直流(DC)配電系統(tǒng)被用于諸如例如航空器功率供給系統(tǒng)、電動船、可再生能量收集網(wǎng)格、微電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心功率供給系統(tǒng)和其他應用等的各種應用。DC配電系統(tǒng)往往被利用以提高系統(tǒng)效率和/或提供與所使用的物理設(shè)備相關(guān)聯(lián)的空間和重量節(jié)省。

背景技術(shù)：

對于DC配電系統(tǒng)，歸因于小的電路阻抗和限制轉(zhuǎn)換器的功能的故障電流的影響，獲得快速且可靠的故障檢測和位置確定往往是非常具有挑戰(zhàn)性的。差動保護、電流方向、阻抗保護、瞬態(tài)能量和/或過流的方法可以在各種實施例中用于DC配電系統(tǒng)中的短路保護。然而，這些方法中的每一個都具有相應的應用特征和功能限制。例如，差動保護和阻抗保護的方法可以適合于DC配電系統(tǒng)但可能不能獲得速度和性能要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個方面，一種用于檢測直流(DC)配電系統(tǒng)中的故障位置的母線保護單元可以包括：至少一個傳感器，以產(chǎn)生指示由母線保護單元監(jiān)測的DC電氣母線的一個或多個特性的傳感器數(shù)據(jù)；故障檢測模塊，以監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)、基于產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)來確定故障是否已發(fā)生和響應于確定故障已發(fā)生來確定故障是否發(fā)生在由DC電氣母線限定的母線區(qū)內(nèi)；故障隔離模塊，以響應于確定故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)或來自另一母線保護單元的指示故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)的通信而使母線區(qū)內(nèi)的隔離裝置跳閘；和通信模塊，以響應于確定故障已發(fā)生而將故障指示信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元。

在一些實施例中，監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)可以包括監(jiān)測DC電氣母線的母線電壓和/或DC電氣母線的電流。確定故障是否發(fā)生可以包括將故障檢測算法應用于產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)。隔離裝置可以包括電氣開關(guān)。在一些實施例中，通信模塊進一步將故障指示信號發(fā)送至被通信聯(lián)接至母線保護單元的各其他的母線保護單元。將故障指示信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元可以包括將將數(shù)字信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元。

在一些實施例中，母線保護單元可以進一步包括故障定時器模塊，以響應于將故障指示信號發(fā)送至相鄰母線保護單元而建立跳閘定時器和響應于確定跳閘定時器已超過預定閾值而使隔離裝置跳閘。母線保護單元可以包括監(jiān)測被電聯(lián)接至主母線和負載節(jié)點的DC配電母線的配電母線保護單元。配電母線保護單元可以被通信聯(lián)接至監(jiān)測主母線的主母線保護單元和監(jiān)測負載節(jié)點的負載節(jié)點保護單元。在一些實施例中，母線保護單元可以包括監(jiān)測被電聯(lián)接至配電母線的DC負載節(jié)點的負載節(jié)點保護單元。母線保護單元可以包括監(jiān)測被電聯(lián)接至公共事業(yè)功率系統(tǒng)和配電母線的DC主母線的主母線的主母線保護單元。在一些實施例中，主母線保護單元可以包括微控制器。

根據(jù)另一方面，一種用于檢測直流(DC)電配電系統(tǒng)中的故障的位置的方法可以包括：通過母線保護單元監(jiān)測由母線保護單元的至少一個傳感器產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)；通過母線保護單元基于產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)來確定故障是否已發(fā)生并響應于確定故障已發(fā)生來確定故障是否發(fā)生在由DC電氣母線限定的母線區(qū)內(nèi)；通過母線保護單元響應于確定故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)或接收到來自另一母線保護單元的指示故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)的通信而使母線區(qū)內(nèi)的隔離裝置跳閘；和通過母線保護單元響應于確定故障已發(fā)生而將母線故障指示信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元。傳感器數(shù)據(jù)可以指示由母線保護單元監(jiān)測的DC電氣母線的一個或多個特性。

在一些實施例中，檢測傳感器數(shù)據(jù)可以包括監(jiān)測DC電氣母線的母線電壓或電流中的至少一個。方法可以進一步包括通過母線保護單元將故障指示信號發(fā)送至被通信聯(lián)接至母線保護單元的各其他的母線保護單元。在一些實施例中，方法包括：通過母線保護單元響應于將故障指示信號發(fā)送至相鄰母線保護單元而建立跳閘定時器；和通過母線保護單元響應于確定跳閘定時器已超過預定閾值而使隔離裝置跳閘。

