CN110611303A - 一种低压直流配电网及其故障隔离方法 - Google Patents
一种低压直流配电网及其故障隔离方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110611303A CN110611303A CN201910910012.0A CN201910910012A CN110611303A CN 110611303 A CN110611303 A CN 110611303A CN 201910910012 A CN201910910012 A CN 201910910012A CN 110611303 A CN110611303 A CN 110611303A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- stage switch
- low
- stage
- fault
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
- H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低压直流配电网及其故障隔离方法，包括电源级线路、中间级线路和用户级线路；电源级线路包括能够实现低电压穿越的电源，电源输出端串联第一级开关连接电源出口母线；用户级线路包括直流负荷母线，直流负荷母线串联第三级开关连接用电负荷；中间级线路包括串接在电源出口母线和直流负荷母线之间的第二级开关；第二级开关的脱扣时间与第三级开关的脱扣时间的时间差至少大于第三级开关的脱扣时间；第二级开关的脱扣时间小于电源低电压穿越时间；第二级开关的脱扣电流倍数、第三级开关的脱扣电流倍数均不小于相应的预设脱扣电流倍数。本发明能够在全网不停电的情况下有效、可靠、快速隔离故障。
Description
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种低压直流配电网及其故障隔离方法。
背景技术
目前，国内已建成了多个直流配电网示范工程，但各示范工程的保护配置方案仍参考高压直流和柔性直流输电工程来制定。输电网与配用电网在网架结构、供电可靠需求等方面有显著不同，低压配电网采用输电系统的保护配置方案，从工程造价、可推广性和可行性上存在较大问题。受限于电力电子器件的脆弱性，由其构成的电源无法像同步机电源那样能够短时间耐受较大短路电流，目前电力电子电源在故障发生后几毫秒内立即闭锁，以保护其器件安全。低压配电网直接面向用户负荷，其中一次设备无法像输电网那样配置较多的电压电流互感器来进行保护判别。在低压直流配电网中，若电力电子电源仍采用短时闭锁策略进行自我保护，则不利于供电可靠性和故障的有效隔离，不利于直流配电网的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低压直流配电网及其故障隔离方法，能够有效、可靠隔离故障。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，一种低压直流配电网，包括电源级线路、中间级线路和用户级线路；所述电源级线路包括能够实现低电压穿越的电源，电源输出端串联第一级开关连接电源出口母线；所述用户级线路包括直流负荷母线，直流负荷母线串联第三级开关连接用电负荷；所述中间级线路包括串接在电源出口母线和直流负荷母线之间的第二级开关；
所述第二级开关的脱扣时间与第三级开关的脱扣时间的时间差至少大于第三级开关的脱扣时间；所述第二级开关的脱扣时间小于电源低电压穿越时间；所述第二级开关的脱扣时间小于电源低电压穿越时间；所述第二级开关的脱扣电流倍数、第三级开关的脱扣电流倍数均不小于相应的预设脱扣电流倍数。
结合第一方面，进一步的，对于第二级开关，预设脱扣电流倍数为0.8S，S表示电源限流值与第二级开关的额定电流的比值。
结合第一方面，进一步的，对于第三级开关，预设脱扣电流倍数为8。结合第一方面，进一步的，所述电源包括DC/DC或AC/DC变流器以及连接于变流器直流输出端的降压限流控制电路。
结合第一方面，进一步的，所述降压限流控制电路包括双向Buck-Boost 桥臂。
结合第一方面，进一步的，所述第二级开关的额定电流是第三级开关的额定电流的5倍以上，所述第一级开关的额定电流是第二级开关的额定电流的3倍以上。
结合第一方面，进一步的，所述第一级开关包括框架断路器。
结合第一方面，进一步的，所述第二级开关为低压直流热磁脱扣塑壳断路器、低压直流电子式塑壳断路器中的任一种或两种。
结合第一方面，进一步的，所述第三级开关包括热磁脱扣型微断开关。
第二方面，本发明还提供了一种适用于前述任一项低压直流配电网的故障隔离方法，所述方法包括如下步骤：
当用户级线路故障时，故障点上游第三级开关切除故障，其余开关不动作，故障点上游第二级开关作为后备保护；
当中间级线路故障时，故障点上游第二级开关切除故障，其余开关不动作；
当电源级线路故障时，电源在故障低电压穿越结束后闭锁并联跳第一级开关。
结合第二方面，进一步的，当用户级线路故障时，所述第三级开关应在10ms内切除故障。
结合第二方面，进一步的，当中间级线路故障时，所述第二级开关应在10~80ms切除故障。
与现有技术相比，本发明提供的低压直流配电网及其故障隔离方法所达到的有益效果包括：采用三级线路，根据各级线路的额定电流大小配置相应的开关，电源具备低电压穿越能力，能够在短时间内提供略大于额定电流的短路电流为各级开关提供脱扣电流，利用各级开关的脱扣特性构造上下级线路的保护配合关系，能够在全网不停电的情况下有效、可靠、快速隔离故障；无需额外配置保护装置，工程造价低，供电可靠性高，具有良好的工程应用价值，为低压直流配电网的推广应用提供有力保障。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种低压直流配电网的电路拓扑图；
