CN116544894A - 一种直流母线过流保护方法和装置 - Google Patents

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刘晨
李传西
宋延涛
李亚锋
范雪峰
杜少林
王秋开
李凌志
曹森
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Abstract

本发明公开了一种直流母线过流保护方法和装置，属于直流母线保护技术领域，该方法包括如下步骤：设定电源支路、母联直流以流入母线的方向为正方向，以母线流向负载支路的电流方向为正方向；采集直流母线相连各支路上的电流和断路器的状态信号；当所有电源支路、母联支路满足正方向判据且负载支路均不满足正方向判据时，且电源支路或母联支路还发生过流现象，则做出保护直流母线过流的保护动作。若直流母线出现故障，则对应的与之相连的所有支路都会出现电流变化，因此通过判断直流母线连接的电源支路、母联支路和负载支路的电流情况，来判断故障是出现在直流母线上还是非直流母线上，这样使得对直流母线故障的判断结果更可靠。

Description

一种直流母线过流保护方法和装置
技术领域
本发明属于种直流母线保护领域，特别是涉及一种直流母线过流保护方法和装置。
背景技术
直流母线是直流电网中汇集和分配能量的重要设备，该区域一旦发生故障，影响范围较大，更需要尽快切除故障，从而减小对非故障区域供电的影响。
当前直流母线保护系统中，一般用差动保护的方法，实现直流母线区域的故障检测及隔离。现有的电流差动保护是采集直流母线两端的电流进行比较，构造差动判据，理论上确保其具有绝对的故障判别选择性。但直流母线差动保护对各模拟量的同步性要求较高，尤其对于连接支路较多的母线区域，电流测点多，各电流测点的同步性难以保证，因此配置差动保护实现的难度增大，为了实现故障区域的识别，通常需要牺牲差动保护的可靠性。除了差动保护之外，一般配置各支路线路保护，发生故障后，各支路线路保护只能依靠本支路的过流判据跳开各支路断路器，无法定位故障区域，也难以有效地隔离故障。因此，对于未配置母线差动保护或者直流母线的差动保护失灵的情况下，只能依靠各支路配置的过流保护跳开本支路的断路器，即无法有效地隔离故障也不能定位故障区域，影响直流系统的安全稳定运行。
综上，现有的直流母线保护存在以下问题：第一差动保护对同步性要求高，实现有难度；第二线路保护无法定位故障区域，也难以快速有效地隔离故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流母线过流保护方法和装置，以解决现有技术中直流母线保护存在差动保护实现困难、线路保护难以识别故障区域及可靠隔离故障的技术问题。
为实现上述目的，本发明所提供的一种直流母线过流保护方法和装置的技术方案是：
一种直流母线过流保护方法，该方法包括如下步骤：采集直流母线相连各支路上的电流和断路器的状态信号，直流母线相连的支路包括有电源支路、母联支路和/或负载支路；当电流变化量满足启动判据后，开始判断电源支路和母联支路的故障是否满足正方向判据，判断负载支路故障是否满足正方向判据；若所有电源支路、母联支路均满足正方向判据且负载支路均不满足正方向判据，则故障发生在母线区域，开放T3时间窗；在T3时间窗内若检测到有电源支路或母联支路满足过流判据，则直流母线过流保护做出保护动作。
有益效果是：在电流变化量满足启动判据后，再进行后续的判断，而不用一直进行判断，降低了电路保护的开销。若直流母线出现故障，则对应的与之相连的所有支路都会出现电流变化，因此，当与直流母线连接的各支路电流的变化均满足相应的保护判据时，说明故障发生在直流母线区域，则根据要求做出直流母线保护动作。因此，本发明根据各支路的电流变化，通过判断各支路是否均满足相应正方向判据来识别直流母线是否故障，该方法无需增加时延，就能够获得可靠的对直流母线故障的判断结果。
作为进一步地改进，启动判据为：若某支路在某时刻的电流变化量大于启动门槛值时，满足启动判据；启动门槛值等于0.05-0.2倍的该支路额定电流。
有益效果是：通过对比电流变化量与额定电流的大小来判断该直路是否出现故障，若出现故障则启动对与直流母线相连的所有支路的判断，根据电气量构造启动判据，电气量的特征相对明显，进一步提高了启动电路保护检测的准确性和灵敏性。
作为进一步地改进，设定从电源支路、母联直流流入母线的电流方向和从母线流向负载支路的电流方向为正方向；电源支路和母联支路的故障正方向判据为：若该支路的断路器处于分位，或该支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，并持续T1时间，则该支路满足正方向判据。
有益效果是：当电源支路或母联支路的断路器已经处于分位说明该支路已经出现故障了或该支路未投入使用，直接认为该支路满足正方向判据，来节省判断时间；或者对支路的电流变化量的积分值进行判断，检测是否出现故障，当检测到该支路故障时，认为该支路满足正方向判据，开放时间窗，在窗口时间检测其他支路是不是也出现故障了。