根據(jù)又另一方面，一個或多個機器可讀存儲介質(zhì)，包括存儲于其上的多個指令，指令響應于通過母線保護單元的執(zhí)行而引起母線保護單元：監(jiān)測由母線保護單元的至少一個傳感器產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)；基于產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)來確定故障是否已發(fā)生；響應于確定故障已發(fā)生來確定故障是否發(fā)生在由DC電氣母線限定的母線區(qū)內(nèi)；響應于確定故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)或來自另一母線保護單元的指示故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)的通信而使母線區(qū)內(nèi)的隔離裝置跳閘；和響應于確定故障已發(fā)生而將母線故障指示信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元。傳感器數(shù)據(jù)可以指示由母線保護單元監(jiān)測的DC電氣母線的一個或多個特性。

在一些實施例中，監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)可以包括監(jiān)測DC電氣母線的母線電壓或電流中的至少一個。將故障指示信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元可以包括將數(shù)字信號發(fā)送至相鄰的母線保護單元。

附圖說明

這里所描述的概念通過示例的方式但不是限制的方式被圖示在附圖中。為了圖示的簡單和清楚，圖中圖示出的元件并不一定按比例繪制。在認為適當時，附圖標記在圖之中重復以指示相應或類似的元件。

圖1是用于區(qū)域故障保護的DC配電系統(tǒng)的至少一個實施例的簡化框圖；

圖2是圖1的DC配電系統(tǒng)的至少一個實施例的簡化框圖；

圖3是圖1的DC配電系統(tǒng)的至少一個其他實施例的簡化框圖；

圖4是圖2至圖3的母線保護單元的至少一個實施例的簡化框圖；

圖5是圖4的母線保護單元的環(huán)境的至少一個實施例的簡化框圖；

圖6至圖7是用于檢測DC配電系統(tǒng)中的故障位置的方法的至少一個實施例的簡化流程圖；和

圖8是用于在沒有通信的情況下檢測DC配電系統(tǒng)中的故障位置的至少一個實施例的簡化流程圖。

具體實施方式

雖然本公開的概念可采用各種修改和可替代的形式，但已通過示例的方式在附圖中示出了并且將在下面詳細地描述其具體實施例。然而，應該理解的是，沒有將本公開的概念限制成所公開的特定形式的意圖，而是相反，意在覆蓋與本公開和隨附權(quán)利要求一致的所有修改、等效物和替代方案。

說明書中對“一個實施例”、“實施例”、“說明性實施例”等的提及指示所描述的實施例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但每一個實施例都可能包括或者可能不一定包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，這樣的短語不一定是指相同實施例。此外，當特定特征、結(jié)構(gòu)或特性與實施例有關(guān)地描述時，提出了它在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識內(nèi)影響與其他實施例有關(guān)的這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性而不管是否明確地描述。另外，應該領(lǐng)會的是，在呈“至少一個A、B和C”形式的列表中所包括的項目可以意味著(A)；(B)；(C)：(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。類似地，呈“A、B或C中的至少一個”形式列出的項目可以意味著(A)；(B)；(C)：(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。

所公開的實施例可以在一些情況中在硬件、固件、軟件或其任何組合中實施。所公開的實施例也可以實施為由可通過一個或多個處理器讀取并執(zhí)行的一個或多個瞬時性或非瞬時性機器可讀(例如，計算機可讀)存儲介質(zhì)攜帶的或存儲于其上的指令。機器可讀存儲介質(zhì)可以被體現(xiàn)為用于存儲或傳輸呈可由機器(例如，易失性或非易失性存儲器、介質(zhì)盤或其他介質(zhì)裝置)讀取的形式的信息的任何存儲裝置、機構(gòu)或其他物理結(jié)構(gòu)。

在附圖中，一些結(jié)構(gòu)或方法特征可能以具體布置和/或排序示出。然而，應該領(lǐng)會的是，這樣的具體布置和/或排序可以不是要求的。而是，在一些實施例中，這樣的特征可以以除說明性附圖中所示出的以外的不同方式和/或順序來布置。另外，在特定附圖中的結(jié)構(gòu)或方法特征的包括不意味著暗示這樣的特征是所有實施例中要求的，并且在一些實施例中可以不包括或者可以與其他特征組合。