图2是根据本发明实施例提供的能够进行降压限流电路拓扑图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种低压直流配电网，分为电源级、中间级和用户级共三级线路，根据各级线路的额定电流配置相应的开关，电源具备低电压穿越能力，能够在短时间内提供略大于额定电流的短路电流为各级开关提供脱扣电流，利用各级开关的脱扣特性构造上下级线路的保护配合关系，能够在全网不停电的情况下有效、可靠、快速隔离故障。
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，是本发明实施例提供的一种低压直流配电网的电路拓扑图，根据配电网的辐射网结构特点，以电源出口母线l 1 、直流负荷母线l 2 为分界线划分为电源级线路、中间级线路和用户级线路。
电源级线路配置有电源和第一级开关QF1，电源输出端串接第一级开关QF1连接至电源出口母线l 1 上。电源应当具备低电压穿越功能，能够限制短路电流并短时耐受。短路电流不小于k倍额定电流，根据电力电子器件的承受能力，一般k取1.2。第一级开关QF1能够开断电源的额定电流，其在低压直流电网故障期间由电源故障低电压穿越失败后闭锁联跳。
中间级线路包括连接电源出口母线l 1 与直流负荷母线l 2 的中间线路，中间线路的数量N由直流负荷母线l 2 的数量决定，每条直流负荷母线l 2 对应设置有一条中间线路，每条中间线路上均串接有第二级开关QF2，第二级开关QF2具备开断电源低电压穿越电流的能力，能够在k倍电源额定电流以上时80ms内可靠断开。
用户级线路包括连接用电负荷的用户入户线路和串接在用户入户线路上的第三级开关QF3，第三级开关QF3作为用户的入户开关使用，同样第三级开关QF3具备开断电源低电压穿越电流的能力，能够在k倍电源额定电流以上时十毫秒左右跳开。
为了能够实现电网故障的有效、可靠、快速隔离，需要满足在用户级线路故障时，第三级开关QF3可靠动作，但第二级开关QF2可靠不动作；在中间级线路故障时，第二级开关QF2在电源低电压穿越时间内可靠动作。因此，第二级开关QF2与第三级开关QF3应当能够实现极差配合，具体的，可以结合第二级开关QF2和第三级开关QF3的脱扣特性构造极差配合，对脱扣电流倍数和脱扣时间进行整定。在本发明实施例中，第二级开关QF2的脱扣时间与第三级开关QF3的脱扣时间的时间差△T至少大于第三级开关QF3的脱扣时间；所述第二级开关QF2的脱扣时间小于电源低电压穿越时间；所述第二级开关QF2的脱扣电流倍数不小于0.8S，S表示电源限流值与第二级开关QF2的额定电流的比值；所述第三级开关QF3的脱扣电流倍数不小于8倍。
综上，按照上述电源和各级开关配置要求，在仅依赖各级开关过流脱扣特性技能实现切除并隔离故障，即能够满足：当用户级线路故障时，故障点上游第三级开关QF3切除故障，其余开关不动作，故障点上游第二级开关QF2作为后备保护；当中间级线路故障时，故障点上游第二级开关QF2切除故障，其余开关不动作；当电源级线路故障时，电源在故障低电压穿越结束后闭锁并联跳第一级开关QF1。本发明实施例提供的低压直流配电网能够在全网不停电的情况下有效、可靠、快速隔离故障。
根据目前断路器的技术条件，第一级开关QF1可以选用框架断路器；第二级开关QF2可以选用塑壳断路器，包括热磁脱扣断路器或电子式塑壳断路器，对于热磁脱扣断路器仅需按照要求调整过流脱扣特性即可；电子式塑壳断路器能够按照实际要求准确设定开关的过流脱扣特性。对于第三级开关QF3可以作为用户入户开关使用，通常额定电流在100A以内，考虑成本和可行性，采用传统热磁脱扣微型断路器即可。
通常情况下处于上下游配合关系的塑壳断路器的额定电流是微型断路器额定电流的5倍以上，框架断路器的额定电流是塑壳断路器额定电流的3倍以上，因此，可以将微型断路器的瞬时脱扣电流倍数整定在10倍，塑壳断路器按电源限流值与塑壳断路器额定电流比值S整定脱扣电流倍数，可整定为0.8S。根据目前塑壳和微型断路器的技术特点，可将微型断路器的脱扣时间整定在10ms内，将塑壳断路器的脱扣时间整定在10ms~80ms之间。
如图2所示，是本发明实施例提供的一种能够实现低电压穿越的电力电子电源，该电力电子电源能够在数百毫秒内提供额定电流k倍的短路电流，故障穿越时间根据第二级开关QF2的开断时间来确定。以第二级开关QF2选用塑壳断路器为例，通常塑壳断路器的开断时间可达到80ms以内，因此电源低电压穿越时间可以确定为100ms。本发明实施例提供的电力电子电源除常规DC/DC或AC/DC变流器外，还应包括能够进行降压限流控制的电路，如双向Buck-Boost 桥臂。变流器的输出端并联有稳压电容C，降压限流控制电路的输出端串联有稳流电感L。降压限流控制电路能够实现当电网发生故障时，控制电源端电压降低达到限制短路电流在设定值的目的。如双向Buck-Boost 桥臂电路可通过调节占空比实现低压侧低压限流功能。应当指出，图2仅为能够实现低电压穿越功能的电源的一种实施例，适用于本发明实施例中的电源也可以采用其他拓扑结构并不限于图2所示的电路拓扑结构。
本发明实施例还提供了一种适用于前述低压直流配电网的故障隔离方法，所述方法包括如下步骤：
当用户级线路故障时，故障点上游第三级开关QF3切除故障，其余开关不动作，故障点上游第二级开关QF2作为后备保护；根据第三级开关QF3的脱扣时间，第三级开关QF3应在10ms内切除故障。
