基于轉(zhuǎn)換器的DC配電系統(tǒng)中的故障保護(hù)的制作方法

本公開(kāi)涉及直流(dc)電力配電系統(tǒng)，并且具體地涉及用于管理這樣的系統(tǒng)中的的故障的技術(shù)。

背景技術(shù)：

近來(lái)對(duì)電子開(kāi)關(guān)的電力處理能力和能量密度的改進(jìn)促進(jìn)了直流(dc)電力配電系統(tǒng)的發(fā)展。圖1是示例性dc配電系統(tǒng)的示意圖，其中dc配電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由適當(dāng)?shù)碾娏鬏敽娃D(zhuǎn)換接口被連接到傳輸系統(tǒng)。存在通過(guò)轉(zhuǎn)換器或線(xiàn)路連接到每個(gè)母線(xiàn)的交流(ac)發(fā)電、dc分布式發(fā)電(dg)、能量存儲(chǔ)(es)和負(fù)載子系統(tǒng)。在圖1中標(biāo)識(shí)為dc1、dc2等的各種dc母線(xiàn)通過(guò)分支(架空線(xiàn)或電纜)或轉(zhuǎn)換器彼此連接。

圖1中示出了多個(gè)轉(zhuǎn)換器，包括ac/dc轉(zhuǎn)換器110和dc/dc轉(zhuǎn)換器120。為了本公開(kāi)的目的，這些類(lèi)型中的任何一個(gè)的轉(zhuǎn)換器在本文中可以被簡(jiǎn)稱(chēng)為dc轉(zhuǎn)換器，意味著轉(zhuǎn)換器至少具有dc電力接口。應(yīng)當(dāng)理解，這些轉(zhuǎn)換器根據(jù)其特定應(yīng)用相對(duì)于電力流可以是單向或雙向的，并且可以具有若干已知設(shè)計(jì)中的任何一個(gè)。

如圖1所示，一組設(shè)施可以被連接到任何特定dc母線(xiàn)。系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)成使得能夠從一個(gè)或若干替代的dc母線(xiàn)提供對(duì)任何特定負(fù)載組的電力供應(yīng)，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的可靠性要求。該系統(tǒng)包括若干保護(hù)設(shè)備，諸如dc開(kāi)關(guān)130。通常，在每個(gè)dc母線(xiàn)旁邊安裝至少一個(gè)保護(hù)設(shè)備，以隔離dc母線(xiàn)或下游分支上的故障。

如圖1所示的dc配電系統(tǒng)及其變體可以在dc配電網(wǎng)絡(luò)、dc工業(yè)系統(tǒng)、dc可再生能量收集系統(tǒng)、dc船用電力系統(tǒng)、dc數(shù)據(jù)中心、dc建筑系統(tǒng)等中使用。dc配電系統(tǒng)可以被耦合到一個(gè)或多個(gè)ac傳輸系統(tǒng)和/或ac配電系統(tǒng)。

美國(guó)和世界各地的電力公司目前正在升級(jí)他們的ac配電系統(tǒng)，以通過(guò)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的監(jiān)視、配電自動(dòng)化和控制解決方案來(lái)簡(jiǎn)化和自動(dòng)化系統(tǒng)操作。從許多公司在其對(duì)所謂的智能電網(wǎng)的路線(xiàn)圖中所指示的，從配電系統(tǒng)操作立場(chǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能的自修復(fù)電網(wǎng)。這些電網(wǎng)應(yīng)該能夠自動(dòng)隔離永久故障和自動(dòng)系統(tǒng)重新配置，以通過(guò)在中斷的情況下將受影響的客戶(hù)切換到替代電源來(lái)快速恢復(fù)對(duì)盡可能多的客戶(hù)的供電。

可以通過(guò)添加各種智能傳感器、將傳感器和儀表數(shù)據(jù)集成到?jīng)Q策過(guò)程中并且使用高級(jí)混合(有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn))通信基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障定位、隔離和負(fù)載恢復(fù)方案，來(lái)在配電管理系統(tǒng)(dms)框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

當(dāng)試圖將這些自動(dòng)故障隔離和恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用于dc配電系統(tǒng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。由于這些系統(tǒng)中的小電阻和缺少電感，當(dāng)發(fā)生dc故障時(shí)，dc故障電流的上升速率相當(dāng)快，并且峰值故障電流非常高。通常，dc故障電流可以在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其峰值電流?？焖偕咴斐呻y以進(jìn)行故障隔離，并且高dc故障電流可能損壞受保護(hù)的dc配電系統(tǒng)中的設(shè)施。

在基于轉(zhuǎn)換器的dc配電系統(tǒng)中，由于設(shè)施或設(shè)備的操作限制而導(dǎo)致無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間允許大的故障電流。例如，可以允許流動(dòng)通過(guò)功率電子開(kāi)關(guān)的最大電流受其安全操作區(qū)域(soa)的限制。圖2示出了功率電子開(kāi)關(guān)的典型soa，如在其設(shè)備數(shù)據(jù)表中可以找到的。在邊界內(nèi)的任何操作是安全的并被允許，邊界由圖中的粗體線(xiàn)指示為1)當(dāng)前邊界；2)熱邊界；3)二次擊穿邊界；4)電壓邊界)。除了二次擊穿邊界之外，對(duì)于所有功率電子開(kāi)關(guān)存在所有四個(gè)邊界。

需要特定于dc配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題的改進(jìn)的用于故障隔離和恢復(fù)的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例通過(guò)使用故障檢測(cè)、故障電流限制、故障定位以及故障隔離和重新配置的各種組合來(lái)提供對(duì)基于轉(zhuǎn)換器的dc配電系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)。

具體實(shí)施例包括用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的若干方法，該dc電力配電系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)負(fù)載、一個(gè)或多個(gè)dc母線(xiàn)和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器，其中一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或多個(gè)ac/dc轉(zhuǎn)換器和/或一個(gè)或多個(gè)dc/dc轉(zhuǎn)換器。響應(yīng)于系統(tǒng)中某處的故障的檢測(cè)而執(zhí)行的示例性方法開(kāi)始于限制一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)的輸出電流，使得限制轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)輸出處于或大約相應(yīng)的預(yù)定電流電平的限制dc電流。在一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的電流限制已經(jīng)發(fā)生之后，激活系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備，其中激活至少部分地取決于處于或大約預(yù)定電流電平的限制dc電流。

在一些實(shí)施例中，激活一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備是多步驟過(guò)程，其包括基于對(duì)dc母線(xiàn)上的電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別檢測(cè)到的故障的位置，以及基于所識(shí)別的檢測(cè)到的故障的位置來(lái)斷開(kāi)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)。位置的識(shí)別至少部分地取決于限制dc電流處于預(yù)定電流電平或在預(yù)定電流電平左右；