如下面詳細描述的，DC功率憑借各種等級或?qū)拥哪妇€(例如，主母線、配電母線和負載節(jié)點)被配電至DC配電系統(tǒng)的各種負載。在一些實施例中，母線中的每一個可以包括單獨的母線保護單元(例如見圖2至圖3)，其被配置成分析與該母線相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)(例如，母線電壓和電路電流值)以確定故障條件是否已發(fā)生。如果特定母線保護單元確定故障發(fā)生在由相應母線限定的母線區(qū)內(nèi)，則母線保護單元可以使相關(guān)聯(lián)的隔離裝置跳閘(trip)以隔離故障；然而，如果母線保護單元確定故障發(fā)生在母線區(qū)的外側(cè)，則母線保護單元可以將故障指示信號(例如，DC信號)發(fā)送至相鄰的母線保護單元(例如，上游和/或下游)。在說明性實施例中，利用相鄰母線保護單元之間的這樣的對等網(wǎng)絡(luò)通信，在DC電氣母線之間的配電電路上的故障可以由相應的母線保護單元來檢測。

現(xiàn)在參見圖1，示出了利用區(qū)域故障保護的DC配電系統(tǒng)100。說明性DC配電系統(tǒng)100包括一個或多個功率源102、一個或多個主母線104、一個或多個配電母線106、一個或多個負載節(jié)點108、一個或多個負載110、一個或多個主母線保護單元(MBPU)208、一個或多個配電母線保護單元(DBPU)210和一個或多個負載節(jié)點保護單元(LBPU)212。應該領(lǐng)會的是，DC配電系統(tǒng)100可以用多個功率配電等級構(gòu)成。例如，說明性DC配電系統(tǒng)100包括主母線等級、第一配電母線等級、第二配電母線等級和電聯(lián)接在功率源102與負載110之間的負載節(jié)點等級。

功率源102中的每一個可以被體現(xiàn)為被配置成生成用于DC配電系統(tǒng)100的功率的任何裝置、組成部件或其集合。應該領(lǐng)會的是，功率源102中的每一個可以被配置成取決于特定實施例而生成交流(AC)功率或直流(DC)功率。例如，功率源102可以包括公用事業(yè)電網(wǎng)、本地功率發(fā)生器(例如，光伏電池)和/或其他功率源。在生成AC功率的實施例中，DC配電系統(tǒng)100可以包括功率轉(zhuǎn)換器(例如，整流器)和/或功率調(diào)制裝置以將AC功率轉(zhuǎn)換成適當?shù)腄C功率。類似地，DC配電系統(tǒng)100可以包括DC-DC轉(zhuǎn)換器(例如，升壓/降壓轉(zhuǎn)換器)以接口具有不同電壓等級的兩個DC配電子系統(tǒng)(例如，以將DC電壓轉(zhuǎn)換成共用DC電壓)。在一些實施例中，這樣的轉(zhuǎn)換器中的一個或多個可以形成相應的功率源102的一部分。

主母線104、配電母線106和/或負載節(jié)點108中的每一個可以被體現(xiàn)為能夠執(zhí)行這里所描述的功能的任何合適的功率配電母線。在說明性實施例中，主母線104中的每一個被電聯(lián)接至功率源102中的一個或多個，并且負載節(jié)點108中的每一個被電聯(lián)接至負載110中的一個或多個。此外，主母線104中的每一個被電聯(lián)接至配電母線106中的一個或多個，并且配電母線106中的每一個被電聯(lián)接至負載節(jié)點108中的一個或多個。將進一步領(lǐng)會的是，主母線104與配電母線106之間的電路建立了初級功率配電電路(圖1至圖3為了清楚未標出)，并且配電母線106與負載節(jié)點108之間的電路建立了次級功率配電電路(圖1至圖3為了清楚未標出)。負載110(為了附圖的清楚其中的一些僅在圖2至圖3中用“L”標識出而沒有相應的附圖標記110)中的每一個可以被體現(xiàn)為能夠接收來自DC配電系統(tǒng)100或者更特別地來自負載節(jié)點108中的一個或多個的功率的任何裝置、組成部件或其組合。當然，在一些實施例中，DC配電系統(tǒng)100可以在負載節(jié)點108與AC負載110之間包括DC-AC轉(zhuǎn)換器，使得DC配電系統(tǒng)100也可以被用于向AC負載110供電。

如圖1中所示，DC配電系統(tǒng)100在DC配電系統(tǒng)100的各等級之間包括隔離裝置112(為了附圖的清楚其中的一些僅在圖1至圖3中用電氣開關(guān)符號標識出而沒有相應的附圖標記112)。例如，初級功率配電電路和次級功率配電電路包括隔離裝置112。隔離裝置112中的每一個可以被體現(xiàn)為能夠“斷開”電路(例如，引起開路)以使相應電路的兩個部分彼此隔離的任何裝置、組成部件或其組合。例如，在一些實施例中，隔離裝置112可以被體現(xiàn)為電氣開關(guān)或斷路器。此外，在一些實施例中，能量存儲、轉(zhuǎn)換器(例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器)和/或其他分布式資源(distributed resource)可以被電聯(lián)接至主母線104、配電母線106和/或負載節(jié)點108。

