CN109921396B - 一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法 - Google Patents

一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法。其中，该直流配电网包括：换流器和多级配电装置，该用于直流配电网的保护装置包括限流模块，其中，换流器的输入端与该直流配电网的供电端电连接；限流模块的输入端与换流器的输出端电连接；第1级配电装置的进线端与限流模块的输出端电连接；限流模块用于在监测到限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。本发明实施例提供的技术方案可以改善直流配电网供电的可靠性，避免一处故障，全网瘫痪。

Description

一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法。
背景技术
直流配电网在输送容量、可控性及提高供电质量、减小线路损耗、隔离交直流故障以及可再生能源灵活、便捷接入等方面具有比交流配电网更好的性能，可以有效提高电能质量、减少电力电子换流器的使用、降低电能损耗和运行成本、协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益。
然而直流配电网具有电气距离短、故障弱阻尼的特点。当发生故障时，故障电流迅速上升，远大于正常负荷电流，具有一处故障，全网感受的特征，导致全网瘫痪，无法对故障进行处理。
发明内容
本发明实施例提供一种用于直流配电网的保护装置及其保护方法，可改善直流配电网供电的可靠性，避免一处故障，全网瘫痪。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于直流配电网的保护装置，该直流配电网包括：换流器和多级配电装置，该用于直流配电网的保护装置包括限流模块，
其中，换流器的输入端与该直流配电网的供电端电连接；
限流模块的输入端与换流器的输出端电连接；
每一级配电装置包括进线端和多个配电出线端，第1级配电装置的进线端与限流模块的输出端电连接；
任意相邻两级配电装置中，后一级配电装置的进线端与前一级配电装置的配电出线端对应电连接；
限流模块用于在监测到限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态；
其中，第一预设电流大于第二预设电流，第二预设电流大于第三预设电流，第三预设电流大于第1级配电装置的进线端的额定电流。
进一步地，多级配电装置包括1个第1级配电装置和多个第2级配电装置，第n个第2级配电装置的进线端与第1级配电装置的第n个配电出线端电连接，其中，n＝1、2……N，N为第2级配电装置的个数；
任一第2级配电装置包括多个第一开关，与第2级配电装置的配电出线端一一对应设置；
用于直流配电网的保护装置还包括多个第一过流保护模块，与多个第2级配电装置的第一开关一一对应电连接；
任一第一过流保护模块用于当监测到与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开，第四预设电流小于第三预设电流。
进一步地，第1级配电装置还包括多个第二开关，与第1级配电装置的配电出线端一一对应设置；
用于直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块，与多个第二开关一一对应电连接；
任一第二过流保护模块用于当监测到与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开；
其中，第n个第2级配电装置的配电出线端对应的第一过流保护模块的第四预设电流，小于第1级配电装置的第n个配电出线端对应的第二过流保护模块的第五预设电流；
第n个第2级配电装置的配电出线端对应的第一过流保护模块的第一预设时长和第二预设时长的和，小于第1级配电装置的第n个配电出线端对应的第二过流保护模块的第三预设时长；
第五预设电流小于第二预设电流。
进一步地，第1级配电装置还包括第三开关，设置在第1级配电装置的进线端；
用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块，与第三开关和多个第二开关电连接，
差动保护模块用于当监测到第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第六预设电流时，控制第三开关在第五预设时长内断开，且控制多个第二开关在第四预设时长内断开。
进一步地，用于直流配电网的保护装置还包括第三过流保护模块，与第三开关电连接；
第三过流保护模块用于当监测到第1级配电装置的进线端的电压小于第一预设电压且电流大于第七预设电流的持续时间达到第六预设时长时，控制第三开关在第五预设时长内断开；
其中，第七预设电流大于第五预设电流，小于第二预设电流；第三预设时长和第四预设时长的和小于第六预设时长。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于本发明任意实施例提供的用于直流配电网的保护装置的保护方法，包括：
通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
进一步地，当用于直流配电网的保护装置还包括多个第一过流保护模块时，该保护方法还包括：
通过任一第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
