CN115421002A - 低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质 - Google Patents

低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质，包括：当发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时；如果存在支路电流降至第一阈值的支路时，设置于所述支路上的断路器将自身的工况动作值切换为故障工况动作值；等待换流器闭锁时间大于等于第二阈值后，且所述换流器进入恒流输出模式时，如果所述支路电流降至第一阈值的支路上的断路器中存在动作的断路器，则所述动作断路器所在的支路为故障支路；其中，所述支路电流通过设置于所述支路的断路器测量得到。利用故障发生后支路自身电压和电流变化的特征，在无需换流器复杂的控制算法和无需加装集中式通信系统的情况下，实现短路故障选线，提升保护方法的可靠性和普适性。

Description

低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质。
背景技术
随着光伏、储能等分布式电源快速发展以及实际以直流形式供电的负荷比例不断上升，当前直流以及交直流混合等形式的配电网逐渐成为关注热点，直流配电应用中面临的诸如故障保护及供电恢复等众多关键技术逐渐受到越来越多学者的关注。
对于传统交流系统发生短路故障的情况而言，由于电抗限流作用，故障电流一般上升速度较慢，且电能转换环节为交流变压器，具备一定的耐冲击和过流能力，有充足的时间供下级交流断路器进行判断和动作，因此一般通过合理整定各级交流断路器动作阈值和时间级差，即可完成交流故障选线。
当直流配电系统发生短路故障时，由于故障电流上升速度快，以及直流换流器中电力电子器件对过流敏感、耐受能力差(微秒级)，就当前直流断路器保护速度(毫秒级)而言，无法提供充足的时间让下级断路器动作。在当前已建设的示范工程中，一般都采取直接封锁换流器脉冲切断直流部分供电从而实现保护，这种方法虽然从安全性角度讲能够及时对故障做出响应，但系统将失去故障特征量无法实现选线，故障支路及电气连接的其他支路将全部失电，降低了供电可靠性，也给现场运维检修带来难度和工作量。
面对此困境，相关研究人员尝试基于电力电子器件控制能力强的特点，提出了控制与保护相协同的保护方法，通过控制保证故障发生后系统中存在安全范围以内的电气量，为故障支路判断提供依据，最终实现仅跳开故障支路断路器，实现选线。但相关方法仍需要依赖可靠通信或复杂控制方法完成，一方面成本高，另一方面可靠性也有待提升。
《低压直流配电网主动限流控制及保护方案》中的方法为给支路断路器留出充足的时间判断过流从而产生保护动作，在短路故障发生后，通过迅速调整电源控制策略降低短路电流幅值使之不会导致电源闭锁。但该方法对算法控制速度和电源拓扑均有要求，且在实际中，由于低压直流系统支路较短，短路故障发生时电流上升速度极大，多种因素扰动下控制效果不理想易造成电流越限，电源直接闭锁、方法失效，选线无法完成。
《光伏直流并网系统控保协同故障区段辨识方法》中的方法在短路故障发生后，首先使电源换流器闭锁，之后启动检测模式，使换流器工作在恒流输出状态，此时监测各支路电流经通信系统集中上传，通过对比各支路电流情况判断出故障支路，并向该支路断路器下发保护动作指令，实现选线。该方法需要加装集中式通信系统，成本高，且对通信系统的依赖会降低可靠性。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种低压直流配电网短路故障选线方法，包括：
在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。
优选的，所述从支路中确定出目标支路，包括：
将所述支路中其支路电流降至第一阈值的支路确定为所述目标支路；
所述支路电流通过设置于所述目标支路上的断路器测量得到。
优选的，所述根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作，包括：
判断所述目标支路上的断路器检测到的实时支路电流是否大于所述故障工况动作值；
其中，在大于时，表示所述目标支路上的断路器发生保护动作，否则，表示所述目标支路上的断路器未发生保护动作。
优选的，所述确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式，包括：
所述换流器的闭锁时间由所述换流器的内部计时器确定，在所述换流器的闭锁时间确认至大于等于第二阈值时，所述换流器的控制单元控制换流器的电流参考信号等于预设恒值，进入所述恒流输出模式。
优选的，所述确定发生短路故障，包括：
在直流配电网的电压的下降速度小于预设下降速度，且所述电压的降幅小于预设降幅时，则确定短路故障发生。
优选的，当所述换流器检测到过流信号，所述换流器的控制单元向开关管发送封锁脉冲指令，以使所述开关管全部关断时，表示所述换流器进入所述闭锁状态。
本发明还提出一种低压直流配电网短路故障选线系统，包括：
目标模块：用于在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
切换模块：用于将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
故障模块：用于在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。
优选的，所述故障模块具体用于：
判断所述目标支路上的断路器检测到的实时支路电流是否大于所述故障工况动作值；
其中，在大于时，表示所述目标支路上的断路器发生保护动作，否则，表示所述目标支路上的断路器未发生保护动作。
