CN110350500B - 伪双极直流配电网保护方法、装置、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供伪双极直流配电网保护方法、装置、系统、设备及介质。所述方法包括：检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，横差电流值是第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值；响应于横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号；检测第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号；响应于已产生第一横差越限信号且未检测到第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，判定第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

Description

伪双极直流配电网保护方法、装置、系统、设备及介质

技术领域

本申请涉及配电网的继电保护技术领域，具体涉及伪双极直流配电网保护方法、装置、系统、设备及介质。

背景技术

随着新能源、新技术的发展应用，越来越多的分布式新能源需要接入配电网，城市配电网中新能源的渗透率越来越高，用于平抑电网功率波动的储能设备，用于电动车充电的充电桩、绿色充换电站等新型直流负荷也越来越多地接入其中。

城市低压直流配电网作为小型、就地化的电力系统，近年来成为城市配电网研究的热点。相较于交流配电网，直流配电网可以直接接入分布式新能源，并在输送容量、可控性及提高供电质量等方面具有更好的性能，非常适合作为大规模、分布式新能源并网的接入载体，成为未来城市配电网发展的趋势。

目前直流配电网换流器多为基于模块化多电平换流器，主要有伪双极、真双极、混合接线三种接线方式。在伪双极接线方式中，换流器与交流系统之间通常会配置换流变压器，用于交直流系统之间的隔离。换流变压器的阀侧普遍会设置系统接地电阻，系统接地电阻采用经大电阻接地的方式构成一个人为的中性点，使得直流系统对地呈现出对称的正、负极性。然而，伪双极的直流配电网系统发生单极接地故障时，由于系统对地电阻阻值较大，故障电流未有明显的增加，因此，保护装置往往难以对故障点进行判断和定位。

现有的伪双极直流配电系统中多采用绝缘故障检测的方法监测单极接地故障。绝缘故障检测方法有平衡电桥法、不平衡电桥法、交流小信号注入法和便携式漏电流检测法。

发明人发现，平衡电桥法只能检测到接地故障，但不能确定故障位置，需要断电后人工一一排查。不平衡电桥法可以测出绝缘电阻，但是需要正负极母线安装电阻器，造成直流母线绝缘水平的降低。交流小信号注入法通过向正负极线路中注入低频交流信号，根据电流幅值和相位来计算接地阻抗的大小，但鉴于很多直流配电系统中含有微型电子机械装置，其抗干扰电容增大了系统容性电流，而造成交流小信号注入法失效。便携式漏电流检测法可以在故障后移动到任意地方，方便简洁，但目前已有的产品兼容性较差，影响了其广泛使用。

发明内容

本申请实施例提供一种伪双极直流配电网保护方法，包括：检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，所述横差电流值是所述第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值；响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号；检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号；响应于已产生所述第一横差越限信号且未检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

作为本申请的一个方面，在所述响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号之后，所述方法还包括：向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送所述第一横差越限信号。

作为本申请的一个方面，所述向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送第一横差越限信号，包括：通过数据信息共享平台向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送第一横差越限信号。

作为本申请的一个方面，所述检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，包括：通过所述数据信息共享平台接收所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号。

作为本申请的一个方面，所述预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值进行调整。

作为本申请的一个方面，所述预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值的0.6～0.8倍进行调整。

作为本申请的一个方面，所述方法还包括：根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

作为本申请的一个方面，所述异常特征包括：单极接地故障时出现的所述伪双极直流配电网的正负极电压幅值不平衡和/或所述伪双极直流配电网的换流变压器阀侧对地电压升高。

作为本申请的一个方面，所述根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值，包括：根据异常特征及所述接地电阻的结构，减小所述接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

作为本申请的一个方面，所述减小所述接地电阻的阻值，包括：向所述接地电阻投入并联小电阻，以减小所述接地电阻的阻值。

作为本申请的一个方面，所述减小所述接地电阻的阻值，包括：使与所述接地电阻并联的避雷器导通，以减小所述接地电阻的阻值。

本申请实施例还提供一种伪双极直流配电网保护装置，包括横差电流检测模块、横差越限判断模块、第二横差越限接收模块、区内故障保护模块、区外故障保护模块，所述横差电流检测模块检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，所述横差电流值是所述直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值；所述横差越限判断模块响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号；所述第二横差越限接收模块检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号；所述区内故障保护模块响应于已产生所述第一横差越限信号且未检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