在其他實(shí)施例中，激活一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備包括自動(dòng)斷開(kāi)一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備，其中每個(gè)保護(hù)設(shè)備的斷開(kāi)基于相應(yīng)的設(shè)備電流超過(guò)至少一個(gè)相應(yīng)閾值達(dá)相應(yīng)時(shí)間段，并且其中閾值基于預(yù)定電流電平。

可以在系統(tǒng)中或附連到系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)控制單元中實(shí)現(xiàn)用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的另一示例性方法，該dc電力配電系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)負(fù)載、一個(gè)或多個(gè)dc母線(xiàn)和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器，其中一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或多個(gè)ac/dc轉(zhuǎn)換器和/或一個(gè)或多個(gè)dc/dc轉(zhuǎn)換器。該示例性方法包括：接收dc母線(xiàn)電流的測(cè)量；接收系統(tǒng)中的故障的指示；基于dc母線(xiàn)電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別所指示故障的位置；以及基于所識(shí)別的所指示故障的位置，斷開(kāi)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)。再次，故障位置的識(shí)別至少部分地取決于dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)的預(yù)定的經(jīng)限制dc電流電平；

本文描述的系統(tǒng)和技術(shù)的其他實(shí)施例包括直流(dc)電力配電系統(tǒng)，其包括多個(gè)dc母線(xiàn)，每個(gè)dc母線(xiàn)直接地或通過(guò)與一個(gè)或多個(gè)電源和一個(gè)或多個(gè)負(fù)載相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換器通過(guò)分支和轉(zhuǎn)換器被連接，其中轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)是ac/dc轉(zhuǎn)換器或dc/dc轉(zhuǎn)換器，其可操作為響應(yīng)于故障的檢測(cè)或在控制器的控制下產(chǎn)生處于或大約為預(yù)定的經(jīng)限制dc電流電平的相應(yīng)轉(zhuǎn)換器電流。這些系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)，其中每個(gè)dc開(kāi)關(guān)可操作為斷開(kāi)至少dc母線(xiàn)或dc分支的至少一部分；以及控制器電路?？刂破麟娐繁慌渲脼榻邮誨c母線(xiàn)電流的測(cè)量，接收系統(tǒng)中的故障的指示，基于dc母線(xiàn)電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別所指示故障的位置，以及基于所標(biāo)識(shí)故障的所指示的位置斷開(kāi)dc開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)。控制器對(duì)故障位置的識(shí)別至少部分地取決于，對(duì)于dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)，轉(zhuǎn)換器電流處于或大約為相應(yīng)的預(yù)定的經(jīng)限制dc電流電平。

在閱讀下面的詳細(xì)描述并且查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他實(shí)施例以及這些實(shí)施例中的幾個(gè)的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖中的組件不必要按比例，而是強(qiáng)調(diào)說(shuō)明本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。在附圖中：

圖1是示出可以應(yīng)用本公開(kāi)的技術(shù)的示例性dc配電系統(tǒng)的示意圖。

圖2示出了用于功率電子開(kāi)關(guān)的典型安全操作區(qū)域(soa)。

圖3示出了用于dc系統(tǒng)保護(hù)方案的集中式架構(gòu)。

圖4示出了用于dc系統(tǒng)保護(hù)方案的分布式架構(gòu)。

圖5示出了dc系統(tǒng)中的故障之后的電流方向的改變。

圖6是示出用于dc系統(tǒng)中的系統(tǒng)保護(hù)的示例性方法的過(guò)程流程圖。

圖7a和7b分別示出了具有和不具有故障電流限制的典型故障電流和故障電壓。

圖8示出了具有恒定故障電流限制功能的轉(zhuǎn)換器的示例性v-i特性。

圖9示出了不同轉(zhuǎn)換器之間的保護(hù)協(xié)調(diào)的示例。

圖10示出了轉(zhuǎn)換器和保護(hù)設(shè)備之間的保護(hù)協(xié)調(diào)的示例。

圖11是示出用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的示例性方法的過(guò)程流程圖。

圖12是示出用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的另一示例性方法的過(guò)程流程圖。

圖13示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例配置的示例性控制器電路。

具體實(shí)施方式

在隨后的權(quán)利要求和討論中，諸如“第一”、“第二”等術(shù)語(yǔ)用于在若干相似的元件、區(qū)域、部分等之間進(jìn)行區(qū)分，并且不旨在暗示特定的順序或優(yōu)先級(jí)，除非上下文另有明確指示。此外，如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”等是開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)，其指示所述元件或特征的存在，但不排除其他元件或特征。同樣，單數(shù)冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”的使用不意在排除其他所引用項(xiàng)目的存在。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，相同的術(shù)語(yǔ)指代相同的元件。

當(dāng)在包括一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器的dc配電中存在dc故障時(shí)，源轉(zhuǎn)換器的自保護(hù)可以采取動(dòng)作并且限制流向或來(lái)自轉(zhuǎn)換器的故障電流，以避免對(duì)轉(zhuǎn)換器中的功率電子開(kāi)關(guān)的損壞。盡管存在使用外部設(shè)備或內(nèi)部設(shè)備來(lái)限制dc電力系統(tǒng)中的故障電流幅度的各種措施，但是基于轉(zhuǎn)換器的dc配電系統(tǒng)中最方便的故障電流限制(fcl)設(shè)備是轉(zhuǎn)換器本身。轉(zhuǎn)換器控制確保fcl功能的快速動(dòng)作。

在常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)中，通過(guò)保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)來(lái)管理保護(hù)選擇性。這些保護(hù)設(shè)備的操作可以通過(guò)在不同位置處的故障特征(諸如上游和下游分支的不同故障電流幅度)之間進(jìn)行區(qū)分來(lái)協(xié)調(diào)。在dc配電系統(tǒng)中，如果故障電流由于安全要求而被限制，則確保保護(hù)設(shè)備的及時(shí)和選擇性跳閘成為技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，需要以替代方式實(shí)現(xiàn)及時(shí)故障隔離和保護(hù)選擇性。

已經(jīng)提出和/或正在操作用于hvdc系統(tǒng)的若干不同的保護(hù)策略。多數(shù)取決于dc斷路器，這在當(dāng)今的技術(shù)是昂貴的。

由l.tang和b.ooi在“l(fā)ocatingandisolatingdcfaultsinmulti-terminaldcsystems”，ieeetrans.onpowerdelivery：vol.22，no.3，2007年7月中描述的一種hvdc保護(hù)方案采用ac斷路器來(lái)切斷故障電流，采用空載dc開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)受影響的dc線(xiàn)路，以及用于在相鄰轉(zhuǎn)換器和空載dc開(kāi)關(guān)之間交換信息的握手技術(shù)。然而，這些系統(tǒng)中的ac斷路器需要等待直到過(guò)零點(diǎn)以切斷故障電流。此外，由于零電流而導(dǎo)致故障后的恢復(fù)需要電纜充電。

