一种直流配电网保护与控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流配电网保护与控制方法，属于电网保护与控制领域。

背景技术

直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负荷的是直流母线，直流负荷可以直接由直流母线供电，而交流负荷需要经过逆变设备后供电，如果负荷中直流负荷比例较大，直流配电将会有较大优势，直流配电网线损小，可靠性高，无需相频控制，接纳分布式电源能力强。

近年来，越来越多的学者开始重视电网的配电技术，直流配电网成为研究热点，高压直流输电直流配电系统、直流微网、交直流供电等概念营运而生，在直流输电、铁路牵引、舰船系统、通信系统等供电领域，直流系统已得到成功应用，展现出供电容量大、线路损耗小、电能质量高、无需无功补偿等优势。

配电网中的故障恢复问题，是指配电网故障发生以后，经过故障定位和隔离，将故障排除，然后采用一系列的故障恢复策略，对配电网联络开关及分段开关进行操作，将失电负荷专一到其它馈线或其它供电区域进行供电，快速有效的寻找到非故障区断的最佳恢复供电录井，完成配电网故障恢复的任务。配电网故障恢复是一个多目标、多约束、多时段非线性的组态优化问题，是配电网故障自愈中的重要一环。

传统的交流配电网回复问题是在系统允许的操作条件及电气约束下，利用网络重构将停电区域的失电负荷转供到正常供电线路上，恢复非故障区段的供电，实际上，配电网调度员不仅需要快速有效的恢复供电，而且需要考虑开关操作寿命及有限的人力资源，要求开关操作次数尽量少。

目前，国内外对故障恢复策略的研究主要针对交流配电网以及含有分布式电源的交流配电网，对含有直流配电线路的保护和恢复还很少。

发明内容

本发明设计开发了一种直流配电网保护与控制方法，能够在发生故障后快速定位故障位置，对故障进行隔离，并通过计算电压变化率设置重合闸时间，及时对故障进行恢复，稳定性高。

本发明提供的技术方案为：

一种直流配电网保护与控制方法，包括：

所述直流配电网闭环运行时，各个开关元件获取自身以及与自身相邻的开关的过电流方向；

根据开关自身判断的过流方向、与自身相邻的开关的过电流方向，判断故障发生位置，计算故障电压变化率，根据故障电压变化率设置与之对应的开关元位置件的重合闸延时时间；

当故障发生在与开关自身所在同线路或母线上，则开关元件开断；

当故障发生在接收到自身所在开关的分位信号，则向网络发送隔离故障信号；

经过重合闸延时时间后再次重合故障开关，判断所述开断元件是否再次重合于故障点；

当所述开关元件重合成功时，所述直流配电网恢复运行。

优选的是，所述直流配电网保护与控制方法通过直流配电网保护与控制系统进行控制，所述直流配电网控制系统采用伪双极的方式，支持闭环运行和开环运行。

优选的是，所述直流配电网保护与控制系统包括：

电流方向接收单元，用于接收与自身开关相邻的开关的过电流方向；

故障判断单元，其与所述电流方向接收单元电连接，用于根据开关自身判断的过流方向、与自身相邻的开关的过电流方向，判断故障发生位置；

开断单元，其与所述故障判断单元电连接，用于在故障发生位置和与自身所在开关在同线路或母线上进行开断；

传输单元，其与所述开断单元电连接，用于发送隔离故障信号；

恢复单元，用于根据所述故障判断单元和所述开断单元的判断结果对供电网络进行恢复。

优选的是，所述直流配电网恢复运行以网络损耗最小为目标函数，函数模型为：

式中，λ为修修正系数，N为直流配电网中的支路总数，g

优选的是，当所述故障电压变化率大于等于设定的阈值时，则重合闸延时时间启动计时，

式中，

优选的是，所述重合闸延时时间为：

式中，t

本发明所述的有益效果：能够在发生故障后快速定位故障位置，对故障进行隔离，并通过计算电压变化率设置重合闸时间，及时对故障进行恢复，稳定性高。

通过重合闸设置，能够迅速确定故障区域，同时隔离永久性故障区域，将故障排除并恢复供电线路，能够克服直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，导致直流配电网大面积停电带来的不必要的损失。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种直流配电网保护与控制方法，能够在发生故障后快速定位故障位置，对故障进行隔离，并通过计算电压变化率设置重合闸时间，及时对故障进行恢复，稳定性高，包括：