作为本申请的一个方面，所述装置还包括接地电阻调节模块，所述接地电阻调节模块根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

本申请实施例还提供一种伪双极直流配电网保护系统，包括上述所述的伪双极直流配电网保护装置、数据信息共享平台，所述数据信息共享平台，与多个所述保护装置通信，发送并接收所述横差越限信号。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述的方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序,其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述的方法。

本申请实施例提供的技术方案，当伪双极直流配电网发生单极接地故障后，利用故障极与非故障极流经的电流幅值不平衡，保护装置采用横差电流作为故障判断的依据，对故障区域进行判断判定，实现了保护判断的选择性，有效地提升了保护判断的可靠性，为故障的隔离和恢复提供有利的条件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网典型架构示意图；

图2是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护方法流程示意图；

图3是本申请另一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护方法流程示意图；

图4是本申请一实施例提供的一种电子式接地电阻示意图；

图5是本申请一实施例提供的一种并联小电阻式接地电阻示意图；

图6是本申请一实施例提供的一种并联避雷器式接地电阻示意图；

图7是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护装置组成示意图；

图8是本申请另一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护装置组成示意图；

图9是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护系统组成示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本申请技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。其只是包含了本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本申请的各种变化获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本申请。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

图1是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网典型架构示意图。

如图1所示，该伪双极直流配电网正常运行电压为±10kV，图中，a是接地电阻，b是直流母线，c是换流变压器，A1是母线直流开关，A2、A3、A4、A5、A6都是母线直流开关A1的下级开关。各个直流开关都设置一个保护装置。

图2是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S110中，检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，横差电流值是第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值。

检测流经正、负极开关的电流幅值并相减得到绝对值，计算出横差电流值。对于伪双极直流配电网系统，在正常运行状态或者极间短路故障下，保护装置检测到的横差电流值几乎为零。而当发生单极接地故障时，故障极与非故障极流经的电流幅值不平衡，横差电流值则为直流系统流入大地的电流值。

在步骤S120中，响应于横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号。预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值进行调整，优选地，按照电流幅值的0.6～0.8倍进行调整，但并不以此为限。

如果横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号。向与本第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送第一横差越限信号。

在步骤S130中，检测伪双极直流配电网中第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号。

在本实施例中，通过数据共享平台接收第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，但不以此为限。第二横差越限信号，是第一直流开关的下级直流开关的横差电流值大于预设的第二横差越限阈值产生的。下级直流开关的横差电流值是下级直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值。

在步骤S140中，响应于已产生所述第一横差越限信号且未检测到第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，判定第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

每个直流开关的保护装置，都检测本直流开关的第一横差越限信号是否产生，并且是否检测到下级直流开关的第二横差越限信号。根据横差网络保护判断原理，如果只有第一横差越限信号而没有下级直流开关的第二横差越限信号，则判定本直流开关的故障为区内故障，对区内故障进行隔离及保护。根据具体情况，对区内故障可以进行延时隔离及保护。并不以此为限。

如图1所示，如果在K1点发生故障，也就是母线单极接地故障，正极对地电压降为0，负极对地电压提升到-20kV。出现了正负极电压幅值不平衡、换流变压器阀侧对地电压升高等异常特征，接地电阻阻值减小，母线上开关A1的保护装置检测到横差电流值，横差电流值大于横差越限阈值。而同母线上的其他开关A2、A3、A4、A5、A6上保护装置均未检测到越限的横差电流值，没有产生第二横差越限信号。于是直流开关A1的保护装置判断该故障为区内故障。A1开关动作将故障切除，并联跳A2、A3、A4、A5、A6实现故障的完全隔离。

