[发明专利]一种漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力系统接地故障保护方法

说明书

一种漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力系统接地故障保护方法，该方法应用于由单元1、单元2……单元n构成的直流电力系统；各单元之间通过母线相连构成环状直流电力系统；直流电力系统的母线两端布置电流传感器；电流传感器采集电流信号经信号调理模块输入到DSP的AD采集通道对应的端子，计算母线两端的电流增量和单元直流出口侧的电流增量，并与整定值进行比较，然后进行逻辑运算；根据逻辑运算结果，决定是否启动故障判别，判断母线是否发生接地故障，然后判断单元直流侧是否发生接地故障，确定发生接地故障的位置；DSP输出控制信号给光耦隔离驱动，驱动直流电力系统中的断路器隔离故障。该方法能准确确定故障发生的位置、快速隔离接地故障。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域与新能源应用领域，具体涉及一种漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力系统接地故障保护方法。

背景技术

可再生能源对人类永续发展意义非凡，而世界范围发展最快的可再生能源非风能莫属。针对于远海风场的建设需求，通过对目标海域的风、浪、流进行实时测量采集传输，实现海上风电场建设初期对风能资源富集程度与分布状况进行风能评估，对风电场的优化布局与风机的优化设计具有重要的工程研发意义。

目前海上风场建设初期一般采用风塔式测风平台，随着海上风电从浅海向深海发展，漂浮式海上测风移动平台，由于其安装高度要求低、平台测量设备安装方式相对灵活，已得到广泛使用。然而，对于所设计的远海测风平台，除测风装置本身外，还包括流速流向测量装置与波流观测装置两种测量仪器，以及卫星通信装置、本地控制中心等监控设备，这些即构成了测量平台的用电负荷，而对这些用电负荷的高可靠性供电问题即成为首要解决的技术问题。远海平台距陆地较远，利用海洋能资源，就地取能、海能海用，是其电能获取的最佳方式。由于单一海洋能发电量有限且间歇性强，故采用海洋多能源联合供电技术即成为海上平台独立供电的最佳选择。与交流电力系统相比，直流电力系统由于结构简单、无无功与相位问题，更适用于海上平台这种要求功率密度高、扩展灵活的应用场合。因此，漂浮式海上测风移动平台常采用风光储直流电力系统结构。

由于漂浮式海上测风移动平台工作环境复杂恶劣，其中高温、高盐雾、多雨雾、霉菌以及强腐蚀等海洋特有的自然环境因素会侵蚀漂浮式海上测风移动平台供电系统的整套设备，导致接地故障频繁发生，其中母线接地故障最为严重，可导致漂浮式海上测风移动平台供电系统迅速崩溃，除此之外，任何新能源单元、储能单元和负载单元的直流侧发生的短路故障都有可能导致整个直流母线电压的跌落，从而造成负载供电短暂中断甚至造成母线崩溃。因此，快速故障检测与隔离是漂浮式海上测风移动平台风光储直流电力系统迫切需要解决的关键技术问题。

针对直流电力系统的保护技术尚处于理论研究阶段，传统的保护方案在直流系统中应用时都存在一定的问题，其中如过电流保护、电流斜率保护、差动保护等。过流保护是直流电力系统常用的一种保护方式，而对于具有双向功率流动的远海平台多源系统却难以实现过流保护的选择性；电流斜率保护是通过检测故障电流的斜率来判断是否发生故障，但这种检测方法基于微分计算，其检测精度易受到采样误差以及电流动态响应的影响，从而降低系统可靠性；差动保护通过实时检测流入保护区域和流出保护区域电流的和来判断区域内是否发生短路故障，检测精度高、选择性强，但在故障电流高速率变化时受数据同步的影响较大。与一般直流供电系统相比，漂浮式海上测风移动平台的供电系统是无人值守，必须有更高地可靠性，保护方法需能精确定位故障位置并隔离，保证故障线路恢复之前，非故障电路能正常工作一段时间；由于多能源供电系统中线路的阻抗很小，导致系统故障电流的上升速率极快，如果按正常电压±10％的波动范围，保护方法需在额定电压下降10％之前，隔离故障电路，系统对故障隔离速度要求极高；漂浮式海上测风移动平台电力系统容量有限，故障电流相对较小，目前一些保护方法不易适用；除此之外，漂浮式海上测风移动平台面积不大，线路较短，多个监测点数据的采集与综合处理，可不借助通讯实现，易于新保护方法的实现。