CN206401883U - 一种交直流互联系统的保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种交直流互联系统的保护装置，交直流互联系统包括至少一个变电站子系统，变电站子系统可以将交流输入或直流输入转为至少一路直流输出和/或至少一路交流输出；保护装置包括系统级保护模块和装置级保护模块，系统级保护模块包括交流保护单元和直流保护单元，交流保护单元用于保护变电站子系统的交流输入电路和/或交流输出电路，直流保护单元用于保护变电站子系统的直流输入电路和/或直流输出电路，装置级保护模块用于保护变电站子系统的工作电路。该保护装置的保护范围覆盖了交直流互联系统的整体电路以及电路中的元件，各级各区保护范围明确且相互配合，无保护死区，在隔离故障区域的同时，可以保证无故障部分继续运行。

Description

一种交直流互联系统的保护装置

技术领域

本实用新型涉及供电保护技术领域，具体涉及一种交直流互联系统的保护装置。

背景技术

近年来，分布式电源、直流负载大量接入公共电网，电网中交直流电源和负载并存，对电网提出了交直流混合供电模式的需求。同时，电力电子技术发展迅猛，在电力系统中大规模应用，使得电网由传统的交流供电模式向交直流混合供电方式转变成为可能。交直流互联系统，可以实现供电可靠性分级，满足用户差异化供电需求。

然而，交直流互联系统的拓扑结构多样、接线复杂，使得保护配置和整定也更加复杂。与单独的传统交流保护和直流保护不同，交直流互联系统需要交、直流保护配合，保证设备和系统的安全，快速隔离故障电路，保证无故障部分的继续运行，以提高供电的安全性和可靠性。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于交直流互联系统的拓扑结构多样、接线复杂，电路保护要求高。

为此，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

一种交直流互联系统的保护装置，交直流互联系统包括至少一个变电站子系统，变电站子系统用于将交流输入或直流输入转为至少一路直流输出和/或至少一路交流输出，包括：

系统级保护模块，系统级保护模块包括交流保护单元和直流保护单元，其中，交流保护单元用于保护变电站子系统的交流输入电路和/或交流输出电路，直流保护单元用于保护变电站子系统的直流输入电路和/或直流输出电路；和

装置级保护模块，装置级保护模块用于保护变电站子系统的工作电路。

可选地，变电站子系统的直流输出接直流负载电路、交流输出接交流负载电路，系统级保护模块还包括负载保护单元，负载保护单元用于保护直流负载电路和/或交流负载电路。

可选地，变电站子系统的工作电路包括至少一路转换电路，转换电路用于将直流电压转换为交流电压或将直流电压转换为不同电压大小的直流电压或将交流电压转换为直流电压或将交流电压转换为不同电压大小的交流电压，其中至少一路转换电路包括转换桥电路，其中至少一路转换电路的转换桥电路包括转换开关，装置级保护模块包括子模块保护单元、转换桥保护单元和转换开关保护单元，其中，子模块保护单元用于保护转换电路，转换桥保护单元用于保护转换电路中的转换桥电路，转换开关保护单元用于保护转换桥电路中的转换开关。

可选地，交流保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元和电压异常保护子单元。

可选地，直流保护单元包括低压过流保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、线路差动保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元。

可选地，负载保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元和电压异常保护子单元。

可选地，装置级保护模块包括差动保护子单元、过流保护子单元和子模块电容电压保护单元。

可选地，变电站子系统的直流输出与同电压等级的直流母线连接，直流保护单元包括直流母线差动保护子单元。

可选地，变电站子系统的交流输出与同电压等级的交流母线连接，交流保护单元包括交流母线差动保护子单元。

可选地，变电站子系统的输入端与分布式电源连接，变电站子系统的输入端与分布式电源之间设有联网保护单元，联网保护单元包括防孤岛保护子单元、低/过压保护子单元、低/过频保护子单元、故障解列和重合闸子单元。

可选地，交流保护单元中的差动保护子单元用于反映故障、并动作跳闸以隔离故障的部分电路；交流保护单元中的过流保护子单元和电压异常保护子单元用于在差动保护子单元未正常动作时，延时预设时间动作以切除故障的部分电路或发告警信号。

可选地，对于大电流接地系统，交流保护单元的保护出口跳闸以隔离故障的部分电路，该交直流互联系统的其余部分可继续为负荷供电；若单个变电站子系统单独为负载供电时，则需有直流或交流输入。

可选地，对于小电流接地系统，当发生相间故障时，交流保护单元的保护出口跳闸以隔离故障的部分电路，该交直流互联系统的其余部分可继续为负荷供电；当发生单相接地时，若单个变电站子系统独立运行，则可根据系统要求继续运行，由电压异常保护子单元发告警信号；若两个以上变电站子系统互联运行，则可根据系统要求继续运行，并将与故障电路连接的变电站子系统与其他变电站子系统之间的联络开关断开。

可选地，直流保护单元用于切除故障的部分电路，交直流互联系统的其他无故障部分的电路继续运行；

直流保护单元中的低压过流保护子单元用于作为被保护电路的主保护；

直流保护单元中的过流保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元作为被保护电路的后备保护；

直流保护单元中的线路差动保护子单元、方向过流保护子单元用于定位故障。

可选地，负载保护单元用于切除直流负载电路或交流负载电路中的故障支路，其余无故障部分继续运行。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型实施例提供的交直流互联系统的保护装置，采用分级原则将交直流互联系统按照系统级和装置级进行分级保护，采用分区原则将系统级保护模块分为交流保护单元、直流保护单元，以分别保护交直流互联系统中的交流电流和直流电路。装置级保护模块主要用于保护变电站子系统中的电力电子工作电路。从而，该保护装置的保护范围覆盖了交直流互联系统的整体电路以及电路中的元件，各级各区保护范围明确且相互配合，无保护死区。另外，该分级分区的保护方式，可以快速定位故障区域以快速切除相关电路从而保证无故障区域的正常运行。该保护装置可以适用于通过任何形式互联的交直流互联系统。

2.本实用新型实施例提供的交直流互联系统的保护装置，对系统中变电站子系统的工作电路按照层层递进的原则进行分层保护，首先利用子模块保护单元对其中的各转换电路进行整体上的保护，然后利用转换桥保护单元对转换电路中的部分关键电路进行保护，最后再利用转换开关保护单元对转换电路中的关键元件进行保护。从而，利用多重保护来最大程度上保证交直流互联系统中的核心电路-变电站子系统中的工作电路的安全性及可靠性，以保证整个互联系统的供电可靠性和用户的用电安全性。另外，该多层保护方式不仅可以最大程度上保证其中关键电路的安全和关键元件的安全，还能及时变电站子系统区分故障电路和非故障电路，以及时切除故障电路保障其他非故障电路的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中交直流互联系统的保护划分示意图；

图2为本实用新型实施例可以适用的一种交直流互联系统的拓扑结构图；

图3为图2所示交直流互联系统的保护划分图；

图4为本实用新型实施例可以适用于另一种交直流互联系统的保护示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种交直流互联系统的保护装置，交直流互联系统包括至少一个变电站子系统，变电站子系统可以将交流输入或直流输入转为至少一路直流输出和至少一路交流输出，也可以只输出交流电压或只输出直流电压；保护装置包括系统级保护模块和装置级保护模块，系统级保护模块包括交流保护单元和直流保护单元，其中，交流保护单元用于保护变电站子系统的交流输入电路和/或交流输出电路，直流保护单元用于保护变电站子系统的直流输入电路和/或直流输出电路，装置级保护模块用于保护变电站子系统的工作电路。

本实施例提供的一种交直流互联系统的保护装置，采用分级原则将交直流互联系统按照系统级和装置级进行分级保护，采用分区原则将系统级保护模块分为交流保护单元、直流保护单元，以分别保护交直流互联系统中的交流电路和直流电路，主要指交流线路部分和直流线路部分。装置级保护模块主要用于保护变电站子系统中的电力电子工作电路。从而，该保护装置的保护范围覆盖了交直流互联系统的整体电路(包括输电线路)以及电路中的元件，各级各区保护范围明确且相互配合，无保护死区。另外，该分级分区的保护方式，可以快速定位故障区域以快速切除相关电路从而保证无故障区域的正常运行。该保护装置可以适用于通过任何形式互联的交直流互联系统。