当中间级线路故障时，故障点上游第二级开关QF2切除故障，其余开关不动作；根据第二级开关QF2的脱扣时间，第二级开关QF2应在10~80ms切除故障。
当电源级线路故障时，电源在故障低电压穿越结束后闭锁并联跳第一级开关QF1。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低压直流配电网，其特征在于，包括电源级线路、中间级线路和用户级线路；所述电源级线路包括能够实现低电压穿越的电源，电源输出端串联第一级开关连接电源出口母线；所述用户级线路包括直流负荷母线，直流负荷母线串联第三级开关连接用电负荷；所述中间级线路包括串接在电源出口母线和直流负荷母线之间的第二级开关；
所述第二级开关的脱扣时间与第三级开关的脱扣时间的时间差至少大于第三级开关的脱扣时间；所述第二级开关的脱扣时间小于电源低电压穿越时间；所述第二级开关的脱扣电流倍数、第三级开关的脱扣电流倍数均不小于相应的预设脱扣电流倍数。
2.根据权利要求1所述的低压直流配电网，其特征在于，对于第二级开关，预设脱扣电流倍数为0.8S，S表示电源限流值与第二级开关的额定电流的比值。
3.根据权利要求2所述的低压直流配电网，其特征在于，对于第三级开关，预设脱扣电流倍数为8。
4.根据权利要求1所述的低压直流配电网，其特征在于，所述电源包括DC/DC或AC/DC变流器以及连接于变流器直流输出端的降压限流控制电路。
5.根据权利要求1所述的低压直流配电网，其特征在于，所述第二级开关的额定电流是第三级开关的额定电流的5倍以上，所述第一级开关的额定电流是第二级开关的额定电流的3倍以上。
6.根据权利要求1所述的低压直流配电网，其特征在于，所述第一级开关包括框架断路器。
7.根据权利要求1所述的低压直流配电网，其特征在于，所述第二级开关为低压直流热磁脱扣塑壳断路器、低压直流电子式塑壳断路器中的任一种或两种。
8.一种适用于权利要求1至7任一项所述低压直流配电网的故障隔离方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
当用户级线路故障时，故障点上游第三级开关切除故障，其余开关不动作，故障点上游第二级开关作为后备保护；
当中间级线路故障时，故障点上游第二级开关切除故障，其余开关不动作；
当电源级线路故障时，电源在故障低电压穿越结束后闭锁并联跳第一级开关。
9.根据权利要求8所述的故障隔离方法，其特征在于，当用户级线路故障时，所述第三级开关在10ms内切除故障。
10.根据权利要求8所述的故障隔离方法，其特征在于，当中间级线路故障时，所述第二级开关在30~80ms切除故障。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910910012.0A CN110611303B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 一种低压直流配电网及其故障隔离方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910910012.0A CN110611303B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 一种低压直流配电网及其故障隔离方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110611303A true CN110611303A (zh) | 2019-12-24 |
| CN110611303B CN110611303B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=68893049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910910012.0A Active CN110611303B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 一种低压直流配电网及其故障隔离方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110611303B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2149955A2 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Rolls-Royce plc | An electrical protection arrangement for an electrical distribution network |
| CN204361675U (zh) * | 2015-01-29 | 2015-05-27 | 西安科技大学 | 多级联放射式矿区电网用继电保护系统 |
| US20160172838A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-16 | Eaton Corporation | Microgrid distribution manager with dynamically adjustable trip curves for multi-source microgrids |
| CN205489490U (zh) * | 2016-01-06 | 2016-08-17 | 西门子制造工程中心有限公司 | 电力配电系统的保护装置、电力配电系统 |
-
2019
