直流系统的保护装置、方法及直流系统与流程

1.本技术涉及电力技术领域，尤其涉及一种直流系统的保护装置、方法及直流系统。


背景技术：

2.直流系统是电力系统的重要组成部分，是继电保护、自动装置、监控、遥控通讯等的供电电源，由于直流系统出现故障会导致继电保护不正确动作等事故仍会发生，对电力系统的安全以及稳定运行造成了很大的危害，因此，对直流系统进行故障保护尤为重要。
3.在一些场景下，可以通过绝缘监察装置对直流系统的回路进行监测，实现直流系统的故障定位，但是其并不能实现对直流系统进行保护的目的，直流系统的供电可靠性低。


技术实现要素：

4.本发明实施例公开了一种直流系统的保护装置、方法及直流系统，以解决无法对直流系统进行保护，直流系统的供电可靠性低的问题。
5.第一方面，本发明实施例公开了一种直流系统的保护装置，所述直流系统包括直流母线和直流支路，所述直流母线和所述直流支路之间接入所述保护装置，所述保护装置包括：过流保护设备，所述过流保护设备与所述直流母线连接，且所述过流保护设备内设有开关管；采集模块，所述采集模块用于分别采集所述直流母线向所述保护装置输入的第一输入信号，和所述保护装置的第一输出信号；控制模块，用于在所述第一输入信号满足第一预设条件和/或所述第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制所述过流保护设备中的开关管断开；隔离模块，所述隔离模块分别与所述直流支路和所述控制模块连接，用于对直流系统的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
6.第二方面，本发明实施例公开了一种直流系统的保护方法，应用于上述第一方面提到的直流系统的保护装置，该方法包括：获取直流母线向所述保护装置输入的第一输入信号，和所述保护装置的第一输出信号；
7.在所述第一输入信号满足第一预设条件和/或所述第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制所述保护装置中的开关管断开；确定所述直流系统中的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者；控制隔离模块对所述绝缘降低故障、所述接地故障以及所述交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
8.第三方面，本发明实施例公开了一种直流系统的保护装置，包括：获取模块，用于获取直流母线向所述保护装置输入的第一输入信号，和所述保护装置的第一输出信号；第一控制模块，用于在所述第一输入信号满足第一预设条件和/或所述第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制所述保护装置中的开关管断开；确定模块，用于确定所述直流系统中的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者；第二控制模块，用于控制隔离模块对所述绝缘降低故障、所述接地故障以及所述交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
9.第四方面，本发明实施例公开了一种直流系统，包括：直流母线、直流支路和以上
第一方面所提到的直流系统的保护装置，所述直流母线和所述直流支路之间接入所述保护装置。
10.本发明实施例公开的直流系统的保护装置，直流系统包括直流母线和直流支路，直流母线和直流支路之间接入保护装置，保护装置包括：过流保护设备，过流保护设备与直流母线连接，且过流保护设备内设有开关管；采集模块，采集模块用于分别采集直流母线向保护装置输入的第一输入信号，和保护装置的第一输出信号；控制模块，用于在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制过流保护设备中的开关管断开；隔离模块，隔离模块分别与直流支路和控制模块连接，用于对直流系统的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离。通过控制过流保护设备中的开关管断开能够对直流系统进行短路保护，通过隔离模块可以对直流系统的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离，避免直流系统中出现的故障对直流系统中的正常区域的供电造成影响，提高了直流系统的供电可靠性。
附图说明
11.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
12.图1示出本技术实施例提供的一种直流系统的结构示意图；
13.图2示出本技术实施例提供的一种直流系统的保护装置的第一种结构示意图；
14.图3示出本技术实施例提供的一种直流系统的保护装置的第二种结构示意图；
15.图4示出本技术实施例提供的一种直流系统的保护装置的第三种结构示意图；
16.图5示出本技术实施例提供的一种直流系统的绝缘监测的结构示意图；
17.图6示出本技术实施例提供的一种直流系统的保护方法的流程示意图；
18.图7示出本技术实施例提供的一种直流系统的保护装置的模块组成示意图；
19.图8示出本技术实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.下面结合附图对本技术实施例提供的一种直流系统的保护装置、方法及直流系统进行说明。
