一種交直流互聯系統的保護裝置的制作方法

本實用新型涉及供電保護技術領域，具體涉及一種交直流互聯系統的保護裝置。

背景技術：

近年來，分布式電源、直流負載大量接入公共電網，電網中交直流電源和負載并存，對電網提出了交直流混合供電模式的需求。同時，電力電子技術發展迅猛，在電力系統中大規模應用，使得電網由傳統的交流供電模式向交直流混合供電方式轉變成為可能。交直流互聯系統，可以實現供電可靠性分級，滿足用戶差異化供電需求。

然而，交直流互聯系統的拓撲結構多樣、接線復雜，使得保護配置和整定也更加復雜。與單獨的傳統交流保護和直流保護不同，交直流互聯系統需要交、直流保護配合，保證設備和系統的安全，快速隔離故障電路，保證無故障部分的繼續運行，以提高供電的安全性和可靠性。

技術實現要素：

因此，本實用新型要解決的技術問題在于交直流互聯系統的拓撲結構多樣、接線復雜，電路保護要求高。

為此，本實用新型實施例提供了如下技術方案：

一種交直流互聯系統的保護裝置，交直流互聯系統包括至少一個變電站子系統，變電站子系統用于將交流輸入或直流輸入轉為至少一路直流輸出和/或至少一路交流輸出，包括：

系統級保護模塊，系統級保護模塊包括交流保護單元和直流保護單元，其中，交流保護單元用于保護變電站子系統的交流輸入電路和/或交流輸出電路，直流保護單元用于保護變電站子系統的直流輸入電路和/或直流輸出電路；和

裝置級保護模塊，裝置級保護模塊用于保護變電站子系統的工作電路。

可選地，變電站子系統的直流輸出接直流負載電路、交流輸出接交流負載電路，系統級保護模塊還包括負載保護單元，負載保護單元用于保護直流負載電路和/或交流負載電路。

可選地，變電站子系統的工作電路包括至少一路轉換電路，轉換電路用于將直流電壓轉換為交流電壓或將直流電壓轉換為不同電壓大小的直流電壓或將交流電壓轉換為直流電壓或將交流電壓轉換為不同電壓大小的交流電壓，其中至少一路轉換電路包括轉換橋電路，其中至少一路轉換電路的轉換橋電路包括轉換開關，裝置級保護模塊包括子模塊保護單元、轉換橋保護單元和轉換開關保護單元，其中，子模塊保護單元用于保護轉換電路，轉換橋保護單元用于保護轉換電路中的轉換橋電路，轉換開關保護單元用于保護轉換橋電路中的轉換開關。

可選地，交流保護單元包括差動保護子單元、過流保護子單元和電壓異常保護子單元。

可選地，直流保護單元包括低壓過流保護子單元、過流保護子單元、方向過流保護子單元、線路差動保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元。

可選地，負載保護單元包括差動保護子單元、過流保護子單元、方向過流保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元和電壓異常保護子單元。

可選地，裝置級保護模塊包括差動保護子單元、過流保護子單元和子模塊電容電壓保護單元。

可選地，變電站子系統的直流輸出與同電壓等級的直流母線連接，直流保護單元包括直流母線差動保護子單元。

可選地，變電站子系統的交流輸出與同電壓等級的交流母線連接，交流保護單元包括交流母線差動保護子單元。

可選地，變電站子系統的輸入端與分布式電源連接，變電站子系統的輸入端與分布式電源之間設有聯網保護單元，聯網保護單元包括防孤島保護子單元、低/過壓保護子單元、低/過頻保護子單元、故障解列和重合閘子單元。

可選地，交流保護單元中的差動保護子單元用于反映故障、并動作跳閘以隔離故障的部分電路；交流保護單元中的過流保護子單元和電壓異常保護子單元用于在差動保護子單元未正常動作時，延時預設時間動作以切除故障的部分電路或發告警信號。

可選地，對于大電流接地系統，交流保護單元的保護出口跳閘以隔離故障的部分電路，該交直流互聯系統的其余部分可繼續為負荷供電；若單個變電站子系統單獨為負載供電時，則需有直流或交流輸入。

可選地，對于小電流接地系統，當發生相間故障時，交流保護單元的保護出口跳閘以隔離故障的部分電路，該交直流互聯系統的其余部分可繼續為負荷供電；當發生單相接地時，若單個變電站子系統獨立運行，則可根據系統要求繼續運行，由電壓異常保護子單元發告警信號；若兩個以上變電站子系統互聯運行，則可根據系統要求繼續運行，并將與故障電路連接的變電站子系統與其他變電站子系統之間的聯絡開關斷開。