- 2019-09-25 CN CN201910910012.0A patent/CN110611303B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2149955A2 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Rolls-Royce plc | An electrical protection arrangement for an electrical distribution network |
| US20160172838A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-16 | Eaton Corporation | Microgrid distribution manager with dynamically adjustable trip curves for multi-source microgrids |
| CN204361675U (zh) * | 2015-01-29 | 2015-05-27 | 西安科技大学 | 多级联放射式矿区电网用继电保护系统 |
| CN205489490U (zh) * | 2016-01-06 | 2016-08-17 | 西门子制造工程中心有限公司 | 电力配电系统的保护装置、电力配电系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110611303B (zh) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Walling et al. | Summary of distributed resources impact on power delivery systems | |
| Antonova et al. | Distributed generation and its impact on power grids and microgrids protection | |
| CN108879623B (zh) | 一种多电压等级直流电网系统及控制保护方法 | |
| CN110048377B (zh) | 适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法 | |
| CN109390963B (zh) | 一种电压源换流器的直流电压预设控制方法及应用 | |
| CN104813555A (zh) | 环形系统中限流器的操作方法 | |
| CN109245072B (zh) | 基于区域序号的自适应就地型馈线自动化故障处理方法 | |
| CN111244905A (zh) | 一种基于断路器两端电压的直流断路器重合闸方法及系统 | |
| CN108011360B (zh) | 双回线环形运行快速解环方法 | |
| CN105162088B (zh) | 一种10kV电缆网馈线的配电站故障自动检测系统 | |
| CN105098734B (zh) | 一种防10kV开关越级跳闸的方法及保护控制装置 | |
| CN109617031B (zh) | 一种配电网短路事故保护处理系统 | |
| CN110611303B (zh) | 一种低压直流配电网及其故障隔离方法 | |
| CN113131452B (zh) | 一种柔性直流配电网后备保护加速方法及系统 | |
| CN213754084U (zh) | 一种采用不同接地方式电源的双电源供电系统 | |
| Aksoz | An Optimized Overcurrent Protection Study Using Enough Number of SFCL at Optimal Points of a Distributed Real City Grid | |
| CN111934302A (zh) | 一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法 | |
| CN112510706A (zh) | 一种用于10kV配电网的同母合环电路 | |
| Arafa et al. | Recloser-fuse coordination in radial distribution systems connected with distributed generation using saturated-core superconducting fault current limiter | |
| CN111181126A (zh) | 一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统 | |
| Ntshiba et al. | Digital Implementation of an Auto-Reclose Protection Scheme for a Distribution System | |
| CN218071004U (zh) | 一种储能变压器缓启动主回路电路 | |
| CN210693462U (zh) | 一种限流型环网控制器 | |
| CN210693455U (zh) | 一种含有通讯设备的环网控制器 | |
| CN107046272A (zh) | 直流电源全部消失后断路器紧急跳闸控制电路及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |