CN114280421A - 直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质 Download PDF

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陈默
蒋杰
张育臣
李皖金
于浩海
曾嵘
余占清
陈政宇
崔康生
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Abstract

本发明公开了一种直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质，方法包括：获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；通过电流变化率判据判定故障点的位置；根据故障点位置定位故障点在直流配电网中的位置；根据直流配电网中故障点所在的位置，向故障点临近的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。通过对低电压、过电流，以及电流变化率判据的判定，准确判定直流配电网中短路故障发生的位置，并向故障位置周围临近的直流断路器及直流配电设备发出跳闸或闭锁指令，快速实现直流配电网的选择性保护。

Description

直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
直流配电网在支撑分布式新能源接入、降低线路运行损耗、满足多样化负载和改善供电质量等方面有着明显的优势，近年来得到了广泛关注和巨大发展。目前，直流配电网在我国正处于工程示范应用和关键技术问题突破的阶段，其系统设计、含新能源接入的协调控制、故障快速隔离与恢复等一系列问题亟待解决。其中，大量换流器、直流电源、直流负荷直流组网后，如何进行直流配电网的故障检测和选择性保护，是直流系统组网需要解决的关键技术。
目前直流配电网故障检测与定位方法大多都参考交流系统继电保护方法，保护原理涉及电压/电流保护、距离保护、纵联电流差动保护等多种保护原理。但考虑到直流配电网相较于交流系统的特殊性，包括①对保护动作速度要求更高；②对保护选择性的实现更困难；③保护与直流配电设备的启动和闭锁密切配合等特点，直流组网后系统的保护配置和配合还需要进一步的详细研究。特别是在多端、多电源、多负荷组网情形下，由于直流配电本身各端间电气距离短，不同位置发生故障时线路过流特征差异不明显，且各端配电装置均会产生短路电流，短路电流潮流分布复杂，故障检测以及保护难度大，目前尚没有成熟的故障定位和选择性保护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流配电网故障选择性保护方法、系统、装置及存储介质，以解决上述背景技术中，直流配电网故障检测以及保护难度大的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种直流配电网故障选择性保护方法，包括以下步骤：
获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
如发生短路故障，则通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
根据直流配电网中故障点所在的位置，向距离故障点预设距离内的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。
可选的，通过电压传感器检测直流配电母线上电压测点的实时电压，通过电流传感器检测直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流。
可选的，通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障，方法如下：
|ubus|<Uset且max(|iline1|,|iline2|,…|ilinen|)<Iset持续时间超过Tset，判定发生短路故障，其中ubus为直流配电母线电压，iline1,iline2,…ilinen为直流配电母线各进、出线的电流，Uset为直流低电压定值，Iset为直流过电流定值，Tset为动作延时定值。
可选的，通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置，方法如下：
对于直流配电母线某一进、出线，若
Figure BDA0003439706080000021
则故障位于该支路电流测点的线路侧；若
Figure BDA0003439706080000022
则故障位于该支路电流测点的母线侧；其中，
Figure BDA0003439706080000023
为线路x上电流测点处的电流变化率，以正极流入母线或负极流出母线为正方向；dIset为判定故障相对于电流测点方向的电流变化率定值。
可选的，根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置，方法如下：
若线路x满足：
Figure BDA0003439706080000024
或
Figure BDA0003439706080000025
则该线路所连接的母线直流断路器及线路末端直流断路器或配电设备需要跳闸或闭锁。
可选的，所述电压测点分别设置在直流配电母线的正极和负极。
可选的，所述电流测点设置于所述直流配电母线与直流断路器的连接之间。
本发明的第二方面，提供了一种用于所述直流配电网故障选择性保护方法的系统，包括：
获取模块，用于获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
第一判定模块，用于通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
第二判定模块，用于通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
定位模块，用于根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
指令模块，用于根据直流配电网中故障点所在的位置，向距离故障点预设距离内的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。
本发明的第三方面，提供了一种计算机装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的直流配电网故障选择性保护方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的直流配电网故障选择性保护方法。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提出了一种直流配电网中故障的选择性保护方法，通过对低电压、过电流，以及电流变化率判据的判定，准确判定直流配电网中短路故障发生的位置，并向故障位置周围临近的直流断路器及直流配电设备发出跳闸或闭锁指令，快速实现直流配电网的选择性保护。该方法实现了现有直流配电网中尚不具备的故障定位及选择性保护功能，在快速隔离故障区域的同时，非故障区域无需闭锁，可在配电设备允许的情况下顺利穿越电网故障，减小故障导致的停电范围，提高了直流配电网的配电灵活性和供电可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中选择性保护的测点及各断路器的保护判据配置示意图；
图2为本发明实施例中电压测点和电流测点分布示意图。
图3为本发明实施例中选择性保护的故障定位原理图，其中：a正极进线故障，b正极母线故障，c正极出线故障，d负极进线故障，e负极母线故障，f负极出线故障。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示，图1为本发明一个实施例所应用的直流配电网。图中给出了该配电网中选择性保护需要采集的所有电压及电流测点，基于这些电压电流测点的测量结果，图中列出了各直流断路器在选择性保护中的动作判据配置。
本发明实施例的第一方面，提供了一种直流配电网故障选择性保护方法，当直流配电网中发生各类短路故障时，系统进行选择性保护的方法，在直流配电母线的正极和负极设置电压测点，直流配电母线与直流断路器的连接之间设置电流测点。具体包括以下步骤：
(1)通过电压传感器检测直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，通过电流传感器检测直流配电网中直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
(2)通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
(3)通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
(4)根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
(5)根据直流配电网中故障点所在的位置，向故障点临近的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令；
