CN111049122A - 直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备 - Google Patents

直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备，通过设置与故障电流变化率成正比的开关元件重合闸延时时间，实现开关元件错开次序重合闸，从而实现故障点的有效隔离，恢复直流配电网的运行；采用同一直流线路区段的开关元件向对侧开关元件发送重合闸闭锁信号的方式对同一区段的开关元件进行先后重合闸，可以避免两侧开关元件同时重合于故障点，减少对直流配电网的冲击。解决了现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。

Description

直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备
技术领域
本发明涉及直流配电系统技术领域，尤其涉及一种直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备。
背景技术
直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负荷电能的是直流母线。直流负荷可以直接由直流母线供电，而交流负荷需要经过逆变设备后供电。随着新能源装机容量和直流负荷占比的增加，直流配电将会有很大优势。
直流线路保护是确保直流配电网安全稳定运行的重要环节。直流配电网具有线路数量多但长度短，阻尼小且故障蔓延速度快的特点，因此对直流配电网的直流故障检测和直流线路保护技术提出了更高的要求。
现有的直流配电网大多采用单端电压或电流特征实现故障判别。基于单端电压或电流特征实现直流配电网故障判别过程中，若要提高直流线路区段保护的灵敏性，直流配电网往往会出现非故障区段开关跳闸的情况。
因此，针对上述情况，如何让直流配电网故障区段和非故障区段自动有序重合闸，使得故障被隔离成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备，用于解决现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种直流配电网故障隔离恢复方法，应用于发生故障的直流配电网，包括以下步骤：
S1.每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
S2.根据所述重合闸延时时间，所述直流配电网上的所述开关元件逐个进行重合闸；
S3.若所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断，经过去游离时间后再次重合闸，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点，若是，所述开关元件重合闸失败；若否，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
S4.若所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
在所述步骤S2中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，每条所述直流线路区段中开关元件重合闸的步骤包括：
S21.若所述本侧开关元件启动重合闸，给所述对侧开关元件发送重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件在重合闸之前接收到所述重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件重合闸启动；
S22.若所述本侧开关元件或所述对侧开关元件在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件或所述本侧开关元件的重合闸闭锁信号，则根据重合闸优先级对所述开关元件进行先后重合闸。
优选地，所述故障点为所述直流配电网发生故障的直流线路区段上的故障位置。
优选地，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长；所述重合闸延时时间为td，
Figure BDA0002348013290000021
其中，trels为所述直流配电网故障检测时间、保护出口动作时间及开关元件开断时间和所述直流线路区段的去游离时间的总和，tm为有效延时时间系数，di/dtpeak为所述开关元件启动计时5ms内故障电流变化率的峰值；di/dtpeak_max为所述直流配电网上所有所述开关元件各自发生出口故障情况下所得的电流变化率峰值的最大值，Krel为可靠系数。其中，tm的选取需满足相邻两个所述直流线路区段对应位置的开关元件重合闸时间差大于一个开关元件成功重合闸的时间。Krel＝1.2。
优选地，所述本侧开关元件与所述对侧开关元件通信连接。
优选地，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure BDA0002348013290000031
