万晓飞 盖淑琴
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摘要：随着换流元件的日渐成熟、直流负荷的日益增多以及分布式电源的快速发展，直流配电技术凭借优良的配电性能吸引了国内外专家学者对其进行广泛研究。本文从目前存在的地铁、舰船等直流配电实际工程和理论研究阶段的直流配电系统入手，详细分析直流配电领域保护的研究现状，提出目前直流配电系统保护面临的关键问题，并展望今后直流配电系统保护的发展方向。
关键词：直流；配电系统；保护技术
从现状来看，直流配电系统正在受到更多的关注，这是由于此种类型的配电系统在根本上符合了生态住宅的宗旨与目标，因此构成了全新的配电技术。在新时期的配电系统中，继电保护应当属于核心性与关键性的技术。然而截至目前，与继电保护有关的各项技术措施仍处在探究中。受到城市化的影响，现阶段各地都在致力于构建智能电网，因此也体现了直流配电系统的价值所在。通过运用综合性的手段与措施来配置保护方案，有助于提升配电系统的整体性能，在此前提下改进了系统保护涉及到的各项关键技术。
1 现阶段的研究与分析状况
1.1 选择合适的接地方式
配电系统如果要实现自身的顺利运行，关键在于优化接地保护。因此可见，故障电流与接地保护之间具备直接性的联系，与之相应的保护方案也体现为多样化的特征。在遇到故障时，瞬时状态下的接触电压与接地电压都会变得相对很高，甚至超出了最大限度内的允许值。除此以外，故障如果发生在
交流侧的特定位置上，那么很有可能威胁到整个系统的正常运转，同时也将破坏换流器。为了改进现状，应当将其改造为自动式的导体接地，以便于消除潜在的安全隐患。在必要的时候，还可以把隔离变压器安装在负载网络或者直流系统的中间位置上。
1.2 运用直流断路器
在配电保护中，直流断路器应当构成其中的关键性装置，这是由于直流断路器是否能够保持正常运行直接关系着整个系统的效能。然而相比来看，直流电流本身并不涉及到过零点，因此也产生了相对较大的灭弧难度。受到上述状况的影响，直流断路器迄今为止仍然很难推广运用。如果选择了直流配电的低压断路器，那么强迫灭弧将会烧毁断路器及其内部元件，上述措施带有较强的风险性。因此可见，现阶段亟待研发混合式的新型断路器，针对其中涉及到的快速动作、机械开关特性以及其他要素都应当予以全方位的控制。
1.3 对于电力系统进行限流处理
直流配电系统本身包含了变换电路及其他关键性的电路，因此经常呈现较小的过载能力。在某个时间段，系统如果流经过高的故障电路，那么将会损害整个系统。因此可见，限流处理应当与直流配电系统结合在一起，针对故障电流予以实时性的限制。截至目前，技术人员可以把实体装置安装在特定的系统位置上，或者运用控制器来实现变换电路的全面控制。对于限流措施应当控制于适当的限度，避免系统配置的复杂化。
2 直流配电系统保护面临的关键问题
纵观直流配电保护的研究现状，目前直流配电系统保护尚处于探索、研发阶段，亟需解决以下四大问题。
1）直流配电系统接地方式的确立。
直流配电系统接地方式对保护具有重大影响，直接关系到接地故障时故障电流大小，从而影响配电保护的方案配置。发生故障时接地系统产生很高的接地电压和接触电压，将超过允许值；另一方面，不接地系统交流侧发生故障时会导致换流器交流侧出现很高的过电压，影响人身安全，并对换流器造成破坏。常规方法是正常情况下系统不接地，电位处于悬浮状态；一旦发生故障，影响到设备绝缘时，通过自动装置将中性线导体接地，以抑制不安全电压。文献也指出在接地条件良好且直流系统和负载网络之间存在隔离变压器时，可以将系统接地。
2）直流断路器的应用。
作为直流配电保护系统的动作对象，直流断路器是直流配电系统安全运行的关键设备，直接影响直流配电的发展。直流电流不存在自然过零点，所以灭弧甚为困难，给直流断路器的研发带来巨大挑战。目前国内外用于低压直流配电的断路器大多基于强迫灭弧，故障电流可高达数万安培，可能导致直流断路器烧毁。近年来兴起的固态断路器，也存在分断容量偏小、过负载能力差等问题。有效结合机械开关的静态特性和固态断路器的快速动作特性的混合型断路器，具有优异的综合性能，是目前国际上直流断路器研究的一个新方向。虽然目前很多直流配电工程基于交流断路器与换流器、交流断路器与隔离开关的配合实现保护功能，但这将是直流配电保护发展过程中的过渡阶段。随着直流断路器技术的日渐成熟，直流配电系统中使用直流断路器是发展趋势，并将极大地促进直流配电系统的发展，更加凸显直流配电的优势。
3）分布式电源的接入。
近年来，以可再生能源为主的分布式发电技术凭借投资节省、发电方式灵活、与环境兼容等优势得到快速发展。目前分布式电源接入交流系统对保护的影响和相应对策得到了国内外科研人员的广泛关注，取得了一定的进展；但分布式电源接入直流配电系统对保护的影响则鲜有研究。考虑分布式电源和储能装置的接入，配电系统由单端电源系统变成多端电源系统，系统控制方式和拓扑结构多变，原有无方向的保护会发生误动等现象。因此，对直流配电系统进行保护配置时必须考虑分布式电源接入的影响；这在一定程度上使保护技术复杂化，束缚了直流配电技术的发展，亟待深入研究。
4）电力电子装置的限流。
直流配电系统由众多变换电路构成，电力电子元件过载能力小，如IGBT 的过流倍数仅为额定电流的2 倍左右；同时保护设备的极限通断能力有限[53]，因此在直流配电系统中必须限制故障电流。
3 结语
进入新时期后，智能电网的建设规模正在获得扩大，与之相应的分布式电源也受到了更多的关注。在直流负荷的供电模式下，换流元件的类型正在变得多样化。与传统模式相比来看，直流配电技术体现为独特的技术优势，这是由于此类技术具备更好的配电性能。从现状来看，与直流配电系统密切相关的典型技术正在获得全方位的改进，对此开展深入探究有助于提升系统供电的实效性，确保其符合新形势下的系统节能目标。
参考文献：
[1]吴鸣,刘海涛,陈文波,苏剑,季宇,孙丽敬,王丽.中低压直流配电系统的主动保护研究[J].中国电机工程学报,2016,36(04):891-899.
[2]李佳曼,蔡泽祥,李晓华,赵建宁,周全,王海军,张胜慧,吕金壮.直流系统保护对交流故障的响应机理与交流故障引发的直流系统保护误动分析[J].电网技术,2015,39(04):953-960.