进一步地，当用于直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块时，该保护方法还包括：
通过任一第二过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开。
进一步地，当用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块时，该保护方法还包括：
通过差动保护模块监测第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第五预设电流时，控制第三开关在第五预设时长内断开，且控制多个第二开关在第四预设时长内断开。
进一步地，当用于直流配电网的保护装置还包括第三过流保护模块时，该保护方法还包括：
通过第三过流保护模块监测第1级配电装置的进线端的电压小于第一预设电压，且电流大于第七预设电流的持续时间达到第六预设时长时，控制第三开关在第五预设时长内断开。
本发明实施例的技术方案通过在换流器的输出端设置限流模块，该限流模块在监测到限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态，以使在直流配电网发生故障时，限流模块可以限制故障电流，使得换流器的输出电流上升幅度减小，换流器仍能持续正常运行，待故障被切除后，限流模块停止限流作用，使换流器的输出电流直接流通至多级配电装置，解决了现有技术中直流配电网一旦发生故障，故障电流过大，换流器将故障，或因保护措施启动导致停止运行，致使全网瘫痪，无法对故障进行处理的问题，从而为故障清除和故障恢复提供条件，改善直流配电网供电的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种直流配电网的故障情形示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图；
图8为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种限流模块的电路结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种用于直流配电网的保护方法的流程图；
图13为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图；
图14为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图；
图15为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图；
图16为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图。
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用于直流配电网的保护装置。图1为本发明实施例提供的一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图。该用于直流配电网的保护装置包括：限流模块210。
其中，该直流配电网包括：换流器110和多级配电装置。其中，换流器110的输入端In1与该直流配电网的供电端In0电连接；限流模块210的输入端In2与换流器110的输出端Out1电连接；每一级配电装置130包括进线端In3和多个配电出线端Out3，第1级配电装置131的进线端与限流模块210的输出端Out2电连接；任意相邻两级配电装置中，后一级配电装置130的进线端In3与前一级配电装置130的配电出线端Out3对应电连接。
限流模块210用于在监测到限流模块210的输出电流Io大于第一预设电流Iset1时，限定限流模块210的输出电流Io为第二预设电流Ilimi，直至监测到限流模块210的输出电流Io小于第三预设电流Iset2时，控制限流模块210的输入端In2和输出端Out2之间呈电流直通状态；其中，第一预设电流Iset1大于第二预设电流Ilimi，第二预设电流Ilimi大于第三预设电流Iset2，第三预设电流Iset2大于第1级配电装置131的进线端In3的额定电流IN1。
其中，该直流配电网可为辐射状低压直流配电网。该直流配电网的供电端In0的供电电压可以是直流电压或交流电压。换流器110可以是整流器或直流转直流变换器，用于将输入端In1输入的直流电压或交流电压转换成所需电压等级的直流电压输出至其输出端Out1。图1示例性的画出3级配电装置的情况，其中，包括1个第1级配电装置、2个第2级配电装置和2个第3级配电装置。本发明实施例对配电装置的级数和个数，以及配电装置的进线端和配电出线端的个数不做限定，可根据需要进行设置。多级配电装置的末端的配电出线端作为终端用户的供电端。
示例性的，第一预设电流Iset1＝1.35IN1，第二预设电流Ilimi＝1.3IN1，第三预设电流Iset2＝1.2IN1。
在直流配电网未发生故障时，即直流配电网正常运行时，限流模块210的输入端In2和输出端Out2之间呈电流直通状态，也即电路直通状态，为正常运行模式，限流模块210的输入端In2和输出端Out2之间的电阻很小，限流模块210的输入端In2的输入电流与输出端Out2的输出电流Io相差很小，几乎相等，使得换流器110的输出电流将直接传输至多级配电装置，各配电装置130的进线端In3和配电出线端Out3的电流小于或等于其线路额定电流，也小于第二预设电流Ilimi。