作为进一步地改进，负载支路故障满足正方向判据为：若支路的断路器处于分位；或该支路的电流变化值为正值且对应支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，延时T1时间；则该支路不满足正方向判据；反之该支路满足正方向判据。
有益效果是：若支路断路器处于分位说明该支路未投入使用，直接认为该支路不满足正方向判据，来节省判断时间，或电流变化值大于门槛值说明该支路出现故障，这两个现象均说明故障不是由于负载端故障引起的，因此不满足正方向判据。
作为进一步地改进，第一门槛值等于0.1-0.2倍的该支路额定电流。
有益效果是：当支路的电流变化值超过额定电流的0.1-0.2倍说明该电流变化是异常的，因此第一门槛值等于0.1-0.2倍的支路额定电流，提高了电流故障识别的准确度。
作为进一步地改进，当有电源支路或母联支路满足正方向判据或负载支路不满足正方向判据时，开放T2时间窗，并在内T2时间窗内，检测各电源支路、母联支路和负载支路是否满足正方向判据。
有益效果是：当与直流母线连接的某条支路发生故障时，在该时间窗内检测各支路是不是满足正方向判据，来判断故障是不是出现在直流母线上，通过综合判断各支路正方向判据的满足情况，准确识别母线区内故障。如果不限定检测到支路故障的时间，则在较宽的时间范围内检测到所有支路均出现故障的情况下，可能故障引起的原因是多因素的。因此通过时间窗来限定对其他支路故障判断的时间，来提高识别故障区域的准确性。
作为进一步地改进，电源支路或母联支路的过流判据为：在T3时间窗内某时刻的电流采样值的绝对值大于第二门槛值，则该电源支路或母联支路满足过流判据；第二门槛值为1.1-1.5倍的该支路额定电流。
有益效果是：通过设置第二门槛值来判断电源支路或母联支路是不是有过流现象，提升了过流判断的准确度。
本发明还公开了一种直流母线过流保护装置，包括有处理器，该处理器用于实现上述一种直流母线过流保护方法的任意一项实施例。
附图说明
图1为本发明直流母线过流保护方法的流程图；
图2为本发明直流母线过流保护方法的直流母线区域接线图；
图3为本发明直流母线过流保护方法中正方向判据的逻辑框图；
图4为本发明直流母线过流保护方法的逻辑框图；
图5为本发明直流母线过流保护装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
直流母线过流保护方法实施例：
如图1、图2所示，直流母线过流保护方法该方法包括如下步骤：设定电源流入母线的电源支路和流出母线的负载支路的电流方向为正方向；采集直流母线相连各支路上的电流和断路器的状态信号，直流母线相连的支路包括有电源支路、母联支路和/或负载支路。
当电流变化量满足启动判据后，开始判断电源支路和母联支路的故障是否满足正方向判据，判断负载支路故障是否均不满足正方向判据。
其中，启动判据为：若某支路在某时刻的电流变化量大于启动门槛值时，满足启动判据；启动判据用公式表示为：
|ΔIdLX(k)|＞Iset1X；
电流变化量计算公式为：
ΔIdLX(k)＝IdLX(k)-IdLX(k-N)；
公式中：IdLX(k)为该支路当前k时刻的电流值，IdLX(k-N)为该支路k-N时刻的电流值，一般N＝1，ΔIdLX(k)为该支路k-N时刻到k时刻电流值的变化量，Iset1X为该支路的启动门槛值，启动门槛值等于0.05-0.2倍的该支路额定电流值。
如图3所示，电源支路和母联支路的故障正方向判据为：若支路的断路器处于分位，或该支路的电流变化值为正值且对应支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，延时T1时间，则该支路满足正方向判据。
对于负载支路，设定运行电流流向负载线路为正方向，故障前电流为正方向，而故障后，负载端无法向故障点提供短路能量，短路能量只能由电源支路或母联支路等提供。如果检测到计算的电流变化量的值为正值，则表明故障发生在该负载支路电流测点的线路侧，即电流测点在故障回路中，即故障发生在负载电流测点的线路侧，而非母线区内，对母线而言，属于区外；反之，则表明故障发生在负载电流测点的直流母线上。
负载支路故障满足正方向判据为：该支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，延时T1时间；则该支路满足正方向判据；如果支路的断路器处于分位，或者正方向判据不满足，则该支路不满足正方向判据。
其中，各个支路电流变化量的积分值计算公式为：
电流变化量的积分值大于第一门槛值用公式表示为：
IdLintX(t)＞Iset2X；
其中，IdLintX(t)为电流变化量的积分值，t0为积分起始时刻，Iset2X为大于零的第一门槛值，第一门槛值选取0.1-0.2倍该支路的额定电流值。
