统中，一般都是采用各支路两端都安装断路器的方式进行故障隔离，但是直流断路器的造价高昂，采用该种连接方式会造成配网系统造价大大增加的问题。目前高压直流保护系统一般采用过流保护和行波保护，由于直流配电系统网络拓扑结构复杂，直流繁多，过流保护难以保证选择性，而由于直流配电网中线路长度较短，行波保护不适用于配电网中。

发明内容

本发明实施例提供一种直流配网故障保护及恢复系统和方法，以克服现有直流配网故障保护技术中成本高、选择性差、定位困难以及故障难以快速恢复的问题。

为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种直流配网故障保护及恢复系统，包括：至少一个配电网，配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与第一负荷开关以及第二负荷开关对应设置的故障检测装置；全桥型换流站与直流母线连接，配电线路的进线端通过第一负荷开关与直流母线连接，配电线路的出线端连接第二负荷开关；

全桥型换流站，用于检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站；

故障检测装置，用于进行故障判定并发送故障信息至主控站；

主控站，用于根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关和第二负荷开关分断，以及根据接收到的第一负荷开关和第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。

进一步地，至少一个配电网包括分布式电源和电力电子变压器，分布式电源与电力电子变压器连接，电力电子变压器通过第三负荷开关与直流母线电连接；

电力电子变压器，用于检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至主控站。

进一步地，至少两个配电网之间通过联络开关连接；其中，一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关通过联络开关，与另一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种直流配网故障保护及恢复方法，该方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，该系统包括至少一个配电网，配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与第一负荷开关以及第二负荷开关对应设置的故障检测装置；该方法包括：

全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站；

故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站；

主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断，并根据第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电。

进一步地，该方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，该系统还包括：至少一个配电网包括分布式电源和电力电子变压器，分布式电源与电力电子变压器连接，电力电子变压器通过第三负荷开关与直流母线电连接；在主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断之前，还包括：

电力电子变压器检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至主控站；

则主控站根据故障信息、全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号、电力电子变压器发送的闭锁信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断。

进一步地，该系统包括：至少两个配电网之间通过联络开关连接；其中，一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关通过联络开关，与另一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关连接；主控站根据第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电方法包括：

主控站根据接收到的分断完成信号控制联络开关闭合，并控制全桥型换流站以及电力电子变压器恢复供电。

进一步地，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站，包括：

故障检测装置采集流过第一负荷开关以及第二负荷开关的电流信号；

故障检测装置通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，并发送故障判定结果至主控站；

主控站发送各故障检测装置的故障判定结果至与故障检测装置相邻的故障检测装置；

故障检测装置进行故障区间定位得到故障信息，并发送故障信息至主控站。

进一步地，故障检测装置通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，包括：

将故障检测装置检测到的故障电流与电流保护整定值进行比较；

若故障电流大于电流保护整定值时，得到故障判定结果；

启动差动保护判据，并将故障判定结果发送至主控站。

进一步地，故障检测装置进行故障区间定位得到故障信息，并发送故障信息至主控站，包括：

故障检测装置获取到相邻故障检测装置的故障判定结果，进行对比判断，实现故障区间定位；

若本地负荷开关与相邻负荷开关的电流方向相同，则判断为区内故障；若本地负荷开关与相邻负荷开关的电流方向相反，则判断为区外故障；

将进行故障区间定位得到的故障信息发送至主控站。

进一步地，故障信息包括区内故障和区外故障；主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断包括：

若故障信息为区外故障，则主控站控制第一负荷开关以及第二负荷开关不动作；

若故障信息为区内故障，且主控站接收到闭锁信号或控零压信号，则主控站控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断。

本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，包括至少一个配电网，配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与第一负荷开关以及第二负荷开关对应设置的故障检测装置；全桥型换流站与直流母线连接，配电线路的进线端通过第一负荷开关与直流母线连接，配电线路的出线端连接第二负荷开关；全桥型换流站，用于检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站；故障检测装置，用于进行故障判定并发送故障信息至主控站；主控站，用于根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关和第二负荷开关分断，以及根据接收到的第一负荷开关和第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，在直流配网发生故障后可以进行故障区域的快速定位，完成故障的快速清除和隔离，进一步可以实现系统供电的恢复，克服现有直流配网故障保护技术中成本高、选择性差、定位困难以及故障难以快速恢复的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的另一种直流配网故障保护及恢复系统的结构图；

