CN110596529B - 柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统。上述检测装置包括参数检测元件以及与参数检测元件电连接的继电保护元件。参数检测元件用于检测母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流。继电保护元件根据母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流，获得母线的共模电压直流分量幅值，并获取每一条支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。本装置利用参数检测元件检测直流电压偏置，并利用继电保护元件检测各支路三次谐波共模电流来诊断接地故障支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

Description

柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统

技术领域

本申请涉及电力系统领域，特别是涉及一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统。

背景技术

柔性直流配电系统中如果交流侧采用高阻接地，直流侧就不需要其他的接地措施，此时直流侧如果发生一点接地故障，会导致直流侧出现直流电压偏置，但短路电流很小。柔性直流配电系统可能因为绝缘破坏带来巨大的安全隐患，引发触电和火灾等电气安全事故，因此常采用绝缘监测方法予以预防。

为了提高直流配用电系统绝缘检测的可靠性和准确性，传统方法通常采用逐路断开各支路来查找接地支路，这样的查找方法会造成试拉的支路短时停电，降低了直流电网运行的可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的逐路断开各支路来查找接地支路的方法，直流电网运行的可靠性低的问题，提供一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统。

一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置，所述柔性直流电网包括母线和与所述母线电连接的多条支路，所述检测装置包括：

参数检测元件，与所述母线正级、所述母线负极、每一条所述支路正极以及每一条所述支路负极分别电连接，用于检测母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流；以及

继电保护元件，与所述参数检测元件电连接，用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，还用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取每一条所述支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，多条所述支路包括一条电源支路和多条负载支路，所述参数检测元件包括：

电压检测单元，所述电压检测单元的一次侧与所述母线正级、母线负极分别电连接，用于获取母线正极电压和母线负极电压；

两个第一电流检测单元，一个所述第一电流检测单元的一次侧与所述电源支路正极电连接，用于获取电源支路正极电流，另一个所述第一电流检测单元的一次侧与所述电源支路负极电连接，用于获取电源支路负极电流；以及

多个第二电流检测单元，每一个所述第二电流检测单元的一次侧与所述负载支路正极或负极电连接，用于实时获取负载支路正极电流或负载支路负极电流。

在其中一个实施例中，所述继电保护元件包括：

模拟量采集单元，分别与所述电压检测单元的二次侧、两个所述第一电流检测单元的二次侧以及多个第二电流检测单元的二次侧电连接，用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流；以及

处理单元，与所述模拟量采集单元电连接，用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值以及每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，所述处理单元包括：

第一处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值，并判断所述共模电压直流分量幅值是否大于或等于过电压阈值；以及

第二处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，并判断所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，所述处理单元还包括：

第三处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，所述第三处理模块用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，比较并获取每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值的最大值，进而判断所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，所述处理单元包括：

第四处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值，并判断第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值是否大于或等于过电压阈值；以及

第五处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，并判断所述电源支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，所述处理单元还包括：

第六处理模块，与所述模拟量采集单元电连接，当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，所述第六处理模块用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，比较并获取每一条所述负载支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值的最大值，进而判断所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。

在其中一个实施例中，所述继电保护元件还包括：

执行单元，与所述处理单元电连接，用于向发生对地绝缘故障的支路发送断路信号，对所述发生对地绝缘故障的支路进行断路。

在其中一个实施例中，所述继电保护元件还包括：

阈值存储单元，与所述处理单元电连接，用于向所述处理单元提供阈值参数。

一种柔性直流电网对地绝缘故障检测系统，包括：

多个上述实施例中任一项所述的柔性直流电网对地绝缘故障检测装置，每一个柔性直流电网对地绝缘故障检测装置用于检测一个柔性直流电网的对地绝缘故障。

上述柔性直流电网对地绝缘故障检测装置，包括参数检测元件以及继电保护元件。所述参数检测元件与所述母线正级、母线负极、每一条所述支路正极以及每一条所述支路负极分别电连接。所述参数检测元件用于检测母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流。所述继电保护元件与所述参数检测元件电连接。所述继电保护元件用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，还用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取每一条所述支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。本装置利用参数检测元件检测直流电压偏置，并检测各支路三次谐波共模电流来诊断接地故障支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置结构图；