由卡爾巴克在“hvdcasbulkpowertransfersystem”，supergenwind5thtrainingseminar，2011年3月(可從http://www.supergen-wind.org.uk/presentations.html獲得)描述的另一方法采用全橋ac/dc轉(zhuǎn)換器和快速隔離開(kāi)關(guān)用于多端子hvdc傳輸系統(tǒng)。根據(jù)巴克的演示，可以通過(guò)首先使用全橋轉(zhuǎn)換器限制來(lái)自ac源的故障電流，并且然后使用快速開(kāi)關(guān)使故障電纜與系統(tǒng)隔離，來(lái)在大約30-40毫秒內(nèi)隔離dc電纜上的故障。根據(jù)該方法的完整的多端子hvdc系統(tǒng)恢復(fù)花費(fèi)大約300-400毫秒。

根據(jù)又一方法，如歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)ep1914162a1所示，對(duì)于直流船用電力系統(tǒng)，中壓dc(mvdc)保護(hù)方案采用折返式電流限制轉(zhuǎn)換器、近零電壓和電流dc開(kāi)關(guān)以及諸如熔斷器的其他保護(hù)設(shè)備。

盡管上述三種方法各自在各種類(lèi)型的dc系統(tǒng)中提供某種程度的保護(hù)，但是對(duì)于可能具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基于轉(zhuǎn)換器的dc配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，仍然需要具體的保護(hù)概念和算法。

以下詳細(xì)描述的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)通過(guò)使用故障檢測(cè)、故障電流限制、故障定位以及故障隔離和重新配置的各種組合來(lái)提供對(duì)基于轉(zhuǎn)換器的dc配電系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)。這些技術(shù)能夠用于保護(hù)dc配電系統(tǒng)，包括低壓dc(lvdc)和中壓dc(mvdc)配電系統(tǒng)。根據(jù)各種實(shí)施例，如下面詳細(xì)描述的，可以通過(guò)下述中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)dc保護(hù)：1)由轉(zhuǎn)換器進(jìn)行故障檢測(cè)和fcl；2)快速故障定位和最小受影響區(qū)域的識(shí)別；以及3)快速故障隔離和通過(guò)dc開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)重新配置。如將看到的，這些技術(shù)可以用于克服若干問(wèn)題，其中一些特定于dc配電系統(tǒng)，包括當(dāng)dc系統(tǒng)中需要fcl時(shí)失去保護(hù)選擇性；由于大或廣泛的受影響區(qū)域而導(dǎo)致降低了系統(tǒng)可靠性；以及基于高成本的dc斷路器的昂貴的dc保護(hù)系統(tǒng)。

本文所描述的dc保護(hù)系統(tǒng)的若干實(shí)施例包括三個(gè)特征：

1)在一個(gè)或多個(gè)源轉(zhuǎn)換器單元中的每一個(gè)處的fcl功能。在一些實(shí)施例中，故障電流能夠通過(guò)集成到源轉(zhuǎn)換器中的fcl功能來(lái)被限制。這些源轉(zhuǎn)換器可以包括連接到ac源的ac/dc整流器或連接到dc源的dc/dc轉(zhuǎn)換器。

2)在直流配電系統(tǒng)中的適當(dāng)位置處的dc開(kāi)關(guān)。dc開(kāi)關(guān)在低負(fù)載電流處提供快速斷開(kāi)/閉合操作，并且提供電流故障隔離。

3)集中式和/或分布式控制系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)換器控制、控制單元和dc開(kāi)關(guān)之間存在通信。在每個(gè)dc分支和轉(zhuǎn)換器處測(cè)量dc電流、電流導(dǎo)數(shù)和電壓。這些電信號(hào)、轉(zhuǎn)換器控制狀態(tài)和dc開(kāi)關(guān)的“斷開(kāi)/閉合”狀態(tài)被收集并發(fā)送到相關(guān)控制單元。

如上所述，保護(hù)方案可以基于若干不同架構(gòu)中的任何一個(gè)。在一些實(shí)施例中，例如，存在一個(gè)集中式單元，其可以位于一個(gè)dc母線(xiàn)處。在其他實(shí)施例中，可以存在位于若干不同dc母線(xiàn)中的每一個(gè)處的多個(gè)分布式單元。dc母線(xiàn)控制單元可以被集成到現(xiàn)有系統(tǒng)的部件中，或者可以采取附加功能或全新的控制單元的形式。

圖3示出了示例性系統(tǒng)保護(hù)方案的集中式架構(gòu)。這可以例如應(yīng)用于小型dc船用電力系統(tǒng)，其中具有故障保護(hù)功能的控制單元310被實(shí)現(xiàn)為對(duì)現(xiàn)有集中式電力和能量管理系統(tǒng)(pems)的附加物。在集中式架構(gòu)中，信息在中央控制單元310和所公開(kāi)的保護(hù)系統(tǒng)的基本元件之間交換，所公開(kāi)的保護(hù)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器110、120以及一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)130。

另一方面，圖4示出了具有分布式架構(gòu)的系統(tǒng)的示例。在分布式架構(gòu)中，信息在位于系統(tǒng)的dc母線(xiàn)中的一個(gè)或多個(gè)處的分布式控制單元410和連接到dc母線(xiàn)的元件之間交換，連接到dc母線(xiàn)的元件包括一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器110、120和一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)130。分布式控制單元410中的每一個(gè)在相鄰dc母線(xiàn)處被連接到相鄰控制單元410中的一個(gè)或多個(gè)。對(duì)于大型和更通用的網(wǎng)狀dc配電網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)dc母線(xiàn)可以是現(xiàn)有變電站。這種系統(tǒng)中的控制單元401可以被實(shí)現(xiàn)為對(duì)現(xiàn)有變電站控制單元的附加物。在一些情況下，例如，如果在子系統(tǒng)內(nèi)的相鄰dc母線(xiàn)之間的信息交換不足以確定故障區(qū)域和最小受影響區(qū)域，則分布式控制單元410中的一個(gè)可以用作主控制單元。

圖6所示的過(guò)程流程圖示出了在根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)操作的系統(tǒng)中執(zhí)行的操作，不論該系統(tǒng)使用分布式還是集中式控制架構(gòu)。

首先，如框610處所示，檢測(cè)故障。在根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)的技術(shù)布置的基于轉(zhuǎn)換器的dc電力系統(tǒng)中，由每個(gè)轉(zhuǎn)換器測(cè)量和監(jiān)視電流、電流導(dǎo)數(shù)和電壓。當(dāng)dc故障發(fā)生時(shí)，高電流、高電流導(dǎo)數(shù)和/或低電壓的存在指示dc故障的存在。