图3是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复方法的时序图；

图6是本发明实施例提供的又一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种直流配网故障保护及恢复系统。图1是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复系统的结构图。参见图1，本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，包括：至少一个配电网100，配电网100包括全桥型换流站1、配电线路2、第一负荷开关3、第二负荷开关4、和与第一负荷开关3以及第二负荷开关4对应设置的故障检测装置，全桥型换流站1与直流母线5连接，配电线路2的进线端通过第一负荷开关3与直流母线5连接，配电线路2的出线端连接第二负荷开关4，全桥型换流站1用于检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站，故障检测装置用于进行故障判定并发送故障信息至主控站，主控站用于根据故障信息和全桥型换流站1发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关3和第二负荷开关4分断，以及根据接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号控制恢复供电。

具体地，全桥型换流站1为配电线路2输送直流电，配电线路2配置第一负荷开关3以及第二负荷开关4，且负荷开关与故障检测装置对应设置，通过故障检测装置检测流过对应的第一负荷开关3以及第二负荷开关4的电流的大小和方向，进行过电流故障检测，并迅速将故障信息发送至主控站，同时，当配电线路2有故障时，全桥型换流站1检测到过电流故障时快速自动闭锁，实现故障的快速清除，并发送闭锁信号至主控站，具有控零压功能的全桥型换流站1检测到过电流故障时快速控零压，并发送控零压信号至主控站，主控站在接收到故障检测装置发送的第一负荷开关3或第二负荷开关4处的故障信息时，同时接收到全桥型换流站1发送的闭锁信号或控零压信号，主控站将控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4进行分断，将故障切除，实现故障的隔离。第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断后，发送将故障切除的分断完成信号至主控站，主控站接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号后，迅速控制全桥型换流站1恢复供电，或者控制相邻配电网100为非故障直流负载供电，实现直流配网在发生故障后快速恢复供电。需要说明的是，第一负荷开关3和第二负荷开关4可以为相同型号的负荷开关，或者，第一负荷开关3和第二负荷开关4可以为不同型号的负荷开关，在此不作限定。

本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站，主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制负荷开关分断，以及根据接收到的第一负荷开关和第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，在直流配网发生故障后可以进行故障区域的快速定位，完成故障的快速清除和隔离，进一步可以实现系统供电的恢复，克服现有直流配网故障保护技术中成本高、选择性差、定位困难以及故障难以快速恢复的问题。

可选地，图2是本发明实施例提供的另一种直流配网故障保护及恢复系统的结构图。参见图2，在上述实施例的基础上，至少一个配电网100可以包括分布式电源6和电力电子变压器7，分布式电源6与电力电子变压器7连接，电力电子变压器7通过第三负荷开关8与直流母线5电连接，电力电子变压器7，用于检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至主控站。

具体地，分布式电源6可以包括风电、光伏发电等储能设备等各类分布式电源，电力电子变压器7为DC-DC变换器，当配电线路2有故障时，电力电子变压器7检测到过电流故障时快速自动闭锁，实现故障的快速清除，并发送闭锁信号至主控站，部分全桥型换流站1具有控零压的能力，控制线路两级电压为零，将系统电流限制在一个很小的范围。当发生故障后，全桥型换流器1可以通过自身闭锁或控零压实现故障的切除，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站。主控站在接收到电力电子变压器7发送的闭锁信号和全桥型换流站1发送的闭锁信号或控零压信号后，再根据接收到第一负荷开关3或第二负荷开关4处故障检测装置发送的故障信息，主控站将控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4进行分断，将故障切除，实现故障的隔离。需要说明的是，部分全桥型换流站1具有控零压的能力，控制线路两级电压为零，将系统电流限制在一个很小的范围。当发生故障后，全桥型换流站1可以通过自身闭锁或控零压实现故障的切除，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站。

本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站，电力电子变压器检测到故障时自动闭锁，并发送闭锁信号至主控站，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站，主控站根据故障信息、电力电子变压器发送的闭锁信号和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制负荷开关分断，以及根据接收到的第一负荷开关和第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统，在直流配网发生故障后可以进行故障区域的快速定位，完成故障的快速清除和隔离，实现系统供电的恢复，成本低、选择性强，实现故障快速恢复。

可选地，继续参见图2，至少两个配电网100之间通过联络开关9连接；其中，一配电网100的配电线路2的出线端连接的第二负荷开关4通过联络开关9，与另一配电网100的配电线路2的出线端连接的第二负荷开关4连接。

