CN110308367A - 一种直流配电网系统、故障定位方法和故障定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流配电网系统、故障定位方法和故障定位系统，首先判定直流配电网是否发生故障，当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；最后解析获取到的各保护告警信号，根据本支路以及本支路的上、下级支路的保护告警信号情况判定故障点是否在本支路上。所以，该故障定位方法能够实现故障的可靠定位，提高直流配电网的供电可靠性。而且，通过对第一设定时间进行合适的选定，能够实现故障的快速定位，保证后续保护跳闸动作的速动性。

Description

一种直流配电网系统、故障定位方法和故障定位系统

技术领域

本发明涉及一种直流配电网系统、故障定位方法和故障定位系统，属于电力系统配电网继电保护技术领域。

背景技术

相较于交流配电网，直流配电网，尤其是中低压直流配电网具有供电容量大、电能质量好、可靠性高、便于分布式能源接入等一系列优点，具有良好的发展前景。然而，直流配电网发生故障后，现有的故障定位方法无法实现故障的可靠定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流配电网故障定位方法，用以解决直流配电网发生故障后，现有的故障定位方法无法实现故障可靠定位的问题。本发明同时提供一种直流配电网故障定位系统，用以解决直流配电网发生故障后，现有的直流配电网故障定位系统无法实现故障可靠定位的问题。本发明同时提供一种直流配电网系统，用以解决直流配电网发生故障后，现有的直流配电网系统中的故障定位方式无法实现故障可靠定位的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种直流配电网故障定位方法，包括以下步骤：

(1)判定直流配电网是否发生故障；

(2)当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；

(3)解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上；当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

首先，判断直流配电网是否发生故障，然后根据相关支路发送的保护告警信号进行故障定位，具体是根据本支路以及上下级支路的保护告警信号的情况实现故障定位。所以，该故障定位方法能够实现故障的可靠定位，提高直流配电网的供电可靠性。而且，通过对第一设定时间进行合适的选定，能够实现故障的快速定位，保证后续保护跳闸动作的速动性。

进一步地，为了提高直流配电网故障判定的可靠性，步骤(1)中，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

进一步地，所述直流配电网故障定位方法还包括以下步骤：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。

进一步地，在故障支路上的保护装置跳闸后，向上传保护告警信号的其他非故障支路对应的保护装置发送复归命令，以复归对应的保护告警信号。

本发明还提供一种直流配电网故障定位系统，包括上位机和用于设置在直流配电网拓扑中各个支路上的保护装置，各保护装置与上位机通信连接，对于任意一个保护装置，实现以下处理过程：判定直流配电网是否发生故障；当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；保护装置将保护告警信号上传给上位机，上位机实现以下处理过程：解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上；当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

首先，判断直流配电网是否发生故障，然后根据相关支路发送的保护告警信号进行故障定位，具体是根据本支路以及上下级支路的保护告警信号的情况实现故障定位。所以，该故障定位系统能够实现故障的可靠定位，提高直流配电网的供电可靠性。而且，通过对第一设定时间进行合适的选定，能够实现故障的快速定位，保证后续保护跳闸动作的速动性。

进一步地，为了提高直流配电网故障判定的可靠性，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

进一步地，上位机还实现以下处理过程：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。

本发明还提供一种直流配电网系统，包括直流配电网拓扑和故障定位系统，直流配电网拓扑包括至少两条支路，所述故障定位系统包括上位机和用于设置在直流配电网拓扑中各个支路上的保护装置，各保护装置与上位机通信连接，对于任意一个保护装置，实现以下处理过程：判定直流配电网是否发生故障；当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；保护装置将保护告警信号上传给上位机，上位机实现以下处理过程：解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上，当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

首先，判断直流配电网是否发生故障，然后根据相关支路发送的保护告警信号进行故障定位，具体是根据本支路以及上下级支路的保护告警信号的情况实现故障定位。所以，该直流配电网系统能够实现故障的可靠定位，提高直流配电网的供电可靠性。而且，通过对第一设定时间进行合适的选定，能够实现故障的快速定位，保证后续保护跳闸动作的速动性。

