首先對直流配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域單元?jiǎng)澐帧Ｍ負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)區(qū)域單元，此節(jié)點(diǎn)稱為區(qū)域單元的中心節(jié)點(diǎn)，與其相鄰的節(jié)點(diǎn)為邊界節(jié)點(diǎn)，區(qū)域單元作為獨(dú)立的故障預(yù)判區(qū)。

直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示，可分為（1）～（16）共16個(gè)區(qū)域單元。

圖1 直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

• 區(qū)域單元（1）：節(jié)點(diǎn)1為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、16為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（2）：節(jié)點(diǎn)2為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1、4、16為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（3）：節(jié)點(diǎn)3為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4、5為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（4）：節(jié)點(diǎn)4為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、3、5為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（5）：節(jié)點(diǎn)5為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3、4、6、7為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（6）：節(jié)點(diǎn)6為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)5、7為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（7）：節(jié)點(diǎn)7為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)5、6、8為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（8）：節(jié)點(diǎn)8為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)7、9、10為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（9）：節(jié)點(diǎn)9為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)8、10為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（10）：節(jié)點(diǎn)10為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)8、9、12為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（11）：節(jié)點(diǎn)11為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)12、13為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（12）：節(jié)點(diǎn)12為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)10、11、13為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（13）：節(jié)點(diǎn)13為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)11、12、14、15為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（14）：節(jié)點(diǎn)14為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)13、15為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（15）：節(jié)點(diǎn)15為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)13、14、16為邊界節(jié)點(diǎn)。
• 區(qū)域單元（16）：節(jié)點(diǎn)16為中心節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1、2、15為邊界節(jié)點(diǎn)。

每個(gè)區(qū)域單元作為獨(dú)立的故障預(yù)判區(qū)，需確立組成此區(qū)域單元的節(jié)點(diǎn)故障電流的參考方向。由于中心節(jié)點(diǎn)本身位于區(qū)域內(nèi)，不考慮電流方向；對于邊界節(jié)點(diǎn)，在中心節(jié)點(diǎn)里，統(tǒng)一規(guī)定邊界節(jié)點(diǎn)電流流入?yún)^(qū)域單元內(nèi)的方向?yàn)檎较颍鞒鰹榉捶较颉?/p>

以圖1為例，對于區(qū)域單元（5），中心節(jié)點(diǎn)5不考慮電流方向，邊界節(jié)點(diǎn)3、4、6、7電流參考方向如圖中箭頭所示；對于區(qū)域單元（6），中心節(jié)點(diǎn)6不考慮電流方向，邊界節(jié)點(diǎn)5、7電流參考方向如圖中箭頭所示；對于區(qū)域單元（7），中心節(jié)點(diǎn)7不考慮電流方向，邊界節(jié)點(diǎn)5、6、8電流參考方向如圖中箭頭所示。

1.3 故障定位

以中心節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)組成的區(qū)域單元，按照1.2節(jié)中定義的邊界節(jié)點(diǎn)參考方向，在中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對邊界節(jié)點(diǎn)類型的劃分。

若邊界節(jié)點(diǎn)實(shí)際故障電流方向與參考方向相同，則此邊界節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)的流入邊界節(jié)點(diǎn)；若邊界節(jié)點(diǎn)實(shí)際故障電流方向與參考方向相反，則此邊界節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)的流出邊界節(jié)點(diǎn)；若邊界節(jié)點(diǎn)無故障電流流過，則此邊界節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)的無流邊界節(jié)點(diǎn)。

邊界節(jié)點(diǎn)的劃分是在故障發(fā)生時(shí)，即中心節(jié)點(diǎn)過電流或收到邊界節(jié)點(diǎn)過電流信號，此時(shí)中心節(jié)點(diǎn)的分布式區(qū)域保護(hù)啟動，依據(jù)此故障情況下各邊界節(jié)點(diǎn)的實(shí)際故障電流方向與參考方向的比較，實(shí)時(shí)動態(tài)劃分邊界節(jié)點(diǎn)類型，從而實(shí)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)對此故障的邏輯判斷。