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
优选地，所述开关元件离所述故障点越近，则所述开关元件的所述重合闸延时时间越长，所述开关元件离所述故障点越远，则所述开关元件的所述重合闸延时时间越短；远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸；所述开关元件的重合闸延时时间启动计时是基于与所述开关元件对应的所述故障电流变化率是否不小于预设故障电流变化率阈值。
优选地，每条所述直流线路区段的母线与分布式电源连接，若所述直流配电网发生故障，靠近所述故障点的所述分布式电源的电力电子器件因过流而闭锁，所述分布式电源恢复运行的步骤包括：
判断所述直流线路区段的母线的直流电压是否不小于直流配电网初始额定电压的95％；
若所述直流线路区段的母线的直流电压不小于直流配电网初始额定电压的95％，所述直流电压能维持时间tk后，所述分布式电源解锁运行；
其中，所述时间tk为所述直流配电网中一个开关元件从重合闸启动到实现成功重合闸所需时间。
本发明还提供一种直流配电网故障隔离恢复装置，应用于发生故障的直流配电网，包括：
重合闸延时时间获取单元，用于每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
执行单元，用于所述直流配电网上的所述开关元件各自根据所述重合闸延时时间错开次序逐个进行重合闸；
第一判断单元，用于判断所述开关元件是否重合于故障点；
第二判断单元，用于根据所述第一判断单元结果为所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断并经过去游离时间后，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点；
恢复运行单元，用于根据所述第一判断单元和第二判断单元的结果为所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
其中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，所述执行单元还用于根据所述本侧开关元件启动重合闸，所述本侧开关元件向对侧发出重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件接收到所述重合闸闭锁信号不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件进行重合闸；
所述执行单元还用于所述本侧开关元件在重合闸启动之后收到重合闸闭锁信号，若所述本侧开关元件为优先，则所述本侧开关元件继续重合闸；若所述本侧开关元件为非优先，则所述本侧开关元件不继续重合闸，等所述对侧开关元件重合闸成功后，所述本侧开关元件再重合闸。
优选地，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长。
优选地，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure BDA0002348013290000041
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
本发明还提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的直流配电网故障隔离恢复方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
1.该直流配电网故障隔离恢复方法通过设置与故障电流变化率成正比的开关元件重合闸延时时间，实现开关元件错开次序重合闸，从而实现故障点的有效隔离，恢复直流配电网的运行；采用同一直流线路区段的开关元件向对侧开关元件发送重合闸闭锁信号的方式对同一区段的开关元件进行先后重合闸，可以避免两侧开关元件同时重合于故障点，减少对直流配电网的冲击。解决了现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题；
2.该直流配电网故障隔离恢复装置通过重合闸延时时间获取单元获得开关元件重合闸延时时间，采用执行单元使得开关元件错开次序进行重合闸，从而实现故障点的有效隔离，恢复直流配电网的运行；采用执行单元实现同一直流线路区段的开关元件向对侧开关元件发送重合闸闭锁信号的方式对同一直流线路区段的开关元件进行先后重合闸，可以避免两侧开关元件同时重合于故障点，减少对直流配电网的冲击，解决了现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的直流配电网故障隔离恢复方法的步骤流程图。
图2为现有直流断路器的结构示意图。
图3为现有直流配电网的典型结构示意图。
图4为本发明实施例所述的直流配电网故障隔离恢复方法自动重合闸的时序逻辑图。
图5为本发明实施例所述的直流配电网故障隔离恢复装置的框架图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
现有直流配电网中，直流配电网具有线路数量多但长度短，阻尼小且故障蔓延速度快的特点，对故障检测和直流线路保护技术提出了更高的要求。直流配电网的极间严重故障的大电流与单极高阻抗接地故障的小电流差异，导致直流配网保护的灵敏性和可靠性往往很难兼顾；要在较短的直流线路中实现对故障波头的快速准确识别对测量装置的采样精度提出了较高的要求；此外，直流配电网运行方式的复杂性，导致直流保护整定难度很大。至于其他保护方案，距离保护作为主保护时无法保护线路全长；差动保护对故障检测时间要求更高，而且在电流变化率很高的情况下容易受时间同步问题影响，微小的时间差异都可能造成很大的计算误差；行波保护则主要用于直流输电系统，在柔性直流配电系统的应用较少。
目前对于直流配电网发生故障的研究中，主要是研究直流输电系统的直流线路故障重合闸，而在直流输电系统中，直流输电线路的两侧往往配置有限流电抗器，区内外故障特征相比柔性直流配电网有较为明显的差异。因此，重合闸主要考虑直流输电线路两端的直流断路器重合闸配合问题，其直流线路故障重合闸策略并不适用于柔性直流配电系统。
在直流配电网发生故障时非故障区域保护也可能动作，实现保护重合闸有利于确定故障区域，同时隔离永久性故障。有些直流配电网重合闸采用的是控保一体化装置，结合故障前后的直流断路器状态确定重合闸的直流断路器编号。然而，这种将设备状态集中起来判断的方式对信息交互的要求较高。
因此，本申请实施例提供了一种直流配电网故障隔离恢复方法、装置及计算机设备，利用开关元件的错序重合闸实现永久故障的有效隔离；同时通过直流线路区段上的双侧开关元件器互发重合闸闭锁信号的方式，避免直流线路区段双侧开关元件重合于故障点对直流配电网的冲击，用于解决现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的直流配电网故障隔离恢复方法的步骤流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种直流配电网故障隔离恢复方法，应用于发生故障的直流配电网，旨在实现直流配电网发生直流故障时保护动作且开关元件跳闸后的自动有序重合闸，确保永久故障的有效隔离以及直流配电网可靠恢复运行。本发明实施例中是针对采用单端电压或电流特征量配置主保护的直流配电网，当其发生直流故障后，直流电压突变量满足门槛值启动，若直流电流(以母线流向线路为正方向)达到电流整定值，保护快速动作出口跳闸，之后重合闸程序启动，该直流配电网故障隔离恢复方法包括以下步骤：
S1.每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
S2.根据所述重合闸延时时间，所述直流配电网上的所述开关元件逐个进行重合闸；
S3.若所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断，经过去游离时间后再次重合闸，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点，若是，所述开关元件重合闸失败；若否，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
S4.若所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
在所述步骤S2中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，每条所述直流线路区段中开关元件重合闸的步骤包括：
S21.若所述本侧开关元件启动重合闸，给所述对侧开关元件发送重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件在重合闸之前接收到所述重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件重合闸启动；
S22.若所述本侧开关元件或所述对侧开关元件在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件或所述本侧开关元件的重合闸闭锁信号，则根据重合闸优先级对所述开关元件进行先后重合闸。
在本发明实施例的所述步骤S1中，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长。其中，所述开关元件的所述重合闸延时时间越长，说明所述开关元件离所述故障点越近，所述开关元件的所述重合闸延时时间越短，说明所述开关元件离所述故障点越远。
需要说明的是，所述开关元件可以为直流断路器。直流断路器优先选用混合式直流断路器。如图2所示，直流断路器包括主支路接通、转移支路和耗能支路。直流断路器正常运行时，直流断路器的主支路接通，转移支路闭锁；当发生直流故障需要开断故障电流时，转移支路解锁，故障电流转移到转移支路，机械开关断开；同时，故障电流给转移支路的电容充电，当转移支路电容电压达到避雷器组的启动阈值，耗能支路导通进行能量的泄放。在本发明实施例的所述步骤S2中，根据所述重合闸延时时间，所述直流配电网上的所述开关元件逐个进行重合闸，远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸。在所述直流配电网中，若某个所述开关元件的重合闸延时时间到达后，该开关元件进行重合闸。具体地，所述直流配电网上的所述开关元件等待各自的重合闸延时时间之后逐个进行重合闸。