进一步地，为了提高直流配电网故障判定的可靠性，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

进一步地，上位机还实现以下处理过程：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。

附图说明

图1是本发明提供的中低压直流配电网拓扑图；

图2是本发明提供的直流配电网故障定位方法的整体流程图；

图3是本发明提供的直流配电网故障定位方法中的直流配电网故障判定部分的逻辑图；

图4是本发明提供的直流配电网故障定位方法中的保护告警信号生成部分的逻辑图。

具体实施方式

直流配电网系统实施例：

本实施例提供一种直流配电网系统，包括直流配电网拓扑和故障定位系统。本实施例中，直流配电网拓扑以中低压直流配电网拓扑为例，为了故障定位系统的功能实现，该中低压直流配电网拓扑需要包括至少两条支路，具体的支路个数以及支路种类等需要根据实际需要进行设定。作为一个具体实施方式，图1给出中低压直流配电网拓扑的一种具体拓扑结构，如图1所示，中低压直流配电网拓扑中涉及三条母线，分别是I母、II母和III母，交流电网通过整流器连接I母，I母上引出若干条支路，每条支路连接对应的设备(负载、分布式发电系统、储能设备等)，其中有一条支路连接II母，有一条支路连接III母，II母和III母上也引出若干条支路，每条支路同样连接对应的设备(负载、分布式发电系统、储能设备等)。因此，该中低压直流配电网拓扑为辐射型网络结构。

故障定位系统包括保护装置(即就地保护装置)和上位机。保护装置与支路相对应，而且每个支路上均设置有保护装置，本实施例中，为了后续的保护跳闸动作，每个保护装置均对应有一个直流断路器。作为一个具体的实施方式，各直流断路器配置在对应的支路分界或分段处，而且，各保护装置与对应的直流断路器安装在相同的位置。如图1所示，DL1-DL13均表示直流断路器。另外，图1中箭头表示功率正方向，功率方向以母线流向支路为正方向，可根据配电线路工程需求选择故障定位过程中是否进行方向判别，若进行方向判别可选择采用功率正方向还是功率反方向进行判别。本实施例中，保护装置的功率方向以母线流向线路为正方向。

各保护装置与上位机通信连接，实现数据信息的双向传输。那么，上位机与各保护装置之间为主从式关系。

故障定位系统实现中低压直流配电网拓扑的故障定位，由故障定位系统中配套的故障定位方法实现。在进行故障定位时，首先需要判定中低压直流配电网拓扑是否发生故障，如图2所示。基于该故障定位系统，故障判定的过程由各个保护装置来完成，当然，抛开该故障定位系统而言，中低压直流配电网拓扑是否发生故障的判定过程还可以采用其他现有的故障判定过程，当然，完成该判定过程的设备是根据采用的具体判定过程进行确定的。

对于任意一个保护装置，该保护装置实时检测保护安装处，即所在支路的电流和电压信号，采样率为40kHz。如图3所示，作为一个具体的实施方式，将保护告警功能控制字投入，并确保保护装置无自检闭锁情况。就上文中所述，可根据配电线路工程需求选择故障识别是否进行方向判别，若不经方向判别，则将保护告警经方向控制字退出；若经功率正方向，则保护告警经方向控制字和功率正方向控制字均投入；若经功率反方向，则将保护告警经方向控制字投入并将功率正方向控制字退出。

由于中低压直流配电网拓扑发生故障后，电流会迅速升高，电压会明显下降，那么，在功率方向满足情况下(当然，如果不考虑功率方向，则不用考虑：功率方向是否满足情况)，若检测到的实际电流大于电流告警阈值(对应图3中的|I|＞Iset，电流告警阈值Iset根据实际需要进行设定)，延时第二设定时间(对应图3中的Tqr，第二设定时间Tqr根据判定的快速性要求进行设定，比如0.3ms)后，判定中低压直流配电网发生故障。当然，作为其他的实施方式，第二设定时间Tqr还可以为0，即立即判定得到中低压直流配电网发生故障。因此，当中低压直流配电网发生故障时，各保护装置可在故障初始时刻快速获取本支路的故障信息，即故障电压和电流信息。