在檢測(cè)到故障時(shí)，對(duì)檢測(cè)到故障的源換流器的控制立即啟用轉(zhuǎn)換器的fcl功能，其將來(lái)自源的故障電流貢獻(xiàn)限制為預(yù)定電平。這在框620處示出。因此，將受保護(hù)的dc配電系統(tǒng)中的故障電流控制到小于標(biāo)稱(chēng)電流電平但高于零的電平。經(jīng)限制故障電流低得足以不會(huì)在dc網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生任何電弧閃絡(luò)，但是高得足以不會(huì)在dc電流傳感器中產(chǎn)生任何困難。

根據(jù)轉(zhuǎn)換器的具體類(lèi)型，能夠采用不同的fcl技術(shù)。例如，在基于晶閘管的電流源轉(zhuǎn)換器中，可以增加晶閘管的觸發(fā)角以限制故障電流。對(duì)于電壓源轉(zhuǎn)換器，可以將晶閘管插入故障路徑中以減少故障電流。對(duì)于某些類(lèi)型的電壓源轉(zhuǎn)換器，諸如全橋級(jí)聯(lián)多電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器拓?fù)浔旧碓试S直接控制以減少故障電流。

在檢測(cè)到故障并且受保護(hù)的dc配電系統(tǒng)中的故障電流被限制之后，執(zhí)行控制單元310或控制單元410中的故障識(shí)別算法以識(shí)別故障區(qū)域，其可以是一件設(shè)備、dc母線(xiàn)、分支或一組設(shè)備。這在框630處示出。關(guān)于電壓、電流和/或電流導(dǎo)數(shù)的過(guò)去和當(dāng)前的測(cè)量數(shù)據(jù)是對(duì)故障識(shí)別算法的輸入。注意，當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)包括直接受一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器故障電流影響的測(cè)量，其已經(jīng)被限制為相應(yīng)的預(yù)定電平。

可以?xún)H使用局部測(cè)量來(lái)快速地識(shí)別一些故障區(qū)域。在這種情況下，可能在沒(méi)有與相鄰控制單元的任何通信的情況下，故障識(shí)別可以在使用分布式控制架構(gòu)的系統(tǒng)中由各個(gè)分布式控制單元執(zhí)行。例如，差分保護(hù)算法可以用于基于對(duì)流入和流出特定母線(xiàn)的所有局部電流的非零求和的檢測(cè)來(lái)快速定位任何dc母線(xiàn)故障。作為另一示例，高電流導(dǎo)數(shù)可以用于識(shí)別非常接近測(cè)量點(diǎn)的線(xiàn)路故障。

在一般的dc分布式系統(tǒng)中，可以使用系統(tǒng)級(jí)測(cè)量來(lái)在短時(shí)間內(nèi)識(shí)別許多故障區(qū)域。例如，可以基于已知的系統(tǒng)拓?fù)浜蜏y(cè)量的電流流動(dòng)方向和/或不同位置處的電流流動(dòng)方向的變化，使用故障跟蹤算法來(lái)在短時(shí)間內(nèi)找到故障分支。再次，應(yīng)當(dāng)理解，故障之后測(cè)量的電流流動(dòng)方向?qū)▽?duì)至少部分地由被限制為相應(yīng)預(yù)定電平的轉(zhuǎn)換器故障電流組成的電流的測(cè)量。該方法在圖5中示出，圖5示出了示例性系統(tǒng)中的故障前后的電流流動(dòng)。在故障之后，來(lái)自所有源的所有電流(包括來(lái)自dc轉(zhuǎn)換器的經(jīng)限制故障電流)流向故障位置。因此，來(lái)自所有源的所有不同電流流動(dòng)路徑中的公共分支指示故障位置。注意，諸如故障跟蹤算法的系統(tǒng)級(jí)或網(wǎng)絡(luò)級(jí)故障識(shí)別算法可以用作對(duì)一個(gè)或多個(gè)局部故障識(shí)別算法的備份。因此，系統(tǒng)可以利用同時(shí)操作的多個(gè)故障識(shí)別算法。

一旦識(shí)別出故障區(qū)域，就實(shí)現(xiàn)快速故障隔離和快速系統(tǒng)重新配置算法以最小化故障影響。這在圖6的框640處示出。故障隔離算法被實(shí)現(xiàn)為確保高系統(tǒng)安全性和安全要求。例如，當(dāng)在dc母線(xiàn)上識(shí)別故障時(shí)，連接到該dc母線(xiàn)的所有連接線(xiàn)路和分支dc開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，以使故障dc母線(xiàn)與dc電力系統(tǒng)的其余部分隔離。當(dāng)在dc分支或線(xiàn)路上識(shí)別到故障時(shí)，緊接故障位置上游的dc開(kāi)關(guān)或故障線(xiàn)路兩端的dc開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，以使故障分支與系統(tǒng)的其余部分隔離。通過(guò)所實(shí)現(xiàn)的快速故障隔離和重新配置算法，由于系統(tǒng)可靠性要求或諸如最小經(jīng)濟(jì)損失的其他要求而可以得到最小故障影響區(qū)域。受保護(hù)的dc配電系統(tǒng)的自愈還可以至少部分地通過(guò)重新配置考慮來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，故障區(qū)域中的一些設(shè)施可以通過(guò)替代路徑被重新連接到系統(tǒng)的健康部分，以確保連續(xù)的電力供應(yīng)。

在確定用于故障隔離和重新配置的必要?jiǎng)幼髦螅瑢⒖刂泼畎l(fā)送到相關(guān)dc開(kāi)關(guān)以將最小故障影響區(qū)域與系統(tǒng)的其余部分?jǐn)嚅_(kāi)，如框650所示。dc配電系統(tǒng)的其余部分中的源轉(zhuǎn)換器可以停用其fcl功能；這可能不被允許，直到在某些系統(tǒng)中檢測(cè)到某些電壓恢復(fù)之后?，F(xiàn)在，最小受影響區(qū)域與系統(tǒng)的其余部分隔離。系統(tǒng)的其余部分中的電壓逐漸恢復(fù)，并且系統(tǒng)的其余部分恢復(fù)正常操作。

根據(jù)系統(tǒng)或部件容差能力，所公開(kāi)的保護(hù)的每個(gè)步驟處的消耗時(shí)間應(yīng)當(dāng)是不同的。例如，如果系統(tǒng)具有許多旋轉(zhuǎn)負(fù)載，則部件和系統(tǒng)容差高，并且允許的故障清除時(shí)間可以是幾百毫秒。這不難通過(guò)所公開(kāi)的保護(hù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果系統(tǒng)具有高可靠性要求，則允許的故障清除時(shí)間可以是幾十毫秒，這對(duì)于低負(fù)載dc開(kāi)關(guān)是最具挑戰(zhàn)性的。這將很可能需要基于快速功率電子的技術(shù)。