需要说明的是，在本实施例中，所述直流配电网的直流线路区段发生故障，将直流配电网的直流线路分为故障区域和非故障区域，所述故障区域和所述非故障区域上的开关元件都有可能因保护满足整定值而动作；发生故障后，所述直流配电网的直流电压突变量启动后，若检测到直流电流满足门槛值所述直流配电网中的开关元件会跳闸切断故障回路。所述开关元件的重合闸延时时间与所述开关元件发生故障后的行波波头的故障电流变化率成正比，所述开关元件等待所述重合闸延时时间之后进行重合闸。为实现整个直流配电网的开关元件在同一时刻开始进行延时计时，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure BDA0002348013290000091
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。设定的故障电流变化率阈值比较小，以实现不同直流线路区段所述开关元件的重合闸延时时间启动计时时刻保持一致，从而保证基于与故障电流变化率成正比的所述重合闸延时时间设置能够有效错开各个所述开关元件的重合闸顺序。
在本实施例中所述步骤S2中，每个所述开关元件通过设置与故障电流变化率成正比的重合闸延时时间以及设定的故障电流变化率阈值启动所述重合闸延时时间开始计时的方式，保证所述直流配电网中不同区段不同位置跳闸后的所述开关元件从同一个时刻开始计时，因所述直流配电网中的不同所述开关元件的重合闸时序不同，远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸，从而确保远离所述故障点的所述开关元件成功重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件若两次重合于所述故障点，则所述开关元件不再重合，实现故障隔离。
在本发明实施例的所述步骤S2中，所述直流配电网中同一所述直流线路区段的所述本侧开关元件与所述对侧开关元件通信连接，当所述本侧开关元件重合闸启动时，给所述对侧开关元件发送重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件在重合闸启动前收到所述本侧开关元件重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件不进行重合闸；所述本侧开关元件或所述对侧开关元件在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件或所述本侧开关元件的重合闸闭锁信号，则根据重合闸优先级对所述开关元件进行先后重合闸。例如：若所述本侧开关元件为优先重合闸的开关元件，即使在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件的重合闸闭锁信号也继续完成重合闸操作；若所述本侧开关元件为非优先重合闸的开关元件，则在启动之后收到所述对侧开关元件重合闸闭锁信号时即中止所述本侧开关元件的重合闸操作，待所述对侧开关元件重合闸成功后，直流配电网的直流电压恢复额定电压的95％之后，所述本侧开关元件重合闸，所述直流配电网的所述直流线路区段重新投入运行。通过每条所述直流线路区段按照优先级顺序对所述直流线路区段上所述开关元件进行重合闸，可以有效保证故障的所述直流线路区段中更为远离所述故障点的所述开关元件首先进行重合闸，另一侧所述开关元件则直到直流配电网的电压恢复正常电压才投入运行，从而避免两个开关元件同时重合于故障点时对所述直流配电网的冲击。
需要说明的是，如图3所示，图中的Line1、Line2、Line3分别代表一条所述直流线路区段，例如，直流线路区段Line2中的开关元件Brk21为本侧开关元件，那么对侧开关元件为开关元件Brk22。图3为现有直流配电网的典型结构示意图。
在本发明实施例的所述步骤S3中，所述开关元件重合时，所述开关元件先解锁转移支路的部分IGBT器件，若重合过程检测到故障电流立即闭锁，经过一段去游离时间之后对该开关元件进行再次重合闸，若该开关元件再次重合闸仍失败则不再对该开关元件进行重合闸。若再次重合闸成功的该开关元件，所述直流配电网恢复运行。重合闸成功的所述开关元件在一定时间内启动保护延时出口跳闸功能。
需要说明的是，重合闸成功的所述开关元件启动延时跳闸，避免由于其他所述开关元件重合闸过程再次引发跳闸。所述开关元件重合闸成功后保护增加延时跳闸时限，延时跳闸时限为一个所述开关元件从启动重合闸到实现成功重合闸所需的时间，从而避免非故障所述直流线路区段上的所述开关元件由于故障所述直流线路区段上的所述开关元件重合闸于所述故障点再次跳闸。
本发明提供的一种直流配电网故障隔离恢复方法通过设置与故障电流变化率成正比的开关元件重合闸延时时间，错开次序对开关元件重合闸，从而实现故障点的有效隔离，恢复直流配电网的运行；采用同一直流线路区段的开关元件向对侧开关元件发送重合闸闭锁信号的方式对同一区段的开关元件进行先后重合闸，可以避免两侧开关元件同时重合于故障点，减少对直流配电网的冲击。解决了现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。
在本发明的一个实施例中，所述重合闸延时时间为td，
Figure BDA0002348013290000111
其中，trels为所述直流配电网故障检测时间、保护出口动作时间及开关元件开断时间和所述直流线路区段的去游离时间的总和，tm为有效延时时间系数，di/dtpeak为所述开关元件启动计时5ms内故障电流变化率的峰值，di/dtpeak_max为所述直流配电网上所有所述开关元件各自发生出口故障情况下所得的电流变化率峰值的最大值，Krel为可靠系数。tm的选取需满足相邻两个所述直流线路区段对应位置的开关元件重合闸时间差大于一个开关元件成功重合闸的时间，以避免位于故障点同一侧的两个所述开关元件同时处于重合闸过程并且可能重合于故障点发生的风险。
需要说明的是，所述故障电流变化率就越大，计算得到与所述故障电流变化率对应的所述开关元件重合闸的重合闸延时时间也越长，代表该开关元件比所述直流配电网上其他所述开关元件越迟进行重合闸。可靠系数K优选为1.2。
在本发明的一个实施例中，所述本侧开关元件与所述对侧开关元件通信连接。
在本发明的一个实施例中，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure BDA0002348013290000112
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
在本发明的一个实施例中，每条所述直流线路区段的母线与分布式电源连接，若所述直流配电网发生故障，靠近所述故障点的所述分布式电源的电力电子器件因过流而闭锁，所述分布式电源恢复运行的步骤包括：
判断所述直流线路区段的母线的直流电压是否不小于直流配电网初始额定电压的95％；
若所述直流线路区段的母线的直流电压不小于直流配电网初始额定电压的95％，所述直流电压能维持时间tk后，所述分布式电源解锁运行；
其中，所述时间tk为所述直流配电网中一个开关元件从重合闸启动到实现成功重合闸所需时间。
需要说明的是，时间tk的设计可以确保大多数情况下所述分布式电源不会因为所述开关元件重合于所述故障点再次导致所述直流配电网上的换流器闭锁。
如图4所示，从故障发生时刻到第一次重合闸的重合闸延时时间包括trels和tm，其中trels包括故障判断时间、保护出口动作时间及开关元件开断时间和直流线路去游离时间，tm为有效重合闸延时时间；若所述开关元件第一次重合闸重合于故障点，其故障判断时间远小于第一次故障判断时间；若所述开关元件第一次重合闸重合于非故障点，则会对所述开关元件的保护出口加个该开关元件的延时跳闸时限，避免故障区段的开关元件重合于故障点时引起的低电压大电流导致重合成功的开关元件再次跳闸。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，所述直流配网的电压为10kV，若每条所述直流线路区段参数为：R0＝0.015Ω/km，L0＝1mH/km，C0＝0.01μF/km，各段直流线路区段的长度均为20km，每条所述直流线路区段的母线负载电阻均为20Ω，主电源的换流器和分布式电源中换流器的阀侧电感为0.5mH、桥臂等效电抗为2mH、桥臂等效电阻为0.05Ω，所述开关元件从检测到故障至开断故障电流的时间trel为5ms，所述开关元件成功重合闸过程所需时间为18ms，所述直流线路区段的去游离时间为200ms，tm选取为200ms。经过实验和仿真测试得到di/dtpeak_max为4.325kA/ms。Brk11、Brk21和Brk31为优先重合闸的开关元件，Brk12、Brk22和Brk32为非优先重合闸的开关元件。其中，主电源主要用于给直流配电网供电的电源，如图3所示，主电源为SG1和SG2。
在直流线路区段Line2中点发生极间故障，当直流线路区段快速保护的整定值较低时，除了故障区段的开关元件Brk21和开关元件Brk22会动作，开关元件Brk11和开关元件Brk32也可能会动作。各所述开关元件的故障电流变化率和重合闸延时时间如下表1所示。
表1直流线路区段Line2中点发生极间故障
开关元件 Brk11 Brk21 Brk22 Brk32
故障电流变化率(kA/ms) 0.308 1.379 1.379 0.308
重合闸延时时间(ms) 216.52 251.67 251.67 216.52
从上表1可以得知，由于开关元件Brk21相比开关元件Brk11距离故障点较近，故障电流变化率较大，重合闸延时时间也较长；开关元件Brk11先重合闸，开关元件Brk21后重合闸。此外，开关元件Brk21重合闸延时时间比开关元件Brk11多35.15ms，超过一个开关成功重合闸过程所需时间18ms，因此，不会出现在开关元件Brk11重合闸过程中开关元件Brk21重合于故障点引起的开关元件Brk11也再次跳闸。同理，对于故障点另一侧的开关元件Brk22和开关元件Brk32，开关元件Brk32先重合闸，开关元件Brk22后重合闸。故障区段的开关元件Brk21和开关元件Brk22重合闸延时时间相同，两侧开关元件都会启动重合闸，但重合闸启动后会受到对侧的开关元件重合闸闭锁信号，由于开关元件Brk21比开关元件Brk22优先级高，开关元件Brk21继续重合闸，开关元件Brk22退出重合闸，待所述直流配电网的电压恢复后再次重合闸。