在判定中低压直流配电网发生故障后，比较检测到的实际电压与低电压阈值(对应图4中的Uset，低电压阈值Uset根据实际需要进行设定，如0.7倍的系统额定电压)，若实际电压小于低电压阈值(对应图4中的|U|＜Uset)，生成保护告警信号，此时需要将故障状态保持，延时第一设定时间(对应图4中的Tgj，第一设定时间Tgj根据判定的快速性要求进行设定，为了保证保护装置能够快速发保护告警信号，第一设定时间Tgj一般设置为0ms)后，保护装置将保护告警信号上传给上位机。本实施例中，保护告警信号为GOOSE报文，保护告警信号与保护装置相对应，由于保护装置与支路相对应，因此，保护告警信号与支路一一对应。保护告警信号中包含对应支路的信息，若将各支路进行编号，那么，保护告警信号中就包含对应支路的编号，根据该编号就能够识别出对应的支路，进一步地，保护告警信号中还包含故障状态，表示所在支路存在故障的可能性。本实施例中，保护告警信号对应的报文名称为“本支路过流”，其中，具体的支路可根据具体的支路编号通过配置工具来修改，比如：支路一对应的保护告警信号的报文名称为“支路一过流”，用以提示支路一曾经过流，可能存在故障。

因此，只有满足上述电压和电流的故障判断条件的支路，所在支路的保护装置才能够将保护告警信号上送给上位机。对于那些未发出保护告警信号的保护装置，说明这些保护装置所在的支路不存在故障。

上位机解析各个保护装置上送的保护告警信号，那么，就能够得到哪些支路有保护告警信号，即哪些支路存在故障可能性，就能够根据这些信息进行故障定位，具体如下：

对于任意一个保护告警信号，检测该保护告警信号对应的支路的上、下级支路是否发出保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上；当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上，从而实现故障定位。

上述涉及到本支路、本支路的上级支路以及本支路的下级支路，以下给出本支路、上级支路以及下级支路的一种划分原则，为：沿着电源端(比如：图1中的整流器)到负载的方向，即直流电流的流向作为上下级支路的划分条件，从整流器到负载，各支路分别从上级到下级进行划分，即沿着直流电流的流向，支路的等级从上到下逐渐降低，比如：支路一和支路二，支路一在支路二和整流器之间，那么，直流电流的流向为：整流器→支路一→支路二，则支路一就是支路二的上级支路；支路三和支路二，支路三在支路二和负载之间，那么，直流电流的流向为：支路二→支路三→负载，则支路三就是支路二的下级支路；如果直流电流的流向为：支路四→支路五→支路六，则支路四就是支路五的上级支路，支路六是支路五的下级支路。以图1为例，给出几个例子：直流断路器DL1对应的支路是其他所有支路的上级支路，直流断路器DL7对应的支路是直流断路器DL9对应的支路的上级支路，直流断路器DL8对应的支路是直流断路器DL13对应的支路的上级支路。

进一步地，为了在故障定位后实现故障隔离，在故障定位后，向故障支路(即故障点所在的支路)对应的保护装置发送保护跳闸命令，故障支路的保护装置跳开本支路上的直流断路器，实现故障隔离，同时该保护装置的保护告警信号返回，直流断路器处于跳位。而且，在故障支路上的保护装置跳闸后，上位机收到故障支路的直流断路器处于跳位信息后，确认故障已隔离，则向上传保护告警信号的其他非故障支路对应的保护装置发送复归命令，复归对应的保护告警信号。