在直流配电网发生故障时，例如可以是短路故障，图2为本发明实施例提供的一种直流配电网的故障情形示意图，故障点位于一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处，故障回路为图2中的虚线所示，故障电流迅速增大，使得限流模块210的输出端Out2的输出电流Io迅速增大到大于第一预设电流Iset1，限流模块210在监测到限流模块210的输出电流Io大于第一预设电流Iset1时，限定限流模块210的输出电流Io为第二预设电流Ilimi，即故障限流模式，此时，限流模块210相当于一恒流源，以避免换流器110的输出电流上升过大，导致换流器110故障，或因保护措施启动导致停止运行，从而保证换流器110正常运行。待故障被切除后，故障电流消失，限流模块210的输出端Out2的输出电流将迅速下降，小于第三预设电流Iset2，限流模块210在监测到限流模块210的输出电流小于第三预设电流Iset2时，控制限流模块210的输入端In2和输出端Out2之间呈电流直通状态，即正常运行模式，此时，限流模块210相当于一导通的开关，以使换流器110正常供电。
本实施例的技术方案通过在换流器的输出端设置限流模块，该限流模块在监测到限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态，以使在直流配电网发生故障时，限流模块可以限制故障电流，使得换流器的输出电流上升幅度减小，换流器仍能持续正常运行，待故障被切除后，限流模块停止限流作用，使换流器的输出电流直接流通至多级配电装置，解决了现有技术中直流配电网一旦发生故障，故障电流过大，换流器将故障，或因保护措施启动导致停止运行，致使全网瘫痪，无法对故障进行处理的问题，从而为故障清除和故障恢复提供条件，改善直流配电网供电的可靠性。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护装置。图3为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，多级配电装置包括1个第1级配电装置131和多个第2级配电装置132，第n个第2级配电装置132的进线端与第1级配电装置131的第n个配电出线端电连接，其中，n＝1、2……N，N为第2级配电装置的个数；任一第2级配电装置132包括多个第一开关K21，与第2级配电装置132的配电出线端Out3一一对应设置；该用于直流配电网的保护装置还包括多个第一过流保护模块220，与多个第2级配电装置132的第一开关K21一一对应电连接。
其中，任一第一过流保护模块220用于当监测到与其对应的配电出线端Out3的电流IK21大于第四预设电流I4的持续时间达到第一预设时长T1时，控制对应的第一开关K21在第二预设时长T2内断开，第四预设电流I4小于第三预设电流Iset2。
其中，第一开关K21可以包括断路器、机械开关或半导体开关器件等。第一过流保护模块220可以包括电流互感器、逻辑控制电路等。第一预设时长T1为保护延时，例如可以是0。第二预设时长T2可为灭弧时间，例如可以是20毫秒。其中，图3示例性的画出3个第2级配电装置132。可选的，第1级配电装置131包括电源侧配电柜，第2级配电装置132包括终端配电箱。第一开关K21和第一过流保护模块220可以集成在一起，例如可以是微型断路器，具有脱扣特性。各第一过流保护模块220的第四预设电流I4可以相等或不相等。
示例性的，第一过流保护模块220的第四预设电流I4略大于第2级配电装置132的配电出线端Out3的线路额定电流IN2＇，例如可以是I4＝1.2IN2＇。
在直流配电网未发生故障时，即直流配电网正常运行时，限流模块210为正常运行模式，所有第一开关K21闭合。图4为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图，故障点位于一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处，在直流配电网发生故障时，例如可以是短路故障，故障回路为图4中的虚线所示，故障电流迅速增大，达到第一预设电流Iset1，限流模块210立刻切换至故障限流模式，限制电流Io为第二预设电流Ilimi，将限流模块210的输出电流Io由第一预设电流Iset1调节限制为第二预设电流Ilimi的过渡过程所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，此时换流器110持续运行，并提供故障电流，其故障回路如图4所示，故障回路中的第二级配电装置132的配电出线端Out3的电流IK21近似等于第二预设电流Ilimi，远大于第四预设电流I4，因此故障回路中的第一过流保护模块220在经过第一预设时长T1后，控制故障回路中的第一开关K21在第二预设时长T2内断开，以切除故障，实现了低压直流配电网的选择性保护，避免换流器110故障，或因保护措施启动导致停止运行，导致其他未发生故障的终端用户处断电。当故障清除后，故障电流迅速下降，达到限流模块210的第三预设电流Iset2，此时限流模块210恢复正常运行模式，将限流模块210由故障限流模式切换为正常运行模式的过渡过程所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，实现了故障恢复，继续对其他未发生故障的终端用户处正常供电，从故障发生到故障恢复的时间不超过22毫秒。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护装置。图5为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，第1级配电装置131还包括多个第二开关K2，与第1级配电装置131的配电出线端Out3一一对应设置；直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块230，与多个第二开关K2一一对应电连接，故且与第1级配电装置131的配电出线端Out3一一对应。
任一第二过流保护模块230用于当监测到与其对应的配电出线端Out3的电流IK2大于第五预设电流I5的持续时间达到第三预设时长T3时，控制对应的第二开关K2在第四预设时长T4内断开；其中，第n个第2级配电装置132的配电出线端Out3对应的第一过流保护模块220的第四预设电流I4，小于第1级配电装置131的第n个配电出线端Out3对应的第二过流保护模块230的第五预设电流I5；第n个第2级配电装置132的配电出线端Out3对应的第一过流保护模块220的第一预设时长T1和第二预设时长T2的和，小于第1级配电装置131的第n个配电出线端Out3对应的第二过流保护模块230的第三预设时长T3，即T1+T2<T3；第五预设电流I5小于第二预设电流Ilimi。
其中，第二开关K2可以包括断路器、机械开关或半导体开关器件等。第二过流保护模块230可以包括电流互感器、逻辑控制电路等。第三预设时长T3为保护延时，例如可以是30毫秒。第四预设时长T4可为灭弧时间，例如可以是20毫秒。第二开关K2和第二过流保护模块230可以集成在一起，例如可以是塑壳断路器，具有脱扣特性。图5示例性的标出第2级配电装置的序号，如第1个第2级配电装置132-1、第2个第2级配电装置132-2和第3个第2级配电装置132-3，图5示例性的标出第1级配电装置131的配电出线端Out3的序号，如第1个配电出线端Out3-1、第2个配电出线端Out3-2和第3个配电出线端Out3-3。各第二过流保护模块230的第五预设电流I5可以相等或不相等。
示例性的，第n个配电出线端Out3对应的第二过流保护模块230的第五预设电流I5略大于第1级配电装置131的第n个配电出线端Out3的线路额定电流IN1＇，例如可以是I5＝1.2IN1＇。
在直流配电网未发生故障时，即直流配电网正常运行时，限流模块210为正常运行模式，所有第一开关K21和所有第二开关K2均闭合。图6为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图，故障点位于一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处，在直流配电网发生故障时，例如可以是短路故障，故障回路为图6中的虚线所示，故障电流迅速增大，达到第一预设电流Iset1，限流模块210立刻切换至故障限流模式，限制电流Io为第二预设电流Ilimi，将限流模块210的输出电流Io由第一预设电流Iset1调节限制为第二预设电流Ilimi的过渡过程t1所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，此时换流器110持续运行，并提供故障电流，其故障回路如图6所示，故障回路中的第二级配电装置132的配电出线端Out3的电流IK21，以及第一级配电装置131的配电出线端Out3的电流IK2均近似等于第二预设电流Ilimi，远大于第四预设电流I4和第五预设电流I5，第一预设时长T1小于第三预设时长T3，因此故障回路中的第一过流保护模块220在经过第一预设时长T1后，控制故障回路中的第一开关K21在第二预设时长T2内断开，以切除故障，由于第一预设时长T1与第二预设时长T2的和小于第三预设时长T3，故控制故障回路中的第二开关K2不会断开，实现了低压直流配电网的选择性保护，避免第二开关K2断开，导致其他未发生故障的终端用户处断电。当故障清除后，故障电流迅速下降，达到限流模块210的第三预设电流Iset2，此时限流模块210恢复正常运行模式，将限流模块210由故障限流模式切换为正常运行模式的过渡过程t2所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，其中，t1+T1+T2+t2<T3，以避免第二开关K2断开，并实现了故障恢复，使其他未发生故障的终端用户处正常供电，从故障发生到故障恢复的时间不超过22毫秒。
在直流配电网未发生故障时，即直流配电网正常运行时，限流模块120为正常运行模式，所有第一开关K21和所有第二开关K2均闭合。图7为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图，故障点在第1级配电装置131的配电出线端Out3-3处，在直流配电网发生故障时，例如可以是短路故障，故障回路为图7中的虚线所示，故障电流迅速增大，达到第一预设电流Iset1，限流模块210立刻切换至故障限流模式，限制电流Io为第二预设电流Ilimi，将限流模块210的输出电流Io由第一预设电流Iset1调节限制为第二预设电流Ilimi的过渡过程所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，此时换流器110持续运行，并提供故障电流，其故障回路如图7所示，故障回路中的第一级配电装置131的配电出线端Out3-3的电流IK2近似等于第二预设电流Ilimi，远大于第五预设电流I5，因此故障回路中的第二过流保护模块230在经过第三预设时长T3后，控制故障回路中的第二开关K2在第二预设时长T4内断开，以切除故障，其他过流保护模块不能感受到故障电流，故不会控制对应的开关断开，实现了低压直流配电网的选择性保护，并避免换流器闭锁或故障，导致其他未发生故障的终端用户处断电。当故障清除后，故障电流迅速下降，达到限流模块210的第三预设电流Iset2，此时限流模块210恢复正常运行模式，将限流模块210由故障限流模式切换为正常运行模式的过渡过程所需时间较短，例如可以是1毫秒以内，实现了故障恢复，其他未发生故障的终端用户处正常供电，从故障发生到故障恢复的时间不超过52毫秒。
如图6所示的故障情形下，若第一开关K21拒动，未断开，第二过流保护模块230具有后备保护功能，从故障发生，经第二过流保护模块230的第三预设时长T3后，控制第二开关K2在第四预设时长T4内断开，以实现故障清除及故障恢复。故第二过流保护模块230和第二开关K2可作为第一过流保护模块220和第一开关K21的后备保护。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护装置。图8为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，第1级配电装置131还包括第三开关K1，设置在第1级配电装置131的进线端In3；用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块240，与第三开关K1和多个第二开关K2电连接，差动保护模块240用于当监测到第1级配电装置131的进线端In3的输入电流IK1与多个配电出线端Out3的输出电流的和的差值大于第六预设电流I6时，即
Figure BDA0002036776090000141
其中，IK2-i为第一级配电装置131的第i个配电出线端Out3的输出电流，控制第三开关K1在第五预设时长T5内断开，且控制多个第二开关K2在第四预设时长T4内断开。
其中，第三开关K1可以包括断路器、机械开关或半导体开关器件等。差动保护模块240可以包括电流互感器、逻辑控制电路等。第五预设时长T5可为灭弧时间，例如可以是20毫秒。第六预设电流I6大于0。示例性的，第六预设电流I6＝0.5IN1。
在直流配电网未发生故障时，即直流配电网正常运行时，限流模块120为正常运行模式，所有第一开关K21、所有第二开关K2和第三开关K1均闭合。图9为本发明实施例提供的又一种直流配电网的故障情形示意图。图9的故障点在第1级配电装置131的进线端In3和配电出线端Out3之间，当直流配电网发生故障时，故障电流迅速增大，达到第一预设电流Iset1，限流模块210立刻切换至故障限流模式，在较短的时间内限制电流为第二预设电流Ilimi，此时换流器110持续运行，并提供故障电流，其故障回路如图9所示，第一过流保护模块220和第二过流保护模块230不能感受到故障电流，故障电流为非穿越性电流，差动保护模块240将监测到
Figure BDA0002036776090000151
控制第三开关K1在第五预设时长T5内断开，且控制多个第二开关K2在第四预设时长T4内断开，以切除故障，故障清除时间较短，例如可以是在20毫秒以内，实现了低压直流配网的选择保护。
若图9的故障点发生在一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处或第1级配电装置131的一配电出线端处，即类似图6或图7的位置，则故障电流为穿越性电流，其中，
Figure BDA0002036776090000152
故图9对应的方案中差动保护模块240不会控制第三开关K1和多个第二开关K2断开。若图9对应的方案中的故障点发生在一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处或第1级配电装置131的一配电出线端处，即类似图6或图7的位置，图9对应的方案的故障切除过程与图6或图7对应的方案类似。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护装置。图10为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，该用于直流配电网的保护装置还包括第三过流保护模块250，与第三开关K1电连接。
其中，第三过流保护模块250用于当监测到第1级配电装置131的进线端In3的电压UK1小于第一预设电压U1且电流IK1大于第七预设电流I7的持续时间达到第六预设时长T6时，控制第三开关在第五预设时长T5内断开；其中，第七预设电流I7大于第五预设电流I5，小于第二预设电流Ilimi；第三预设时长T3和第四预设时长T4的和小于第六预设时长T6。
其中，第三过流保护模块250可以包括电压互感器、电流互感器、逻辑控制电路等。第六预设时长T1为保护延时，例如可以是60毫秒。第三开关K1和第三过流保护模块250可以集成在一起，例如可以是框架断路器，具有脱扣特性。示例性的，第一预设电压U1略小于换流器110输出端的线路额定电压UN，例如可以是U1＝0.7UN。示例性的，第七预设电流I7＝1.25IN1，换流器110输出端的线路额定电流等于第1级配电装置131的输入端In3的线路额定电流IN1。
若图10对应的方案中故障点发生在一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处或第1级配电装置131的一配电出线端处，即类似图6或图7的位置，第三过流保护模块250能够感受故障电流，由于第六预设时长T6大于第一预设时长T1，且第六预设时长T6大于第三预设时长T3，故第一开关K21和第二开关K2先断开，以切除故障，而第三开关K1不会断开；若第二开关K2拒动，未断开，则第三过流保护模块250具有后备保护功能，从故障发生，经第三过流保护模块230的第六预设时长T6后，控制第三开关K1在第五预设时长T5内断开，以实现故障清除及故障恢复。故第三过流保护模块250和第三开关K1可作为第二过流保护模块230和第二开关K2的后备保护。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护装置。图11为本发明实施例提供的一种限流模块的电路结构示意图。在上述实施例的基础上，限流模块210的输入端In2包括正极输入端In2+和负极输入端In2-，限流模块210的输出端Out2包括正极输出端Out2+和负极输出端Out2-，限流模块210包括第一控制模块211、至少一个桥臂电路212和至少一个电感L1。
其中，至少一个桥臂电路212与至少一个电感L1一一对应，任一桥臂电路212包括第一开关管T1和第二开关管T2，第一开关管T1的第一端与限流模块210的正极输入端In2+电连接，第一开关管T1的第二端，以及第二开关管T2的第一端均与对应的电感L1的第一端电连接；第二开关管T2的第二端，限流模块210的负极输入端In2-均与限流模块210的负极输出端Out2-电连接，电感L1的第二端与限流模块210的负极输出端Out2-电连接，第一开关管T1的控制端Ctr1，以及第二开关管T2的控制端Ctr2均与第一控制模块211电连接。
第一控制模块211用于在监测到限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流大于第一预设电流Iset1时，根据第二预设电流Ilimi和限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流，确定第一开关管T1和第二开关管T2的占空比，直至监测到限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流小于第三预设电流Ise2时，控制第一开关管T1导通，控制第二开关管T2关断。
其中，第一开关管T1和第二开关管T2可以是绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)等。第一开关管T1和第二开关管T2不能同时导通。在故障限流模式时，可通过增大第一开关管T1的占空比，减小第二开关管T2的占空比，来增大限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流；通过增大第二开关管T2的占空比，减小第一开关管T1的占空比，来减小限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流。限流模块210通过电流内环控制模式，控制输出电流为第二预设电流Ilimi。限流模块210通过获取第二预设电流Ilimi和限流模块210的正极输出端Out2+的输出电流的差值，将该差值经预设调节算法处理，得到第一开关管T1和第二开关管T2的占空比。该预设调节算法可包括：积分调节算法、比例积分调节算法或比例积分微分调节算法等。
可选的，在上述实施例的基础上，换流器110设置有闭锁保护模块，闭锁保护模块监测到换流器110中的电力电子开关管器件的电流大于第八预设电流I8时，使换流器闭锁不工作换流器110的输出端Out1将不输出电压和电流，以保护换流器内部电力电子开关管器件。第八预设电流I8大于第一预设电流Iset1。示例性的，第八预设电流I8大于或等于1.6IN1，小于或等于1.7IN1。
本发明实施例在换流器输出端配置限流模块限制故障电流略高于额定电流。对于终端用户故障，利用辐射状低压直流配电网正常运行时负荷支路的分流特性，及故障时故障支路流过同一故障电流的特性，在各级配电装置的配电出端处配置带定值和时延级差的过流保护模块实现上下级保护的选择性，实现分支线路故障的选择性保护。对于电源侧配电柜故障，选取流过换流器出口线路的电流及流过电源侧配电柜各出线开关的电流构成差动保护，作为主保护，通过差动保护模块实现。全网的后备保护为换流器出线侧的低电压过流保护，通过第三过流保护模块实现。故障清除后，通过检测限流模块电流恢复至额定值附近，切换回正常运行模式实现故障恢复。本发明实施例的技术方案具有配置简单，动作迅速可靠，可实现低压直流配网故障的快速选择性切除，可靠实现低压直流配网各处故障的选择性保护及故障恢复。
本发明实施例提供一种用于直流配电网的保护方法。图12为本发明实施例提供的一种用于直流配电网的保护方法的流程图。该用于直流配电网的保护方法基于本发明任意实施例提供的用于直流配电网的保护装置实现。该方法具体包括如下步骤：
步骤310、通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
其中，如图2、图4、图6、图7和图9所示，在发生故障时，限流模块210的限流作用可以解决现有技术中直流配电网一旦发生故障，故障电流过大，换流器将故障，或因保护措施启动导致停止运行，致使全网瘫痪，无法对故障进行处理的问题，从而为故障清除和故障恢复提供条件，改善直流配电网供电的可靠性。