依據(jù)故障電流流向總是從非故障區(qū)流向故障區(qū)域的原則可知，只要某一區(qū)域單元存在流出邊界節(jié)點(diǎn)，那么此區(qū)域單元內(nèi)的中心節(jié)點(diǎn)就是非故障節(jié)點(diǎn)。

以多端柔性直流配電網(wǎng)系統(tǒng)中的每個(gè)區(qū)域單元作為一個(gè)故障預(yù)判區(qū)域，由中心節(jié)點(diǎn)來判斷中心節(jié)點(diǎn)是否處在故障區(qū)域。中心節(jié)點(diǎn)判斷邏輯如下：

1）區(qū)域單元存在流出邊界節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)為非故障節(jié)點(diǎn)。

2）區(qū)域單元不存在流出邊界節(jié)點(diǎn)，如果中心節(jié)點(diǎn)過電流或存在流入邊界節(jié)點(diǎn)，則可判斷中心節(jié)點(diǎn)為故障節(jié)點(diǎn)，否則中心節(jié)點(diǎn)為非故障節(jié)點(diǎn)。

3）區(qū)域單元內(nèi)中心節(jié)點(diǎn)與某邊界節(jié)點(diǎn)通信異常，且無法通過區(qū)域內(nèi)其他通信正常的邊界節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確判定時(shí)，只要中心節(jié)點(diǎn)過電流，就直接把中心節(jié)點(diǎn)定位為故障節(jié)點(diǎn)。

以圖1為例說明分布式區(qū)域保護(hù)故障定位實(shí)現(xiàn)原理。若故障點(diǎn)發(fā)生在節(jié)點(diǎn)5、6、7之間，此時(shí)直流配電網(wǎng)中能檢測到故障電流的節(jié)點(diǎn)都會啟動各自區(qū)域單元的分布式區(qū)域保護(hù)（以此節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)的區(qū)域單元或以此節(jié)點(diǎn)作為邊界節(jié)點(diǎn)的區(qū)域單元）。

區(qū)域單元（5）：中心節(jié)點(diǎn)5過電流，邊界節(jié)點(diǎn)3、4、6、7實(shí)際故障電流方向與參考方向相同，都是中心節(jié)點(diǎn)5的流入邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)5為故障節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域單元（6）：中心節(jié)點(diǎn)6過電流，邊界節(jié)點(diǎn)5、7實(shí)際故障電流方向與參考方向相同，都是中心節(jié)點(diǎn)6的流入邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)6為故障節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域單元（7）：中心節(jié)點(diǎn)7過電流，邊界節(jié)點(diǎn)5、6、8實(shí)際故障電流方向與參考方向相同，都是中心節(jié)點(diǎn)7的流入邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)7為故障節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域單元（3）：中心節(jié)點(diǎn)3過電流，邊界節(jié)點(diǎn)4是中心節(jié)點(diǎn)3的流入邊界節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)5是中心節(jié)點(diǎn)3的流出邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為非故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)3為非故障節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域單元（4）：中心節(jié)點(diǎn)4過電流，邊界節(jié)點(diǎn)2、3是中心節(jié)點(diǎn)3的流入邊界節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)5是中心節(jié)點(diǎn)4的流出邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為非故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)4為非故障節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域單元（8）：中心節(jié)點(diǎn)8過電流，邊界節(jié)點(diǎn)7是中心節(jié)點(diǎn)8的流出邊界節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)9、10是中心節(jié)點(diǎn)8的流入邊界節(jié)點(diǎn)，此區(qū)域單元為非故障區(qū)，中心節(jié)點(diǎn)8為非故障節(jié)點(diǎn)。

依次類推，可知作為其他區(qū)域單元中心節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)都為非故障節(jié)點(diǎn)。

1.4 故障隔離

當(dāng)確立了區(qū)域單元的中心節(jié)點(diǎn)為故障節(jié)點(diǎn)后，中心節(jié)點(diǎn)處的直流終端只負(fù)責(zé)切除中心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本節(jié)點(diǎn)對故障區(qū)的隔離。

