DC分配系统的故障定位技术方案

本公开的各种实施例涉及DC分配系统的故障定位，并公开了DC配电系统中的故障定位的唯一的系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是DC配电系统，其包括多个区域，每个区域包括DC配电线路和保护设备。每个保护设备被构造成感测线路的一个或多个电特性并且可控地断开包括上述线路的电路。至少一个智能电子设备被构造成基于由保护设备中的一个或多个保护设备感测的电特性来确定线路电感并且基于所确定的线路电感来评估线路故障的位置。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及有时被称为DC分配网络的DC分配系统中的故障定位。电力电子开关的能量和功率密度方面的新近改进促进了DC配电系统的发展。DC配电系统中的故障定位方面的当前工作具有大量缺陷和缺点。现有的提议不能有效地实现故障电流限制(FCL)功能，并且不能减小高故障电流对DC配电系统内的或者耦合有DC配电系统的设备以及对DC配电系统本身的不利影响。关于故障位置的标识、故障保护的速度、受保护的系统区域的广泛覆盖、可靠性、通信延迟的最小化以及故障状况和故障特性的本地测量方面的需求仍然尚未满足。另外的未满足的需求包括增强保护灵敏度，使得受故障影响区域最小化，准确的故障定位，减小设备成本，减小故障电流，减小故障后过电压，以及快速故障保护。存在对于本文中所公开的唯一的装置、方法、系统和技术的明显需求。
技术介绍
为了清楚、简明和准确地描述本专利技术的非限制性示例性实施例、做出和使用本专利技术的非限制性示例性实施例的方法和过程、以及实现本专利技术的非限制性示例性实施例的实践、做出和使用的目的，现在将参考某些示例性实施例，包括附图中图示的示例性实施例，并且将使用具体的语言来对其进行描述。然而，应当理解，并未由此产生对本专利技术的范围的限制，并且本专利技术包括和保护本领域技术人员在得益于本公开的情况下能够想到的对这些示例性实施例的这样的替选、修改和另外的应用。
技术实现思路
示例性实施例包括用于DC配电系统的唯一的故障定位系统、方法、技术和装置。本公开的另外的实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处根据以下描述和附图将会变得很清楚。附图说明图1图示示例性DC配电系统；图2图示另一示例性DC配电系统；图3图示示出了DC配电系统中电感值与距离的关系的曲线图；图4图示保护设备与短路故障之间的示例性等效电路；以及图5图示示例性电感确定过程。具体实施方式参考图1，图示了示例性DC配电系统100。在图示的实施例中，DC配电系统100被构造为基于变换器的紧密耦合的DC配电系统。在其他实施例中，系统100可以构造为另一类型的DC配电系统。应当理解，系统100可以在各种应用中实现，包括海军舰艇和船舶、陆地车辆、施工设备、采矿设备、飞行器、工厂、制造或其他工业设施、数据中心和服务器群等中的配电系统。DC配电系统100包括AC/DC变换器107，AC/DC变换器107被构造成从传输线路或生成源(未图示)接收AC电力，将AC电力变换成DC电力，并且向DC配电系统100提供DC电力。系统100包括多个保护区域101、102和103以及负载区域104和105。AC/DC变换器107操作耦合至保护区域101，保护区域101包括DC配电线路113和分配线路113所操作耦合的本地保护设备111。在某些实施例中，本地保护设备111包括可控电路断开设备，诸如电路断路器、继电器、接触器或者能够断开和闭合包括本地保护设备111的电路的其他设备。在某些实施例中，本地保护设备111包括被构造成感测与本地保护设备111所耦合的分配线路113相关联的一个或多个电特性的设备或装备，例如电流传感器和/或电压传感器。在某些实施例中，本地保护设备111包括一个或多个智能电子设备，诸如基于微控制器的控制单元，其被构造成接收和处理由本地保护设备111的传感器电子设备感测的电特性的信息。在某些实施例中，智能电子设备可以远离本地保护设备111和/或可以与多个本地保护设备操作耦合。在某些实施例中，每个本地保护设备111可以包括专用的相关联的智能电子设备。应当理解，以上特征中的任何或全部特征也可以存在于本文中公开的其他保护设备中。在某些实施例中，一个或多个智能电子设备可以能够执行下面描述的计算中的一些或全部计算，能够接收命令信号和/或传输命令信号。区域边界12定义保护区域101和102之间的边界。保护区域102包括分别与本地保护设备121和122耦合的线路123和124。线路123和124还例如经由公共节点或者经由DC总线彼此耦合。应当理解，本地保护设备121和122可以包括以上结合本地保护设备111描述的结构和功能特征中的一些或全部特征。区域边界23定义保护区域102和103之间的边界。保护区域103包括分别与本地保护设备131和132操作耦合的线路133和134。线路133和134还例如经由公共节点或者经由DC总线彼此耦合。应当理解，本地保护设备131和132可以包括以上结合本地保护设备111描述的结构和功能特征中的一些或全部特征。保护区域103与负载区域104耦合。保护区域106与负载区域105耦合。更具体地，线路133与负载区域104耦合，负载区域104包括分别通过本地保护设备145-148与线路133耦合的负载141-144。线路134与本地区域105操作耦合，本地区域105包括负载151-154和本地保护设备155-158。负载151-154分别通过本地保护设备155-158连接至线路134。每个负载151-154、141-144可以由DC/DC变换器(未图示)来馈电或者可以直接由与其耦合的DC线路或DC总线来驱动。在图示的实施例中，系统100是基于变换器的紧密耦合的DC配电系统。在另一实施例中，系统100可以构造为各种其他类型的DC配电系统。