优选的，所述目标模块中从支路中确定出目标支路，包括：
将所述支路中其支路电流降至第一阈值的支路确定为所述目标支路；
所述支路电流通过设置于所述目标支路上的断路器测量得到。
优选的，所述故障模块中所述确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式，包括：
所述换流器的闭锁时间由所述换流器的内部计时器确定，在所述换流器的闭锁时间确认至大于等于第二阈值时，所述换流器的控制单元控制换流器的电流参考信号等于预设恒值，进入所述恒流输出模式。
优选的，所述目标模块中确定发生短路故障，包括：
在直流配电网的电压的下降速度小于预设下降速度，且所述电压的降幅小于预设降幅时，则确定短路故障发生。
优选的，当所述目标模块中换流器检测到过流信号，所述换流器的控制单元向开关管发送封锁脉冲指令，以使所述开关管全部关断时，表示所述换流器进入所述闭锁状态。
本发明还提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现上述的一种低压直流配电网短路故障选线方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述的一种低压直流配电网短路故障选线方法。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提供一种低压直流配电网短路故障选线方法、系统、设备及介质，包括：当发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时；如果存在支路电流降至第一阈值的支路时，设置于所述支路上的断路器将自身的工况动作值切换为故障工况动作值；等待换流器闭锁时间大于等于第二阈值后，且所述换流器进入恒流输出模式时，如果所述支路电流降至第一阈值的支路上的断路器中存在动作的断路器，则所述动作断路器所在的支路为故障支路；其中，所述支路电流通过设置于所述支路的断路器测量得到。本发明通过进一步挖掘故障发生后支路自身电气量变化的特征加以利用，所述电气量变化为电压和电流的变化，在无需换流器复杂精确的控制算法、无需加装集中式通信系统的情况下，实现短路故障选线，大大降低成本和系统复杂性，提升保护方法的可靠性和普适性。
附图说明
图1为本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线方法中的辐射式低压直流配电网的结构示意图；
图3为本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线方法中具体示例的流程图；
图4为本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线系统的功能图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线方法，如图1所示，包括：
步骤1：在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
步骤2：将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
步骤3：在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。具体的，步骤一包括：各电压量测模块采集本支路电压ui，i＝1…N。正常工况下，ui几乎等于母线额定电压U；短路故障发生时，由于电源换流器输出电容瞬间放电，ui出现明显下降，其下降速率和幅值相较于因负荷功率增加产生的下降有显著差异，可作为短路故障发生的标志性判据。记电压限值为Ulim(可取为60％U),当ui<Ulim，则判断为系统中某支路发生短路故障。
换流器进入闭锁状态指的是当换流器检测到过流信号，换流器的控制单元向开关管发送封锁脉冲指令，以使所述开关管全部关断时，表示换流器进入所述闭锁状态。
具体的，步骤二包括：电源换流器和各断路器在支路的分布结构如图2所示，电源换流器闭锁及支路断路器切换动作值，由于换流器中电力电子器件本身特性，无法在短路电流下长时间工作，一般均设置快速过流保护，换流器会在短路电流产生后约数十微秒的时间内因电力电子器件关断而闭锁，之后系统中电流逐渐降为0。支路断路器待检测到电流降至0时，将自身动作值从正常工况下的I1切换为I2，I2＝λId(其中关于Id的说明见下面步骤3)，λ可取为0.6～0.9)。
具体的，步骤三包括：电源换流器进入恒流输出检测模式，为了给各支路选线提供可依据的电气特征量，将换流器设置为发生闭锁Δt时间后以恒流输出模式启动(称为“检测模式”)，恒流输出电流可设定为Id，Δt取值与系统结构有关，以最少不小于系统中电流降至0的最长时间为宜(可反复多次试验得到系统中电流降至0的最大时间，再乘以一个大于1的裕度系数，以此确定为Δt取值)，以确保断路器已完成动作值切换。
具体的，步骤三之后还包括：由于电源换流器输出的绝大部分电流都将流入短路故障支路，因此故障支路电流ia(假设是第a条支路发生了短路故障)将近似为Id，其余支路电流近似为0。此时，故障支路电流ia>I2,断路器将跳开，实现故障支路选线。故障支路切除后，系统电压将上升，当电源换流器检测到输出电压u已升至母线额定电压U附近(u>ηU，η可取0.9)时，从恒流输出控制模式(检测模式)切换回恒压输出控制模式(正常工作模式)，实现非故障支路的供电恢复。