在前面的描述中，假設(shè)在受保護(hù)的dc配電系統(tǒng)中發(fā)生了永久故障。另一方面，如果故障是暫時(shí)故障，則系統(tǒng)電壓通過(guò)來(lái)自源轉(zhuǎn)換器的殘余故障電流逐漸恢復(fù)到其正常水平，并且低電壓用于指示故障存在的消失。在這種情況下，然后將中斷所公開(kāi)的dc故障保護(hù)和定位方法的執(zhí)行。如果轉(zhuǎn)換器控制和dc開(kāi)關(guān)已經(jīng)采取動(dòng)作，則這些動(dòng)作將反轉(zhuǎn)。受保護(hù)的系統(tǒng)恢復(fù)正常操作。

圖7a和圖7b分別示出了沒(méi)有故障保護(hù)和具有所公開(kāi)的保護(hù)方法的系統(tǒng)電流和相應(yīng)電壓的示例。在來(lái)自dc轉(zhuǎn)換器的故障電流被限制為低電平的情況下，dc故障對(duì)受保護(hù)系統(tǒng)的損壞是有限的。因此，經(jīng)限制電流向控制單元提供足夠的時(shí)間來(lái)確定最小故障影響區(qū)域和系統(tǒng)重新配置，而不會(huì)對(duì)所連接的公共傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定操作和受保護(hù)dc配電系統(tǒng)的容差(包括各種類(lèi)型的負(fù)載的所需容差)產(chǎn)生不利影響。在故障電流被限制的情況下，對(duì)保護(hù)設(shè)備的技術(shù)要求大大降低?？梢砸缘统杀緦?shí)現(xiàn)dc開(kāi)關(guān)的快速“斷開(kāi)/閉合”。因此，所公開(kāi)的保護(hù)技術(shù)的特征還可以在于，通過(guò)快速故障檢測(cè)、快速故障識(shí)別以及快速故障隔離和重新配置動(dòng)作的快速故障消除和快速系統(tǒng)恢復(fù)。

給出上述具體示例，將理解用于dc配電系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)可以包括下述操作特征中的任何一個(gè)或全部：

1)通過(guò)轉(zhuǎn)換器的故障檢測(cè)和控制單元中的保護(hù)功能，例如，根據(jù)：

a.高電流導(dǎo)數(shù)或高電流；

b.低電壓；和

c.以上的任何組合或其他故障特征。

2)在檢測(cè)到故障的每個(gè)源轉(zhuǎn)換器處的故障電流限制(fcl)；

3)用于識(shí)別故障區(qū)域的故障識(shí)別；

4)用于最小化故障影響的故障隔離和重新配置；

5)快速“斷開(kāi)/閉合”dc開(kāi)關(guān)并去激活源轉(zhuǎn)換器的fcl以隔離故障并重新配置受保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作；

同樣，這種保護(hù)系統(tǒng)可以包括下述部件中的任何一個(gè)或全部：

1)一個(gè)或多個(gè)控制單元，用于：

a.收集和存儲(chǔ)過(guò)去和當(dāng)前的電壓、電流、電流導(dǎo)數(shù)、其他故障特征、轉(zhuǎn)換器控制和dc開(kāi)關(guān)的狀態(tài)；

b.根據(jù)差分保護(hù)和跟蹤算法確定故障定位；

c.根據(jù)故障位置和系統(tǒng)可靠性確定最小故障影響區(qū)域；

d.向轉(zhuǎn)換器和dc開(kāi)關(guān)發(fā)出命令以隔離故障并重新配置受保護(hù)系統(tǒng)；

2)源轉(zhuǎn)換器，被配置為：

a.來(lái)自源的快速限制故障電流貢獻(xiàn)；

b.與中央和/或局部控制單元通信。

3)dc開(kāi)關(guān)：

a.能夠在低負(fù)載電流下快速斷開(kāi)和閉合；并且

b.被控制為中央和/或局部控制單元通信。

應(yīng)當(dāng)理解，這些控制單元可以根據(jù)集中式架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，特征在于在具有系統(tǒng)級(jí)轉(zhuǎn)換器的中央控制單元和dc開(kāi)關(guān)之間的集中式控制單元和通信系統(tǒng)。替代地，控制單元可以根據(jù)分布式架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括在dc母線(xiàn)處的分布式控制單元和通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)將dc母線(xiàn)處的控制單元與連接到dc母線(xiàn)以及相鄰控制單元之間的轉(zhuǎn)換器和dc開(kāi)關(guān)鏈接。

所公開(kāi)的保護(hù)系統(tǒng)和技術(shù)可以用于保護(hù)dc配電系統(tǒng)，包括lvdc和mvdc配電系統(tǒng)。這些技術(shù)避免了在dc系統(tǒng)中需要fcl時(shí)的失去保護(hù)選擇性，并且通過(guò)最小化受影響區(qū)域并通過(guò)系統(tǒng)重新配置支持自恢復(fù)來(lái)提供改進(jìn)的系統(tǒng)可靠性。這些技術(shù)也比那些取決于成本高的dc斷路器的技術(shù)更具成本效益。故障電流限制和快速dc保護(hù)減少了在裝備和dc網(wǎng)絡(luò)上的高故障電流的不利影響，同時(shí)基于處于預(yù)定故障電流電平的轉(zhuǎn)換器故障電流的存在來(lái)提供快速和準(zhǔn)確的故障定位。這些技術(shù)提供對(duì)不同系統(tǒng)配置的適應(yīng)性保護(hù)——當(dāng)系統(tǒng)配置改變時(shí)，不需要針對(duì)每個(gè)dc開(kāi)關(guān)的適應(yīng)性設(shè)置。

快速系統(tǒng)隔離和重配置動(dòng)作通過(guò)將故障電流限制為低但非零值來(lái)實(shí)現(xiàn)，其使得快速dc開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，而不需要額外的dc電纜再充電。通過(guò)采用現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器控制、現(xiàn)有的中央控制單元和低負(fù)載dc開(kāi)關(guān)來(lái)促進(jìn)成本節(jié)約。

應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的技術(shù)可以被擴(kuò)展為處理多個(gè)dc故障位置。可以識(shí)別多個(gè)故障區(qū)域，并且能夠確定多個(gè)受影響的區(qū)域以最小化不同子系統(tǒng)內(nèi)的故障影響。所公開(kāi)的技術(shù)能被擴(kuò)展為ac/dc混合應(yīng)用，其中由于通過(guò)轉(zhuǎn)換器的故障電流限制而導(dǎo)致失去及時(shí)故障隔離和保護(hù)協(xié)調(diào)。對(duì)于具有徑向類(lèi)型拓?fù)涞膁c配電系統(tǒng)，可以容易地識(shí)別故障位置，并且因此將大大減少通信需求。

在上述保護(hù)系統(tǒng)中，假設(shè)控制系統(tǒng)(不論是集中式還是分布式)執(zhí)行故障識(shí)別過(guò)程，并且基于故障識(shí)別結(jié)果來(lái)決定要激活哪些保護(hù)設(shè)備(例如，開(kāi)關(guān))。另一方法(其各方面可以與前一方法組合)用于響應(yīng)于檢測(cè)到的故障來(lái)在系統(tǒng)中提供一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備的自動(dòng)跳閘。這些保護(hù)設(shè)備可以被協(xié)調(diào)，使得針對(duì)給定故障激活最小數(shù)目的保護(hù)設(shè)備，由此最小化受影響區(qū)域。該協(xié)調(diào)能夠在考慮到由dc轉(zhuǎn)換器供應(yīng)的轉(zhuǎn)換器故障電流的情況下被計(jì)劃。

利用這種方法，與dc保護(hù)相關(guān)的設(shè)施/設(shè)備包括具有故障電流限制(fcl)能力的轉(zhuǎn)換器以及低故障電流保護(hù)設(shè)備，諸如低電流dc斷路器(dccb)、熔斷器等。轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有故障隔離能力和用于電流隔離的空載dc開(kāi)關(guān)。在相同位置和/或不同位置處的保護(hù)設(shè)備和轉(zhuǎn)換器之間提供保護(hù)協(xié)調(diào)。在一些情況下，可能不存在所涉及的單獨(dú)的保護(hù)設(shè)備，其中協(xié)調(diào)替代地在多個(gè)轉(zhuǎn)換器之間。

如上所述，當(dāng)存在故障時(shí)，轉(zhuǎn)換器的fcl操作被激活。為了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換器和保護(hù)設(shè)備，故障電流應(yīng)當(dāng)被控制到預(yù)定的低電平(但非零)恒定電流。圖8示出了具有恒定fcl功能的轉(zhuǎn)換器的示例性v-i特性。v0和i0分別是標(biāo)稱(chēng)電壓和電流電平。imax是允許通過(guò)轉(zhuǎn)換器的最大電流。在該轉(zhuǎn)換器中，故障電流可以被控制為兩個(gè)不同的恒定電平is和il中的任何一個(gè)，二者都小于最大允許電流。根據(jù)要協(xié)調(diào)的上游和下游保護(hù)設(shè)備，恒定電流可以高于或低于其標(biāo)稱(chēng)電流。is是具有短時(shí)間延遲的恒定電流電平，而il是較低的恒定電流電平，具有長(zhǎng)的時(shí)間延遲。在故障發(fā)生后，轉(zhuǎn)換器檢測(cè)故障并開(kāi)始其fcl操作，如圖8所示，其中故障電流首先被限制到較高電平(il)達(dá)第一相對(duì)短的持續(xù)時(shí)間，并且然后被限制到較低電平(is)達(dá)較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間。

對(duì)于諸如熔斷器、dccb的保護(hù)設(shè)備，可以存在用于使故障跳閘的設(shè)置的三個(gè)電平。三個(gè)電平對(duì)應(yīng)于將使得設(shè)備瞬時(shí)、在短的時(shí)間延遲之后以及在長(zhǎng)的時(shí)間延遲之后跳閘(即，斷開(kāi))的電流電平。傳統(tǒng)時(shí)間-電流曲線(xiàn)(tcc)用于確定三個(gè)不同電流電平處的跳閘時(shí)間。

如上所述，對(duì)于具有fcl實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器，在fcl的轉(zhuǎn)換器控制中可能僅存在設(shè)置的兩個(gè)電平，對(duì)應(yīng)于短的時(shí)間延遲和長(zhǎng)的時(shí)間延遲。應(yīng)當(dāng)選擇轉(zhuǎn)換器的延遲，以實(shí)現(xiàn)在下游和上游保護(hù)設(shè)備之間的保護(hù)協(xié)調(diào)。為了確保選擇性，時(shí)間延遲應(yīng)當(dāng)比下游保護(hù)設(shè)備的相應(yīng)短/長(zhǎng)的時(shí)間延遲更長(zhǎng)，并且比上游保護(hù)設(shè)備的時(shí)間延遲更短。

如上所述，分布式發(fā)電系統(tǒng)可以在不同的位置處被連接到dc配電系統(tǒng)。當(dāng)存在故障時(shí)，來(lái)自分布式發(fā)電機(jī)的電流貢獻(xiàn)可能違反上游和下游分支中的不同電流幅度的辨別規(guī)則。因此，諸如二極管的阻斷電路通過(guò)分布式資源來(lái)實(shí)現(xiàn)，以防止故障期間的反向電流流動(dòng)。這些阻斷電路在檢測(cè)到故障之后立即被激活。

圖9示出了示例性配置中的上游和下游轉(zhuǎn)換器之間的協(xié)調(diào)。直豎線(xiàn)指示恒定電流設(shè)置和相應(yīng)的時(shí)間延遲設(shè)置。在該示例中，下游轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)conv2具有較低的恒定電流設(shè)置ic2s和ic2l以及較短的短/長(zhǎng)的時(shí)間延遲t2和t4，而上游轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)conv1具有較高的恒定電流設(shè)置ic1s和icll和較長(zhǎng)的短/長(zhǎng)時(shí)間延遲t3和t5。這些設(shè)置被嵌入到convl和conv2的轉(zhuǎn)換器控制中。

下游和上游轉(zhuǎn)換器的不同電流設(shè)置是由于連接到下游和上游母線(xiàn)的其他源/負(fù)載而導(dǎo)致的。如果不存在連接到母線(xiàn)的其他源/負(fù)載，則下游和上游轉(zhuǎn)換器的電流設(shè)置相同。在這種情況下的保護(hù)選擇性可以通過(guò)協(xié)調(diào)下游和上游轉(zhuǎn)換器的不同時(shí)間延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)。該協(xié)調(diào)方案還可以應(yīng)用于新的dc保護(hù)設(shè)備，其不使用傳統(tǒng)的時(shí)間-電流曲線(xiàn)(tcc)來(lái)確定不同故障電流電平處的響應(yīng)時(shí)間。

圖10示出了包含兩個(gè)轉(zhuǎn)換器(conv1和conv2)和兩個(gè)保護(hù)設(shè)備(prot1和prot2)的分支上的瞬時(shí)和短時(shí)間延遲協(xié)調(diào)。兩個(gè)保護(hù)設(shè)備通過(guò)反向時(shí)間-電流曲線(xiàn)(tcc)來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器和保護(hù)設(shè)備的位置也在圖中示出。prot2、conv2、prot1和conv1從下游至上游順序地被定位。