根据横差网络保护判断原理，如果有第一横差越限信号而且检测到了下级直流开关的第二横差越限信号，则判定本直流开关的故障为区外故障，对区外故障进行隔离及保护。根据具体情况，对区内故障可以进行延时隔离及保护。并不以此为限。

如图1所示，如果在K2点发生故障，即出线单极接地故障，正极对地电压降为0，负极对地电压提升到-20kV。接地电阻阻值因系统异常特征减小，母线上直流开关A1和A4的保护装置均检测到大于横差越限门槛的横差电流值，其他开关A2、A3、A5、A6上保护装置均未检测到大于横差越限门槛的横差电流值。

于是直流开关A1的保护装置由于产生了第一横差越限信号，并检测到了下级开关A4传来的第二横差越限信号，所以判断故障为区外故障。

而直流开关A4的保护装置由于产生了第一横差越限信号，而到检测的直流开关A1传来的第二横差越限信号不属于其下级开关的第二横差越限信号，因而则判断故障为区内故障，A4开关动作将故障切除。

本实施例提供的技术方案，当伪双极直流配电网发生单极接地故障后，利用故障极与非故障极流经的电流幅值不平衡，保护装置采用横差电流作为故障判断的依据，对故障区域进行判断判定，实现了保护判断的选择性，有效地提升了保护判断的可靠性，为故障的隔离和恢复提供有利的条件。

图3是本申请另一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S100中，根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节横差电流值。

由于发生单极接地故障时，第一直流开关的正极电流等于负载电流与流入大地的电流的和，负极电流等于负载电流，所以横差电流值大约等于流入大地的电流。

而流入大地的电流大小取决于接地电阻的值。如果接地电阻太大，流入大地的电流就会很小，难以检测到。所以，可以检测在单极接地故障时伪双极直流配电网接地电阻的阻值，通过调节接地电阻的大小来调节横差电流值。

也就是说，当出现正负极电压幅值不平衡、换流变压器阀侧对地电压升高等异常特征时，判定为出现了单极接地故障，此时调节接地电阻的阻值，以调节横差电流值。

具体而言，就是根据异常特征及接地电阻的结构，减小接地电阻的阻值，以调节增大横差电流值，便于检测和控制。

如图4所示，如果接地电阻采用电子式接地电阻e时，根据系统异常特征，判断故障为单极接地故障后，向电子式接地电阻e发出阻值调节命令，电子式接地电阻e的阻值可根据设置的目标阻值进行固定调节，也可以根据电压的不平衡度进行动态调节。

如图5所示，如果采用并联式小电阻接地电阻时，f是接地电阻，并联小电阻g，h是小电阻投入开关。根据系统异常特征，判断故障为单极接地故障后，向小电阻投入开关h发出合闸命令，投入并联小电阻g，最终接地电阻由接地电阻f和并联小电阻g并联组成，减小了接地电阻的阻值。

如图6所示，如果采用并联避雷器式接地电阻，接地电阻i所并联的避雷器j会因换流变压器阀侧对地电压的抬升自行导通，实现系统对地电阻的减小。

在步骤S110中，检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，横差电流值是第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值。

在步骤S120中，响应于横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号。

在步骤S130中，检测伪双极直流配电网中第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号。

在步骤S140中，响应于已产生第一横差越限信号且未检测到第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，判定第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

本实施例中，步骤S110、S120、S130、S140与上述实施例相同，不再赘述。

本实施例提供的技术方案，当伪双极直流配电网发生单极接地故障后，通过减小换流变压器阀侧接地电阻阻值，增大直流系统的故障电流，提升了保护判断的灵敏性，防止故障电流小造成保护误判断的可能；利用故障极与非故障极流经的电流幅值不平衡，保护装置采用横差电流作为故障判断的依据，对故障区域进行判断判定，实现了保护判断的选择性，有效地提升了保护判断的可靠性，为故障的隔离和恢复提供有利的条件。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，程序被处理器执行时，使得处理器执行上述所述的方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序,，当计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述所述的方法。

图7是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护装置组成示意图，包括横差电流检测模块11、横差越限判断模块12、第二横差越限接收模块13、区内故障保护模块14。