因此，本发明提出的故障定位方法能够可靠识别中低压直流配电网的故障，并有选择性的隔离故障点，提高中低压直流配电网的供电可靠性。

上述实施例中，在中低压直流配电网是否故障的判定过程之前都已经检测得到了所在支路的电压信号，作为其他的实施方式，支路的电压还可以在判定中低压直流配电网发生故障后进行检测。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于故障定位方法，并不局限于该故障定位方法具体所适用的直流配电网拓扑结构。在不脱离本发明提供的故障定位方法的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

直流配电网故障定位系统实施例：

本实施例提供一种直流配电网故障定位系统，包括上位机和用于设置在直流配电网拓扑中各个支路上的保护装置，各保护装置与上位机通信连接。由于各保护装置的功能作用、上位机的功能作用以及故障定位系统的故障定位实现过程在上述直流配电网系统实施例中均已进行了详细地描述，这里就不再赘述。

直流配电网故障定位方法实施例：

本实施例提供一种直流配电网故障定位方法，包括以下步骤：

(1)判定直流配电网是否发生故障；

(2)当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；

(3)解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上，当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

该直流配电网故障定位方法的实施并不局限于图1所示的拓扑结构，由于该直流配电网故障定位方法的实现过程在上述直流配电网系统实施例中已进行了详细地描述，这里就不再赘述。

Claims (10)

1.一种直流配电网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)判定直流配电网是否发生故障；

(2)当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；

(3)解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上；当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

2.根据权利要求1所述的直流配电网故障定位方法，其特征在于，步骤(1)中，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

3.根据权利要求1或2所述的直流配电网故障定位方法，其特征在于，所述直流配电网故障定位方法还包括以下步骤：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。

4.根据权利要求3所述的直流配电网故障定位方法，其特征在于，在故障支路上的保护装置跳闸后，向上传保护告警信号的其他非故障支路对应的保护装置发送复归命令，以复归对应的保护告警信号。

5.一种直流配电网故障定位系统，其特征在于，包括上位机和用于设置在直流配电网拓扑中各个支路上的保护装置，各保护装置与上位机通信连接，对于任意一个保护装置，实现以下处理过程：判定直流配电网是否发生故障；当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；

保护装置将保护告警信号上传给上位机，上位机实现以下处理过程：解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上；当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

6.根据权利要求5所述的直流配电网故障定位系统，其特征在于，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

7.根据权利要求5或6所述的直流配电网故障定位系统，其特征在于，上位机还实现以下处理过程：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。

8.一种直流配电网系统，包括直流配电网拓扑和故障定位系统，直流配电网拓扑包括至少两条支路，其特征在于，所述故障定位系统包括上位机和用于设置在直流配电网拓扑中各个支路上的保护装置，各保护装置与上位机通信连接，对于任意一个保护装置，实现以下处理过程：判定直流配电网是否发生故障；当直流配电网发生故障时，检测对应支路的实际电压，当检测到的实际电压小于低电压阈值时，生成保护告警信号，所述保护告警信号包含对应的支路信息，延时第一设定时间后，将保护告警信号上传；

保护装置将保护告警信号上传给上位机，上位机实现以下处理过程：解析获取到的各保护告警信号，对于任意一个保护告警信号，当该保护告警信号对应的支路的上、下级支路均有保护告警信号时，判定故障点不在该保护告警信号对应的支路上，当该保护告警信号对应的支路的上级支路有保护告警信号、且下级支路没有保护告警信号时，判定故障点在该保护告警信号对应的支路上。

9.根据权利要求8所述的直流配电网系统，其特征在于，判定直流配电网是否发生故障的实现过程为：检测对应支路上的实际电流，当检测到的实际电流大于电流告警阈值时，延时第二设定时间后，判定直流配电网发生故障。

10.根据权利要求8或9所述的直流配电网系统，其特征在于，上位机还实现以下处理过程：故障定位后，得到故障支路，向故障支路对应的保护装置发送保护跳闸命令，以跳开故障支路上的直流断路器，实现故障隔离。