應該領(lǐng)會的是DC配電系統(tǒng)100可以包括任何數(shù)量(p)的功率源102、任何數(shù)量(m)的主母線104、任何數(shù)量(d)的配電母線106、任何數(shù)量(k)的負載節(jié)點108和任何數(shù)量(l)的負載110。此外，數(shù)量(p、m、d、k、l)中的每一個可以取決于特定實施例是相同的或不同的。例如，在實施例中，DC配電系統(tǒng)100可以包括一個功率源102、一個主母線104、兩個配電母線106、兩個負載節(jié)點108和十個負載110。母線104、106、106可以取決于特定實施例彼此分開各種距離(例如，少于十米、幾十米、幾百米、幾千米等)。此外，雖然負載110示出為被電聯(lián)接至負載節(jié)點108，但在一些實施例中，負載110中的一個或多個可以被直接電聯(lián)接至配電母線106和/或主母線104。如圖1中所示，母線104、106、108中的每一個可以包括母線保護單元，其分析與相應的母線相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)以確定故障是否已發(fā)生(例如見圖2至圖3)。例如，主母線保護單元208可以監(jiān)測主母線104、配電母線保護單元210可以監(jiān)測配電母線106并且負載節(jié)點保護單元212可以監(jiān)測負載節(jié)點108。母線保護單元處理母線區(qū)內(nèi)的故障和/或?qū)⒐收现甘拘盘柊l(fā)送至DC配電系統(tǒng)100的相鄰的母線保護單元(即，與上游或下游的鄰接母線相關(guān)聯(lián)的母線保護單元)。

現(xiàn)在參見圖2，示出了DC配電系統(tǒng)100的至少一個實施例(下文中稱作“DC配電系統(tǒng)200”)。如這里所描述的，快速且選擇性故障保護是對于DC配電系統(tǒng)來說的顯著挑戰(zhàn)。例如，當在DC配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，故障電流典型地由所有的源和分布式分流電容裝置做貢獻。因為故障電流一般對在緊湊型且網(wǎng)狀DC配電系統(tǒng)中的故障位置不敏感(例如，歸因于小的電路阻抗)，所以往往難以直接基于本地測量(例如，電壓和/或電流的)來選擇性地確定適當?shù)拈_關(guān)動作以隔離故障。電容與電感元件之間的快速能量交換和限制轉(zhuǎn)換器的功能的故障電流使得基于本地測量的故障隔離甚至更加具有挑戰(zhàn)性。例如，在DC配電系統(tǒng)中，往往難以基于本地測量來識別出主母線104與故障實際發(fā)生所在的特定負載110之間的電路的精確位置。

如圖2中所示，說明性DC配電系統(tǒng)200包括兩個主母線104(第二主母線104未明確示出)、兩個配電母線106、兩個負載節(jié)點108和多個負載110。當然，DC配電系統(tǒng)200可以在其他實施例中如上面所討論的包括附加或其他功率配電等級。在說明性實施例中，第一主母線104被電聯(lián)接至第一配電母線106和第二配電母線106。另外，第二主母線104被電聯(lián)接至第一和第二配電母線106中的每一個。類似地，說明性DC配電系統(tǒng)200的配電母線106中的每一個被電聯(lián)接至負載節(jié)點108中的每一個。將領(lǐng)會的是，DC配電系統(tǒng)200包括分散在從相應的母線104、106、108延伸的各電氣鏈路處的隔離裝置112。這樣，隔離裝置112位于初級和次級配電電路的兩端。

說明性DC配電系統(tǒng)200包括用作第一主母線104的功率源102的公用事業(yè)系統(tǒng)202和本地功率發(fā)生器204。第二主母線104可以取決于特定實施例被類似地供電或者由不同的功率源102供電。如示出的，DC配電系統(tǒng)200可以包括被聯(lián)接在公用事業(yè)系統(tǒng)202與第一主母線104之間的轉(zhuǎn)換器206(例如，整流器)，以將由公用事業(yè)系統(tǒng)202供給的AC功率轉(zhuǎn)換成被供給至第一主母線104的DC功率。當然，如果本地功率發(fā)生器204被配置成輸出AC功率，則DC配電系統(tǒng)200也可以利用轉(zhuǎn)換器206(例如，整流器)以相應地轉(zhuǎn)換AC功率。在其他實施例中，DC配電系統(tǒng)200可以包括DC-DC轉(zhuǎn)換器(例如，降壓或升壓轉(zhuǎn)換器)以便將由本地功率發(fā)生器204供給的DC功率轉(zhuǎn)換成待供給至主母線104的更加合適的/可用的DC功率信號。