横差电流检测模块11检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，横差电流值是第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值。横差越限判断模块12响应于横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号。第二横差越限接收模块13接收其他保护装置的第二横差越限信号。区内故障保护模块14响应于已产生第一横差越限信号且未检测到第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，判定第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。

图8是本申请另一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护装置组成示意图，包括横差电流检测模块11、横差越限判断模块12、第二横差越限接收模块13、区内故障保护模块14、接地电阻调节模块15。

接地电阻调节模块15根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节横差电流值。横差电流检测模块11检测伪双极直流配电网的直流开关的横差电流值，横差电流值是直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值。横差越限判断模块12响应于横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号。第二横差越限接收模块13接收其他保护装置的第二横差越限信号。区内故障保护模块14响应于已产生第一横差越限信号且未接收到下级直流开关的第二横差越限信号，判定第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护。。

图9是本申请一实施例提供的一种伪双极直流配电网保护系统组成示意图，包括伪双极直流配电网保护装置1、数据信息共享平台2。

数据信息共享平台2，与多个保护装置1通信，发送并接收横差越限信号。

数据信息共享平台2是利用统一的标准协议构建装置之间互联互通的平台，用于接入其中的保护装置之间信息的传递。作为伪双极直流配电网内保护装置之间信息交互的通道，可实时传输保护装置判断出的横差保护启动信号以及保护装置之间的联跳信号，为横差网络保护的应用提供可靠的手段。平台可采用过程层GOOSE网络、站控层GOOSE网络或者通讯网络等方式实现。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (15)

1.一种伪双极直流配电网保护方法，包括：

检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，所述横差电流值是所述第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值；

响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号，所述预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值进行调整；

检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号；

响应于已产生所述第一横差越限信号且未检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护；

响应于已产生所述第一横差越限信号且又检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述第一直流开关的故障为区外故障，进行故障保护。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号之后，所述方法还包括：

向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送所述第一横差越限信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送第一横差越限信号，包括：

通过数据信息共享平台向与所述第一直流开关相邻的直流开关的保护装置发送第一横差越限信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号，包括：

通过所述数据信息共享平台接收所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值的0.6～0.8倍进行调整。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述异常特征包括：

单极接地故障时出现的所述伪双极直流配电网的正负极电压幅值不平衡和/或所述伪双极直流配电网的换流变压器阀侧对地电压升高。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值，包括：

根据异常特征及所述接地电阻的结构，减小所述接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述减小所述接地电阻的阻值，包括：

向所述接地电阻投入并联小电阻，以减小所述接地电阻的阻值。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述减小所述接地电阻的阻值，包括：

使与所述接地电阻并联的避雷器导通，以减小所述接地电阻的阻值。

11.一种伪双极直流配电网保护装置，包括：

横差电流检测模块，检测伪双极直流配电网的第一直流开关的横差电流值，所述横差电流值是所述第一直流开关的正极电流幅值与负极电流幅值的差值的绝对值；

横差越限判断模块，响应于所述横差电流值大于预设的横差越限阈值，产生第一横差越限信号，所述预设的横差越限阈值依据单极接地故障时流入大地的电流幅值进行调整；

第二横差越限接收模块，检测所述伪双极直流配电网中所述第一直流开关的下级直流开关的第二横差越限信号；

区内故障保护模块，响应于已产生所述第一横差越限信号且未检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述第一直流开关的故障为区内故障，进行故障保护；

区外故障保护模块，响应于已产生所述第一横差越限信号且又检测到所述第一直流开关的下级直流开关的所述第二横差越限信号，判定所述第一直流开关的故障为区外故障，进行故障保护。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括：

接地电阻调节模块，根据异常特征调节接地电阻的阻值，以调节所述横差电流值。

13.一种伪双极直流配电网保护系统，包括：

如权利要求11或权利要求12所述的伪双极直流配电网保护装置；

数据信息共享平台，与多个所述保护装置通信，发送并接收所述横差越限信号。

14.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至权利要求10之任一项所述的方法。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序,其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至权利要求10之任一项所述的方法。

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