(6)故障点周围临近的各直流断路器跳闸，邻近的各配电设备闭锁，实现对故障的隔离，其余非故障区域恢复运行，系统选择性保护完成。
作为应用于本发明的一个具体实施例，上述步骤(2)通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障，具体判据为：|ubus|<Uset且max(|iline1|,|iline2|,…|ilinen|)<Iset持续时间超过Tset，判定发生短路故障，其中ubus为直流配电母线电压，iline1,iline2,…ilinen为直流配电母线各进、出线的电流，Uset为直流低电压定值，Iset为直流过电流定值，Tset为动作延时定值。
作为本具体实施例的一种示例：对于直流配电母线的正极，当|UP|<Uset且max(|ImianP|,|Isub1P|,|Isub2P|,|Isub3P|)<Iset持续时间超过Tset时；对于负极，|UN|<Uset且max(|ImianN|,|Isub1N|,|Isub2N|,|Isub3N|)<Iset持续时间超过Tset。其中Uset为直流低电压定值，Iset为直流过电流定值，Tset为动作延时定值。
步骤(3)通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置，具体判据为：对于直流配电母线某一进、出线(线路x)，若
Figure BDA0003439706080000041
则故障位于该支路电流测点的线路侧；若
Figure BDA0003439706080000042
则故障位于该支路电流测点的母线侧；其中，
Figure BDA0003439706080000043
为线路x上电流测点处的电流变化率，以正极流入母线或负极流出母线为正方向；dIset为判定故障相对于电流测点方向的电流变化率定值。
作为本具体实施例的一种示例：对于正极进线，若
Figure BDA0003439706080000044
则故障位于该进线电流测点的线路侧；若
Figure BDA0003439706080000045
则故障位于该进线电流测点的母线侧；对于负极进线，若
Figure BDA0003439706080000046
则故障位于该进线电流测点的线路侧；若
Figure BDA0003439706080000047
则故障位于该进线电流测点的母线侧。其中dIset为判定故障相对于电流测点方向的电流变化率定值。对于其他各出线支路的线路，依此类推。
步骤(4)根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置，具体定位原理如图2所示。
Figure BDA0003439706080000051
或
Figure BDA0003439706080000052
若线路x满足上述判据，则步骤(5)中该线路所连接的母线直流断路器及线路末端直流断路器(或配电设备)需要跳闸(或闭锁)。
作为本具体实施例的一种示例：对于正极，若某一测点短路电流方向指向线路侧，则故障位于该直流配电线路；若所有测点短路电流方向均不指向线路侧，则故障位于直流配电母线。对于负极，若某一测点短路电流方向指向母线侧，则故障位于该直流配电线路；若所有测点短路电流方向均不指向母线侧，则故障位于直流配电母线。因此，步骤(4)中正极进线选择性保护的故障定位判据为
Figure BDA0003439706080000053
或
Figure BDA0003439706080000054
若此判据成立，则步骤(5)中向正极进线处的直流断路器发出跳闸指令。对于其他各进、出线的选择性保护，其故障定位判据以及直流断路器动作指令依此类推。
本发明的第二方面，提供了一种用于所述直流配电网故障选择性保护方法的系统，包括：
获取模块，用于获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
第一判定模块，用于通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
第二判定模块，用于通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
定位模块，用于根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
指令模块，用于根据直流配电网中故障点所在的位置，向故障点临近的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。
本发明的第三方面，提供了一种计算机装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的直流配电网故障选择性保护方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的直流配电网故障选择性保护方法。
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。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
如发生短路故障，则通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
根据直流配电网中故障点所在的位置，向距离故障点预设距离内的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。
2.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，通过电压传感器检测直流配电母线上电压测点的实时电压，通过电流传感器检测直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流。
3.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障，方法如下：
|ubus|＜Uset且max(|iline1|，|iline2|，...|ilinen|)＜Iset持续时间超过Tset，判定发生短路故障，其中ubus为直流配电母线电压，iline1，iline2，...ilinen为直流配电母线各进、出线的电流，Uset为直流低电压定值，Iset为直流过电流定值，Tset为动作延时定值。
4.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置，方法如下：
对于直流配电母线某一进、出线，若
Figure FDA0003439706070000011
则故障位于该支路电流测点的线路侧；若
Figure FDA0003439706070000012
则故障位于该支路电流测点的母线侧；其中，
Figure FDA0003439706070000013
为线路x上电流测点处的电流变化率，以正极流入母线或负极流出母线为正方向；dIset为判定故障相对于电流测点方向的电流变化率定值。
5.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置，方法如下：
若线路x满足：
Figure FDA0003439706070000014
或
Figure FDA0003439706070000015
则该线路所连接的母线直流断路器及线路末端直流断路器或配电设备需要跳闸或闭锁。
6.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，所述电压测点分别设置在直流配电母线的正极和负极。
7.根据权利要求1所述的直流配电网故障选择性保护方法，其特征在于，所述电流测点设置于所述直流配电母线与直流断路器的连接之间。
8.一种用于所述直流配电网故障选择性保护方法的系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取直流配电网中直流配电母线上电压测点的实时电压，以及直流配电母线各进线和各出线上电流测点的实时电流；
第一判定模块，用于通过低电压过电流判据判定直流配电网中是否发生短路故障；
第二判定模块，用于通过电流变化率判据判定故障点相对于各电流测点的位置；
定位模块，用于根据故障点相对于各电流测点的位置，定位故障点在直流配电网中的位置；
指令模块，用于根据直流配电网中故障点所在的位置，向故障点临近的直流断路器以及配电设备发出跳闸/闭锁指令。
9.一种计算机装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的直流配电网故障选择性保护方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的直流配电网故障选择性保护方法。
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CN114878971B (zh) * 2022-05-31 2024-01-30 国网北京市电力公司 一种配电网故障点定位方法、装置、设备及介质

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