CN114221304B - 一种基于固态断路器的低压直流配网源网荷协同保护策略 - Google Patents
一种基于固态断路器的低压直流配网源网荷协同保护策略 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于固态断路器的低压直流配网源网荷协同保护策略，在线电流监测模块负责实时采集到的各检测点的直流电流，将电流数据传输至上级***,由上位机对数据分析处理后再将指令传回故障识别***。由故障识别***判断区外故障、区内低阻故障、区内高阻故障。固态断路器，其中主开关支路由半导体器件IGBT和二极管D1和D2构成进行正常通流，电流由S1向S2流通时由左侧IGBT和D2通流，电流由S2向S1流通时由右侧IGBT和D1通流，因此可以进行双向开断。切除故障后通过负荷计算辅助决策，计算发生故障后的负荷切除量，再由调度***对切除负荷进行补充，实现多源协调控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型基于固态断路器的低压直流配网源网荷协同保护策略，特别在故障发生后通过保护***给断路器下发关断指令，实时决策进行直流闭锁，并通过负荷计算辅助决策，计算发生故障后的负荷切除量，再由调度***对切除负荷进行补充，实现多源协调控制，达到了负荷调度、区域互联的目的，可以大大降低负荷切除造成的不良影响，从而增加了供电可靠性。
背景技术
近年来，随着新能源发电技术和储能装置等直流技术的快速发展，直流配网已经成为了电力行业的大力发展对象。对于直流配电网最为关键的要求就是可靠性和安全性，因此一个可靠、快速的保护***对于保障直流配电网的安全运行来说可谓重中之重。为完成这一目标，当前已开展的研究主要分为三个方向：保护设备、故障诊断以及保护策略。
直流断路器的发展对于保障直流配电网安全运行具有重大意义，能够有效切除故障电流，抑制电流扩散，保证直流配电设备正常工作。目前直流断路器的研究以中高压直流输电领域为主，低压配电领域的研究较少。目前主要的断路器有应用最为广泛的机械式直流断路器；充分利用了机械开关通态损耗小和电力电子器件关断优势的混合式断路器；还有随着电力电子技术发展而兴起的固态直流断路器。固态断路器有着可靠性高、开断时间短、技术难度低等优点，因此成为低压直流配电断路器的重要研究方向。对于直流配电网的故障诊断和保护策略，由于直流配网集成了大量的分布式可再生能源以及相配套的储能装置等，网络结构相对复杂，因此当发生故障后，各支路故障电流具有相当大的不确定性，难以精准定位故障区段。而且在故障切除后没有进行统筹配置，通常会影响负荷侧用户的用电，降低了直流配网供电可靠性。在这种应用背景下，配电网源网荷协同保护策略应当对中断负荷进行控制，由调度***对切除负荷进行补充，可以大大降低负荷切除造成的不良影响，从而增加了供电可靠性。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于利用固态断路器完成低压直流配网源网荷协同保护。通过设计新型保护策略，在配电网发生故障时能够快速识别并切除故障，通过调度负荷群进行补充，降低负荷切除对用户造成的不良影响，最大程度的保障直流配网的供可靠性。
具体的，本发明采用如下技术方案：
实时采集到的各检测点的直流电流，基于双斜率纵差的直流故障识别判断区内是否发生故障；当判断发生故障后，***计算出故障电流值判断是否存在过流并确定故障电流方向；当前已判断存在过流时，各保护分区内的快速保护装置将检测到的故障电流方向发送给分区内的相邻快速保护装置；然后由各保护装置在综合保护分区内各检测点的故障电流方向后识别故障发生区段。锁定故障区后，保护***给断路器下发关断指令，固态断路器信号处理单元接受保护***发送的关断指令，然后由通信单元向正向通流的IGBT发送关断信号，IGBT快速响应并开断故障。并通过负荷计算辅助决策，计算发生故障后的负荷切除量，再由调度***对切除负荷进行补充，实现多源协调控制，达到了负荷调度、区域互联的目的。
附图说明
图1是开关站直流配网***架构图；
图2是断路器本体结构示意图；
图3是本发明协同保护策略控制框图；
图4(a)至图4(c)是断路器工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至图4(c)来说明本发明的具体实施方式。
(1)如图4(a)所示正常通流状态下，***电流从进线端S1流入左侧IGBT再经过二极管D2从出线端S2流出；
(2)通过图1所示线路中的电流监测单元实时监控线路电流变化情况,并将电流数据传输至上级***,由上位机对数据分析处理后再将指令传回故障识别***。
(3)基于双斜率纵差的直流故障识别方案判断区内是否发生故障，当判断发生故障后，***计算出故障电流值并确定故障电流方向；将采集到的故障电流值与过流限定值进行比较，若当前故障电流值超出过流限定值时，则判断存在过流；
(4)若当前已判断存在过流时，图1中各保护分区内的快速保护装置将检测到的故障电流方向发送给分区内的相邻快速保护装置；然后由各保护装置在综合保护分区内各检测点的故障电流方向后识别故障发生区段；
(5)如图4(b)所示，锁定故障区后，保护***给图2所示断路器发出分闸指令，断路器通信单元依照电流方向向左侧全控型电力电子器件发出关断信号，主开关支路断开，缓冲电容吸收故障电流电压不断上升；
(6)当断路器两端电压超过吸收支路的导通阈值时，吸收支路导通如图4(c)所示。由于吸收支路的通态电阻非常小，因此电流快速向吸收支路转移，当故障电流降为零时完成整个开断过程；
(7)最后由图3所示协同保护策略通过负荷计算辅助决策，计算发生故障后的负荷切除量，为进行中断负荷控制，再由调度***对切除负荷进行补充，实现多源协调控制，达到了负荷调度、区域互联的目的。
Claims (1)
1.一种基于固态断路器的低压直流配网源网荷协同保护方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）实时采集到的各检测点的直流电流，基于双斜率纵联电流差动的直流故障识别，判断区内是否发生故障；
（2）当判断发生故障后，计算出故障电流值，判断是否过流并确定故障电流方向；
（3）若当前已判断存在过流时，各保护分区内的快速保护装置将检测到的故障电流方向发送给保护分区内的相邻快速保护装置；
（4）然后由各保护分区内的快速保护装置再综合保护分区内各检测点的故障电流方向后识别故障发生区段；
（5）锁定故障发生区段后，给固态断路器下发关断指令，固态断路器快速响应并开断故障。
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