如這里所示出和描述的，DC配電系統(tǒng)200包括用于母線104、106、108中的每一個的單獨的母線保護單元。特別地，DC配電系統(tǒng)200包括主母線保護單元(MBPU)208、第一和第二配電母線保護單元(DPBU)210及第一和第二負載節(jié)點保護單元(LBPU)212。母線保護單元208、210、212中的每一個包括本地傳感器和/或被聯(lián)接至相應的母線104、106、108的本地傳感器。于是，在一些實施例中，母線保護單元208、210、212可以獲得可被分析以確定故障是否已發(fā)生的母線電壓和電路電流值。此外，在一些實施例中，母線保護單元208、210、212被聯(lián)接至相應的隔離裝置112(例如，本地電路開關(guān))并且被配置成控制如圖2中所示的那些隔離裝置112(例如，通過“打開”和“關(guān)閉”隔離裝置112)的操作。

應該領(lǐng)會的是，母線保護單元208、210、212建立了用于DC配電系統(tǒng)200的區(qū)域故障保護。例如，各主母線保護單元208可以建立由相應的主母線104限定的主母線保護區(qū)、各配電母線保護單元210可以建立由相應的配電母線106限定的配電母線保護區(qū)，和/或各負載節(jié)點保護單元212可以建立由相應的負載節(jié)點108限定的負載節(jié)點保護區(qū)。此外，母線保護單元208、210、212可以在一些實施例中建立配電電路保護區(qū)。例如，初級配電電路區(qū)可以由相應的主母線保護單元208和相應的配電母線保護單元210保護。類似地，次級配電電路區(qū)可以由相應的配電母線保護單元210和相應的負載節(jié)點保護單元212保護。

在說明性實施例中，第一和第二配電母線保護單元210中的每一個如圖所示被通信地(例如經(jīng)由雙路通信)聯(lián)接至主母線保護單元208。將領(lǐng)會的是，配電保護單元210可以在這里被稱作主母線保護單元208的“鄰居”或者與主母線保護單元208“相鄰”并且反之亦然。這樣，如果母線保護單元中的兩者被配置成監(jiān)測共用母線或共用的一組隔離裝置112，和/或母線保護單元被配置成彼此通信，則母線保護單元被認為與另一母線保護單元“相鄰”。類似地，負載節(jié)點保護單元212被通信地聯(lián)接至第一分布母線保護單元210。在一些實施例中，負載節(jié)點保護單元212中的一個或多個可以另外地或可替代地被通信聯(lián)接至第二主母線保護單元208(例如，DC配電系統(tǒng)200包括第二主母線104的實施例，為了附圖清楚而未示出)。換言之，母線保護單元208、210和母線保護單元210、212可以如這里所描述的跨越相應通信鏈路彼此通信。這樣，故障指示信號可以被從母線保護單元208、210、212發(fā)送至其相鄰母線保護單元208、210、212中的一個或多個。

現(xiàn)在參見圖3，示出了DC配電系統(tǒng)100的至少一個其他實施例(下文中稱作“DC配電系統(tǒng)300”)。將領(lǐng)會的是，DC配電系統(tǒng)300可以包括與參照圖2在上面所描述的DC配電系統(tǒng)200類似的組成部件。然而，與圖2的DC配電系統(tǒng)200不一樣，圖3的DC配電系統(tǒng)300在母線保護單元208、210、212之間沒有使用單獨的通信鏈路的情況下建立了區(qū)域保護。這樣，在一些實施例中，DC配電系統(tǒng)300可以被有效地用于緊湊型DC數(shù)據(jù)中心。例如，在一些實施例中，包括上面所描述的連接的次級配電電路的負載節(jié)點保護區(qū)可以由相應的負載節(jié)點保護單元212保護。包括上面所描述的連接的初級配電電路的配電母線區(qū)可以由配電母線保護單元210保護。由主母線104限定的主母線保護區(qū)可以由主母線保護單元208保護。

現(xiàn)在參見圖4，示出了母線保護單元400的至少一個實施例。應該領(lǐng)會的是，主母線保護單元208、配電母線保護單元210和/或負載節(jié)點保護單元212中的每一個可以類似于這里所描述的母線保護單元400。當然，在一些實施例中，特定母線保護單元208、210、212可以包括針對這里所描述的那些的附加的或可替代的組成部件和模塊。此外，在一些實施例中，母線保護單元400的組成部件和/或模塊中的一個或多個可以從特定母線保護單元208、210、212上省略。