如图4所示，当出现电源支路或母联支路满足正方向判据或负载支路不满足正方向判据现象，开放T2时间窗，在T2时间窗内，若所有电源支路、母联支路满足正方向判据且负载支路均不满足正方向判据，则故障发生在母线区域，开放T3时间窗；在T3时间窗内若检测到电源支路满足过流判据，说明母线区域的过流故障比较严重需要做出直流母线过流保护动作，即开断直流母线相连的所有断路器，隔离故障区域。其中，T2一般可取0.5ms-1ms。
其中，电源支路或母联支路的过流判据为：在T3时间窗内某时刻的电流采样值的绝对值大于第二门槛值，则该电源支路满足过流判据；用公式标表示为：
|IdLX(k)|＞Iset3X；
公式中，Iset3X为第二门槛值，第二门槛值为1.1-1.5倍的该电源支路或母联支路额定电流值。其中，T3一般可取0.1ms-0.5ms。
通过对电源支路、母联支路和负载支路的电流和断路器的监测，来判断故障是否发生在直流母线区域内，再对电源支路或母联支路的电流变化进行监测，来判断是否出现了过流现象；若即满足故障发生在直流母线区域内，又满足电源支路或母联支路出现过流现象，则断开直流母线的所有断路器，来隔离故障，通过对故障区域地可靠识别并与过流检测逻辑相配合实现了直流母线保护具备选择性的同时，也提高了直流母线保护的可靠性。
直流母线过流保护装置实施例：
如图5所示，直流母线过流保护装置包括有处理器200，该处理器200包括数据采集单元201、数据处理单元202、逻辑判断单元203和保护出口单元204；数据采集单元201用于采集直流母线相连各支路上的电流和断路器的状态信号。数据处理单元202用于设定设定从电源支路、母联直流流入母线的电流方向和从母线流向负载支路的电流方向为正方向，并计算各支路的电流变化量和电流变化量的积分值进行各支路故障的判断，给逻辑判断单元提供数据支撑。逻辑判断单元203用于实现启动判据、电源支路和母联支路的故障正方向判据、负载支路故障满足正方向判据和电源支路的过流判据等逻辑判断方法。保护出口单元204用于接收保护动作信号，并完成保护动作，实现了对直流母线可靠的过流保护。本实施例参照直流母线过流保护方法的实施例，此处不再赘述。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流母线过流保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：采集直流母线相连各支路上的电流和断路器的状态信号，直流母线相连的支路包括有电源支路、母联支路和/或负载支路；
当电流变化量满足启动判据后，开始判断电源支路和母联支路的故障是否满足正方向判据，判断负载支路故障是否均不满足正方向判据；若所有电源支路、母联支路均满足正方向判据且负载支路均不满足正方向判据，则故障发生在母线区域，开放T3时间窗；在T3时间窗内若检测到有电源支路或母联支路满足过流判据，则直流母线过流保护做出保护动作。
2.根据权利要求1所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，启动判据为：若某支路在某时刻的电流变化量大于启动门槛值时，满足启动判据；启动门槛值等于0.05-0.2倍的该支路额定电流。
3.根据权利要求1所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，设定从电源支路、母联直流流入母线的电流方向和从母线流向负载支路的电流方向为正方向；电源支路和母联支路的故障正方向判据为：若该支路的断路器处于分位，或该支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，并持续T1时间，则该支路满足正方向判据。
4.根据权利要求3所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，负载支路故障满足正方向判据为：该支路电流变化量的积分值大于第一门槛值，延时T1时间；则该支路满足正方向判据，如果支路的断路器处于分位，或者正方向判据不满足，则该支路不满足正方向判据。
5.根据权利要求3或4所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，所述第一门槛值等于0.1-0.2倍的该支路额定电流。
6.根据权利要求3或4所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，当有电源支路或母联支路满足正方向判据或负载支路不满足正方向判据时，开放T2时间窗，并在内T2时间窗内，检测各电源支路、母联支路和负载支路是否满足正方向判据。
7.根据权利要求1所述的直流母线过流保护方法，其特征在于，电源支路或母联支路的过流判据为：在T3时间窗内某时刻的电流采样值的绝对值大于第二门槛值，则该电源支路或母联支路满足过流判据；第二门槛值为1.1-1.5倍的该支路额定电流。
8.一种直流母线过流保护装置，其特征在于，包括处理器；所述处理器用于实现权利要求1-7任意一项所述的直流母线过流保护方法。
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