具体地，当第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断后，发送将故障切除的分断完成信号至主控站，主控站接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号后，迅速控制全桥型换流站1和电力电子变压器7恢复供电，同时控制另一通过联络开关9连接的配电网100之间的联络开关9闭合，为非故障直流负载供电，实现直流配网在发生故障后快速恢复供电。

图3是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图。参见图3，本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，该系统包括至少一个配电网，配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与第一负荷开关以及第二负荷开关对应设置的故障检测装置，

直流配网系统中，全桥型换流站采用全桥型模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)，即全桥型MMC，各站都对各区域独自供电。在直流配电线路上，各线路端口处配置负荷开关，在直流配电网系统中的每个直流负荷开关均配置故障检测装置，即电流差动保护装置，所有故障保护装置通过GOOSE网或其他通信网络实现故障信息的交互，该方法包括：

全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站。

具体地，结合图1和图3，当全桥段某一线路发生故障后，全桥型换流站1自身检测到故障电流超过桥臂电流阈值后，将会自动闭锁，切除线路故障。当配电线路2有故障时，全桥型换流站1检测到有过电流故障时，快速自动闭锁或控零压，实现故障的快速清除，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站。需要说明的是，部分全桥型换流站1具有控零压的能力，当发生故障后，全桥型换流站1可以通过自身闭锁或控零压实现故障的快速切除，并发送控零压信号至主控站。

同时，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站。

具体地，故障检测装置对电流信号进行采样，并采用过电流启动判据对采样的电流信号进行故障判定，若判定为过电流，则第一负荷开关以及第二负荷开关处的故障检测装置启动差动保护进行故障区域判断，并将判断出的故障信息发送至主控站。

主控站根据故障信息和全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断，并根据第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电。

具体地，主控站在接收到故障检测装置发送的第一负荷开关3或第二负荷开关4处的故障信息时，同时也接收到全桥型换流站1发送的闭锁信号或者具有控零压能力的全桥型换流站1发送的控零压信号时，主控站将控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4进行分断，将故障切除，实现故障的隔离。第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断后，发送将故障切除的分断完成信号至主控站，主控站接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号后，迅速控制全桥型换流站1恢复供电，或者控制相邻配电网100为非故障直流负载供电，实现直流配网在发生故障后快速恢复供电。

本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复方法，在直流配网发生故障后可以进行故障区域的快速定位，完成故障的快速清除和隔离，采用负荷开关代替断路器可以节约一半左右的成本，进一步可以实现系统供电的恢复，可以在短时间内进行故障切除，最快可在5ms内切除故障，在故障切除之后可以实现线路的快速恢复，最快可在35ms内实现供电的基本恢复。克服了现有直流配网故障保护技术中成本高、选择性差、定位困难以及故障难以快速恢复的问题。

可选地，图4是本发明实施例提供的另一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图。参见图4，该方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，该系统还包括：至少一个配电网包括分布式电源和电力电子变压器，分布式电源与电力电子变压器连接，电力电子变压器通过第三负荷开关与直流母线电连接。在上述实施例的基础上，该方法包括：

全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压至主控站。

同时，电力电子变压器检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至主控站。

具体地，结合图2和图4，分布式电源6采用可闭锁的电力电子变压器7与直流母线5相连。当配电线路2有故障时，当电力电子变压器7检测到故障电流超过自身耐受电流后，将会自动闭锁，将分布式电源6从线路上切除，电力电子变压器7检测到过电流故障时快速自动闭锁，停止为配电线路2供电，实现故障的快速清除，并发送闭锁信息至主控站。

同时，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站。

主控站根据故障信息、全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号、电力电子变压器发送的闭锁信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断，并根据第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电。

具体地，主控站在接收到故障检测装置发送的第一负荷开关3或第二负荷开关4处的故障信息时，同时也接收到全桥型换流站1和电力电子变压器7发送的闭锁信息，或接收到全桥型换流站1的控零压信号时，主控站将控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4进行分断，将故障切除，实现故障的快速准确隔离，第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断完成后，将分断完成信息在2ms内发送至主控站。主控站根据第一负荷开关3以及第二负荷开关4发送的分断完成信号，向全桥型换流站1和电力电子变压器7在2ms内发送重启命令，全桥型换流站1和电力电子变压器7在50-100ms内实现重启成功，恢复向配电线路2供电。

