[发明专利]电网系统

说明书

本申请公开了一种可以包括供电网络的至少一部分的系统。该系统还可以包括负载控制器，该负载控制器根据预编程负载曲线控制具有电流等级I₁的电流流动从供电网络的至少一部分进入负载网络，该负载网络向一个或多个负载提供电力。该系统还可以包括保护系统，该保护系统响应于检测到与预编程负载曲线不一致的电流模式而将供电网络的至少一部分与负载控制器隔离。

本申请要求于2018年12月21日提交的美国非临时申请16/230,203的优先权，该美国非临时申请16/230,203要求于2018年1月5日提交的美国临时申请62/613,991以及于2018年1月23日提交的美国临时申请62/620,981的优先权的权益，所有这些申请通过引用整体并入。

背景技术

本公开涉及电网系统。尤其是，被设计为使用提供给连接到电网的系统的电流的缓慢变化率，并使用那些缓慢变化率来实现快速故障检测的电网系统。

传统上，电力是作为交流(AC)被分配给客户的，因为这是一种集中式电力生产方案中的简单且经济高效的方法。常规的交流(AC)电网系统使用具有近100年历史的技术。实现常规的交流电网系统的成本是基于诸如铜、钢、铝、木材和油之类的商品，这些商品的价格持续上涨。

光伏(PV)技术、电池技术和电力电子的成本和性能的快速改善促进了直流(DC)电网系统的发展，直流电网系统可以以比交流电网系统更低的成本来提供更好的效率、可靠性和安全性。可以从使用更低成本的商品的经济节省以及从更积极地使用已部署的设备来获得成本改善。

然而，由于涉及直流电网的控制和保护的挑战，直流电网系统发展缓慢。相对于交流系统，直流电网系统可以快速响应于负载/供电变化和故障情况。此特性与时变的供电和负载配置相结合，可能会导致直流电网系统经过专门设计并包含复杂的控制算法以维持稳定性。此外，直流配电网络上的故障状况可能会是安全性问题。例如，与交流配电网络不同，可能难以使用成本有效的手段来中断到直流系统故障的恒定直流电流。

通过设计以缓慢变化率工作的系统，可以将电感添加到系统中以降低电流的di/dt，这使得系统更加安全并且能够利用具有较低额定电流的硬件(例如，熔断器)进行操作。缓慢变化率还可以增强系统的稳定性，并实现电压信号传输技术的使用，否则在系统电压随机变化的系统上将难以实现电压信号传输技术的使用。

配电的可靠性对于电网操作者来说是优先事项。快速地检测、隔离配电系统中的故障并从故障中恢复的能力对于系统的可靠性至关重要。分布式资源的激增给系统操作带来了额外的约束，必须解决这些约束以维护和提高配电系统的可靠性。配电系统使用熔断器和保护继电器以在故障情况下隔离系统的不同部分。当熔断器因过电流而烧断时，必须派遣服务人员到现场更换熔断器，并为受断电影响的人员恢复电力服务。

可以安装和协调基于测量电流并在故障情况下断开连接的更先进的电子保护设备以比熔断器更早地进行响应并且允许在故障之后容易地恢复电力。这些电子保护设备可以包括故障距离估计、小波变换和差分电流。由于成本高昂，先进的方法主要用于较大的馈线，而熔断器则是用以保护较小的横向和架空线路(service drop)的优选方法。保护设备被定位为使受故障影响的客户的数量最小化。此外，在某些情况下，提供了冗余的配电路径，以便快速恢复电力同时使受故障影响的客户的数量最小化。

传统的故障检测方案包括一种平衡策略，该平衡策略允许系统通过电压变化对供电和负载性能之间的不完美匹配做出快速反应，该电压变化指示电压不平衡，并因此指示电流不平衡。传统系统必须容忍各种操作电流，从而使得即使在故障条件下，系统仍需要花费时间才能确定电流异常并构成故障。这些传统系统依靠大量的能量流向故障以启动保护措施，从而极有可能造成损坏和安全隐患。换句话说，常规的过电流保护由远高于线电流额定值的电流激活，而与负载在任何时刻所要求的电流无关。这是因为系统无法预测突然的负载变化并将其与故障电流区分开。