本發(fā)明涉及光伏發(fā)電短路保護技術領域，尤其涉及一種光伏電站直流側(cè)線路的保護方法及裝置。

背景技術：

隨著發(fā)電成本的降低，光伏發(fā)電已經(jīng)越來越普遍，從百MW的并網(wǎng)光伏電站到幾十kW級分布式光伏系統(tǒng)，光伏發(fā)電成為新能源利用的一種重要方式。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)可簡單劃分為直流側(cè)部分和交流并網(wǎng)部分。直流側(cè)一般由光伏電池組件、直流匯流箱、直流匯流柜、逆變器、直流電纜組成，直流電通過通過逆變器、變壓器后并網(wǎng)交流電網(wǎng)。

目前常規(guī)的光伏直流側(cè)線路保護方法通常是針對熔斷器、直流斷路器、絕緣監(jiān)測和漏電流監(jiān)測告警為主。但是由于野蠻施工和運維不及時的存在，光伏電站的直流側(cè)保護可能會形同虛設，熔斷值過大的直流熔斷器、絕緣監(jiān)測告警混亂造成的告警信息失效、直流斷路器無脫扣器等都會造成直流側(cè)線路保護失效，以至于引起事故。本發(fā)明在對目前的光伏電站直流側(cè)線路保護的基礎上，提出適用于基于信息聯(lián)動的三級光伏電站直流側(cè)線路保護裝置和方法。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種光伏電站直流側(cè)線路的保護方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術中光伏直流側(cè)線路發(fā)生短路故障時，上下級直流斷路器之間無法聯(lián)動保護的技術問題。

本發(fā)明采用的技術手段如下：一種光伏電站直流側(cè)線路的保護方法，包括以下步驟：

1)在多個位于電源一側(cè)的直流斷路器線路上設置電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊，所述電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別對該設置點的電流、電壓、絕緣阻抗的數(shù)值進行實時測定，每一個設置點之間通過信號傳遞實現(xiàn)保護聯(lián)動；

2)將測定的數(shù)值信號通過通訊管理模塊傳輸至中央控制器，中央控制器根據(jù)收到的數(shù)值信號進行組合檢測，中央控制器包括與多個直流斷路器對應的保護模塊，每一條支路對應一個保護模塊；

3)當組合檢測的結(jié)果為短路故障時，執(zhí)行保護動作，保護動作為跳開直流斷路器。

優(yōu)選地，在步驟2)中，所述組合檢測包括：

a、低壓檢測：當設置點直流線路電壓低于電壓定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

b、過流檢測：當設置點直流線路電流大于電流定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

c、絕緣阻抗檢測：當設置點直流線路絕緣阻抗小于絕緣阻抗定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

d、電壓變化率檢測：設置點直流線路電壓變化率絕對值大于電壓變化率定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

e、電流變化率檢測：設置點直流線路電流變化率絕對值大于電流變化率定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

所述電壓定值時、電流定值時、絕緣阻抗定值時、電壓變化率定值、電壓變化率定值、電流變化率定值通過中央控制器來設定。

優(yōu)選地，在步驟1)中，在不需要聯(lián)動保護的直流斷路器之間，可在對應的設置點之間通過聯(lián)動保護軟壓板取消聯(lián)動保護功能。

本發(fā)明還提供了一種光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置，包括：

電源，為光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置提供電源；

多個位于電源一側(cè)的直流斷路器線路上設置電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊，所述電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別對該設置點的電流、電壓、絕緣阻抗的數(shù)值進行實時測定，每一個設置點之間通過信號傳遞實現(xiàn)直流斷路器之間的保護聯(lián)動；

通訊管理模塊，電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別與通訊管理模塊通信連接，通訊管理模塊將測定的數(shù)值信號通過總線傳輸至中央控制器；

中央控制器，通訊管理模塊通過總線與通訊管理模塊通信連接，中央控制器根據(jù)收到的數(shù)值信號進行組合檢測，中央控制器包括與多個直流斷路器對應的保護模塊，每一條支路對應一個保護模塊；

信號輸出模塊，信號輸出模塊通過總線與中央控制器連接，提供保護動作自檢的信號開出觸點；

跳閘執(zhí)行模塊，跳閘執(zhí)行模塊與信號輸出模塊連接，當組合檢測的結(jié)果為短路故障時，執(zhí)行保護動作，跳閘執(zhí)行模塊提供保護動作后的跳閘出口觸點，實現(xiàn)跳開直流斷路器。

優(yōu)選地，還包括：

聯(lián)動保護軟壓板，在不需要聯(lián)動保護的直流斷路器之間，可在對應的設置點之間通過聯(lián)動保護軟壓板取消聯(lián)動保護功能。

優(yōu)選地，還包括：

模擬輸入模塊，將電力系統(tǒng)二次的輸出的交流電流、電壓作為模擬量輸入；

采樣模塊，采樣模塊分別與交流輸入模塊和總線通信連接，采樣模塊將電力系統(tǒng)二次的輸出的交流電流、電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娺M行采樣，將采集的模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換；