直流线路区段Line2首端发生极间故障可能跳闸的开关元件的故障电流变化率和重合闸延时时间，如下表2所示。开关元件Brk32首先重合闸，之后开关元件Brk11和开关元件Brk22几乎同时重合闸，由于此时开关元件Brk21仍是开断的，因此开关元件Brk11和开关元件Brk22同时重合闸不会互相影响。开关元件Brk22重合启动后发重合闸闭锁信号给开关元件Brk21，因此只有当开关元件Brk21重合成功且所述直流配电网的电压恢复正常电压，开关元件Brk21才会重合闸。
表2直流线路区段Line2首端发生极间故障
开关元件 Brk11 Brk21 Brk22 Brk32
直流故障电流变化率(kA/ms) 0.786 4.305 0.818 0.213
重合闸延时时间(ms) 233.11 317.74 234.16 213.04
实施例二：
图5为本发明实施例所述的直流配电网故障隔离恢复装置的框架图。
如图5所示，本发明实施例提供了一种直流配电网故障隔离恢复装置，应用于发生故障的直流配电网，包括：
重合闸延时时间获取单元10，用于每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
执行单元20，用于所述直流配电网上的所述开关元件各自根据所述重合闸延时时间错开次序逐个进行重合闸；
第一判断单元30，用于判断所述开关元件是否重合于故障点；
第二判断单元40，用于根据所述第一判断单元30结果为所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断并经过去游离时间后，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点；
恢复运行单元50，用于根据所述第一判断单元30和所述第二判断单元40的结果为所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
其中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，所述执行单元20还用于根据所述本侧开关元件启动重合闸，所述本侧开关元件向对侧发出重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件接收到所述重合闸闭锁信号不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件进行重合闸；
所述执行单元20还用于所述本侧开关元件在重合闸启动之后收到重合闸闭锁信号，若所述本侧开关元件为优先，则所述本侧开关元件继续重合闸；若所述本侧开关元件为非优先，则所述本侧开关元件不继续重合闸，等所述对侧开关元件重合闸成功后，所述本侧开关元件再重合闸。
在本发明的实施例中，在所述重合闸延时时间获取单元10中，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长。其中，所述开关元件的所述重合闸延时时间越长，说明所述开关元件离所述故障点越近，所述开关元件的所述重合闸延时时间越短，说明所述开关元件离所述故障点越远。所述重合闸延时时间为td，
Figure BDA0002348013290000151
其中，trels为所述直流配电网故障检测时间、保护出口动作时间及开关元件开断时间和所述直流线路区段的去游离时间的总和，tm为有效延时时间系数，di/dtpeak为所述开关元件启动计时5ms内故障电流变化率的峰值，di/dtpeak_max为所述直流配电网上所有所述开关元件各自发生出口故障情况下所得的电流变化率峰值的最大值，Krel为可靠系数。其中，tm的选取需满足相邻两个所述直流线路区段对应位置的开关元件重合闸时间差大于一个开关元件成功重合闸的时间。
需要说明的是，所述故障电流变化率就越大，计算得到与所述故障电流变化率对应的所述开关元件重合闸的重合闸延时时间也越长，代表该开关元件比所述直流配电网上其他所述开关元件越迟进行重合闸。可靠系数Krel优选为1.2。
本发明实施例中，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure BDA0002348013290000152
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