母線保護單元400可以被體現(xiàn)為能夠執(zhí)行這里所描述的功能的任何類型的計算裝置/組成部件。例如，在說明性實施例中，母線保護單元400被體現(xiàn)為微控制器。然而，在其他實施例中，母線保護單元400可以被體現(xiàn)為例如臺式計算機、膝上型計算機、服務(wù)器、路由器、交換機、混合裝置、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置和/或任何其他合適的計算/通信裝置。如圖4中所示，說明性母線保護單元400包括處理器410、輸入/輸出(“I/O”)子系統(tǒng)412、存儲器414、數(shù)據(jù)存儲416和通信線路418。另外，如示出的，母線保護單元400可以包括和/或被電或通信聯(lián)接至一個或多個傳感器420。取決于特定實施例，傳感器420可以被包含在母線保護單元400內(nèi)或者位于母線保護單元400的外側(cè)并且被聯(lián)接至母線保護單元400。當然，母線保護單元400可以在其他實施例中包括其他或附加組成部件，諸如在典型計算裝置或控制器中通常找到的那些(例如，各種輸入/輸出裝置和/或其他組成部件)。另外，在一些實施例中，說明性組成部件中的一個或多個可以被包含在另一組成部件內(nèi)或者以其他方式形成另一組成部件的一部分。例如，存儲器414或其一部分可以在一些實施例中被包含在處理器410中。

處理器410可以被體現(xiàn)為能夠執(zhí)行這里所描述的功能的任何類型的處理器。例如，處理器410可以被體現(xiàn)為單或多核處理器、數(shù)字信號處理器、微控制器或者其他處理器或處理/控制電路。類似地，存儲器414可以被體現(xiàn)為能夠執(zhí)行這里所描述的功能的任何類型的易失性或非易失性存儲器或數(shù)據(jù)存儲。操作中，存儲器414可以存儲諸如操作系統(tǒng)、應用、程序、庫和驅(qū)動程序等的在母線保護單元400的操作期間所使用的各種數(shù)據(jù)和軟件。存儲器414經(jīng)由I/O子系統(tǒng)412被通信聯(lián)接至處理器410，I/O子系統(tǒng)412可以被體現(xiàn)為便于與處理器410、存儲器414和母線保護單元400的其他組成部件的輸入/輸出操作的線路和/或組成部件。例如，I/O子系統(tǒng)412可以被體現(xiàn)為或者以其他方式包括存儲器控制器集線器、輸入/輸出控制集線器、固件裝置、通信鏈路(即，點對點鏈路、母線鏈路、導線、線纜、光導、印刷電路板跡線等)和/或便于輸入/輸出操作的其他組成部件和子系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)存儲416可以被體現(xiàn)為配置用于數(shù)據(jù)的短期或長期存儲的任何裝置或多個裝置，諸如例如存儲器裝置和電路、存儲卡、硬盤驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器或其他數(shù)據(jù)存儲裝置。數(shù)據(jù)存儲416和/或存儲器414可以存儲如這里所描述的母線保護單元400的操作期間的各種數(shù)據(jù)。

通信線路418可以被體現(xiàn)為能夠啟用母線保護單元400與其他遠程裝置之間的通信的任何通信電路、裝置或其集合。例如，如這里所描述的，特定母線保護單元208、210、212可以與相鄰的母線保護單元208、210、212通信以發(fā)送/接收故障指示信號和/或在查明DC配電系統(tǒng)100中的故障的真正位置時有用的其他信息。在說明性實施例中，母線保護單元208、210、212使用基本的信號傳輸(例如，數(shù)字信號)通信。然而，應該領(lǐng)會的是，通信線路418可以被配置成使用任何一個或多個通信技術(shù)(例如，無線或有線通信)和相關(guān)聯(lián)的協(xié)議(例如，以太網(wǎng)、WiMAX等)來實現(xiàn)這樣的通信。

傳感器420基于指示被監(jiān)測的母線的環(huán)境(例如，硬件、固件和/或軟件環(huán)境)和/或背景的測得信號生成、產(chǎn)生或輸出傳感器數(shù)據(jù)。例如，如下面所描述的，傳感器420可以產(chǎn)生可由母線保護單元400利用以確定電氣故障是否已發(fā)生(例如，通過監(jiān)測電壓、電流、溫度等)的傳感器數(shù)據(jù)。在各種實施例中，傳感器420可以被體現(xiàn)為或者以其他方式包括例如電壓傳感器、電流傳感器、阻抗傳感器、電容傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器、通信傳感器、壓電傳感器、光學傳感器、光傳感器、音頻傳感器、慣性傳感器、接近傳感器、運動傳感器、壓力傳感器、軟件傳感器和/或生成對母線保護單元400有用的數(shù)據(jù)的其他類型的傳感器，可取決于特定母線保護單元400而變化。在一些實施例中，傳感器420中的一個或多個可以被體現(xiàn)為配置成接收外部傳感器數(shù)據(jù)和信息的通信電路。例如，如下面所描述的，在一些實施例中，傳感器420和/或另一電路可以被配置成接收來自上游和/或下游母線保護單元的故障指示信號(例如，指示故障或確認故障隔離)。

當然，母線保護單元400也可以包括被配置成便于傳感器420的使用的組成部件和/或裝置。此外，在一些實施例中，傳感器420可以被體現(xiàn)在DC配電系統(tǒng)100中的其它位置并且被配置成發(fā)送生成的傳感器數(shù)據(jù)至母線保護單元400用于分析。

現(xiàn)在參見圖5，在使用中，母線保護單元400建立了用于DC配電系統(tǒng)100的區(qū)域故障保護的環(huán)境500。母線保護單元400的說明性環(huán)境500包括故障檢測模塊502、故障隔離模塊504、故障定時器模塊506和通信模塊508。環(huán)境500的各種模塊可以被體現(xiàn)為硬件、軟件、固件或其組合。例如，環(huán)境500的各種模塊、邏輯和其他組成部件可以形成處理器410或母線保護單元400的其他硬件組成部件的一部分，或者以其他方式由處理器410或母線保護單元400的其他硬件組成部件建立。這樣，在一些實施例中，環(huán)境500的模塊中的一個或多個可以被體現(xiàn)為電裝置的電路或集合(例如，故障檢測電路、故障隔離電路、故障定時器電路和/或通信電路)。另外，在一些實施例中，說明性模塊中的一個或多個可以形成另一模塊的一部分。

故障檢測模塊502被配置成監(jiān)測并分析由傳感器420生成的傳感器數(shù)據(jù)(例如，電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等)以確定例如電氣故障是否已發(fā)生。如果已發(fā)生故障，故障檢測模塊502可以進一步確定故障發(fā)生所在的近似位置。例如，故障檢測模塊502可以確定故障是否發(fā)生在由母線保護單元400所保護的母線限定的母線區(qū)內(nèi)。將領(lǐng)會的是，故障檢測模塊502可以利用用于做出這樣的確定的任何合適的故障檢測算法。在一些實施例中，故障檢測模塊502可以使用故障檢測算法來分析故障簽名，諸如電壓幅值、電壓導數(shù)、電流方向、電流幅值、電流導數(shù)、電流差動、故障阻抗、瞬態(tài)功率和/或其他合適的參數(shù)。例如，在一些實施例中，故障檢測模塊502可以將母線電壓減小或電流增加如果增加/減小超過預定閾值的話認為是指示DC配電系統(tǒng)100中的故障。此外，取決于特定實施例，故障檢測模塊502可以連續(xù)地、周期性地或基于其他準則(例如，響應于一些條件的滿足)來監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)。

故障隔離模塊504被配置成使由母線保護單元400保護的母線區(qū)內(nèi)的一個或多個隔離裝置112跳閘。應該領(lǐng)會的是，故障隔離模塊504可以使用用于使適當?shù)母綦x裝置112跳閘的任何合適的技術(shù)和/或機構(gòu)。在一些實施例中，故障檢測模塊502基于生成的傳感器數(shù)據(jù)來確定適當?shù)母綦x裝置112跳閘(例如，“打開”開關(guān))并且命令隔離裝置112的故障隔離模塊504跳閘。在其他實施例中，故障隔離模塊504做出這樣的確定。如上面所描述的，通過使隔離裝置112跳閘，故障隔離模塊504可以將DC配電系統(tǒng)100的一部分與DC配電系統(tǒng)100的其余部分隔離。

故障定時器模塊506可以建立跳閘定時器，其可以被用作啟動隔離裝置112的跳閘的備用保護。如下面所描述的，故障定時器模塊506可以響應于將故障指示信號發(fā)給相鄰的母線保護單元(例如，如果故障不在母線保護單元400的母線區(qū)內(nèi))來建立并遞增跳閘定時器。如果跳閘定時器在母線保護單元400接收來自相鄰的母線保護單元的故障指示信號(例如，指示了故障被識別為發(fā)生在兩個母線之間的配電電路上)之前超過預定閾值，則母線保護單元400可以使適當?shù)母綦x裝置112跳閘以斷開有故障的電路的連接。

通信模塊508處理母線保護單元400與DC配電系統(tǒng)100的其他裝置/組成部件之間的通信。例如，如這里所描述的，母線保護單元400可以將故障指示信號發(fā)送至其他相鄰的母線和/或相鄰的母線保護單元以指示檢測到和/或識別到了故障。應該領(lǐng)會的是，在一些實施例中，通信模塊508可以處理母線保護單元208、210、212之間的非常簡單的通信(例如，DC信號傳輸)，而在其他實施例中，通信模塊508可以利用更復雜的通信協(xié)議與其他母線保護單元通信。

