一种用于直流配电系统短路故障的保护方案技术方案

本发明专利技术涉及电力系统继电保护领域，涉及一种用于直流配电系统短路故障保护方案，该方案：①如果直流电压突变量超过整定值，启动母线和线路保护；②母线保护启动后，若差动电流大于差动保护电流整定值，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器；③线路保护启动后，若线路电流大于瞬时速断保护电流整定值，或者是在保护启动一段时间后，线路电流仍大于限时速断保护电流整定值，则判断该线路发生故障，立即断开该故障线路上的直流断路器。本发明专利技术具有保护原理简单，故障时快速性好、可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
—种用于直流配电系统短路故障的保护方案所属
本专利技术涉及电力系统继电保护领域，具体涉及用于直流配电系统短路故障的保护方案。
技术介绍
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网未来发展方向主要集中在配电网，国际上正在积极开展配电网领域前瞻性研究。目前越来越多的家用电器和办公电器基于电子产品，其最终用电形式是直流，如手机、液晶显示器、计算机、电动汽车等；日益增多的家用负荷和工业负荷为提高效率采用变频技术，这些负荷可视为间接直流负荷。同时部分基于可再生能源的分布式发电产生的电力是直流，如光伏发电、燃料电池发电。因而便产生了一种提高效率和减少能耗的天然解决方法——使用直流配电系统。随着现代电力电子技术的快速发展，应用于直流配电的换流元件已日趋成熟；同时直流配电系统具有电能质量高、可靠性高、经济性好、传输容量大、电能损耗低、拓扑结构简单和适应分布式电源(Distributed Generator, DG)接入等优点。作为直流配电系统发展的关键技术之一，继电保护技术起着保证直流配电系统安全可靠运行的作用。目前，已有的直流配电系统保护研究主要是侧重于宏观上探索保护技术，未见深入到具体系统级别的研究，特别是针对直流线路和直流母线保护方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于直流配电系统短路故障的保护方案。为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于直流配电系统的保护方案，该保护方案使用的保护原理简单，故障时快速性好、可靠性高，同时保证上级交流系统故障、下级直流配电线路或交流配电线路最严重故障情况下，保护不误动，为直流配电系统的安全可靠运行提供技术支撑。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案:本专利技术的技术方案如下:一种用于直流配电系统短路故障保护方案，该方案利用分布式电源出口和直流母线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，并基于直流断路器实现，具体为:①如果直流电压突变量Au超过整定值Λ Usrt，启动母线和线路保护；整定原则是保证躲开直流电压最大波动值；②母线保护启动后，若差动电流Id，即所有与直流母线相连的直流断路器电流总和的相反数，大于差动保护电流整定值Ibus—，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器；③线路保护启动后，若线路电流I大于瞬时速断保护电流整定值Isrt i，或者是在保护启动一段时间tsrt后，线路电流I仍大于限时速断保护电流整定值Isrt 2，则判断该线路发生故障，立即断开该故障线路上的直流断路器。④针对分布式电源的存在形成两端供电的情形，本保护方案增设反向电流保护，一旦线路电流I达到一定反向裕度值ε，则立即断开该侧线路上的直流断路器。作为优选实施方式，步骤②的差动保护电流整定值Ibus srt的整定原则是躲开正常和区外故障时各电流互感器最大误差绝对值总和。步骤③里，Iseu的整定原则是保证在短路电流上升期间发出跳闸指令，Isrt—2和tsrt的整定原则是保证线路末端短路故障后系统达到稳态时，保护仍能启动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:直流母线和直流负载线路故障时，保护系统能够快速且可靠发出跳闸指令；在分布式电源连接至直流母线的直流线路发生故障时，为满足保护选择性要求，保护系统能够在较长一段时间，比如20ms内发出可靠的跳闸指令；而交流大系统发生故障和下游交流侧、直流侧故障均能够可靠闭锁、不误动，保证了保护系统的可靠性、速动性、选择性和灵敏性。【附图说明】图1是直流配电系统测试模型拓扑结构图；图2是短路故障时暂态直流电压、直流电流波形示意图；图3是直流配电系统的保护方案流程图，(a)DG出口保护安装处，b)为直流母线保护安装处。【具体实施方式】典型直流配电系统拓扑结构图如附图1所示,使用IlOkV交流大系统作为主要供电电源，经过110/6.3kV变压器和整流器组成的配电换流站整流成IOkV直流电，直接连接到IOkV直流母线上；同时分布式电源通过直流电缆连接至直流母线，向系统输送电能；负载通过直流电缆连接至直流母线，系统模型中存在三种负载，分别是中压直流负载、低压交流负载和低压直流负载。其中对低压直流负载和低压交流负载供电需要有电压变换装置，即DC/DC变换器和逆变器。