本发明实施例中，根据所述重合闸延时时间，所述直流配电网上的所述开关元件逐个进行重合闸，实现远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，控制靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸。所述直流配电网中同一所述直流线路区段的所述本侧开关元件与所述对侧开关元件通信连接，当所述本侧开关元件重合闸启动时，给所述对侧开关元件发送重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件在重合闸启动前收到所述本侧开关元件重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件不进行重合闸；所述本侧开关元件或所述对侧开关元件在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件或所述本侧开关元件的重合闸闭锁信号，则根据重合闸优先级对所述开关元件进行先后重合闸。例如：若所述本侧开关元件为优先重合闸的开关元件，即使在启动之后收到所述对侧开关元件的重合闸闭锁信号也继续完成重合闸操作；若所述本侧开关元件为非优先重合闸的开关元件，则在启动之后收到所述对侧开关元件重合闸闭锁信号时即中止所述本侧开关元件的重合闸操作，待所述对侧开关元件重合闸成功后，直流配电网的直流电压恢复额定电压的95％之后，所述直流配电网的所述直流线路区段重新投入运行。通过每条所述直流线路区段按照优先级顺序对所述直流线路区段上所述开关元件进行重合闸，可以有效保证直流配电网的故障区段中更为远离所述故障点的所述开关元件首先进行重合闸，另一侧所述开关元件则直到所述直流系统中的电压恢复正常才投入运行，从而可以减少重合于所述故障点时对所述直流配电网的冲击。
需要说明的是，每个所述开关元件通过设置与故障电流变化率成正比的重合闸延时时间以及设定的故障电流变化率阈值启动所述重合闸延时时间开始计时的方式，保证所述直流配电网中不同区段不同位置跳闸后的所述开关元件从同一个时刻开始计时，因所述直流配电网中的不同所述开关元件的重合闸时序不同，远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸，从而确保远离所述故障点的所述开关元件成功重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件若重合于所述故障点，则所述开关元件不再重合，实现故障隔离。
本发明实施例中，所述第二判断单元40中，所述开关元件重合于所述故障点后快速开断，经过一段去游离时间之后对该开关元件进行再次重合闸，若该开关元件再次重合闸仍失败则不再对该开关元件进行重合闸。若再次重合闸成功的该开关元件，所述直流配电网恢复运行。
需要说明的是，所述直流配电网故障发生后，重合闸成功的所述开关元件启动延时跳闸，避免由于其他所述开关元件重合闸于故障点时再次引发跳闸。所述开关元件重合闸成功后保护增加延时跳闸时限，从而避免非故障所述直流线路区段上的所述开关元件由于故障所述直流线路区段上的所述开关元件重合于故障点而再次跳闸。
本发明提供的一种直流配电网故障隔离恢复装置通过重合闸延时时间获取单元获得开关元件重合闸延时时间，采用执行单元使得开关元件错开次序进行重合闸，从而实现故障点的有效隔离，恢复直流配电网的运行；采用执行单元使得同一直流线路区段的开关元件向对侧开关元件发送重合闸闭锁信号的方式对同一直流线路区段的开关元件进行先后重合闸，可以避免两侧开关元件同时重合于故障点，减少对直流配电网的冲击，解决了现有直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，非故障区段的开关也可能发生跳闸，从而造成直流配电网大面积停电的技术问题。
实施例三：
本发明实施例提供了一种计算机设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述所述的直流配电网故障隔离恢复方法。
需要说明的是，处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种直流配电网故障隔离恢复方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1至S4。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示单元10至50的功能。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流配电网故障隔离恢复方法，应用于发生故障的直流配电网，其特征在于，包括以下步骤：
S1.每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
S2.根据所述重合闸延时时间，所述直流配电网上的所述开关元件逐个进行重合闸；
S3.若所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断，经过去游离时间后再次重合闸，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点，若是，所述开关元件重合闸失败；若否，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
S4.若所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
在所述步骤S2中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，每条所述直流线路区段中开关元件重合闸的步骤包括：