可選地，直流保護單元用于切除故障的部分電路，交直流互聯系統的其他無故障部分的電路繼續運行；

直流保護單元中的低壓過流保護子單元用于作為被保護電路的主保護；

直流保護單元中的過流保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元作為被保護電路的后備保護；

直流保護單元中的線路差動保護子單元、方向過流保護子單元用于定位故障。

可選地，負載保護單元用于切除直流負載電路或交流負載電路中的故障支路，其余無故障部分繼續運行。

本實用新型技術方案，具有如下優點：

1.本實用新型實施例提供的交直流互聯系統的保護裝置，采用分級原則將交直流互聯系統按照系統級和裝置級進行分級保護，采用分區原則將系統級保護模塊分為交流保護單元、直流保護單元，以分別保護交直流互聯系統中的交流電流和直流電路。裝置級保護模塊主要用于保護變電站子系統中的電力電子工作電路。從而，該保護裝置的保護范圍覆蓋了交直流互聯系統的整體電路以及電路中的元件，各級各區保護范圍明確且相互配合，無保護死區。另外，該分級分區的保護方式，可以快速定位故障區域以快速切除相關電路從而保證無故障區域的正常運行。該保護裝置可以適用于通過任何形式互聯的交直流互聯系統。

2.本實用新型實施例提供的交直流互聯系統的保護裝置，對系統中變電站子系統的工作電路按照層層遞進的原則進行分層保護，首先利用子模塊保護單元對其中的各轉換電路進行整體上的保護，然后利用轉換橋保護單元對轉換電路中的部分關鍵電路進行保護，最后再利用轉換開關保護單元對轉換電路中的關鍵元件進行保護。從而，利用多重保護來最大程度上保證交直流互聯系統中的核心電路-變電站子系統中的工作電路的安全性及可靠性，以保證整個互聯系統的供電可靠性和用戶的用電安全性。另外，該多層保護方式不僅可以最大程度上保證其中關鍵電路的安全和關鍵元件的安全，還能及時變電站子系統區分故障電路和非故障電路，以及時切除故障電路保障其他非故障電路的安全運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例中交直流互聯系統的保護劃分示意圖；

圖2為本實用新型實施例可以適用的一種交直流互聯系統的拓撲結構圖；

圖3為圖2所示交直流互聯系統的保護劃分圖；

圖4為本實用新型實施例可以適用于另一種交直流互聯系統的保護示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。

實施例

如圖1所示，本實施例提供了一種交直流互聯系統的保護裝置，交直流互聯系統包括至少一個變電站子系統，變電站子系統可以將交流輸入或直流輸入轉為至少一路直流輸出和至少一路交流輸出，也可以只輸出交流電壓或只輸出直流電壓；保護裝置包括系統級保護模塊和裝置級保護模塊，系統級保護模塊包括交流保護單元和直流保護單元，其中，交流保護單元用于保護變電站子系統的交流輸入電路和/或交流輸出電路，直流保護單元用于保護變電站子系統的直流輸入電路和/或直流輸出電路，裝置級保護模塊用于保護變電站子系統的工作電路。

本實施例提供的一種交直流互聯系統的保護裝置，采用分級原則將交直流互聯系統按照系統級和裝置級進行分級保護，采用分區原則將系統級保護模塊分為交流保護單元、直流保護單元，以分別保護交直流互聯系統中的交流電路和直流電路，主要指交流線路部分和直流線路部分。裝置級保護模塊主要用于保護變電站子系統中的電力電子工作電路。從而，該保護裝置的保護范圍覆蓋了交直流互聯系統的整體電路(包括輸電線路)以及電路中的元件，各級各區保護范圍明確且相互配合，無保護死區。另外，該分級分區的保護方式，可以快速定位故障區域以快速切除相關電路從而保證無故障區域的正常運行。該保護裝置可以適用于通過任何形式互聯的交直流互聯系統。

作為其他的具體實施方式，上述變電站子系統的工作電路包括至少一路轉換電路，該轉換電路用于將直流電壓轉換為交流電壓或將直流電壓轉換為不同電壓大小的直流電壓或將交流電壓轉換為直流電壓或將交流電壓轉換為不同電壓大小的交流電壓。變電站子系統的工作電路也可以包括四路或四路以上轉換電路，以分別實現上述四種電壓轉換。其中至少一路轉換電路包括轉換橋電路，其中至少一路轉換電路的轉換橋電路包括轉換開關，裝置級保護模塊包括子模塊保護單元、轉換橋保護單元和轉換開關保護單元，其中，子模塊保護單元用于保護轉換電路、轉換橋保護單元用于保護轉換電路中的轉換橋電路，轉換開關保護單元用于保護轉換橋電路中的轉換開關。具體地，裝置級保護模塊中的各保護單元具體包括差動保護子單元和過流保護子單元中的至少一種，裝置級保護模塊還可以包括子模塊電容電壓保護單元。

本實施例提供的交直流互聯系統的保護裝置，對系統中變電站子系統的工作電路按照層層遞進的原則進行分層保護，首先利用子模塊保護單元對其中的各轉換電路進行整體上的保護，然后利用轉換橋保護單元對轉換電路中的部分關鍵電路進行保護，最后再利用轉換開關保護單元對轉換電路中的關鍵元件進行保護。從而，利用多重保護來最大程度上保證交直流互聯系統中的核心電路-變電站子系統中的工作電路的安全性及可靠性，以保證整個互聯系統的供電可靠性和用戶的用電安全性。另外，該多層保護方式不僅可以最大程度上保證其中關鍵電路的安全和關鍵元件的安全，還能及時區分變電站子系統工作電路中的故障電路和非故障電路，以及時切除故障電路保障其他非故障電路的安全運行。

具體地，上述交流保護單元包括差動保護子單元、過流保護子單元和電壓異常保護子單元中的至少一種。該交流保護單元也可以同時包括該三種保護子單元，其中以差動保護為主，在出現故障時，通過跳閘來隔離故障的部分電路；過流保護和電壓異常保護作為后備保護，在主保護，即差動保護未正常動作時，延時一定時間動作以切除故障部分的電路或者發告警信號。

對于大電流接地系統，交流保護單元的保護出口跳閘隔離故障部分的電路，交直流互聯系統其余部分可繼續為負荷供電；若單個變電站子系統單獨為負載供電時，則需有直流或交流輸入。

對于小電流接地系統，當發生相間故障時，交流保護單元的保護出口與大電流接地系統相同；當發生單相接地時，若單個變電站子系統獨立運行，則可根據系統要求繼續運行，由電壓異常保護子單元發告警信號，可不跳閘斷開故障部分的電路，直至選線裝置或其他措施查找出故障。若兩個或多個變電站子系統互聯運行，也可根據系統要求繼續運行，與此同時可將與故障電路連接的變電站子系統與其他變電站子系統的聯絡開關斷開。

上述直流保護單元包括低壓過流保護子單元、過流保護子單元、方向過流保護子單元、線路差動保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元中的一種或多種。其中，低壓過流保護子單元作為快速保護，只有被保護電路同時滿足低電壓和過電流時才動作。低壓過流保護子單元作為被保護電路的主保護，過流保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元作為被保護電路的后備保護，線路差動保護子單元、方向過流保護子單元用于定位電路故障。在以上保護情形出現時，切除故障部分電路或元件，交直流互聯系統的其它無故障部分電路繼續正常運行。

作為其中一種具體的實施方式，變電站子系統的直流輸出可以接直流負載電路、交流輸出可以接交流負載電路，對應地，系統級保護模塊還包括負載保護單元，負載保護單元用于保護變電站子系統輸出端連接的直流負載電路和/或交流負載電路。負載保護單元包括差動保護子單元、過流保護子單元、方向過流保護子單元、電壓不平衡保護子單元、單/雙極低電壓保護子單元、單/雙極過電壓保護子單元和電壓異常保護子單元中的一種或多種。當負載保護電路出現上述故障保護時，只切除直流負載電路或交流負載電路中的故障支路，其余無故障部分繼續運行。

作為具體的實施方式，變電站子系統的直流輸出可以與同電壓等級的直流母線連接，也即不同變電站子系統輸出的同等級直流電壓可以匯集到同一直流母線上，直流保護單元還包括直流母線差動保護子單元。

變電站子系統的交流輸出可以與同電壓等級的交流母線連接，也即不同變電站子系統輸出的同等級交流電壓可以匯集到同一交流母線上，交流保護單元還包括交流母線差動保護子單元。

