[发明专利]中压直流供电的直流区域配电网络保护方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶电力系统领域，具体涉及一种适用于采用700V等级直流母线的直流区域配电网络的选择性保护的中压直流供电的直流区域配电网络保护方法。

背景技术

综合电力系统运用电力集成思想实现电能的统一调度，主要包括发电、配电、变电、推进、储能、监控/管理六个模块，是未来船舶电力系统的发展方向。由于在功率密度、体积重量、电磁兼容、振动噪声等方面的优势，中压直流将逐渐取代中压交流成为发电模块的标准形式。

对于配电模块，其主要任务是将电能从发电机输送到负载，合理分配电能，以保证全船电力负荷得到规定品质的电力供应。确保电网发生故障时，维持最大范围内的供电连续性；在各种紧急状态下，向保证船舶安全所需要的重要电气设备供电。区域配电采用模块化建造思想，按功能、位置等因素将全船日用负荷划分至相对独立的区域，各区域由贯穿全船的低压配电母线统一供电，区域内部不同电制的交流、直流日用负荷独立组网。与传统辐射状配电网络相比，区域配电网络具有供电生命力强的突出优点，并且可以减少电缆用量，减少电缆穿舱孔数量和面积，缩短电缆敷设时间，降低配电系统尺寸、重量。

根据低压配电母线电制的不同，区域配电可以分为交流区域配电和直流区域配电。交流区域配电已在船舶领域取得一定应用。而直流区域配电可以进一步降低未来船舶的采购和运行、维护费用，具有供电连续性好、潮流调配灵活、便于制造等优势，应用前景广泛。为了保证直流区域配电网络的稳定运行，必须进行完善的保护设计。船舶日用负载根据电压等级和电制可以分为低压交流网络和低压直流网络，因此，直流区域配电网络可以分为环形直流母线、低压交流网络以及低压直流网络三个部分。

传统辐射状配电网络基于时间电流原则配置断路器实现电力系统的选择性保护，而直流区域配电网络直流母线具有典型的环网结构，时间电流原则不再适用；直流系统短路电流没有自然过零点，考虑到船上舱室空间非常有限，以及高温、高湿、盐雾、倾斜摇摆、冲击振动等恶劣的工作环境，大容量、高可靠性直流断路器在网络中的普遍应用将严重增加系统在经济成本、体积、重量等方面的负担。

对于低压交流网络和低压直流网络的保护，传统配电网络一般由发电机供电，采用时间电流原则整定断路器以实现协调保护，而直流区域配电系统中低压网络由电力电子装置供电，电力电子装置的工作特性与发电机有着本质不同，考虑装置成本、体积、重量等因素，在有限的设计裕量下，其输出过电流能力仅为额定电流2～3倍，可能无法为下级断路器提供足够的短路电流以切除短路，进而导致全网失电。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种中压直流供电的直流区域配电网络保护方法，准确、快速切除短路故障，避免直流断路器在母线上普遍应用所带来的经济、体积、重量等成本压力，提高船舶电力系统对日用负载的供电连续性。

本发明提供了一种一种中压直流供电的直流区域配电网络保护方法，包括以下步骤：

第一步，设置DC/AC/DC变电模块短路限流参数及直流断路器保护整定值，实现直流母线的协调保护。直流母线通过直流断路器向各区域供电，不同区域的直流母线通过隔离开关联结成环形网络。为直流母线供电的DC/AC/DC变电模块具有短路限流功能，能够将输出短路电流限制在一定范围并维持一段时间，为母线上直流断路器切断短路故障提供必要的短路电流及动作时间。根据DC/AC/DC变电模块各支路额定电流及电压等参数确定直流母线上直流断路器选型，尽量选择分断时间短、可靠性高的船用断路器。根据型式试验或例行试验结果，得到直流母线上直流断路器分断短路电流的动作时间（即从操作电源送入跳闸线圈的瞬间算起，直到电弧熄灭的时间为止），设置母线上直流断路器的瞬时动作，动作电流取额定值I_e的4～7倍；

第二步，确定各配电分区内DC/AC/DC变电模块故障限流输出特性，DC/AC/DC变电模块故障限流时恒流输出持续时间应大于各母线上直流断路器的动作时间，DC/AC/DC变电模块输出短路限流值应大于各母线上直流断路器的动作电流，取为变流模块额定电流值的2倍；

第三步，设置各配电分区内DC/AC变电模块短路限流参数及下级交流断路器保护整定值，实现低压交流网络的协调保护，根据DC/AC变电模块各支路额定电流及电压等参数确定所在配电分区内低压交流配电网络中交流断路器选型；