當(dāng)在prot2以下并接近prot2存在故障，并且如果故障電流非常高，則在fcl生效之前，prot2(可以是快速熔斷器)可以非?？斓靥l，如超過(guò)點(diǎn)e所指示的。類(lèi)似地，如果故障低于并接近protl，則protl將如超過(guò)點(diǎn)f所示跳閘。在轉(zhuǎn)換器fcl在t1處采取動(dòng)作之后，在不同位置處看到的電流被限制為不同的固定值，如圖10中的直豎線(xiàn)。conv1/conv2的電流限制電平在電c/a和d/b之間進(jìn)行選擇。點(diǎn)d/b指示短的時(shí)間延遲操作中的prot1/2的時(shí)間下限和電流上限，這是通過(guò)conv1/2的恒定電流限制來(lái)確定的。點(diǎn)c/a指示prot1/2的時(shí)間上限和電流下限，這是通過(guò)conv1/2的短的時(shí)間延遲來(lái)確定的。因此，prot1/2能夠在[c,d]/[a,b]之間的其tcc上以短時(shí)間延遲來(lái)跳閘，如紅色和橙色的直點(diǎn)線(xiàn)所述。類(lèi)似地，如圖所示，prot1/2還可以在[g,h]/[i,j]之間以長(zhǎng)的時(shí)間延遲來(lái)操作。以該方式，在轉(zhuǎn)換器和保護(hù)設(shè)備之間的選擇性協(xié)調(diào)在沒(méi)有任何通信的情況下被實(shí)現(xiàn)。

給定以上關(guān)于圖8-10詳細(xì)描述的示例，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)該第二通用方法的dc配電系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)可以包括下述操作特征中的任何或全部：

1)dc保護(hù)協(xié)調(diào)，如圖9和圖10所示，包括：

a.轉(zhuǎn)換器在故障處的恒定故障電流限制；以及

b.在轉(zhuǎn)換器控制和直流保護(hù)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)；和/或

c.不同轉(zhuǎn)換器控制之間的協(xié)調(diào)；

2)dc保護(hù)設(shè)備，支持在dc電流傳感器的容差范圍內(nèi)的低電流電平時(shí)的快速故障隔離。

3)dc轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括：

a.恒定故障電流限制控制；

b.故障電流隔離設(shè)備；

c.用于電流隔離的dc空載開(kāi)關(guān)。

因此，可以使用下述來(lái)實(shí)現(xiàn)dc保護(hù)：1)成本有效的dc保護(hù)設(shè)備；2)具有fcl和故障隔離的轉(zhuǎn)換器控制；3)以及不同類(lèi)型的dc保護(hù)設(shè)備之間的保護(hù)協(xié)調(diào)。該方法克服了當(dāng)在dc系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)fcl時(shí)可能以其他方式發(fā)生的丟失保護(hù)可靠性和選擇性，并且克服了在實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的dc保護(hù)設(shè)備時(shí)在保護(hù)協(xié)調(diào)中的困難。該方法的另一優(yōu)點(diǎn)是其減少了對(duì)在dc配電系統(tǒng)的部件之間的通信的依賴(lài)性。該方法還通過(guò)采用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換器控制能力和具有降低的dc電流滅弧要求的dccb來(lái)提供成本節(jié)約。該方法還可以以與先前概述的第一方法(具有故障的主動(dòng)識(shí)別和隔離)互補(bǔ)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如用于包括在網(wǎng)狀dc配電系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。

鑒于前述討論，將理解，圖11是示出用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的通用方法的過(guò)程流程圖，該dc電力配電系統(tǒng)包括通過(guò)dc母線(xiàn)連接的一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或多個(gè)負(fù)載。響應(yīng)于系統(tǒng)中某處的故障的檢測(cè)而執(zhí)行的所示方法通常足以涵蓋以上詳細(xì)描述的兩種方法。如框1110處所示，該方法開(kāi)始于限制一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)的輸出電流，使得限制dc轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)輸出處于或大約為相應(yīng)的預(yù)定故障電流電平的轉(zhuǎn)換器故障電流。如框1120處所示，在已經(jīng)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的電流限制之后，系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備被激活，其中激活至少部分地取決于轉(zhuǎn)換器故障電流處于或大約為預(yù)定故障電流電平。

在一些實(shí)施例中，限制一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器的輸出電流包括首先將輸出電流限制為第一故障電流電平達(dá)第一時(shí)間間隔，并且隨后將輸出電流限制為第二故障電流電平。在一些實(shí)施例中，通過(guò)直接控制dc轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生處于或大約為相應(yīng)的預(yù)定故障電流電平的轉(zhuǎn)換器故障電流來(lái)執(zhí)行對(duì)dc轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)的輸出電流的限制。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備激活包括基于對(duì)dc母線(xiàn)上的電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別用于所檢測(cè)的故障的位置，其中所述識(shí)別至少部分地取決于轉(zhuǎn)換器故障電流處于或大約為預(yù)定故障電流電平，并且基于所識(shí)別的檢測(cè)到的故障的位置來(lái)斷開(kāi)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)。這種方法的示例如圖8所示。dc開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間可以基于其在受保護(hù)的分布式系統(tǒng)中的上游和下游位置來(lái)協(xié)調(diào)。

在這些實(shí)施例的一些中，所檢測(cè)到的故障的位置基于在dc母線(xiàn)上對(duì)下述中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量：電流導(dǎo)數(shù)；電壓；和電流方向性。響應(yīng)于將第一dc母線(xiàn)識(shí)別為檢測(cè)到的故障的位置，一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)可以包括例如斷開(kāi)連接到第一dc母線(xiàn)的所有接線(xiàn)和分支dc開(kāi)關(guān)。替代地，系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)可以包括響應(yīng)于將dc分支識(shí)別為檢測(cè)到的故障的位置，來(lái)斷開(kāi)緊接在所識(shí)別的故障位置的上游的dc開(kāi)關(guān)。在一些實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)之后，通過(guò)激活用于連接受一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)的所述斷開(kāi)影響的設(shè)施的一個(gè)或多個(gè)替代路徑，來(lái)重新配置系統(tǒng)的至少一部分。此外，在一些實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)之后，系統(tǒng)確定故障已經(jīng)被隔離，并且響應(yīng)于所述確定，中斷限制為其相應(yīng)預(yù)定的故障電流電平的dc轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)中的輸出電流的限制?？梢岳缤ㄟ^(guò)觀(guān)察系統(tǒng)中的電壓電平的返回到正?；蝾A(yù)期范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行故障已經(jīng)被隔離的確定。

圖11中總體示出的方法的一些實(shí)施例可以涉及基于設(shè)備之間的協(xié)調(diào)而自動(dòng)斷開(kāi)保護(hù)設(shè)備，而不涉及集中式或分布式控制系統(tǒng)。在這些實(shí)施例的一些中，一個(gè)或多個(gè)保護(hù)設(shè)備被自動(dòng)斷開(kāi)，其中每個(gè)保護(hù)設(shè)備的斷開(kāi)基于相應(yīng)設(shè)備電流超過(guò)至少一個(gè)相應(yīng)閾值達(dá)相應(yīng)時(shí)間段，并且其中，閾值基于預(yù)定故障電流電平。