22.图1示出本技术实施例提供的一种直流系统，直流系统包括直流母线10、直流支路11和保护装置12，直流母线10和直流支路11之间接入保护装置12，为了对每个直流支路11单独进行保护，可以对每个直流支路11均连接一个保护装置12，其中，直流母线10包括直流正母线100和直流负母线101，如图2所示的，保护装置12包括：过流保护设备120、控制模块121、隔离模块122和采集模块123。过流保护设备120分别与直流母线10和控制模块121连接，且过流保护设备120内设有开关管，采集模块123分别与控制模块121和隔离模块122连接，隔离模块122接入直流支路11。
23.采集模块123采集直流母线10输入至保护装置12的第一输入信号，和保护装置12输出的第一输出信号，第一输入信号包括直流母线10输入的电流信号和电压信号，第一输出信号包括保护装置12输出的电压信号和电流信号。采集模块123包括但不限于电流传感器、电压传感器等。
24.控制模块121用于在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制过流保护设备120中的开关管断开。其中，控制模块121包括单片机，单片机包括arm处理器。
25.具体来讲，第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，直流系统可能出现短路故障，第一预设条件包括以下至少一项：第一输入电流大于第一阈值；第一输入电压小于第二阈值；第二预设条件包括以下至少一项：第一输出电流大于第三阈值；第一输出电压小于第四阈值。过流保护设备120中的开关管可快速关断的特性，在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制模块121发出脉冲宽度调制信号(pulse width modulation，pwm)至过流保护设备120，驱动开关管迅速关闭，直流母线和直流支路之间的功率传输停止，短路电流被切断，避免短路电流向母线及其他直流支路传播，进一步避免扩大故障影响范围，实现了直流系统的短路保护。
26.在一种可能的实现方式中，如图3所示的，过流保护设备120包括dc/dc变换器，dc/dc变换器内设有igbt开关管1201。igbt开关管具有可快速关断的特点，在dc/dc变换器接收到pwm信号之后，直流母线和直流支路之间的功率传输停止，短路电流可以快速被切断，避免短路电流向母线及其他直流支路传播。
27.隔离模块122分别与直流支路和控制模块连接，用于对直流系统的故障进行隔离，其中，如图4所示的，隔离模块122包括高压变频器，高压变频器包括正边1220和副边1221，副边1221包括二极管1222和整流电路1223。直流系统的故障包括但不限于接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障。在变电站的一侧线路发生接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障的情况下，保护装置中的高频变压器能够将上述接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障隔离在故障侧，确保直流母线和其余的直流支路的正常运行。同时避免另一侧也发生接地故障、交流窜入故障以及绝缘下降故障，避免接地故障演变成短路故障。
28.例如，当直流支路侧发生交流单点窜入故障，交流单点无法构成回路，直流母线及其他直流支路的正常运行将不受影响，当发生交流两点窜入故障时，由于高压变频器的副边存在整流电路1223以及二极管1222的单向导电性，交流电经过二极管1222后变成直流电，而直流电无法通过高频变压器进行传递，实现直流母线和直流支路的电气隔离，确保直流母线和其余的正常直流支路的正常运行，提高了直流系统供电的可靠性。
29.保护装置12可以对直流系统的绝缘状态进行绝缘监测，绝缘监测采用交流注入法，如图5所示的，是在大地和直流系统之间通过交流信号源124注入低频交流信号，交流信号源124与直流母线之间连接有电容c，通过采集模块123采集该低频交流信号，并将该低频交流信号发送至控制模块121，控制模块121对该低频交流信号的相角和幅值进行采集，通过相角和幅值来计算出直流系统的绝缘电阻，通过该绝缘电阻判断直流系统是否出现绝缘降低故障。如果绝缘电阻超出设定值，则直流系统未出现绝缘降低故障，若绝缘电阻未超出设定值，则直流系统出现绝缘降低故障并进行显示及报警。
30.在一种可能的实现方式中，保护装置12还包括：报警设备；报警设备与控制模块连接，在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制模块控制报警设备发出第一报警信息，第一报警信息指示直流系统出现短路故障；在直流母线相对于地的对地电阻超出阈值的情况下，控制模块控制报警设备发出第二报警信息，第二报警信息指示直流系统出现接地故障。从而提示工作人员，以使工作人员及时解决故障。
31.具体来讲，报警设备可以为音响以及红蓝灯等，第一报警信息包括但不限于直流系统中出现故障的类型、故障的发生地、故障发生的时间。第二报警信息包括但不限于出现故障的类型、故障的发生地、故障发生的时间等。
32.直流母线相对于地的对地电阻包括直流正母线相对于地的对地电阻和直流负母线相对于地的对地电阻，在直流正母线相对于地的对地电阻和直流负母线相对于地的对地电阻中的任意一者超出阈值的情况下，发出第二报警信息。其中，可以通过获取直流母线相对于地的对地电压和直流母线的输入电流，根据对地电压和输入电流计算对地电阻值，即计算对地电压与输入电流的比值得到该对地电阻值。
33.本发明实施例公开的直流系统的保护装置，通过控制过流保护设备中的开关管断开能够对直流系统进行短路保护，通过隔离模块可以对直流系统的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离，缩小了对直流系统的故障影响范围，避免直流系统中出现的故障对直流系统中的正常区域的供电造成影响，提高了直流系统的供电可靠性。
