基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，包括(M+N)个直流断路器、断路器控制单元、M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元；所述断路器控制单元结合所有直流母线上的电流量和配电线路上的电流量，以电流突变量和电流方向作为保护特征以构建故障判据，判别故障发生位置并判断是否发出故障动作信号，再根据所得的故障动作信号将相应的直流断路器跳开。本发明专利技术能够将故障电流的突变量与功率方向进行综合考虑，结合新型直流断路器的动作特征，实现了网状直流配电网母线故障与线路故障的快速保护与区分。

【技术实现步骤摘要】
基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法
本专利技术涉及柔性直流电网保护
，具体而言涉及一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置和方法。
技术介绍
柔性直流电网因其具有输送功率灵活可控，电能传输损耗小、可以向无缘系统供电(不需要输送无功功率)等诸多优势已经成为当今智能电网建设的一项关键性技术。由于柔性直流电网自身的特殊结构与和运行方式，直流故障的保护与隔离技术一直是研究的热点问题。当直流侧发生故障时，故障电流上升的速度与峰值远远高于传统的交流电网，会对柔性直流系统的安全运行造成很大的影响。直流断路器作为清除直流侧故障最有效的方式，随着制造技术的发展与成熟，日渐成为直流电网保护的主流方案。目前有研究人员提出了一种基于直流断路器的直流电网分区协调保护策略，该保护策略解决了直流故障区分的难题，但是直流电网的可靠性收到了影响。研究人员又针对星形直流电网的单极接地故障分别设计了基于故障电压变化率(ROCOV)和短时能量的故障识别方法，但是该保护方案对于辐射状直流电网的适应性还有待研究。另外，上述保护方案所选用的直流断路器均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于，所述保护装置包括(M+N)个直流断路器、断路器控制单元、M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元；/n所述(M+N)个直流断路器包括M个第一直流断路器和N个第二直流断路器；/n其中，M个第一直流断路器一一对应地安装在M个直流母线上，布置于母线隔离开关和对应的平波电抗器之间；N个第二直流断路器分别对应安装在N条配电线路上，布置于线路两侧隔离开关与对应的平波电抗器之间；/nM个所述母线故障检测单元一一对应地分布在M条直流母线上，用于检测所属直流母线上电流检测点的电流量；N个所述线路故障检测单元一一对应地分布在N条配电线路上，用于检测所...

【技术特征摘要】
1.一种基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于，所述保护装置包括(M+N)个直流断路器、断路器控制单元、M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元；
所述(M+N)个直流断路器包括M个第一直流断路器和N个第二直流断路器；
其中，M个第一直流断路器一一对应地安装在M个直流母线上，布置于母线隔离开关和对应的平波电抗器之间；N个第二直流断路器分别对应安装在N条配电线路上，布置于线路两侧隔离开关与对应的平波电抗器之间；
M个所述母线故障检测单元一一对应地分布在M条直流母线上，用于检测所属直流母线上电流检测点的电流量；N个所述线路故障检测单元一一对应地分布在N条配电线路上，用于检测所属配电线路上电流检测点的电流量；
所述断路器控制单元的输入端与M个母线故障检测单元和N个线路故障检测单元连接，输出端与所有直流断路器连接；所述断路器控制单元结合所有直流母线上的电流量和配电线路上的电流量，以电流突变量和电流方向作为保护特征以构建故障判据，判别故障发生位置并判断是否发出故障动作信号，再根据所得的故障动作信号将相应的直流断路器跳开；
所述M、N均为大于等于1的正整数。


2.根据权利要求1所述的基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于，所述直流断路器包括主断路器单元、第一晶闸管组Tch、第二晶闸管组TF、电容器CCB、电阻器Rch、电阻器RL、电感Lch和电感LL；
所述第一晶闸管组Tch、电阻器Rch、电感Lch、电阻器RL、第二晶闸管组TF依次连接，所述第一晶闸管组Tch的输入端与主断路器单元的输入端连接，所述第二晶闸管组TF的输出端与主断路器单元的输出端连接；所述电容器CCB的一端连接在电感Lch和电阻器RL之间，另一端引出；所述电感LL串联在主断路器单元的输出端；
所述主断路器单元由IGBT组串联反并联二极管组成，用于切断所属线路电流；
在断路器的初始状态下，主断路器单元的IGBT组、第一晶闸管组Tch、第二晶闸管组TF均处于截止状态；
当直流断路器合闸时：
投运时，先给第一晶闸管组Tch触发信号，对电容器CCB进行充电，电流流过电阻器Rch和电感Lch并对电容器CCB充电，此时电阻器RL用于控制最大电流，电感LL用于限制充电电流的导数；在充电电流降至IGBT组的保持电流以下之后，晶闸管Tch自然关断；通过向IGBT驱动器发送接通信号来完成主断路器单元额定闭合，断路器合闸成功；
当直流断路器断开时：
接收到跳闸信号后，主中断过程开始，在关闭主断路器单元IGBT的同时，触发晶闸管TF；电容器CCB通过RL连接到故障电流路径，并在IGBT关断时让CCB馈入故障阻抗，CCB继续提供故障阻抗，预充电电容器中存储的能量以及电缆电感自然会在电阻器RL、电缆电阻和故障阻抗中消散，第二晶闸管组TF将在故障电流降至其保持电流值以下后自然关闭，完成断路器的彻底闭合。


3.根据权利要求1所述的基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于，所述母线故障检测单元的检测点位于所属第一直流断路器临近配电线路的一侧；所述线路故障检测单元的检测点位于所属第二直流断路器远离直流母线的一侧。


4.根据权利要求1所述的基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于，所述以电流突变量和电流方向作为保护特征以构建故障判据，判别故障发生位置并判断是否发出故障动作信号的过程包括以下步骤：
S1，采集各直流母线和配电线路上检测点的电流值，根据下述保护启动判据依次判断其中是否出现了故障电流：



式中：ik表示第k个采样点电流的电流；m为启动判据窗长内的采样点数，m的大小与采样频率有关；
S2，当任意一条线路上的电流值满足保护启动判据时，判定该线路的第k个采样点电流为故障电流；
S3，判断故障电流所属线路，如果故障电流出现在配电线路上，以电流突变量和电流方向作为保护特征执行当前故障电流对应的故障线路判定，如果故障电流出现在直流母线上，结合所有输入电流的总和执行当前故障电流对应的故障线路判定。


5.根据权利要求4所述的基于直流断路器的柔性直流配电线路保护装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩笑，张益伟，张森，梅雨菲，刘建婷，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32