作为其他的具体实施方式，上述变电站子系统的工作电路包括至少一路转换电路，该转换电路用于将直流电压转换为交流电压或将直流电压转换为不同电压大小的直流电压或将交流电压转换为直流电压或将交流电压转换为不同电压大小的交流电压。变电站子系统的工作电路也可以包括四路或四路以上转换电路，以分别实现上述四种电压转换。其中至少一路转换电路包括转换桥电路，其中至少一路转换电路的转换桥电路包括转换开关，装置级保护模块包括子模块保护单元、转换桥保护单元和转换开关保护单元，其中，子模块保护单元用于保护转换电路、转换桥保护单元用于保护转换电路中的转换桥电路，转换开关保护单元用于保护转换桥电路中的转换开关。具体地，装置级保护模块中的各保护单元具体包括差动保护子单元和过流保护子单元中的至少一种，装置级保护模块还可以包括子模块电容电压保护单元。

本实施例提供的交直流互联系统的保护装置，对系统中变电站子系统的工作电路按照层层递进的原则进行分层保护，首先利用子模块保护单元对其中的各转换电路进行整体上的保护，然后利用转换桥保护单元对转换电路中的部分关键电路进行保护，最后再利用转换开关保护单元对转换电路中的关键元件进行保护。从而，利用多重保护来最大程度上保证交直流互联系统中的核心电路-变电站子系统中的工作电路的安全性及可靠性，以保证整个互联系统的供电可靠性和用户的用电安全性。另外，该多层保护方式不仅可以最大程度上保证其中关键电路的安全和关键元件的安全，还能及时区分变电站子系统工作电路中的故障电路和非故障电路，以及时切除故障电路保障其他非故障电路的安全运行。

具体地，上述交流保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元和电压异常保护子单元中的至少一种。该交流保护单元也可以同时包括该三种保护子单元，其中以差动保护为主，在出现故障时，通过跳闸来隔离故障的部分电路；过流保护和电压异常保护作为后备保护，在主保护，即差动保护未正常动作时，延时一定时间动作以切除故障部分的电路或者发告警信号。

对于大电流接地系统，交流保护单元的保护出口跳闸隔离故障部分的电路，交直流互联系统其余部分可继续为负荷供电；若单个变电站子系统单独为负载供电时，则需有直流或交流输入。

对于小电流接地系统，当发生相间故障时，交流保护单元的保护出口与大电流接地系统相同；当发生单相接地时，若单个变电站子系统独立运行，则可根据系统要求继续运行，由电压异常保护子单元发告警信号，可不跳闸断开故障部分的电路，直至选线装置或其他措施查找出故障。若两个或多个变电站子系统互联运行，也可根据系统要求继续运行，与此同时可将与故障电路连接的变电站子系统与其他变电站子系统的联络开关断开。

上述直流保护单元包括低压过流保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、线路差动保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元中的一种或多种。其中，低压过流保护子单元作为快速保护，只有被保护电路同时满足低电压和过电流时才动作。低压过流保护子单元作为被保护电路的主保护，过流保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元作为被保护电路的后备保护，线路差动保护子单元、方向过流保护子单元用于定位电路故障。在以上保护情形出现时，切除故障部分电路或元件，交直流互联系统的其它无故障部分电路继续正常运行。

作为其中一种具体的实施方式，变电站子系统的直流输出可以接直流负载电路、交流输出可以接交流负载电路，对应地，系统级保护模块还包括负载保护单元，负载保护单元用于保护变电站子系统输出端连接的直流负载电路和/或交流负载电路。负载保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元和电压异常保护子单元中的一种或多种。当负载保护电路出现上述故障保护时，只切除直流负载电路或交流负载电路中的故障支路，其余无故障部分继续运行。

作为具体的实施方式，变电站子系统的直流输出可以与同电压等级的直流母线连接，也即不同变电站子系统输出的同等级直流电压可以汇集到同一直流母线上，直流保护单元还包括直流母线差动保护子单元。

变电站子系统的交流输出可以与同电压等级的交流母线连接，也即不同变电站子系统输出的同等级交流电压可以汇集到同一交流母线上，交流保护单元还包括交流母线差动保护子单元。

另外，变电站子系统的直流输出或交流输出也可以不连接到母线上。不同变电站子系统的同电压等级输出可以互联，也可以单独接负载，例如电动汽车。

作为另一种具体的实施方式，变电站子系统的输入端与分布式电源连接，例如光伏分布式电源、风电分布式电源，也可以是其他的分布式电源，此处不作限定。变电站子系统的输入端与分布式电源之间设有联网保护单元，联网保护单元包括防孤岛保护子单元、低/过压保护子单元、低/过频保护子单元以及故障解列和重合闸子单元。另外，分布式电源具体可以是通过换流器来实现与变电站子系统的连接的，该换流器可以是DC/DC变换器，该DC/DC变换器将分布式电源输出的直流电压转换为与变电站子系统的输入电压同等级的直流电压后与其直流输入端连接。上述换流器也可以是DC/AC变换器，该DC/AC变换器将分布式电源输出的直流电压转换为与变电站子系统的输入电压同等级的交流电压后与其交流输入端连接。

本实施例提供的一种交直流互联系统的保护装置，其可以适用于图2所示的交直流互联系统，该交直流互联系统变电站可以采用AC/DC/DC/AC形式的变压器，输入交流AC，输出两路不同电压等级的直流DC、输出一路交流AC。输出的直流DC可以连接至直流母线上，该直流母线连接多个同电压等级的DC分支。具体地，直流母线1-1汇集直流线路1-2、直流线路1-1及变电站输出的DC线路；直流母线2-1汇集直流线路1-3、直流线路1-1及另一个变电站输出的DC线路。直流母线1-2汇集直流负载1-1线路、直流负载1-2线路及变电站输出的直流线路2-1；直流母线2-2汇集直流负载2-1线路、直流负载2-2线路及变电站输出的直流线路2-2。输出的交流AC可以连接至交流母线上，连接多个交流负载，具体地：低压交流线路1连接至交流母线1-1上，连接交流负载1-1和交流负载1-2，低压交流线路2连接至交流母线2-1上，连接交流负载2-1和交流负载2-2。上述交直流互联系统变电站也可以采用AC/DC/AC形式的变压器，输入交流AC，输出一路直流DC和一路交流AC。

利用本实施例提供的保护装置对上述交直流互联系统的保护如图3所示。对交流线路1、交流线路2、交流母线1-1、交流母线2-1、低压交流线路1和低压交流线路2进行交流保护，其中交流保护包括差动保护、过流保护和电压异常保护中的一种或几种，但不限于这三种。另外，对交流母线1-1和交流母线2-1的保护还包括交流母线差动保护，其中低压交流线路1和低压交流线路2可与其他交流线路分开保护。

对直流线路1-2、直流线路1-1、直流线路1-3、直流线路2-1、直流线路2-2、直流母线1-1、直流母线2-1、直流母线1-2和直流母线2-2进行直流保护，其中直流保护具体包括但不限于低压过流保护、过流保护、方向过流保护、线路差动保护、电压不平衡保护、单/双极低电压保护、单/双极过电压保护，也可以只选择其中的一种或几种。其中，对直流母线1-1、直流母线2-1、直流母线1-2和直流母线2-2的直流保护还包括直流母线差动保护。另外，直流线路2-1和直流线路2-2可以与其他直流线路分开保护。

对直流负载1-1、直流负载1-2、直流负载2-1和直流负载2-2进行直流负载保护，其中直流负载保护包括但不限于过流保护、方向过流保护、线路差动保护、电压不平衡保护、单/双极低电压保护、单/双极过电压保护，也可以只选用其中的一种或者几种。对交流负载1-1、交流负载1-2、交流负载2-1和交流负载2-2进行交流负载保护，其中交流负载保护包括但不限于过流保护、方向过流保护和电压异常保护，也可以只选用其中的一种。

另外，本实施例提供的一种交直流互联系统的保护装置，还可以适用于图4所示的交直流互联系统，该交直流互联系统与上述图2所示的交直流互联系统的区别在于：其直流线路1-3通过DC/DC变换器连接了分布式电源，从而实现了分布式电源的联网。相应地，在分布式电源联网侧还设置了联网保护，具体包括防孤岛效应保护、低/过压保护、低/过频保护、故障解列和重合闸。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种交直流互联系统的保护装置，所述交直流互联系统包括至少一个变电站子系统，所述变电站子系统用于将交流输入或直流输入转为至少一路直流输出和/或至少一路交流输出，其特征在于，包括：