圖11所示的方法的一些實(shí)施例可以使用一個(gè)或多個(gè)控制單元來(lái)執(zhí)行，如上所述，該控制單元可以在集中式或分布式架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。圖12是示出用于保護(hù)直流(dc)電力配電系統(tǒng)的示例性方法的過(guò)程流程圖，該系統(tǒng)包括由dc母線(xiàn)連接的一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或多個(gè)負(fù)載，如由一個(gè)或多個(gè)這種控制單元實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)當(dāng)理解，圖12所示的方法和下面描述的變體是圖11所示的方法的特殊情況，并且與上述的一些變體重疊。

如框1210處所示，圖12所示的過(guò)程開(kāi)始于接收dc母線(xiàn)電流的測(cè)量?？刂茊卧梢岳鐝亩鄠€(gè)監(jiān)視點(diǎn)中的每一個(gè)周期性地接收這些測(cè)量。當(dāng)然，這些測(cè)量可以結(jié)合其他測(cè)量數(shù)據(jù)被接收，包括電壓測(cè)量、電流導(dǎo)數(shù)測(cè)量等。

如框1220處所示，控制單元(或多個(gè)單元)接收系統(tǒng)中的故障的指示。作為響應(yīng)，基于在故障發(fā)生之前和之后采取的dc母線(xiàn)電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別所指示故障的位置，如框1230處所示。故障位置的識(shí)別至少部分地取決于至少一個(gè)dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)定的經(jīng)限制故障電流電平。最后，如框1240處所示，基于所指示故障的識(shí)別位置來(lái)斷開(kāi)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)。

在一些實(shí)施例中，外部控制由控制單元(或多個(gè)控制單元)提供給dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)，以產(chǎn)生其相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器故障電流。在一些實(shí)施例中，識(shí)別所指示故障的位置還基于dc母線(xiàn)上的電流導(dǎo)數(shù)、電壓和電流方向性中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量。

在一些實(shí)施例中，斷開(kāi)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)包括響應(yīng)于將第一dc母線(xiàn)識(shí)別為所指示故障的位置來(lái)斷開(kāi)連接到第一dc母線(xiàn)的所有接線(xiàn)和分支dc開(kāi)關(guān)。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)包括，響應(yīng)于將dc分支識(shí)別為所指示故障的位置來(lái)斷開(kāi)緊接所識(shí)別故障位置的上游的dc開(kāi)關(guān)。

在圖12所示的方法的一些實(shí)施例或?qū)嵗?，在斷開(kāi)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)之后，通過(guò)激活用于連接受斷開(kāi)dc開(kāi)關(guān)影響設(shè)施的一個(gè)或多個(gè)替代路徑來(lái)重新配置系統(tǒng)的至少一部分。在一些實(shí)施例或?qū)嵗校跀嚅_(kāi)一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)之后，所示方法繼續(xù)確定故障已經(jīng)被隔離，并且響應(yīng)于這樣的確定，中斷限制為其相應(yīng)預(yù)定故障電流電平的dc轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)中的輸出電流的限制。

如上所述，圖12所示的方法及其變體可以在一個(gè)或多個(gè)控制單元中實(shí)現(xiàn)。圖13是示出用于控制器電路1300的示例性配置的框圖，其可以用于根據(jù)上述技術(shù)中的任何一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)dc保護(hù)系統(tǒng)的全部或一部分。所圖示的示例包括一個(gè)或多個(gè)微處理器或微控制器1310以及其他數(shù)字硬件1320，其可以包括數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專(zhuān)用數(shù)字邏輯等。微處理器1310和數(shù)字硬件1320中的任何一個(gè)或二者可以被配置為與程序數(shù)據(jù)1334一起執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1330中的程序代碼1332。因?yàn)榕c處理電路的設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的各種細(xì)節(jié)和工程折衷是公知的，并且對(duì)于本發(fā)明不需要完全理解，這里沒(méi)有示出附加細(xì)節(jié)。

在若干實(shí)施例中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器電路1330中的程序代碼1332包括用于結(jié)合圖12所述的方法中的任何一個(gè)，存儲(chǔ)器電路1330可以包括諸如只讀存儲(chǔ)器(rom)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器、閃存設(shè)備、光存儲(chǔ)設(shè)備等中的一個(gè)或多個(gè)類(lèi)型的存儲(chǔ)裝置。程序數(shù)據(jù)1334包括各種預(yù)定的系統(tǒng)配置參數(shù)，諸如與用于一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)定故障電流電平相關(guān)聯(lián)的參數(shù)、以及從系統(tǒng)測(cè)量確定的參數(shù)。

然后，本文所公開(kāi)的技術(shù)和系統(tǒng)的實(shí)施例包括直流(dc)電力配電系統(tǒng)，直流(dc)電力配電系統(tǒng)包括：通過(guò)dc母線(xiàn)連接的一個(gè)或多個(gè)dc轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或多個(gè)負(fù)載，其中dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)操作為響應(yīng)于故障的檢測(cè)或在控制器的控制下產(chǎn)生處于或大約預(yù)定的限制故障電流電平的轉(zhuǎn)換器故障電流；一個(gè)或多個(gè)dc開(kāi)關(guān)，其中每個(gè)dc開(kāi)關(guān)操作為斷開(kāi)dc母線(xiàn)或dc分支的至少一部分；以及配置為執(zhí)行如圖12所示的方法的控制器電路。因此，例如，控制器電路1300可以被配置為：接收dc母線(xiàn)電流的測(cè)量；接收系統(tǒng)中的故障的指示；基于dc母線(xiàn)電流的測(cè)量來(lái)識(shí)別所指示故障的位置，其中所述識(shí)別至少部分地取決于轉(zhuǎn)換器故障電流處于或大約為dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)的其相應(yīng)的預(yù)定的限制故障電流電平；以及基于所識(shí)別的所指示故障的位置來(lái)斷開(kāi)所述dc開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)。

在這些dc電力配電系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，控制器電路進(jìn)一步被配置為響應(yīng)于在系統(tǒng)中的故障的指示，向dc轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)提供外部控制以產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器故障電流。在各種實(shí)施例中，控制器電路可以被配置為進(jìn)一步基于dc母線(xiàn)上的電流導(dǎo)數(shù)、電壓和電流方向性中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量來(lái)識(shí)別所指示的故障的位置。應(yīng)當(dāng)理解，以上針對(duì)圖12所示的方法討論的若干變體同樣適用于這里所描述的系統(tǒng)。

在考慮到上述電路、系統(tǒng)、方法以及其他變化和擴(kuò)展的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，前面的描述和附圖表示本文教導(dǎo)的系統(tǒng)和裝置的非限制性示例。因此，本發(fā)明不受前面的描述和附圖的限制。替代地，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求及其法律等同物限定。