在1.3節(jié)中，以節(jié)點(diǎn)5、6、7為中心節(jié)點(diǎn)的區(qū)域單元（5）、（6）、（7）為故障區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對故障的準(zhǔn)確定位，即節(jié)點(diǎn)5、6、7在故障區(qū)域內(nèi)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)5、6、7根據(jù)自身的故障判斷，完成各自出口跳閘，實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的完全隔離。

由于區(qū)域單元的劃分是基于實(shí)際直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，當(dāng)直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定后，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)關(guān)系也就唯一確定，運(yùn)行方式改變（開環(huán)、閉環(huán)、孤島、并網(wǎng)等）帶來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓粫绊懘斯?jié)點(diǎn)關(guān)系；直流配電網(wǎng)新增分支節(jié)點(diǎn)時(shí)，也只影響與之相鄰的節(jié)點(diǎn)，可通過修改相鄰節(jié)點(diǎn)的GOOSE配置文件來適應(yīng)。

由于GOOSE通信的實(shí)時(shí)性，故障定位可在幾十毫秒內(nèi)完成，極大地提高了保護(hù)的快速性。此故障定位判據(jù)簡單可靠、無需復(fù)雜的矩陣乘法運(yùn)算、計(jì)算量小、定位快速準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、不受運(yùn)行方式及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闹萍s，所受約束條件少，易于實(shí)現(xiàn)。

2 分布式區(qū)域保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

直流配電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，在換流器的橋臂和換流閥中會產(chǎn)生很大的過電流。為了保護(hù)直流設(shè)備，換流閥閉鎖時(shí)間整定得越短越好。但是，換流閥閉鎖后保護(hù)故障定位所需的電壓、電流等電氣量會迅速下降，可能導(dǎo)致故障定位未能及時(shí)完成。因此，想要完成線路故障的準(zhǔn)確定位，需要考慮上述兩方面因素來配置換流閥的閉鎖時(shí)間，使之既能滿足故障定位所需時(shí)間，又不損壞直流設(shè)備。

目前在直流配電系統(tǒng)示范工程中多采用增加限流設(shè)備的方式以維持故障存在時(shí)間達(dá)到幾十毫秒，同時(shí)把故障電流維持在2倍的額定電流以下，來配合直流保護(hù)的故障識別定位及切除。基于GOOSE等通信方式的直流配電網(wǎng)分布式區(qū)域保護(hù)方法是基于含限流設(shè)備的多端柔性直流配電系統(tǒng)。

以圖1中區(qū)域單元（5）為例，來說明分布式區(qū)域保護(hù)在節(jié)點(diǎn)5直流配電終端的實(shí)現(xiàn)方案。

3）節(jié)點(diǎn)5通過GOOSE對等通信方式，實(shí)時(shí)接收其邊界節(jié)點(diǎn)3、4、6、7的方向過電流信號和開關(guān)狀態(tài)。

4）節(jié)點(diǎn)5根據(jù)GOOSE通信實(shí)時(shí)傳輸來的各個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)處開關(guān)是否處于合位狀態(tài)來確定區(qū)域單元邊界，區(qū)域單元一旦確定，無論有無某邊界節(jié)點(diǎn)通信異常狀態(tài)，只要存在通信正常的流出邊界節(jié)點(diǎn)，就可判斷出本節(jié)點(diǎn)（區(qū)域單元的中心節(jié)點(diǎn)，在此指節(jié)點(diǎn)5）處于非故障區(qū)，具體判斷邏輯如圖2所示。若判斷出節(jié)點(diǎn)5為故障節(jié)點(diǎn)，則本節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)跳開節(jié)點(diǎn)5處安裝的開關(guān)，其邊界節(jié)點(diǎn)的故障判斷由其本身作為中心節(jié)點(diǎn)的分布式區(qū)域保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。

圖2 判斷邏輯

3 仿真試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/strong>