本发明充分利用低压直流配电网短路故障发生时的电气量特征，通过电源换流器控制策略和支路断路器的配合，实现短路故障支路的选线切除和非故障线路的供电恢复。首先，利用短路故障发生时系统电压显著突降的特点，判断系统中某支路发生短路故障；之后，如图3中所示，换流器根据自身过流保护特性闭锁，支路断路器检测到电流降至0时，将自身动作值从正常工况动作值I1切换为故障工况动作值I2；然后，控制换流器进入恒流输出模式(检测模式)，此时绝大部分电流都将流入短路故障支路，将支路电流与支路断路器故障工况动作值I2比较，则故障支路断路器发生保护动作，实现故障支路选线；最后，由于故障支路切除，系统电压回升，电源换流器从恒流输出控制模式(检测模式)切换回恒压输出控制模式(正常工作模式)，实现非故障线路供电恢复。
实施例2：
本发明提供的一种低压直流配电网短路故障选线系统，如图4所示，包括：
目标模块：用于在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
切换模块：用于将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
故障模块：用于在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。
具体的，故障模块具体用于：
判断所述目标支路上的断路器检测到的实时支路电流是否大于所述故障工况动作值；
其中，在大于时，表示所述目标支路上的断路器发生保护动作，否则，表示所述目标支路上的断路器未发生保护动作。
具体的，目标模块中从支路中确定出目标支路，包括：
将所述支路中其支路电流降至第一阈值的支路确定为所述目标支路；
所述支路电流通过设置于所述目标支路上的断路器测量得到。
具体的，确定换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式，包括：
所述换流器的闭锁时间由所述换流器的内部计时器确定，在所述换流器的闭锁时间确认至大于等于第二阈值时，所述换流器的控制单元控制换流器的电流参考信号等于预设恒值，进入所述恒流输出模式。
具体的，目标模块中确定发生短路故障，包括：
在直流配电网的电压的下降速度小于预设下降速度，且所述电压的降幅小于预设降幅时，则确定短路故障发生。
具体的，当目标模块中换流器检测到过流信号，所述换流器的控制单元向开关管发送封锁脉冲指令，以使所述开关管全部关断时，表示所述换流器进入所述闭锁状态。
实施例3：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，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，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种低压直流配电网短路故障选线方法的步骤。
实施例4：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种低压直流配电网短路故障选线方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低压直流配电网短路故障选线方法，其特征在于，包括：
在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从支路中确定出目标支路，包括：
将所述支路中其支路电流降至第一阈值的支路确定为所述目标支路；
所述支路电流通过设置于所述目标支路上的断路器测量得到。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作，包括：
判断所述目标支路上的断路器检测到的实时支路电流是否大于所述故障工况动作值；
其中，在大于时，表示所述目标支路上的断路器发生保护动作，否则，表示所述目标支路上的断路器未发生保护动作。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式，包括：
所述换流器的闭锁时间由所述换流器的内部计时器确定，在所述换流器的闭锁时间确认至大于等于第二阈值时，所述换流器的控制单元控制换流器的电流参考信号等于预设恒值，进入所述恒流输出模式。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定发生短路故障，包括：
在直流配电网的电压的下降速度小于预设下降速度，且所述电压的降幅小于预设降幅时，则确定短路故障发生。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述换流器检测到过流信号，所述换流器的控制单元向开关管发送封锁脉冲指令，以使所述开关管全部关断时，表示所述换流器进入所述闭锁状态。
7.一种低压直流配电网短路故障选线系统，其特征在于，包括：
目标模块：用于在确定发生短路故障，且换流器进入闭锁状态时，从支路中确定出目标支路；
切换模块：用于将所述目标支路上的断路器的工况动作值切换为故障工况动作值；
故障模块：用于在确定所述换流器的闭锁时间大于等于第二阈值，且所述换流器进入恒流输出模式时，根据所述目标支路上的断路器的故障工况动作值，判断所述目标支路上的断路器是否发生保护动作；
在为是时，将所述目标支路确定为故障支路。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述故障模块具体用于：
判断所述目标支路上的断路器检测到的实时支路电流是否大于所述故障工况动作值；
其中，在大于时，表示所述目标支路上的断路器发生保护动作，否则，表示所述目标支路上的断路器未发生保护动作。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种低压直流配电网短路故障选线方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种低压直流配电网短路故障选线方法。
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