可选地，本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复系统包括：至少两个配电网之间通过联络开关连接，其中，一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关通过联络开关，与另一配电网的配电线路的出线端连接的第二负荷开关连接。

主控站根据第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电方法包括：主控站根据接收到的分断完成信号控制联络开关闭合，并控制全桥型换流站以及电力电子变压器恢复供电。

具体地，参见图2，在直流配电线路2上，各供电区域通过联络开关9连接，联络开关9位置配置通信装置，所有故障保护装置通过GOOSE网或其他通信网络实现故障信息的交互。主控站通过GOOSE网或其他通信网络接收第一负荷开关3以及第二负荷开关4发送的分断完成信号，并根据接收到的分断完成信号向联络开关9位置配置的通信装置发送闭合指令，当联络开关9位置配置的通信装置接收到主控站发送的闭合指令时，通信装置控制联络开关9闭合，同时，主控站控制全桥型换流站1以及电力电子变压器7进行重启，实现直流配电系统直接恢复供电。

可选地，故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至主控站，包括：

步骤一、故障检测装置采集流过第一负荷开关以及第二负荷开关的电流信号。

具体地，电流信号包括直流电流的大小和方向，可以设定电流流入母线为正方向，电流流出母线为反方向。直流配网包括正极和负极，正极故障检测装置通过通信网络实现正极故障检测装置之间故障信息的交互，负极故障检测装置实现负极故障检测装置之间的故障信息的交互。

步骤二、故障检测装置通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，并发送故障判定结果至主控站。

具体地，故障检测装置通过过电流启动判据即检测到故障电流大于保护整定值时，启动故障判断，当故障发生之后，第一负荷开关以及第二负荷开关处的故障检测装置检测到故障电流大于电流阈值，启动差动保护判据。当配电线路2发生故障时，电流的方向为流向故障点，第一负荷开关以及第二负荷开关分别将其对应的故障检测装置根据电流方向得到故障判定结果，即故障发生在与故障检测装置对应的负荷开关的左侧或右侧，并将该故障判定结果发送至主控站。

步骤三、主控站发送各故障检测装置的故障判定结果至与故障检测装置相邻的故障检测装置。

具体地，主控站通过GOOSE网或其他通信网络接收到各负荷开关的故障检测装置发送的故障判定结果后，将各故障检测装置的故障判定结果发送至与各负荷开关相邻的负荷开关对应的故障检测装置。

步骤四、故障检测装置进行故障区间定位得到故障信息，并发送故障信息至主控站。

具体地，故障检测装置通过GOOSE网或其他通信网络获取相邻负荷开关的故障信息，通过判断相邻负荷开关的故障电流方向并结合本负荷开关的故障电流实现故障区域的定位，并将定位得到的故障信息发送至主控站。

可选地，图5是本发明实施例提供的一种直流配网故障保护及恢复方法的时序图。参见图2和图5，直流配网故障发生后，电力电子变压器7在3ms内进行设备自身过流保护，并在300μs内实现设备闭锁，全桥型换流站1可以在3ms内进行设备自身过流保护，并在300μs内实现设备闭锁或控零压，停止向配电线路供电，以保证配电线路中直流电源的切除，为故障的顺利切除和配电线路的恢复供电提供基础，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站11。具有控零压能力的全桥型换流站1，当发生故障后，全桥型换流站1可以通过自身闭锁或控零压实现故障的快速切除，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站。在故障发生的同时，线路保护12的故障检测装置在3ms内通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，将故障检测装置检测到的故障电流与电流保护整定值进行比较；若故障电流大于电流保护整定值时，得到故障判定结果；启动差动保护判据，并将故障判定结果发送至主控站11。第一负荷开关3对应的故障检测装置检测到流过第一负荷开关3的故障电流，并将检测到的故障电流与第一负荷开关3对应的故障检测装置的电流保护整定值进行比较，当故障电流大于过电流保护整定值时，得到故障判定结果，即判定第一负荷开关3附近故障，则启动差动保护判据，将第一负荷开关3的差动电流与差动保护整定值进行比较，并将故障判定结果发送至主控站11。线路保护12包括过流启动判据和差动保护两个过程，过流启动判据在故障发生后3ms内实现启动差动保护判据。

故障检测装置获取到相邻故障检测装置的故障判定结果，进行对比判断，实现故障区间定位，若本地负荷开关10与相邻负荷开关10的电流方向相同，则判断为区内故障，若本地负荷开关10与相邻负荷开关10的电流方向相反，则判断为区外故障，将进行故障区间定位得到的故障信息发送至主控站10。需要说明的是，图5示例性地画出负荷开关10的动作时间，其中，负荷开关10包括第一负荷开关3和第二负荷开关4以及第三负荷开关8。需要说明的是，第一负荷开关3和第二负荷开关4以及第三负荷开关8可以是相同型号的负荷开关，或者，第一负荷开关3和第二负荷开关4以及第三负荷开关8可以为不同型号的负荷开关。

与第一负荷开关3对应的故障检测装置，获取到相邻的第二负荷开关4的故障信息，该故障信息是由第二负荷开关4对应的故障检测装置检测并上传至主控站11的，同时，第二负荷开关4获取相邻的第一负荷开关3的故障信息，并对本地负荷开关10与相邻负荷开关10的电流方向进行比对，若流过第一负荷开关3的电流方向与流过第二负荷开关4的电流方向相同，则判断为区内故障，即第一负荷开关3与第二负荷开关4之间的区域发生故障；若流过第一负荷开关3的电流方向与流过第二负荷开关4的电流方向相反，则判断为区外故障，即第一负荷开关3与第二负荷开关4之外的区域发生故障，与第一负荷开关3对应的故障检测装置和与第二负荷开关4对应的故障检测装置将故障区间定位得到的故障信息发送至主控站11，线路保护12包括的差动保护经过5ms实现故障的判定与故障信息的上传。

故障信息包括区内故障和区外故障；主控站11根据故障信息和全桥型换流站1发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断，若故障信息为区外故障，则主控站11控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4不动作，若故障信息为区内故障，且主控站11接收到闭锁信号或控零压信号，则主控站11控制第一负荷开关3以及第二负荷开关4分断。

当主控站11接收到全桥型换流站1以及电力电子变压器7发送的闭锁信号或者具有控零压能力的全桥型换流站1发送的控零压信号后，并且接收到的故障信息为区内故障时，则主控站11控制第一负荷开关3和第二负荷开关4分断，将第一负荷开关3与第二负荷开关4之间的故障切除，实现故障的快速精准切除，实现在10ms内将发生故障的直流负载切除，并在2ms内上传第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号至主控站11；若主控站11接收到的故障信息为区外故障，即故障发生在第一负荷开关3与第二负荷开关4之间的配电线路之外的配电线路，则第一负荷开关3与第二负荷开关4不动作。主控站11接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号后，在2ms内同时发送重启命令至全桥型换流站1和电力电子变压器7，全桥型换流站1和电力电子变压器7接收到重启命令后，在50-100ms内实现重启成功，恢复向配电线路2供电。同时，主控站11接收到的第一负荷开关3和第二负荷开关4分断完成信号后，在2ms内发送合闸命令至联络开关9，联络开关9在10ms内完成合闸，对相邻配电网100的非故障直流负载供电，实现了直流配网故障的快速切除、隔离以及恢复。

具体保护过程为：图6是本发明实施例提供的又一种直流配网故障保护及恢复方法的流程图。参见图6，故障检测装置执行S301、开始，开始工作进入步骤S302、故障检测装置对电流信号进行采样，执行S303采用过电流启动判据：I≥k_set·I_Lmax进行判断，若为假，则返回步骤S302，若为真，执行S304、全桥型MMC和电力电子变压器闭锁，故障清除；各负荷开关处的故障检测装置启动差动保护。执行步骤304、判断是否为区内故障，若否，则执行步骤S306、负荷开关不动作；若是，则执行步骤S307、负荷开关动作，故障隔离。然后执行步骤S308、联络开关合闸，全桥型MMC和电力电子变压器重启，故障恢复，执行步骤S309、结束，实现直流配电网无断路器的故障快速切除和故障隔离，并能实现快速恢复直流供电。

直流配电系统网络拓扑结构复杂，支路繁多，且运行方式多样，在发生故障之后，系统内换流器、分布式电源、电容、储能等都会向短路点提供故障电流，造成故障保护选择性差，定位困难，无法实现故障的快速隔离，使得直流配电网故障自愈能力降低。本发明实施例提供的直流配网故障保护及恢复方法克服了直流配电网具有的故障难以切除的缺点，由于直流电流没有自然过零点，故障切除时间越早则故障电流便越小，全桥型换流站和电力电子变压器接收到重启命令后，实现闭锁或控零压，保证线路保护和负荷开关成功实现故障切除和隔离，故障切除后，快速恢复向非故障配电线路供电。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种直流配网故障保护及恢复系统，其特征在于，包括至少一个配电网，所述配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关对应设置的故障检测装置；所述全桥型换流站与所述直流母线连接，所述配电线路的进线端通过所述第一负荷开关与所述直流母线连接，所述配电线路的出线端连接所述第二负荷开关；