采樣保持電路模塊，采樣保持電路模塊與所述采樣模塊通信連接，用于保證采集的模擬信號保持不變。

優(yōu)選地，還包括：

狀態(tài)量轉(zhuǎn)換模塊，狀態(tài)量轉(zhuǎn)換模塊將硬壓板、開關輔助觸點、GPS脈沖的電學信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。

優(yōu)選地，還包括：

人機交互模塊，人機互動模塊包括鍵盤、顯示器、打印機。

采用本發(fā)明所提供的一種光伏電站直流側(cè)線路的保護方法及裝置，在光伏直流側(cè)線路保護系統(tǒng)中開發(fā)了絕緣監(jiān)測及保護裝置，并首次通過逆變器直流側(cè)保護系統(tǒng)和匯流箱保護控制系統(tǒng)分別進行故障判斷，當任一直流斷路器執(zhí)行保護動作時，保護動作進行上下級聯(lián)動控制，以徹底實現(xiàn)光伏直流側(cè)線路保護。

附圖說明

圖1為光伏直流側(cè)線路保護系統(tǒng)圖；

圖2光伏直流側(cè)線路保護動作邏輯圖；

圖3本發(fā)明的一種光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種光伏電站直流側(cè)線路的保護方法，包括以下步驟：

1)圖1為光伏直流側(cè)線路保護系統(tǒng)圖，可在多個位于電源一側(cè)的直流斷路器線路上設置電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊，所述電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別對該設置點的電流、電壓、絕緣阻抗的數(shù)值進行實時測定，每一個設置點之間通過信號傳遞實現(xiàn)保護聯(lián)動。當然，在不需要聯(lián)動保護的直流斷路器之間，可在對應的設置點之間通過聯(lián)動保護軟壓板取消聯(lián)動保護功能，以避免保護擴大。

2)將測定的數(shù)值信號通過通訊管理模塊傳輸至中央控制器，中央控制器根據(jù)收到的數(shù)值信號進行組合檢測，中央控制器包括與多個直流斷路器對應的保護模塊，每一條支路對應一個保護模塊，保護動作時，可跳開對應的直流斷路器，各個支路相互獨立，并且具有獨立的數(shù)據(jù)采集功能，通過對電網(wǎng)內(nèi)外系統(tǒng)電壓、電流的實時數(shù)據(jù)采集，并通過軟件計算出功率、電壓變化率、電流變化率、絕緣阻抗。

U、I分別為實時采集的電壓、電流，功率的計算公式為：P＝UI

電壓變化率計算公式為：U(T₁)為T₁時刻電壓值，U(T₀)為T₀時刻電壓值。

電流變化率計算公式為：I(T₁)為T₁時刻電流值，I(T₁)為T₀時刻電流值。

絕緣阻抗計算公式：

3)當組合檢測的結(jié)果為短路故障時，執(zhí)行保護動作，保護動作為跳開直流斷路器。具體的邏輯判斷方式如圖2所示，所述組合檢測包括：

a、低壓檢測：當設置點直流線路電壓低于電壓定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

b、過流檢測：當設置點直流線路電流大于電流定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

c、絕緣阻抗檢測：當設置點直流線路絕緣阻抗小于絕緣阻抗定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

d、電壓變化率檢測：設置點直流線路電壓變化率絕對值大于電壓變化率定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

e、電流變化率檢測：設置點直流線路電流變化率絕對值大于電流變化率定值時，檢測結(jié)果為短路故障；

所述電壓定值時、電流定值時、絕緣阻抗定值時、電壓變化率定值、電壓變化率定值、電流變化率定值通過中央控制器來設定，可以根據(jù)電網(wǎng)情況設置不同定值。

上述方法通過在光伏直流側(cè)線路保護系統(tǒng)中開發(fā)了絕緣監(jiān)測及保護裝置，并首次通過逆變器直流側(cè)保護系統(tǒng)和匯流箱保護控制系統(tǒng)分別進行故障判斷，當任一直流斷路器執(zhí)行保護動作時，保護動作進行上下級聯(lián)動控制，以徹底實現(xiàn)光伏直流側(cè)線路保護?？梢愿鶕?jù)具體的需要具體判斷是否需要設置聯(lián)動保護功能。

實施例2

如圖3所示，一種光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置，包括：

電源，為光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置提供電源；可引入直流220V或110V，提供保護裝置數(shù)字處理所需±5V、±24V、12V弱電。

多個位于電源一側(cè)的直流斷路器線路上設置電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊，所述電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別對該設置點的電流、電壓、絕緣阻抗的數(shù)值進行實時測定；

通訊管理模塊，電流檢測模塊、電壓檢測模塊以及絕緣阻抗檢測模塊分別與通訊管理模塊通信連接，通訊管理模塊將測定的數(shù)值信號通過總線傳輸至中央控制器。通訊管理模塊還可以提供打印接口和調(diào)試用PC接口。

中央控制器，通訊管理模塊通過總線與通訊管理模塊通信連接，中央控制器根據(jù)收到的數(shù)值信號進行組合檢測，中央控制器包括與多個直流斷路器對應的保護模塊，每一條支路對應一個保護模塊，保護動作時，可跳開對應的直流斷路器，各個支路相互獨立，并且具有獨立的數(shù)據(jù)采集功能，通過對電網(wǎng)內(nèi)外系統(tǒng)電壓、電流的實時數(shù)據(jù)采集，并通過軟件計算出功率、電壓變化率、電流變化率、絕緣阻抗。

U、I分別為實時采集的電壓、電流，功率的計算公式為：P＝UI

電壓變化率計算公式為：U(T₁)為T₁時刻電壓值，U(T₀)為T₀時刻電壓值。

電流變化率計算公式為：I(T₁)為T₁時刻電流值，I(T₁)為T₀時刻電流值。

絕緣阻抗計算公式：

信號輸出模塊，信號輸出模塊通過總線與中央控制器連接，提供保護動作自檢的信號開出觸點；

跳閘執(zhí)行模塊，跳閘執(zhí)行模塊與信號輸出模塊連接，當組合檢測的結(jié)果為短路故障時，執(zhí)行保護動作，跳閘執(zhí)行模塊提供保護動作后的跳閘出口觸點，實現(xiàn)跳開直流斷路器。

實施例3

與實施例2的不同之處在于，一種光伏電站直流側(cè)線路的保護裝置還包括：

模擬輸入模塊，直接接入電力系統(tǒng)二次輸出的交流電流、電壓模擬量。

采樣模塊，采樣模塊分別與交流輸入模塊和總線通信連接，采用模塊將電力系統(tǒng)二次的輸出的交流電流、電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娺M行采樣，將采集的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換。

采樣保持電路模塊，用于保證采集的模擬信號保持不變，保證轉(zhuǎn)換精度。

狀態(tài)量轉(zhuǎn)換模塊，將硬壓板、開關輔助觸點、GPS脈沖的電學信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。

人機交互模塊，人機互動模塊包括鍵盤、顯示器，鍵盤用來輸入或設定相關的參數(shù)，顯示器以及顯示相關的數(shù)據(jù)圖像信息。

光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障分為交流側(cè)故障和直流側(cè)故障，無論是發(fā)生交流側(cè)故障還是直流側(cè)故障，都要迅速定位并切除故障點與非故障電網(wǎng)的聯(lián)系，以免事故擴大。根據(jù)光伏電站直流側(cè)線路的特點，光伏電站直流側(cè)線路的短路故障可能發(fā)生在匯流箱、直流柜以及光伏組件－匯流箱之間的直流電纜，匯流箱－直流柜之間的直流電纜。

現(xiàn)有的技術方案中，光伏組件－匯流箱之間的直流電纜采用熔斷器保護、匯流箱采用絕緣電阻監(jiān)測告警，由于目前監(jiān)控系統(tǒng)由于自身通訊的原因和電站運維人員自身素質(zhì)的差異，并沒有形成有效的自動保護體系。光伏直流側(cè)線路發(fā)生短路故障時，短路線路的電壓和電流會發(fā)生較大的變化，同時其他非故障匯流支路對也會向短路點輸出電流。當短路電流大于直流側(cè)斷路器極限電流值時，上級直流斷路器會自動跳開實現(xiàn)自我保護，但是下級直流斷路器卻未必能跳開，不能形成故障的有效定位。因此可通過對電壓、電流、及電壓、電流變化率進行判斷，以此確定直流側(cè)短路故障的發(fā)生，并通過直流斷路器故障動作的聯(lián)動來進一步縮小故障影響范圍。

同時，可通過位于匯流箱、逆變器直流側(cè)的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測整體直流線路的絕緣阻抗。當絕緣阻抗低于設定閾值時，可判定系統(tǒng)存在短路風險。本發(fā)明在光伏直流側(cè)線路保護系統(tǒng)中開發(fā)了絕緣監(jiān)測及保護裝置，并首次通過逆變器直流側(cè)保護系統(tǒng)和匯流箱保護控制系統(tǒng)分別進行故障判斷，任一保護動作時，保護動作進行上下級聯(lián)動控制，以徹底實現(xiàn)光伏直流側(cè)線路保護。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。