[发明专利]一种中低压直流配电网母线保护系统及方法

说明书

本发明公开一种中低压直流配电网母线保护系统及方法，系统中，第一直流电流互感器配置在直流母线进线直流开关侧；第二直流电流互感器配置在直流母线附近，进线正向穿过，一个或多个出线反向穿过；直流母线保护装置的进线跳闸输出信号与进线开关分闸输入端相连，出线跳闸输出信号与各出线开关分闸输入端相连。此种技术方案可实现在直流配电系统中发生母线故障时的快速检测、定位和隔离，可在母线故障刚发生尚未到稳态时即可进行定位和隔离，且不需要相邻区域间的通信，也不需采集直流母线上每条线路的电流，减少了配置上的成本，对系统的处理运算能力要求也相对较低，可提高直流配电系统的整体可靠性和快速性。

技术领域

本发明属于电力系统直流配电技术领域，特别涉及一种在20kV及以下中低压直流配电网系统的母线保护系统及保护方法。

背景技术

随着国内城市电力需求的增加和分布式电源和直流负荷占比的日益提高，传统的交流配电网越来越难以满足经济性接入分布式电源和直流负荷、进一步提高供电半径、增加供电容量等需求。与此同时，直流配电网因具备可控性好、可再生能源接入方便、输电质量高、供电半径和传送功率大等优点，成为近年来学术界研究的热点。

直流配电系统与交流系统有很大不同，故障有其自身的特点，当直流系统尤其是母线发生接地或极间短路故障时，故障电流迅速上升，可以在很短的时间内给系统设备造成严重损害，这要求直流保护最好能在微秒级检测故障，并快速实现故障的定位和隔离。目前直流配电网母线保护的方案还处于理论研究阶段，常见的保护方法有：

(1)仿照交流保护方案，采集直流母线电压量和母线上各线路的电流量，使用常规的过电流、过/低电压、差动等保护方案。

(2)仿照地铁直流保护方案，采用电流变化率保护，如专利CN201210357913.X公开了一种适用于城市轨道交通的电流变化率方法。

(3)专利CN201710070114.7公开利用直流断路器和母线对直流配电网进行区域划分，判断各区域故障电流方向，然后进行信息交互，最终确定故障类型并切除故障。

(4)专利CN200810234059.1公开结合直流母线电压检测，判断直流电流增大同时直流母线电压是否下降，以区分故障和干扰或者噪声。

上述方法存在一定的局限性：

方法(1)要求保护装置采集母线电压量和多条线路的电流量，由于直流故障电流迅速上升并要求在微秒级检测故障并毫秒甚至微秒级切除故障的特点，要求保护装置能在更短的时间内完成多个电压和电流信号的处理分析，这对装置处理能力提出了非常高的要求。但目前常规的交流保护动作时间一般在10ms以上，切除故障时故障电流一般也达到稳定值了，而直流故障希望在故障刚发生未到稳态时即切断，因此常规的交流保护方案不太适用于直流的快速保护。另外，由于保护装置一般只能采集二次侧的电流和电压，多条线路电流量的采集势必要求配置多个电流互感器，由于直流故障电流上升迅速且很大，要求各互感器响应时间极快并且测量范围很广，多互感器的配置一方面增加了运维成本，另一方面还存在各互感器响应时间和动态范围不一致而可能引起的保护误动或拒动风险。

方法(2)可以快速检测故障电流，能在故障电流未达到稳定值时发现故障，适用于线路结构简单、级差明显的运行方式，由于该方法不具备选择性，对于复杂的多进多出中低压直流配电母线难以准确定位故障点在区内还是区外。

方法(3)要求采集各区域的故障电流，判断方向并进行信息交互，从理论上可以对故障进行定位和隔离，但文中也指出了电流方向变化在毫秒级别，需要基于通信，只能在相邻区域进行。

方法(4)可以有效排除噪声和干扰信号，但是没有对直流电流保护原理和如何辨别母线区内和区外故障作进一步讨论。

发明内容