参考图2，图示了DC配电系统200。应当理解，系统200及其特征和部件可以包括以上结合系统100描述的结构和功能特征和属性中的任何或全部特征和属性。系统200包括4个区域210、220、230和240。区域210包括线路213和本地保护设备211，并且部分地由区域边界212来定义，区域边界212还部分地定义相邻区域220。本地保护设备211操作耦合至线路213，线路213可以从DC电力传输系统、AC/DC变换器和/或DC/DC变换器接收DC电力，DC电力传输系统、AC/DC变换器和/或DC/DC变换器又可以根据需要与电力生成或传输系统耦合。为了清楚地说明，这些特征没有在图2中描绘，应当理解，可以想到这些特征的各种配置和组合。区域200由区域边界212和223来界定。区域220包括本地保护设备222、线路224和电感器221，电感器221与本地保护设备222和线路224定位成一线。本地保护设备222和电感器221在所图示的实施例中以串联关系操作耦合至线路224，应当理解，也能够想到其他操作耦合关系。还应当理解，可以使用其他类型的功能上等效的电感影响设备来根据本文中公开的原理来调节线路电感。还应当理解，这样的潜在变型也可以用于本文中公开的其他电感器。区域220与区域210和230操作耦合并且相邻。区域230部分由区域边界223来界定。区域230包括本地保护设备231、线路233和电感器232。本地保护设备231和电感器232在图示的实施例中按照串联关系操作耦合至线路233，应当理解，也能够想到其他操作耦合关系。负载区域240包括本地保护设备241、电感器242和负载245。负载245通过本地保护设备241和电感器242操作耦合至区域230的线路233。本地保护设备241和电感器242在图示的实施例中按照串联关系操作耦合至线路233，应当理解，还能够想到其他操作耦合关系。继续参考图2，应当理解，电感器221、232和242设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC配电系统，包括：由一个或多个区域的边界界定的多个DC配电区域，所述区域中的每个区域包括至少一个DC配电线路以及与所述DC配电线路操作耦合的至少一个保护设备，每个保护设备被构造成感测与每个保护设备所操作耦合的所述DC配电线路相关联的一个或多个电特性并且基于线路故障的检测和位置可控地断开包括所述DC配电线路的电路；至少一个智能电子设备，被构造成基于由所述保护设备中的一个或多个保护设备感测的所述一个或多个电特性来确定一个或多个线路电感值并且基于所确定的线路电感值评估所述线路故障的位置；以及与所述多个区域中的一个区域的DC分配线路耦合的至少一个电感器，所述电感器具有电感值使得在不存在故障时所述多个区域中的每个区域的线路电感在幅度上不同，使得由所述至少一个智能电子设备在线路故障期间所确定的所述线路电感值将所述多个DC配电区域中的一个DC配电区域唯一地标识为包含所述线路故障。

【技术特征摘要】
2015.05.29 US 14/725,9551.一种DC配电系统，包括：由一个或多个区域的边界界定的多个DC配电区域，所述区域中的每个区域包括至少一个DC配电线路以及与所述DC配电线路操作耦合的至少一个保护设备，每个保护设备被构造成感测与每个保护设备所操作耦合的所述DC配电线路相关联的一个或多个电特性并且基于线路故障的检测和位置可控地断开包括所述DC配电线路的电路；至少一个智能电子设备，被构造成基于由所述保护设备中的一个或多个保护设备感测的所述一个或多个电特性来确定一个或多个线路电感值并且基于所确定的线路电感值评估所述线路故障的位置；以及与所述多个区域中的一个区域的DC分配线路耦合的至少一个电感器，所述电感器具有电感值使得在不存在故障时所述多个区域中的每个区域的线路电感在幅度上不同，使得由所述至少一个智能电子设备在线路故障期间所确定的所述线路电感值将所述多个DC配电区域中的一个DC配电区域唯一地标识为包含所述线路故障。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述智能电子设备被构造成基于所述一个或多个电特性的样本的数目使用线性回归分析来确定线路电感。3.根据权利要求2所述的系统，其中用于确定线路电感的所述样本的数目是以下中的至少一项：截至所述线路故障的检测之后的第一时间间隔所得到的样本的总数以及截至第二时间间隔所得到的最近的样本的预定数目。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个电特性包括线路到线路或者线路到接地的电压、线路电流以及线路电流的第一导数。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述线路电感基于包括多个线路到线路或线路到接地的电压值的第一矩阵以及包括多个线路电流值和多个线路电流值的第一导数的第二矩阵来确定。6.根据权利要求1所述的系统，包括多个智能电子设备，所述多个智能电子设备每个与相应保护设备相关联。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述DC配电系统是基于变换器的紧密耦合的DC配电系统。8.一种在DC配电网络中定位故障的方法，所述方法包括：定义所述DC配电网络的多个保护区域；检测所述DC配电网络内的故障；在检测到所述故障之后，对所述DC配电网络的所述保护区域中的每个保护区域的一个或多个电特性进行采样；确定多个线路电感值，所述多个线路电感值每个与相应保护区域相关联；以及基于所确定的线路电感值将所述故障定位为在所述保护区域中的一个保护区域中。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓丽，冯先勇，潘久平，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH