[发明专利]一种高安全性低压直流系统

说明书

本发明公开了一种高安全性低压直流系统，包括直流母线，直流母线上设有母线保护装置和绝缘电阻监测装置；所述直流母线分别连接供电单元和用电单元，供电单元中，分布式光伏发电设备通过光伏进线保护装置与直流母线连接，储能设备通过储能进线保护装置与直流母线连接，市电通过AC/DC整流器保护装置与直流母线连接；用电单元中，用电设备通过负载短路保护装置与直流母线连接，每条负载支路上还设有漏电流传感器，漏电流传感器与绝缘电阻监测装置通过信号电缆连接。本发明低压直流系统包括电源保护、母线保护和支路保护，能够实现直流系统的全面保护。

技术领域

本发明涉及一种高安全性低压直流系统，属于电力电子技术领域。

背景技术

从直流系统的角度来看，无论是故障类型还是故障后果与交流系统都有所不同，实际中相关保护既缺乏标准，也缺少运行经验。在低压直流系统保护方面，直流配电系统中应用直流断路器可以大大提高系统供电的可靠性，在低压和中压等级已有可应用产品。但目前可商业应用的直流断路器容量有限，并且价格昂贵，因此，学者们提出了其他几种可以应用到直流配电系统中的隔离设备，如保险丝、断路器、快速隔离开关等。保险丝基于热融化的原理，且电压、电流的额定值是以有效值的形式给出的，适用于需要快速保护响应且不需要自动重新供电的装置的保护，目前主要应用在铁路牵引、矿业、蓄电池保护系统、辅助低压电力供应系统等场合及直流配电系统负荷侧的保护。基于断路器的保护方案已被广泛应用于直流系统应用，但是由于器响应速度慢，往往导致故障不能及时清除；基于固态断路器的直流保护解决方案可以以接近8μs的速度实现快速直流故障保护。然而，成本和损耗仍是固态断路器存在的突出问题，并且低压固态断路器仍处于研究阶段。快速隔离开关是纯机械式的开关，不具备带电通断的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高安全性低压直流系统，该直流系统包括电源保护、母线保护和支路保护，能够实现直流系统的全面保护。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种高安全性低压直流系统，包括直流母线，直流母线上设有母线保护装置和绝缘电阻监测装置；所述直流母线分别连接供电单元和用电单元，供电单元中，分布式光伏发电设备通过光伏进线保护装置与直流母线连接，储能设备通过储能进线保护装置与直流母线连接，市电通过AC/DC整流器保护装置与直流母线连接；用电单元中，用电设备通过负载短路保护装置与直流母线连接，每条负载支路上还设有漏电流传感器，漏电流传感器与绝缘电阻监测装置通过信号电缆连接。

其中，母线保护装置通过电流互感器采集各个支路的电流信号以及断路器状态信号，当电源注入电流(母线保护装置进线侧)与支路馈出电流平衡时，满足∑I＝0；当支路出现短路或绝缘下降故障时，∑I不等于0，电流出现异常，母线保护装置发出跳闸信号将所有支路切除；同时母线保护装置采集直流母线电压信号，当发生过压或者欠压，母线保护装置发出报警信号。

其中，储能进线保护装置包括微处理器以及与微处理器连接的电动操作机构，储能装置与直流母线连接的线路上设有智能断路器，微处理器通过变送器实时检测直流母线电压、电池电压和电池放电电流；当检测到电池放电异常时，微处理器输出跳闸信号给电动操作机构，智能断路器在电动操作机构的动作下断开。

其中，负载短路保护装置通过采样电阻采集直流母线输入到该条负载支路的电压信号，当电压超过限值，通过该条支路的负载短路保护装置的CPU发出保护信号，该条负载支路的DC/DC变换器停止工作，并且负载短路保护装置向上位机输出直流故障继电器信号(告知该条负载支路DC/DC变换器停止工作)；同时，当输入电压在正常范围内时，负载短路保护装置通过采样电阻采集负载端电压、电流信号，CPU采用电流上升率判据，当出现短路故障时，会导致输出电压下降且电流快速上升，此时负载短路保护装置的CPU发出保护信号，该条负载支路的DC/DC变换器闭锁，锁闭时间在1ms以内，同时负载短路保护装置向上位机输出直流故障继电器信号。