系统级保护模块，所述系统级保护模块包括交流保护单元和直流保护单元，其中，所述交流保护单元用于保护所述变电站子系统的交流输入电路和/或交流输出电路，所述直流保护单元用于保护所述变电站子系统的直流输入电路和/或直流输出电路；和

装置级保护模块，所述装置级保护模块用于保护所述变电站子系统的工作电路。

2.根据权利要求1所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述变电站子系统的直流输出接直流负载电路、交流输出接交流负载电路，所述系统级保护模块还包括负载保护单元，所述负载保护单元用于保护所述直流负载电路和/或所述交流负载电路。

3.根据权利要求1所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述变电站子系统的工作电路包括至少一路转换电路，所述转换电路用于将直流电压转换为交流电压或将直流电压转换为不同电压大小的直流电压或将交流电压转换为直流电压或将交流电压转换为不同电压大小的交流电压，其中至少一路所述转换电路包括转换桥电路，其中至少一路所述转换电路的转换桥电路包括转换开关，所述装置级保护模块包括子模块保护单元、转换桥保护单元和转换开关保护单元，其中，所述子模块保护单元用于保护所述转换电路，所述转换桥保护单元用于保护所述转换电路中的转换桥电路，所述转换开关保护单元用于保护所述转换桥电路中的转换开关。

4.根据权利要求1所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述交流保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元和电压异常保护子单元。

5.根据权利要求1所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述直流保护单元包括低压过流保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、线路差动保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元。

6.根据权利要求2所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述负载保护单元包括差动保护子单元、过流保护子单元、方向过流保护子单元、电压不平衡保护子单元、单/双极低电压保护子单元、单/双极过电压保护子单元和电压异常保护子单元。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述装置级保护模块包括差动保护子单元、过流保护子单元和子模块电容电压保护单元。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述变电站子系统的直流输出与同电压等级的直流母线连接，所述直流保护单元包括直流母线差动保护子单元。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述变电站子系统的交流输出与同电压等级的交流母线连接，所述交流保护单元包括交流母线差动保护子单元。

10.根据权利要求1所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述变电站子系统的输入端与分布式电源连接，所述变电站子系统的输入端与所述分布式电源之间设有联网保护单元，所述联网保护单元包括防孤岛保护子单元、低/过压保护子单元、低/过频保护子单元、故障解列和重合闸子单元。

11.根据权利要求4所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述交流保护单元中的所述差动保护子单元用于反映故障、并动作跳闸以隔离故障的部分电路；所述交流保护单元中的所述过流保护子单元和电压异常保护子单元用于在所述差动保护子单元未正常动作时，延时预设时间动作以切除故障的部分电路或发告警信号。

12.根据权利要求4或权利要求11所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，对于大电流接地系统，所述交流保护单元的保护出口跳闸以隔离故障的部分电路，该交直流互联系统的其余部分可继续为负荷供电；若单个变电站子系统单独为负载供电时，则需有直流或交流输入。

13.根据权利要求4或权利要求11所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，对于小电流接地系统，当发生相间故障时，所述交流保护单元的保护出口跳闸以隔离故障的部分电路，该交直流互联系统的其余部分可继续为负荷供电；当发生单相接地时，若单个所述变电站子系统独立运行，则可根据系统要求继续运行，由所述电压异常保护子单元发告警信号；若两个以上所述变电站子系统互联运行，则可根据系统要求继续运行，并将与故障电路连接的变电站子系统与其他变电站子系统之间的联络开关断开。

14.根据权利要求5所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述直流保护单元用于切除故障的部分电路，所述交直流互联系统的其他无故障部分的电路继续运行；

所述直流保护单元中的所述低压过流保护子单元用于作为被保护电路的主保护；

所述直流保护单元中的所述过流保护子单元、所述电压不平衡保护子单元、所述单/双极低电压保护子单元、所述单/双极过电压保护子单元作为被保护电路的后备保护；

所述直流保护单元中的所述线路差动保护子单元、所述方向过流保护子单元用于定位故障。

15.根据权利要求2或6所述的交直流互联系统的保护装置，其特征在于，所述负载保护单元用于切除所述直流负载电路或所述交流负载电路中的故障支路，其余无故障部分继续运行。