34.如图6所示的，本发明实施例公开一种直流系统的保护方法，应用于上述实施例提到的直流系统的保护装置，包括：
35.步骤s601：获取直流母线向保护装置输入的第一输入信号，和保护装置的第一输出信号。
36.具体来讲，第一输入信号包括第一输入电流和第一输入电压，第一输出信号包括第一输出电流和第一输出电压。
37.步骤s603：在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制保护装置中的开关管断开。
38.具体来讲，第一预设条件包括以下至少一项：第一输入电流大于第一阈值；第一输入电压小于第二阈值。第二预设条件包括以下至少一项：第一输出电流大于第三阈值；第一输出电压小于第四阈值。保护装置中的开关管可以是设于dc/dc变换器中的igbt开关管。
39.步骤s605：确定直流系统中的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者。
40.具体来讲，获取直流母线相对于地的对地电压和直流母线的输入电流，根据对地电压和输入电流计算对地电阻值，在对地电阻值未超出第五阈值的情况下，确定直流系统中出现接地故障。获取通过信号源在直流系统中注入的低频交流信号的电压信号和电流信号的相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值，根据相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值计算绝缘电阻，在绝缘电阻未超出第六阈值的情况下，确定直流系统中出现绝缘降低故障。在检测到直流系统中出现交流信号的情况下，确定直流系统中出现交流窜入故障。
41.具体来讲，对绝缘降低故障进行检测具体如下，注入的低频交流信号的频率为f，
交流信号源的电压为us，交流信号源的电流为is，则低频交流信号的电压与电流应用满足下式：
[0042][0043]
低频交流信号的电流和电压之间的相位差记为θ，电流和电压之间的相位差之间满足下式：
[0044][0045]
则
[0046]
测得的直流母线和直流支路的回路电流的幅值记为i，测得的直流母线和直流支路的回路电流的幅值记为u,则i和u的关系如下式所示：
[0047][0048]
绝缘电阻z可以通过下式进行计算：
[0049][0050]
其中，c为电容，r为接地电阻，f为低频交流信号的频率，z为绝缘电阻。
[0051]
步骤s607：控制隔离模块对绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
[0052]
具体来讲，隔离模块包括高压变频器，高压变频器包括正边和副边，副边包括二极管和整流电路。直流系统的故障包括但不限于接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障。在变电站的一侧线路发生接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障的情况下，保护装置中的高频变压器能够将上述接地故障、交流窜入故障和绝缘下降故障隔离在故障侧，确保直流母线和其余的直流支路的正常运行。同时避免另一侧也发生接地故障、交流窜入故障以及绝缘下降故障，避免接地故障演变成短路故障。
[0053]
通过本技术实施例公开的技术方案，通过控制过流保护设备中的开关管断开能够对直流系统进行短路保护，通过隔离模块可以对直流系统的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离，避免直流系统中出现的故障对直流系统中的正常区域的供电造成影响，提高了直流系统的供电可靠性。
[0054]
在一种可能的实现方式中，在控制保护装置中的开关管断开之后，方法还包括：发出第一报警提示，第一报警提示指示直流系统出现短路故障。
[0055]
在一种可能的实现方式中，在控制隔离模块对绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离之后，方法还包括：发出第二报警提示，第二报警指示直流系统出现绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者。
[0056]
值得注意的是，本技术实施例提供的一种直流系统的保护方法与上述直流系统的保护装置的相同或相似之处可以互相参照，本技术实施例在此不再赘述。
[0057]
对应上述实施例提供的直流系统的保护方法，基于相同的技术构思，本技术实施
例还提供了直流系统的保护装置，图7为本技术实施例提供的直流系统的保护装置的模块组成示意图，该直流系统的保护用于执行图6描述的直流系统的保护方法，如图7所示，该直流系统的保护装置700包括：
[0058]
获取模块701，用于获取直流母线向保护装置输入的第一输入信号，和保护装置的第一输出信号；第一控制模块702，用于在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制保护装置中的开关管断开；确定模块703，用于确定直流系统中的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者；第二控制模块704，用于控制隔离模块对绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
[0059]
