[發明專利]一種漂浮式海上測風移動平臺風光儲直流電力系統接地故障保護方法

有效

• 申請號: 201910840244.3
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110474308B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李振宇;王國玲;楊宇生;許順孝;楊榮峰
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H7/28;G01P1/00
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 黃英華

一種漂浮式海上測風移動平臺風光儲直流電力系統接地故障保護方法，該方法應用于由單元1、單元2……單元n構成的直流電力系統；各單元之間通過母線相連構成環狀直流電力系統；直流電力系統的母線兩端布置電流傳感器；電流傳感器采集電流信號經信號調理模塊輸入到DSP的AD采集通道對應的端子，計算母線兩端的電流增量和單元直流出口側的電流增量，并與整定值進行比較，然后進行邏輯運算；根據邏輯運算結果，決定是否啟動故障判別，判斷母線是否發生接地故障，然后判斷單元直流側是否發生接地故障，確定發生接地故障的位置；DSP輸出控制信號給光耦隔離驅動，驅動直流電力系統中的斷路器隔離故障。該方法能準確確定故障發生的位置、快速隔離接地故障。

技術領域

本發明涉及船舶與海洋工程領域與新能源應用領域，具體涉及一種漂浮式海上測風移動平臺風光儲直流電力系統接地故障保護方法。

背景技術

可再生能源對人類永續發展意義非凡，而世界范圍發展最快的可再生能源非風能莫屬。針對于遠海風場的建設需求，通過對目標海域的風、浪、流進行實時測量采集傳輸，實現海上風電場建設初期對風能資源富集程度與分布狀況進行風能評估，對風電場的優化布局與風機的優化設計具有重要的工程研發意義。

目前海上風場建設初期一般采用風塔式測風平臺，隨著海上風電從淺海向深海發展，漂浮式海上測風移動平臺，由于其安裝高度要求低、平臺測量設備安裝方式相對靈活，已得到廣泛使用。然而，對于所設計的遠海測風平臺，除測風裝置本身外，還包括流速流向測量裝置與波流觀測裝置兩種測量儀器，以及衛星通信裝置、本地控制中心等監控設備，這些即構成了測量平臺的用電負荷，而對這些用電負荷的高可靠性供電問題即成為首要解決的技術問題。遠海平臺距陸地較遠，利用海洋能資源，就地取能、海能海用，是其電能獲取的最佳方式。由于單一海洋能發電量有限且間歇性強，故采用海洋多能源聯合供電技術即成為海上平臺獨立供電的最佳選擇。與交流電力系統相比，直流電力系統由于結構簡單、無無功與相位問題，更適用于海上平臺這種要求功率密度高、擴展靈活的應用場合。因此，漂浮式海上測風移動平臺常采用風光儲直流電力系統結構。

由于漂浮式海上測風移動平臺工作環境復雜惡劣，其中高溫、高鹽霧、多雨霧、霉菌以及強腐蝕等海洋特有的自然環境因素會侵蝕漂浮式海上測風移動平臺供電系統的整套設備，導致接地故障頻繁發生，其中母線接地故障最為嚴重，可導致漂浮式海上測風移動平臺供電系統迅速崩潰，除此之外，任何新能源單元、儲能單元和負載單元的直流側發生的短路故障都有可能導致整個直流母線電壓的跌落，從而造成負載供電短暫中斷甚至造成母線崩潰。因此，快速故障檢測與隔離是漂浮式海上測風移動平臺風光儲直流電力系統迫切需要解決的關鍵技術問題。

針對直流電力系統的保護技術尚處于理論研究階段，傳統的保護方案在直流系統中應用時都存在一定的問題，其中如過電流保護、電流斜率保護、差動保護等。過流保護是直流電力系統常用的一種保護方式，而對于具有雙向功率流動的遠海平臺多源系統卻難以實現過流保護的選擇性；電流斜率保護是通過檢測故障電流的斜率來判斷是否發生故障，但這種檢測方法基于微分計算，其檢測精度易受到采樣誤差以及電流動態響應的影響，從而降低系統可靠性；差動保護通過實時檢測流入保護區域和流出保護區域電流的和來判斷區域內是否發生短路故障，檢測精度高、選擇性強，但在故障電流高速率變化時受數據同步的影響較大。與一般直流供電系統相比，漂浮式海上測風移動平臺的供電系統是無人值守，必須有更高地可靠性，保護方法需能精確定位故障位置并隔離，保證故障線路恢復之前，非故障電路能正常工作一段時間；由于多能源供電系統中線路的阻抗很小，導致系統故障電流的上升速率極快，如果按正常電壓±10％的波動范圍，保護方法需在額定電壓下降10％之前，隔離故障電路，系統對故障隔離速度要求極高；漂浮式海上測風移動平臺電力系統容量有限，故障電流相對較小，目前一些保護方法不易適用；除此之外，漂浮式海上測風移動平臺面積不大，線路較短，多個監測點數據的采集與綜合處理，可不借助通訊實現，易于新保護方法的實現。