本专利技术的技术方案如下:利用分布式电源出口和直流母线等保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，并基于快速直流断路器，使用电压突变量原理作为直流母线和直流线路的故障启动元件，差动电流保护原理作为直流母线保护，两段式电流保护(瞬时电流速断保护和限时电流速断保护)作为直流线路保护。具体为:[0021 ] ①如果直流电压突变量Λ u超过整定值Λ uset ( S卩Λ u> Λ uset)，启动母线和线路保护；整定原则是保证躲开直流电压最大波动值。②母线保护启动后，若差动电流Id(所有与直流母线相连的直流断路器电流总和的相反数)大于差动保护电流整定值Ibus—(即Id>Ibus—sJ，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器；整定原则是躲开正常和区外故障时各电流互感器最大误差绝对值总和。③线路保护启动后，若线路电流I大于瞬时速断保护电流整定值Isrt」，或者是在保护启动tsrt后，线路电流I仍大于限时速断保护电流整定值Isrt 2 (即I>Isrt—i，或者I>Isrt—2且t>tsJ，则均立即断开该故障线路上的直流断路器；Iset」的整定原则是保证在短路电流上升期间发出跳闸指令，Isrt—2和tsrt的整定原则是保证线路末端短路故障后系统达到稳态时，保护仍能启动。④针对分布式电源的存在形成两端供电的情形，本保护方案增设反向电流保护，一旦电流I达到一定反向裕度值ε ( S卩I〉ε )，则立即断开该侧线路上的直流断路器。本专利技术提供用于直流配电系统短路故障的保护方案，具体可以包括以下步骤:步骤1:设置保护安装处；步骤2:启动元件动作；步骤3:确定直流线路短路故障或者是直流母线故障，并断开直流断路器。所述步骤I中，保护安装处设置在直流配电系统中直流母线处和分布式电源出口处，实时采集直流电压u和直流电流i信息。所述步骤2中，根据采集的保护安装处直流电压u信息，实时计算出直流电压突变量Au。如果计算出的Λu连续两次超过保护启动的直流电压突变量整定值ΛUsrt，则启动故障判别程序，进入步骤3 ;否则保护故障判别程序不启动。所述步骤3包括以下步骤:步骤3-1:这一步骤为直流母线故障判别。本方案采用以基尔霍夫电流定律为理论依据的差动保护作为直流母线主保护。定义差动电流等于所有与直流母线相连的直流断路器电流总和的相反数。若差动电流Id大于差动电流保护整定值Ibus—srt，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器。步骤3-2:这一步骤为直流线路故障判别。本方案采用瞬时电流速断保护与限时电流速断保护相结合的两段式电流保护作为直流线路主后备保护。若线路电流I大于瞬时速断保护电流整定值Isrt—i，或者大于限时速断保护电流整定值Isrt—2的持续时间超过整定值tsrt，则线路保护动作，跳开相应线路上的直流断路器。此外，某些支路在双端电源(直流配电系统交流主电源和分布式电源)作用下，线路故障时线路一侧电流会出现反向。基于此，本方案增设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流配电系统短路故障保护方案，该方案利用分布式电源出口和直流母线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，并基于直流断路器实现，具体为：①如果直流电压突变量Δu超过整定值Δuset，启动母线和线路保护；整定原则是保证躲开直流电压最大波动值；②母线保护启动后，若差动电流Id，即所有与直流母线相连的直流断路器电流总和的相反数，大于差动保护电流整定值Ibus_set，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器；③线路保护启动后，若线路电流I大于瞬时速断保护电流整定值Iset_1，或者是在保护启动一段时间tset后，线路电流I仍大于限时速断保护电流整定值Iset_2，则判断该线路发生故障，立即断开该故障线路上的直流断路器。④针对分布式电源的存在形成两端供电的情形，本保护方案增设反向电流保护，一旦线路电流I达到一定反向裕度值ε,则立即断开该侧线路上的直流断路器。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流配电系统短路故障保护方案，该方案利用分布式电源出口和直流母线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，并基于直流断路器实现，具体为: ①如果直流电压突变量λU超过整定值Λ Usrt，启动母线和线路保护；整定原则是保证躲开直流电压最大波动值； ②母线保护启动后，若差动电流Id，即所有与直流母线相连的直流断路器电流总和的相反数，大于差动保护电流整定值Ibus—srt，则母线保护动作，跳开所有电源侧的直流断路器； ③线路保护启动后，若线路电流I大于瞬时速断保护电流整定值Uu，或者是在保护启动一段时间tsrt后，线路电流I仍大于限时速断保护电流整定值Isrt 2，则判断该...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛士敏，陈超超，金毅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12