S21.若所述本侧开关元件启动重合闸，给所述对侧开关元件发送重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件在重合闸之前接收到所述重合闸闭锁信号，所述对侧开关元件不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件重合闸启动；
S22.若所述本侧开关元件或所述对侧开关元件在重合闸启动之后收到所述对侧开关元件或所述本侧开关元件的重合闸闭锁信号，则根据重合闸优先级对所述开关元件进行先后重合闸。
2.根据权利要求1所述的直流配电网故障隔离恢复方法，其特征在于，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长；所述重合闸延时时间为td，
Figure FDA0002348013280000011
其中，trels为所述直流配电网故障检测时间、保护出口动作时间及开关元件开断时间和所述直流线路区段的去游离时间的总和，tm为有效延时时间系数，di/dtpeak为所述开关元件启动计时5ms内故障电流变化率的峰值，di/dtpeak_max为所述直流配电网上所有所述开关元件各自发生出口故障情况下所得的电流变化率峰值的最大值，Krel为可靠系数。
3.根据权利要求1所述的直流配电网故障隔离恢复方法，其特征在于，所述本侧开关元件与所述对侧开关元件通信连接。
4.根据权利要求1所述的直流配电网故障隔离恢复方法，其特征在于，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure FDA0002348013280000021
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
5.根据权利要求1所述的直流配电网故障隔离恢复方法，其特征在于，所述开关元件离所述故障点越近，则所述开关元件的所述重合闸延时时间越长，所述开关元件离所述故障点越远，则所述开关元件的所述重合闸延时时间越短；远离所述故障点的所述开关元件先重合闸，靠近所述故障点的所述开关元件后重合闸；所述开关元件的重合闸延时时间启动计时是基于与所述开关元件对应的所述故障电流变化率是否不小于预设故障电流变化率阈值。
6.根据权利要求1所述的直流配电网故障隔离恢复方法，其特征在于，每条所述直流线路区段的母线与分布式电源连接，若所述直流配电网发生故障，靠近所述故障点的所述分布式电源的电力电子器件因过流而闭锁，所述分布式电源恢复运行的步骤包括：
判断所述直流线路区段的母线的直流电压是否不小于直流配电网初始额定电压的95％；
若所述直流线路区段的母线的直流电压不小于直流配电网初始额定电压的95％，所述直流电压能维持时间tk后，所述分布式电源解锁运行；
其中，所述时间tk为所述直流配电网中一个开关元件从重合闸启动到实现成功重合闸所需时间。
7.一种直流配电网故障隔离恢复装置，应用于发生故障的直流配电网，其特征在于，包括：
重合闸延时时间获取单元，用于每个开关元件各自获取流过自身的故障电流变化率，根据所述故障电流变化率设置与之对应所述开关元件的重合闸延时时间；
执行单元，用于所述直流配电网上的所述开关元件各自根据所述重合闸延时时间错开次序逐个进行重合闸；
第一判断单元，用于判断所述开关元件是否重合于故障点；
第二判断单元，用于根据所述第一判断单元结果为所述开关元件重合于故障点，所述开关元件开断并经过去游离时间后，判断所述开关元件是否再次重合于所述故障点；
恢复运行单元，用于根据所述第一判断单元和第二判断单元的结果为所述开关元件没有重合于所述故障点，所述开关元件重合闸成功，所述直流配电网恢复运行；
其中，所述直流配电网上设置有若干条直流线路区段，每条所述直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，所述执行单元还用于根据所述本侧开关元件启动重合闸，所述本侧开关元件向对侧发出重合闸闭锁信号；所述对侧开关元件接收到所述重合闸闭锁信号不进行重合闸，直至所述本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到正常电压后，所述对侧开关元件进行重合闸；
所述执行单元还用于所述本侧开关元件在重合闸启动之后收到重合闸闭锁信号，若所述本侧开关元件为优先，则所述本侧开关元件继续重合闸；若所述本侧开关元件为非优先，则所述本侧开关元件不继续重合闸，等所述对侧开关元件重合闸成功后，所述本侧开关元件再重合闸。
8.根据权利要求7所述的直流配电网故障隔离恢复装置，其特征在于，所述重合闸延时时间与所述故障电流变化率成正比，所述故障电流变化率越大，所述重合闸延时时间越长。
9.根据权利要求7所述的直流配电网故障隔离恢复装置，其特征在于，所述开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电流变化率满足一个预先设定的阈值，其判据为：
Figure FDA0002348013280000031
di/dt为所述开关元件的故障电流变化率，Δset为设定的故障电流变化率阈值。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-6任一项所述的直流配电网故障隔离恢复方法。
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