图2为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置结构图；

图3为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置结构图；

图4为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置结构图；

图5为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法流程图；

图6为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法流程图；

图7为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法中检测装置的安装示意图；

图8为本申请一个实施例提供的一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法中进行故障保护的逻辑框图。

主要附图元件标号

柔性直流电网对地绝缘故障检测装置10

参数检测元件100

电压检测单元110

第一电流检测单元120

第二电流检测单元130

继电保护元件200

模拟量采集单元210

处理单元220

第一处理模块221

第二处理模块222

第三处理模块223

第四处理模块224

第五处理模块225

第六处理模块226

执行单元230

阈值存储单元240

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种直流配电系统及其对地绝缘故障检测方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参见图1，本申请一个实施例中提供一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置10，所述柔性直流电网包括母线和与所述母线电连接的多条支路。所述检测装置10包括参数检测元件100和继电保护元件200。

所述参数检测元件100与所述母线正级、所述母线负极、每一条所述支路正极以及每一条所述支路负极分别电连接。所述参数检测元件100用于检测母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流。可选的，所述参数检测元件100可以为电压传感器和电流传感器。所述电压传感器和所述电流传感器设置于所述柔性直流电网中的各个支路中。

所述继电保护元件200与所述参数检测元件100电连接。所述继电保护元件200用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流。所述继电保护元件200还用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取每一条所述支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。例如，某一时刻，所述继电保护元件200获取的母线正极电压为u_p，母线负极电压为u_n，则此时的母线共模电压为(u_p+u_n)/2。通过连续采样及傅里叶算法可以得到母线的共模电压直流分量U_com0，求取其绝对值得到共模电压直流分量幅值|U_com0|。所述继电保护元件200获取的各直流支路正极电流i_ip、负极电流i_in，则此时的支路共模电流为i_ip+i_in。通过连续采样及傅里叶算法可以得到各支路三次谐波共模电流向量

求取其绝对值得到各支路三次谐波共模电流向量幅值

本实施例中，本装置利用参数检测元件100检测直流电压偏置，并检测各支路三次谐波共模电流，进而利用继电保护元件200来诊断接地故障支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

请参见图2，在其中一个实施例中，所述柔性直流电网包括多条所述支路。所述支路包括一条电源支路和多条负载支路。所述参数检测元件100包括电压检测单元110和两个第一电流检测单元120以及多个第二电流检测单元130。

所述电压检测单元110的一次侧与所述母线正级、母线负极分别电连接，用于获取母线正极电压和母线负极电压。一个所述第一电流检测单元120的一次侧与所述电源支路正极电连接，用于获取电源支路正极电流。另一个所述第一电流检测单元120的一次侧与所述电源支路负极电连接，用于获取电源支路负极电流。每一个所述第二电流检测单元130的一次侧与所述负载支路正极或负极电连接，用于实时获取负载支路正极电流或负载支路负极电流。

所述电压检测单元110可以为电压传感器。所述第一电流检测单元120可以为电流传感器。所述第一电流检测单元120的数量不局限于两个。所述第一电流检测单元120的数量可以根据电源支路的条数确定，只要所述第一电流检测单元120能检测所述电源支路的正负极电流即可。所述电压检测单元110一次侧的一端还与接地端连接。所述电压检测单元110的二次侧和所述第一电流检测单元120的二次侧均与所述继电保护元件200电连接，用于向所述继电保护元件200发送电压、电流信息。

请参见图3，在其中一个实施例中，所述继电保护元件200包括模拟量采集单元210、处理单元220和阈值存储单元240。

所述模拟量采集单元210分别与所述电压检测单元110的二次侧、两个所述第一电流检测单元120的二次侧以及多个第二电流检测单元130的二次侧电连接。所述模拟量采集单元210用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流。所述模拟量采集单元210可以采用RS485通讯网路，将分散的现场数据点的模拟量经AD变换传输到处理单元220。所述模拟量采集单元210可以具有独特的双看门狗安全设计。所述模拟量采集单元210可以为DATA-7215模拟量采集模块。DATA-7215模拟量采集模块具有计量数据采集、测量数据采集、设备开关状态采集和对外逻辑控制等多项功能，主要用作各种测控终端的数据采集、控制和显示设备，适用于各行业的自动化、信息化系统。所述模拟量采集单元210可以实时获取所述参数检测元件获取的电压、电流信息，并经经AD变换传输到处理单元220。

所述处理单元220与所述模拟量采集单元210电连接。所述处理单元220用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值以及每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。所述处理单元220可以为单片机、微处理器等。

所述阈值存储单元240用于存储过电压阈值和过电流阈值。所述过电压阈值为电压可靠系数与极间电压的乘积。所述电压可靠系数的取值范围为0至0.5。所述过电流阈值为电源支路额定电流的1％。

在一个可选的实施例中，所述处理单元220包括第一处理模块221、第二处理模块222和第三处理模块223。

所述第一处理模块221与所述模拟量采集单元210电连接。所述第一处理模块221用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值。所述第一处理模块221还可以用于判断所述共模电压直流分量幅值是否大于或等于过电压阈值。所述过电压阈值为电压可靠系数与极间电压的乘积。所述电压可靠系数的取值范围为0至0.5。当所述共模电压直流分量幅值大于或等于过电压阈值时，认为所述柔性直流电网中发生对地绝缘故障。所述第一处理模块221向所述第二处理模块222发送运算指令。

所述第二处理模块222与所述模拟量采集单元210电连接。所述第二处理模块222接到所述运算指令后，所述第二处理模块222用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值。所述第二处理模块222还用于判断所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。所述过电流阈值为电源支路额定电流的1％。当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值小于过电流阈值时，认为所述电源支路中发生对地绝缘故障。所述第二处理模块222将发送断路指令。当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，所述第二处理模块222向所述第三处理模块223发送运算指令。

所述第三处理模块223与所述模拟量采集单元210电连接。所述第三处理模块223接到所述运算指令后，所述第三处理模块223用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值。所述第三处理模块223还用于比较并获取每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值的最大值。所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。之后，所述第三处理模块223将发送断路指令。所述处理单元220配合其他元件可以实现对地绝缘故障的检测，并及时将故障支路进行断路，以确保柔性直流电网安全可靠运行。

请参见图4，在另一个可选的实施例中，所述处理单元220包括第四处理模块224、第五处理模块225和第六处理模块226。

所述第四处理模块224与所述模拟量采集单元210电连接。所述第四处理模块224用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值。所述第四处理模块224还用于判断第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值是否大于或等于过电压阈值。所述过电压阈值为电压可靠系数与极间电压的乘积。所述电压可靠系数的取值范围为0至0.5。当所述第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值大于或等于过电压阈值时，认为所述柔性直流电网中发生对地绝缘故障。所述第四处理模块224向所述第五处理模块225发送运算指令。

所述第五处理模块225与所述模拟量采集单元210电连接。所述第五处理模块225用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值。所述第五处理模块225还用于判断所述电源支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。所述过电流阈值为电源支路额定电流的1％。当第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值小于过电流阈值时，认为所述电源支路中发生对地绝缘故障。所述第五处理模块225将发送断路指令。当第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值大于或等于过电流阈值时，所述第五处理模块225向所述第六处理模块226发送运算指令。

所述第六处理模块226与所述模拟量采集单元210电连接。所述第六处理模块226接到所述运算指令后，所述第六处理模块226用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值。所述第六处理模块226还用于比较并获取每一条所述负载支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值的最大值。所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。之后，所述第六处理模块226将发送断路指令。所述处理单元220配合其他元件可以实现对地绝缘故障的检测，并及时将故障支路进行断路，以确保柔性直流电网安全可靠运行

在其中一个实施例中，所述继电保护元件200还包括执行单元230。

所述执行单元230与所述处理单元220电连接。所述执行单元230接收到所述断路指令后，所述执行单元230向发生对地绝缘故障的支路发送断路信号，对所述发生对地绝缘故障的支路进行断路。所述执行单元230可以为设置于各个支路的断路器。通过所述执行单元230可以及时切断故障线路与电网的连接，以确保柔性直流电网安全可靠运行。

本申请一个实施例中通过一种柔性直流电网对地绝缘故障检测系统。柔性直流电网对地绝缘故障检测系统包括多个上述实施例中任一项所述的柔性直流电网对地绝缘故障检测装置10，每一个柔性直流电网对地绝缘故障检测装置10用于检测一个柔性直流电网的对地绝缘故障。

请参见图5，本申请一个实施例中提供一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法，所述柔性直流电网包括母线、与所述母线电连接的电源支路，所述检测方法包括：

S10，获取所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值。所述获取所述母线的共模电压直流分量幅值的方法可以为分别实时获取母线正极电压和母线负极电压。根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组。利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的所述共模电压直流分量幅值。所述获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值的方法可以为分别实时获取电源支路正极电流和电源支路负极电流。根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组。利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的所述三次谐波共模电流向量幅值。可以通过处理单元220获取上述两个幅值。

S20，判断所述共模电压直流分量幅值是否大于或等于过电压阈值。所述过电压阈值可以为电压可靠系数与极间电压的乘积。所述电压可靠系数的取值范围为0至0.5。可以通过处理单元220进行判断。当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压和三次谐波共模电流，继电保护计算得到的母线直流共模电压绝对值

和直流支路三次谐波共模电流幅值

两者都不会大于测量最大误差，不会误判。

S30，当所述共模电压直流分量幅值大于或等于所述过电压阈值时，判断所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值是否小于过电流阈值。所述过电流阈值可以为电源支路额定电流的1％。当所述共模电压直流分量幅值小于所述过电压阈值时，则所述柔性直流电网没有发生对地绝缘故障。

S40，当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值小于所述过电流阈值时，则所述电源支路发生对地绝缘故障。当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，认为对地绝缘故障发生在负载支路。当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，直流线路出现直流共模电压偏置，即所述共模电压直流分量幅值大于或等于所述过电压阈值，并且AC/DC换流器产生的三次谐波电压构成通路，三次谐波电压传递到直流侧，直路线路出现三次谐波共模电流。若故障点发生在电源进线支路，则各条直流支路不会检测到三次谐波共模电流，继电保护计算得到的共模电流幅值不会大于测量最大误差，即所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值小于所述过电流阈值，此时可以判定是电源进线支路发生了接地故障。

本实施例中，通过获取所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值。判断所述共模电压直流分量幅值是否大于或等于过电压阈值。当所述共模电压直流分量幅值大于或等于所述过电压阈值时，判断所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值是否小于过电流阈值。当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值小于所述过电流阈值时，则所述电源支路发生对地绝缘故障。本申请利用直流电压偏置及各支路三次谐波共模电流来诊断接地故障支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

在其中一个实施例中，所述柔性直流电网还包括与所述母线分别电连接的多条负载支路。柔性直流电网对地绝缘故障检测方法中检测装置的安装示意图如图7所示。进行故障保护的逻辑框图如图8所示。所述检测方法还包括：

当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于所述过电流阈值时，则所述多条所述负载支路发生对地绝缘故障。为了检测出发生对地绝缘故障的负载支路，可以通过获取每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值。比较并获取每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值的最大值。所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。例如，若故障点发生在其他负荷支路，则该负荷支路与电源支路构成通路，该支路与电源支路都会检测到较大三次谐波共模电流。不失一般性，设电源支路为第一条支路，第j条负荷支路接地，2≤j≤n，则|I_1com3|≥ε，其他支路不接地所以三次谐波共模电流幅值近似为0，因此检测到j支路在负荷支路中三次谐波共模电流幅值最大，即

据此可以判断第j条负荷支路发生了接地故障。

当所述电源支路发生对地绝缘故障，或所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障时，向故障支路发送断路信号，对所述故障支路进行断路。以确保柔性直流电网安全可靠运行。

请参见图6，本申请一个实施例中提供一种柔性直流电网对地绝缘故障检测方法，所述柔性直流电网包括母线、与所述母线电连接的电源支路，所述检测方法包括：

S100，获取所述母线的第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值，作为电压参考量，并获取所述电源支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值，作为第一电流参考量。所述获取所述母线的共模电压直流分量幅值的方法可以为分别实时获取母线正极电压和母线负极电压。根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组。利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的所述共模电压直流分量幅值。所述获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值的方法可以为分别实时获取电源支路正极电流和电源支路负极电流。根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组。利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的所述三次谐波共模电流向量幅值。可以通过处理单元220获取上述两个幅值。

S200，判断所述电压参考量是否大于或等于过电压阈值。所述过电压阈值可以为电压可靠系数与极间电压的乘积。所述电压可靠系数的取值范围为0至0.5。可以通过处理单元220进行判断。当柔性直流电网与母线相连的所有直流支路均不发生接地故障时，不会出现共模直流偏置电压和三次谐波共模电流，继电保护计算得到的母线直流共模电压变化量|U_com0(t₁+m·Δt)-U_com0(t₁)|和直流支路三次谐波共模电流变化量|I_icom3(t₁+m·Δt)-I_icom3(t₁)|，两者都不会大于测量最大误差，不会误判。

S300，当所述电压参考量大于或等于所述过电压阈值时，判断所述第一电流参考量是否小于过电流阈值。所述过电流阈值可以为电源支路额定电流的1％。当所述共模电压直流分量幅值小于所述过电压阈值时，则所述柔性直流电网没有发生对地绝缘故障。

S400，当所述第一电流参考量小于所述过电流阈值时，则所述电源支路发生对地绝缘故障。当所述第一电流参考量大于或等于过电流阈值时，认为对地绝缘故障发生在负载支路。当某一条直流支路发生接地故障时，等效于故障点接入一个共模直流电源，直流线路出现直流共模电压偏置，即所述电压参考量大于或等于所述过电压阈值，并且AC/DC换流器产生的三次谐波电压构成通路，三次谐波电压传递到直流侧，直路线路出现三次谐波共模电流。若故障点发生在电源进线支路，则各条直流支路不会检测到三次谐波共模电流，继电保护计算得到的共模电流幅值不会大于测量最大误差，即所述第一电流参考量小于所述过电流阈值，此时可以判定是电源进线支路发生了接地故障。

本实施例中，通过获取所述母线的第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值，作为电压参考量。并获取所述电源支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值，作为第一电流参考量。判断所述电压参考量是否大于或等于过电压阈值。当所述电压参考量大于或等于所述过电压阈值时，判断所述第一电流参考量是否小于过电流阈值。当所述第一电流参考量小于所述过电流阈值时，则所述电源支路发生对地绝缘故障。本申请利用直流电压偏置及各支路三次谐波共模电流来诊断接地故障支路，从而避免了逐路断开各支路来查找故障支路造成的其他支路短时停电，使得直流电网可靠性得到提高。

在其中一个实施例中，所述柔性直流电网还包括与所述母线分别电连接的多条负载支路。柔性直流电网对地绝缘故障检测方法中检测装置的安装示意图如图7所示。进行故障保护的逻辑框图如图8所示。所述检测方法还包括：

当所述第一电流参考量大于或等于所述过电流阈值时，则所述多条所述负载支路发生对地绝缘故障。为了检测出发生对地绝缘故障的负载支路，可以通过获取每一条所述负载支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值，作为第二电流参考量。比较并获取每一条所述负载支路的第二电流参考量的最大值。所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。例如，若故障点发生在其他负荷支路，则该负荷支路与电源支路构成通路，该支路与电源支路都会检测到较大三次谐波共模电流。不失一般性，设电源支路为第一条支路，第j条负荷支路接地，2≤j≤n，则|I_1com3(t₁+m·Δt)-I_1com3(t₁)|≥ε，其他支路不接地所以三次谐波共模电流幅值近似为0，因此检测到j支路在负荷支路中三次谐波共模电流幅值变化量最大，即

据此可以判断第j条负荷支路发生了接地故障。

当所述电源支路发生对地绝缘故障，或所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障时，向故障支路发送断路信号，对所述故障支路进行断路。以确保柔性直流电网安全可靠运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柔性直流电网对地绝缘故障检测装置，其特征在于，所述柔性直流电网包括母线和与所述母线电连接的多条支路，所述柔性直流电网对地绝缘故障检测装置(10)包括：

参数检测元件(100)，与所述母线正级、所述母线负极、每一条所述支路正极以及每一条所述支路负极分别电连接，用于检测母线正极电压、母线负极电压、支路正极电流以及支路负极电流；以及

继电保护元件(200)，与所述参数检测元件(100)电连接，用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，还用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述支路正极电流以及所述支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取每一条所述支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。

2.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于，多条所述支路包括一条电源支路和多条负载支路，所述参数检测元件(100)包括：

电压检测单元(110)，所述电压检测单元(110)的一次侧与所述母线正级、母线负极分别电连接，用于获取母线正极电压和母线负极电压；

两个第一电流检测单元(120)，一个所述第一电流检测单元(120)的一次侧与所述电源支路正极电连接，用于获取电源支路正极电流，另一个所述第一电流检测单元(120)的一次侧与所述电源支路负极电连接，用于获取电源支路负极电流；以及

多个第二电流检测单元(130)，每一个所述第二电流检测单元(130)的一次侧与所述负载支路正极或负极电连接，用于实时获取负载支路正极电流或负载支路负极电流。

3.根据权利要求2所述的检测装置,其特征在于，所述继电保护元件(200)包括：

模拟量采集单元(210)，分别与所述电压检测单元(110)的二次侧、两个所述第一电流检测单元(120)的二次侧以及多个第二电流检测单元(130)的二次侧电连接，用于获取所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流；以及

处理单元(220)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，用于根据所述母线正极电压、所述母线负极电压、所述电源支路正极电流、所述电源支路负极电流、每一条负载支路正极电流以及每一条负载支路负极电流，获得所述母线的共模电压直流分量幅值，并获取所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值以及每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值，进而判断多条所述支路中的任一路是否发生对地绝缘故障。

4.根据权利要求3所述的检测装置,其特征在于，所述处理单元(220)包括：

第一处理模块(221)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值，并判断所述共模电压直流分量幅值是否大于或等于过电压阈值；以及

第二处理模块(222)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，并判断所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。

5.根据权利要求4所述的检测装置,其特征在于，所述处理单元(220)还包括：

第三处理模块(223)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，所述第三处理模块(223)用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，比较并获取每一条所述负载支路的三次谐波共模电流向量幅值的最大值，进而判断所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。

6.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述处理单元(220)包括：

第四处理模块(224)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，用于根据实时获取的所述母线正极电压和所述母线负极电压，获得母线共模电压瞬时数据组，并利用傅里叶变换，对所述母线共模电压瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻共模电压直流分量幅值，并判断第一时刻的共模电压直流分量幅值与第二时刻的共模电压直流分量幅值的差值是否大于或等于过电压阈值；以及

第五处理模块(225)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，用于根据实时获取的所述电源支路正极电流和所述电源支路负极电流，获得电源支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述电源支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，并判断所述电源支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与所述电源支路第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值是否小于过电流阈值，进而判断所述电源支路是否发生对地绝缘故障。

7.根据权利要求6所述的故障检测装置，其特征在于，所述处理单元(220)还包括：

第六处理模块(226)，与所述模拟量采集单元(210)电连接，当所述电源支路的三次谐波共模电流向量幅值大于或等于过电流阈值时，所述第六处理模块(226)用于根据实时获取的所述负载支路正极电流和所述负载支路负极电流，获得负载支路共模电流瞬时数据组，利用傅里叶变换，对所述负载支路共模电流瞬时数据组进行分解，以获得任一时刻的三次谐波共模电流向量幅值，比较并获取每一条所述负载支路第一时刻的三次谐波共模电流向量幅值与第二时刻的三次谐波共模电流向量幅值的差值的最大值，进而判断所述最大值对应的负载支路发生对地绝缘故障。

8.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述继电保护元件(200)还包括：

执行单元(230)，与所述处理单元(220)电连接，用于向发生对地绝缘故障的支路发送断路信号，对所述发生对地绝缘故障的支路进行断路。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述继电保护元件(200)还包括：

阈值存储单元(240)，与所述处理单元(220)电连接，用于向所述处理单元(220)提供阈值参数。

10.一种柔性直流电网对地绝缘故障检测系统，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至9中任一项所述的柔性直流电网对地绝缘故障检测装置(10)，每一个所述柔性直流电网对地绝缘故障检测装置(10)用于检测一个柔性直流电网的对地绝缘故障。

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