本发明实施例提供的用于直流配电网的保护方法基于上述实施例中的用于直流配电网的保护装置实现，因此本发明实施例提供的用于直流配电网的保护方法也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护方法。图13为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图。在上述实施例的基础上，当用于直流配电网的保护装置还包括多个第一过流保护模块时，该保护方法包括：
步骤410、通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
步骤420、通过任一第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
其中，如图4和图6所示，第一过流保护模块220在与其对应的配电出线端处发生故障时，通过控制对应的第一开关K21断开，以切除故障。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护方法。图14为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图。在上述实施例的基础上，当用于直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块时，该保护方法包括：
步骤510、通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
步骤520、通过任一第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
步骤530、通过任一第二过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开。
其中，如图7所示，第二过流保护模块230在与其对应的配电出线端处发生故障时，通过控制对应的第二开关K2断开，以切除故障；且可作为第一过流保护模块220和第一开关K21的后备保护。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护方法。图15为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图。在上述实施例的基础上，当用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块时，该保护方法包括：
步骤610、通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
步骤620、通过任一第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
步骤630、通过任一第二过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开。
步骤640、通过差动保护模块监测第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第五预设电流时，控制第三开关在第五预设时长内断开，且控制多个第二开关在第四预设时长内断开。
其中，如图9所示，在第1级配电装置131的进线端In3和配电出线端Out3之间发生故障时，差动保护模块240通过控制第三开关K1和所有第二开关K2断开，以切除故障。
本发明实施例提供又一种用于直流配电网的保护方法。图16为本发明实施例提供的又一种用于直流配电网的保护方法的流程图。在上述实施例的基础上，当用于直流配电网的保护装置还包括第三过流保护模块时，该保护方法包括：
步骤710、通过限流模块监测限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态。
步骤720、通过任一第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
步骤730、通过任一第二过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开。
步骤740、通过差动保护模块监测第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第五预设电流时，控制第三开关在第五预设时长内断开，且控制多个第二开关在第四预设时长内断开。
步骤750、通过第三过流保护模块监测与第1级配电装置的进线端的电压小于第一预设电压，且电流大于第七预设电流的持续时间达到第六预设时长时，控制第三开关在第五预设时长内断开。
其中，如图10所示，图10对应的方案中故障点发生在一第2级配电装置的配电出线端的终端用户处或第1级配电装置131的一配电出线端处，即类似图6或图7的位置，若第一开关K21和第二开关K2拒动，第三过流保护模块250通过控制第三开关K1断开，以切除故障。
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、相互结合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 (8)

1.一种用于直流配电网的保护装置，其特征在于，
该直流配电网包括：换流器和多级配电装置，该用于直流配电网的保护装置包括限流模块，
其中，所述换流器的输入端与该直流配电网的供电端电连接；
所述限流模块的输入端与所述换流器的输出端电连接；
每一级所述配电装置包括进线端和多个配电出线端，第1级配电装置的进线端与所述限流模块的输出端电连接；