所述直流配电网闭环运行时，各个开关元件获取自身以及与自身相邻的开关的过电流方向；

根据开关自身判断的过流方向、与自身相邻的开关的过电流方向，判断故障发生位置，计算故障电压变化率，根据故障电压变化率设置与之对应的开关元位置件的重合闸延时时间；

当故障发生在与开关自身所在同线路或母线上，则开关元件开断；

当故障发生在接收到自身所在开关的分位信号，则向网络发送隔离故障信号；

经过重合闸延时时间后再次重合故障开关，判断所述开断元件是否再次重合于故障点；

当所述开关元件重合成功时，所述直流配电网恢复运行。

本发明提供的直流配电网保护与控制方法通过直流配电网控制系统进行控制，在本发明中，作为一种优选，直流配电网控制系统采用伪双极的方式，支持闭环运行和开环运行。

对于单极接地故障，由于故障电流较小，系统能够短时正常运行，直流差动保护直接跳开故障点两端的负荷开关隔离故障后，故障恢复；

对于单极接地故障，由于故障电流较小，系统能够短时正常运行，直流差动保护并且直接跳开故障点两端的负荷开关或者断路器直接进行故障隔离，然后故障恢复。

对于配电直流线路双极短路故障，由于故障电流和电压较大，确定故障位置后，需要计算故障电压变化率，根据故障电压变化率设置与之对应的开关元位置件的重合闸延时时间。

直流配电网恢复运行以网络损耗最小、最大限度地恢复失电负荷量、开关作动次数最少为目标函数，则函数模型为：

式中，λ为修正系数，取值范围为-0.8～1，N为直流配电网中的支路总数，g

直流配电网控制系统包括：

电流方向接收单元，用于接收与自身开关相邻的开关的过电流方向；

故障判断单元，其与电流方向接收单元电连接，用于根据开关自身判断的过流方向、与自身相邻的开关的过电流方向，判断故障发生位置；

开断单元，其与故障判断单元电连接，并响应与故障发生位置与自身所在开关在同线路或母线上，用于在故障发生位置和与自身所在开关在同线路或母线上进行开断；

传输单元，其与所述开断单元电连接，并响应与接受到自身所在开关的分位信号，向网络发送隔离故障信号；

恢复单元，用于根据所述故障判断单元和所述开断单元的判断结果对供电网络进行恢复。

本发明的直流配电网中设置有多条直流线路区段，每条直流线路区段设置有本侧开关元件和对侧开关元件，开断单元还用于根据本册开关元件气动重合闸，本册开关元件向对侧发出重合闸闭锁信号，对侧开关元件接受到重合闸闭锁信号不进行重合闸，直至本侧开关元件重合闸成功且直流配电网的电压恢复到智能工厂电压后，对侧开关元件进行重合闸；

开断单元还用于本侧开关元件在重合闸气动之后收到重合闸闭锁信号，当本侧开关元件为有限，则本侧开关元件继续重合闸；当本侧开关元件为非有限，则本侧开关元件不继续重合闸，等对侧开关元件重合闸成功后，本侧开关元件再重合闸。

重合闸延时时间与故障电压变化率越大，则重合闸延时时间越长；开关元件的重合闸延时时间启动计时的时刻为故障电压变化率满足预先设定的阈值，即：

故障电压变化率大于等于设定的阈值时，则重合闸延时时间启动计时，

式中，

重合闸延时时间的计算公式为：

式中，t

本发明提供的直流配电网保护与控制方法，能够在发生故障后快速定位故障位置，对故障进行隔离，并通过计算电压变化率设置重合闸时间，及时对故障进行恢复，稳定性高。

通过重合闸设置，能够迅速确定故障区域，同时隔离永久性故障区域，将故障排除并恢复供电线路，能够克服直流配电网发生故障后，故障区段与非故障区段隔离困难，导致直流配电网大面积停电带来的不必要的损失。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。