在一种可能的实现方式中，第一输入信号包括第一输入电流和第一输入电压，第一输出信号包括第一输出电流和第一输出电压，第一预设条件包括以下至少一项：第一输入电流大于第一阈值；第一输入电压小于第二阈值；第二预设条件包括以下至少一项：第一输出电流大于第三阈值；第一输出电压小于第四阈值。
[0060]
在一种可能的实现方式中，还包括：第一发送模块，用于发送第一报警提示，第一报警提示指示直流系统出现短路故障。
[0061]
在一种可能的实现方式中，还包括：第二发送模块，用于发送第二报警提示，第二报警指示直流系统出现绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者。
[0062]
在一种可能的实现方式中，确定模块703，还用于获取直流母线相对于地的对地电压和直流母线的输入电流，根据对地电压和输入电流计算对地电阻值，在对地电阻值未超出第五阈值的情况下，确定直流系统中出现接地故障；获取通过信号源在直流系统中注入的低频交流信号的电压信号和电流信号的相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值，根据相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值计算绝缘电阻，在绝缘电阻未超出第六阈值的情况下，确定直流系统中出现绝缘降低故障；在检测到直流系统中出现交流信号的情况下，确定直流系统中出现交流窜入故障。
[0063]
本技术实施例提供的直流系统的保护装置能够实现上述直流系统的保护方法对应的实施例中的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
[0064]
需要说明的是，本技术实施例提供的获取跟单数据的装置与本技术实施例提供的获取跟单数据的方法基于同一发明构思，因此该实施例的具体实施可以参见前述获取跟单数据的方法的实施，重复之处不再赘述。
[0065]
对应上述实施例提供的获取跟单数据的方法，基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备用于执行上述的获取跟单数据的方法，图8为实现本发明各个实施例的一种电子设备的结构示意图，如图8所示。电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上的处理器801和存储器802，存储器802中可以存储有一个或一个以上存储应用程序或数据。其中，存储器802可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器802的应用程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对电子设备中的一系列计算机可执行指令。更进一步地，处理器801可以设置为与存储器802通信，在电子设备上执行存储器802中的一系列计算机可执行指令。电子设备还可以包括一个或一个以上电源803，一个或一个以上有线或无线网络接口804，一个或一个以上输入输出接口805，一个或一个以上键盘806。
[0066]
在本实施例中，电子设备包括有处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，处理器、通信接口以及存储器通过总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序，实现以下方法步骤：
[0067]
获取直流母线向保护装置输入的第一输入信号，和保护装置的第一输出信号；在第一输入信号满足第一预设条件和/或第一输出信号满足第二预设条件的情况下，控制保护装置中的开关管断开；确定直流系统中的绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者；控制隔离模块对绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者进行隔离。
[0068]
通过本技术实施例公开的技术方案，
[0069]
在一种可能的实现方式中，第一输入信号包括第一输入电流和第一输入电压，第一输出信号包括第一输出电流和第一输出电压，第一预设条件包括以下至少一项：第一输入电流大于第一阈值；第一输入电压小于第二阈值；第二预设条件包括以下至少一项：第一输出电流大于第三阈值；第一输出电压小于第四阈值。
[0070]
在一种可能的实现方式中，处理器，还用于发出第一报警提示，第一报警提示指示直流系统出现短路故障。
[0071]
在一种可能的实现方式中，处理器，还用于发出第二报警提示，第二报警指示直流系统出现绝缘降低故障、接地故障以及交流窜入故障中的至少一者。
[0072]
在一种可能的实现方式中，处理器，还用于获取直流母线相对于地的对地电压和直流母线的输入电流，根据对地电压和输入电流计算对地电阻值，在对地电阻值未超出第五阈值的情况下，确定直流系统中出现接地故障；获取通过信号源在直流系统中注入的低频交流信号的电压信号和电流信号的相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值，根据相位差、电压信号和幅值和电流信号的幅值计算绝缘电阻，在绝缘电阻未超出第六阈值的情况下，确定直流系统中出现绝缘降低故障；在检测到直流系统中出现交流信号的情况下，确定直流系统中出现交流窜入故障。
[0073]
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
[0074]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。