任意相邻两级配电装置中，后一级配电装置的进线端与前一级配电装置的配电出线端对应电连接；
所述限流模块用于在监测到所述限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定所述限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到所述限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制所述限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态；
其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流，所述第二预设电流大于所述第三预设电流，所述第三预设电流大于所述第1级配电装置的进线端的额定电流；
其中，所述多级配电装置包括1个第1级配电装置和多个第2级配电装置，第n个第2级配电装置的进线端与所述第1级配电装置的第n个配电出线端电连接，其中，n＝1、2……N，N为所述第2级配电装置的个数；
任一所述第2级配电装置包括多个第一开关，与所述第2级配电装置的配电出线端一一对应设置；
所述用于直流配电网的保护装置还包括多个第一过流保护模块，与所述多个第2级配电装置的第一开关一一对应电连接；
任一所述第一过流保护模块用于当监测到与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开，所述第四预设电流小于所述第三预设电流。
2.根据权利要求1所述的用于直流配电网的保护装置，其特征在于，所述第1级配电装置还包括多个第二开关，与所述第1级配电装置的配电出线端一一对应设置；
所述用于直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块，与所述多个第二开关一一对应电连接；
任一所述第二过流保护模块用于当监测到与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开；
其中，所述第n个第2级配电装置的配电出线端对应的第一过流保护模块的第四预设电流，小于所述第1级配电装置的第n个配电出线端对应的第二过流保护模块的第五预设电流；
所述第n个第2级配电装置的配电出线端对应的第一过流保护模块的第一预设时长和第二预设时长的和，小于所述第1级配电装置的第n个配电出线端对应的第二过流保护模块的第三预设时长；
所述第五预设电流小于所述第二预设电流。
3.根据权利要求2所述的用于直流配电网的保护装置，其特征在于，所述第1级配电装置还包括第三开关，设置在所述第1级配电装置的进线端；
所述用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块，与所述第三开关和所述多个第二开关电连接，
所述差动保护模块用于当监测到所述第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第六预设电流时，控制所述第三开关在第五预设时长内断开，且控制所述多个第二开关在第四预设时长内断开。
4.根据权利要求3所述的用于直流配电网的保护装置，其特征在于，还包括第三过流保护模块，与所述第三开关电连接；
所述第三过流保护模块用于当监测到所述第1级配电装置的进线端的电压小于第一预设电压且电流大于第七预设电流的持续时间达到第六预设时长时，控制所述第三开关在第五预设时长内断开；
其中，所述第七预设电流大于所述第五预设电流，小于所述第二预设电流；所述第三预设时长和所述第四预设时长的和小于所述第六预设时长。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的用于直流配电网的保护装置的保护方法，其特征在于，包括：
通过所述限流模块监测所述限流模块的输出电流大于第一预设电流时，限定所述限流模块的输出电流为第二预设电流，直至监测到所述限流模块的输出电流小于第三预设电流时，控制所述限流模块的输入端和输出端之间呈电流直通状态；
通过任一所述第一过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第四预设电流的持续时间达到第一预设时长时，控制对应的第一开关在第二预设时长内断开。
6.根据权利要求5所述的保护方法，其特征在于，当所述用于直流配电网的保护装置还包括多个第二过流保护模块时，所述保护方法还包括：
通过任一所述第二过流保护模块监测与其对应的配电出线端的电流大于第五预设电流的持续时间达到第三预设时长时，控制对应的第二开关在第四预设时长内断开。
7.根据权利要求6所述的保护方法，其特征在于，当所述用于直流配电网的保护装置还包括差动保护模块时，所述保护方法还包括：
通过所述差动保护模块监测所述第1级配电装置的进线端的输入电流与多个配电出线端的输出电流的和的差值大于第五预设电流时，控制第三开关在第五预设时长内断开，且控制所述多个第二开关在第四预设时长内断开。
8.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，当所述用于直流配电网的保护装置还包括第三过流保护模块时，所述保护方法还包括：
通过所述第三过流保护模块监测所述第1级配电装置的进线端的电压小于第一预设电压，且电流大于第七预设电流的持续时间达到第六预设时长时，控制所述第三开关在第五预设时长内断开。
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