所述全桥型换流站，用于检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至所述主控站；

所述故障检测装置，用于进行故障判定并发送故障信息至所述主控站；

所述主控站，用于根据所述故障信息和所述全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制所述第一负荷开关和所述第二负荷开关分断，以及根据接收到的所述第一负荷开关和所述第二负荷开关分断完成信号控制恢复供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一个配电网包括分布式电源和电力电子变压器，所述分布式电源与所述电力电子变压器连接，所述电力电子变压器通过第三负荷开关与所述直流母线电连接；

所述电力电子变压器，用于检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至所述主控站。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少两个配电网之间通过联络开关连接；其中，一所述配电网的配电线路的出线端连接的所述第二负荷开关通过所述联络开关，与另一所述配电网的配电线路的出线端连接的所述第二负荷开关连接。

4.一种直流配网故障保护及恢复方法，其特征在于，所述方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，所述系统包括至少一个配电网，所述配电网包括全桥型换流站、配电线路、第一负荷开关、第二负荷开关、和与所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关对应设置的故障检测装置；所述方法包括：

全桥型换流站检测到故障时自动闭锁或控零压，并发送闭锁信号或控零压信号至主控站；

故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至所述主控站；

所述主控站根据所述故障信息和所述全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断，并根据所述第一负荷开关以及第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法应用于直流配网故障保护及恢复系统，所述系统还包括：至少一个配电网包括分布式电源和电力电子变压器，所述分布式电源与所述电力电子变压器连接，所述电力电子变压器通过第三负荷开关与所述直流母线电连接；在所述主控站根据所述故障信息和所述全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断之前，还包括：

电力电子变压器检测到故障时启动设备闭锁，并发送闭锁信号至所述主控站；

则所述主控站根据所述故障信息、所述全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号、所述电力电子变压器发送的闭锁信号控制所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关分断。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述系统包括：至少两个配电网之间通过联络开关连接；其中，一所述配电网的配电线路的出线端连接的所述第二负荷开关通过所述联络开关，与另一所述配电网的配电线路的出线端连接的所述第二负荷开关连接；所述主控站根据所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关发送的分断完成信号控制恢复供电方法包括：

所述主控站根据接收到的所述分断完成信号控制所述联络开关闭合，并控制所述全桥型换流站以及所述电力电子变压器恢复供电。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述故障检测装置进行故障判定并发送故障信息至所述主控站，包括：

所述故障检测装置采集流过所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关的电流信号；

所述故障检测装置通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，并发送所述故障判定结果至所述主控站；

所述主控站发送各故障检测装置的所述故障判定结果至与所述故障检测装置相邻的所述故障检测装置；

所述故障检测装置进行故障区间定位得到故障信息，并发送所述故障信息至所述主控站。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述故障检测装置通过过电流启动判据对采集到的电流信号进行故障判定，并启动差动保护判据得到故障判定结果，包括：

将所述故障检测装置检测到的故障电流与电流保护整定值进行比较；

若所述故障电流大于电流保护整定值时，得到故障判定结果；

启动差动保护判据，并将所述故障判定结果发送至所述主控站。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述故障检测装置进行故障区间定位得到故障信息，并发送所述故障信息至所述主控站，包括：

所述故障检测装置获取到相邻所述故障检测装置的故障判定结果，进行对比判断，实现故障区间定位；

若本地负荷开关与相邻所述负荷开关的电流方向相同，则判断为区内故障；若本地所述负荷开关与相邻所述负荷开关的电流方向相反，则判断为区外故障；

将进行故障区间定位得到的故障信息发送至所述主控站。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述故障信息包括区内故障和区外故障；所述主控站根据所述故障信息和所述全桥型换流站发送的闭锁信号或控零压信号控制第一负荷开关以及第二负荷开关分断包括：

若所述故障信息为区外故障，则所述主控站控制所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关不动作；

若所述故障信息为区内故障，且所述主控站接收到闭锁信号或控零压信号，则所述主控站控制所述第一负荷开关以及所述第二负荷开关分断。