另外，變電站子系統的直流輸出或交流輸出也可以不連接到母線上。不同變電站子系統的同電壓等級輸出可以互聯，也可以單獨接負載，例如電動汽車。

作為另一種具體的實施方式，變電站子系統的輸入端與分布式電源連接，例如光伏分布式電源、風電分布式電源，也可以是其他的分布式電源，此處不作限定。變電站子系統的輸入端與分布式電源之間設有聯網保護單元，聯網保護單元包括防孤島保護子單元、低/過壓保護子單元、低/過頻保護子單元以及故障解列和重合閘子單元。另外，分布式電源具體可以是通過換流器來實現與變電站子系統的連接的，該換流器可以是DC/DC變換器，該DC/DC變換器將分布式電源輸出的直流電壓轉換為與變電站子系統的輸入電壓同等級的直流電壓后與其直流輸入端連接。上述換流器也可以是DC/AC變換器，該DC/AC變換器將分布式電源輸出的直流電壓轉換為與變電站子系統的輸入電壓同等級的交流電壓后與其交流輸入端連接。

本實施例提供的一種交直流互聯系統的保護裝置，其可以適用于圖2所示的交直流互聯系統，該交直流互聯系統變電站可以采用AC/DC/DC/AC形式的變壓器，輸入交流AC，輸出兩路不同電壓等級的直流DC、輸出一路交流AC。輸出的直流DC可以連接至直流母線上，該直流母線連接多個同電壓等級的DC分支。具體地，直流母線1-1匯集直流線路1-2、直流線路1-1及變電站輸出的DC線路；直流母線2-1匯集直流線路1-3、直流線路1-1及另一個變電站輸出的DC線路。直流母線1-2匯集直流負載1-1線路、直流負載1-2線路及變電站輸出的直流線路2-1；直流母線2-2匯集直流負載2-1線路、直流負載2-2線路及變電站輸出的直流線路2-2。輸出的交流AC可以連接至交流母線上，連接多個交流負載，具體地：低壓交流線路1連接至交流母線1-1上，連接交流負載1-1和交流負載1-2，低壓交流線路2連接至交流母線2-1上，連接交流負載2-1和交流負載2-2。上述交直流互聯系統變電站也可以采用AC/DC/AC形式的變壓器，輸入交流AC，輸出一路直流DC和一路交流AC。

利用本實施例提供的保護裝置對上述交直流互聯系統的保護如圖3所示。對交流線路1、交流線路2、交流母線1-1、交流母線2-1、低壓交流線路1和低壓交流線路2進行交流保護，其中交流保護包括差動保護、過流保護和電壓異常保護中的一種或幾種，但不限于這三種。另外，對交流母線1-1和交流母線2-1的保護還包括交流母線差動保護，其中低壓交流線路1和低壓交流線路2可與其他交流線路分開保護。

對直流線路1-2、直流線路1-1、直流線路1-3、直流線路2-1、直流線路2-2、直流母線1-1、直流母線2-1、直流母線1-2和直流母線2-2進行直流保護，其中直流保護具體包括但不限于低壓過流保護、過流保護、方向過流保護、線路差動保護、電壓不平衡保護、單/雙極低電壓保護、單/雙極過電壓保護，也可以只選擇其中的一種或幾種。其中，對直流母線1-1、直流母線2-1、直流母線1-2和直流母線2-2的直流保護還包括直流母線差動保護。另外，直流線路2-1和直流線路2-2可以與其他直流線路分開保護。

對直流負載1-1、直流負載1-2、直流負載2-1和直流負載2-2進行直流負載保護，其中直流負載保護包括但不限于過流保護、方向過流保護、線路差動保護、電壓不平衡保護、單/雙極低電壓保護、單/雙極過電壓保護，也可以只選用其中的一種或者幾種。對交流負載1-1、交流負載1-2、交流負載2-1和交流負載2-2進行交流負載保護，其中交流負載保護包括但不限于過流保護、方向過流保護和電壓異常保護，也可以只選用其中的一種。

另外，本實施例提供的一種交直流互聯系統的保護裝置，還可以適用于圖4所示的交直流互聯系統，該交直流互聯系統與上述圖2所示的交直流互聯系統的區別在于：其直流線路1-3通過DC/DC變換器連接了分布式電源，從而實現了分布式電源的聯網。相應地，在分布式電源聯網側還設置了聯網保護，具體包括防孤島效應保護、低/過壓保護、低/過頻保護、故障解列和重合閘。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。