現(xiàn)在參見圖6至圖7，在使用中，母線保護單元400可以執(zhí)行用于檢測DC配電系統(tǒng)100中的故障位置的方法600。說明性方法600開始于框602，其中母線保護單元400監(jiān)測由聯(lián)接至母線保護單元400的傳感器420生成的傳感器數(shù)據(jù)。特別地，在框604中，母線保護單元400可以監(jiān)測由傳感器420生成的母線電壓和電流測量。如上面所描述的，母線保護單元400可以取決于特定實施例而連續(xù)地、周期性地或基于其他準則來監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)。在框606中，母線保護單元400可以接收指示了檢測到和/或識別到故障的來自另一母線保護單元400(例如，相鄰的母線保護單元，或者在上游或者在下游)的故障指示信號。在一些實施例中，故障指示信號可以促使母線保護單元400確定故障是否源自由母線保護單元400監(jiān)測的配電電路。在其他實施例中，故障指示信號可以指示故障已在DC配電系統(tǒng)100中的其它位置被識別到并被隔離。

在框608中，母線保護單元400基于傳感器數(shù)據(jù)來確定故障是否已發(fā)生。在這樣做時，在框610中，母線保護單元400可以將一個或多個故障檢測算法應用于傳感器數(shù)據(jù)。在一些實施例中，母線保護單元400可以例如基于電壓幅值、電壓導數(shù)、電流方向、電流幅值、電流導數(shù)、電流差動、故障阻抗、瞬態(tài)功率和/或其他合適參數(shù)來分析各種故障簽名。例如，在一些實施例中，顯著的母線電壓減小或電流增加可以指示故障的存在。

如果母線保護單元400在框612中確定已檢測到故障，則母線保護單元400在框614中確定故障的近似位置。例如，在圖2的說明性實施例中，母線保護單元400確定故障是否發(fā)生在由母線保護單元400所監(jiān)測的母線區(qū)(例如，由被監(jiān)測的母線104、106、108限定的母線區(qū))內(nèi)。應該領(lǐng)會的是，母線保護單元400可以利用用于確定故障是否發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)的任何合適的技術(shù)、機構(gòu)和/或算法。例如，在一些實施例中，母線保護單元400可以利用諸如電流和/或瞬態(tài)能量等的故障簽名來區(qū)分上游和下游故障。特別地，在一些實施例中，母線保護單元400可以基于美國專利申請序列號14/255,674和國際專利申請序列號PCT/CN2014/076720中的一個或多個中所描述的技術(shù)來識別DC配電系統(tǒng)100中的特定故障位置，這些專利申請通過引用合并于此。如果母線保護單元400在框612中確定未檢測到故障，則方法600返回至框602，在該框中母線保護單元400繼續(xù)監(jiān)測由傳感器420生成的傳感器數(shù)據(jù)。

如果母線保護單元400在框616中確定故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)，則母線保護單元400在框618中對故障做出反應。在這樣做時，在框620中，母線保護單元400識別出與故障相應的隔離裝置112并使其跳閘。例如，在一些實施例中，母線保護單元400確定哪個隔離裝置112應該被跳閘以便斷開有故障的母線的連接。在框622中，母線保護單元400可以進一步將指示故障的母線故障指示信號發(fā)送至連接的(相鄰的)母線保護單元中的每一個。例如，如果主母線保護單元208識別故障，則主母線保護單元208可以將母線故障指示信號向下游發(fā)送至被通信聯(lián)接至主母線保護單元208的配電母線保護單元210(例如，如果故障被確定是在主母線保護單元208的下游)。如果配電母線保護單元210識別故障，則配電母線保護單元210可以將母線故障指示信號向上游發(fā)送至主母線保護單元208(例如，如果故障被確定是在配電母線保護單元210的上游)和/或向下游發(fā)送至被通信聯(lián)接至配電母線保護單元210的負載節(jié)點保護單元212(例如，如果故障被確定是在配電母線保護單元210的下游)。如這里所描述的，應該領(lǐng)會的是，跳閘命令可以在已由相應的上游/下游母線保護單元400確認了故障之后被發(fā)送至相應的上游/下游隔離裝置112。在一些實施例中，母線保護單元400例如取決于故障的確定位置而僅向上游(例如，朝向功率源102)或向下游發(fā)送母線故障指示信號。

如果母線保護單元400在框616中確定故障不在母線區(qū)內(nèi)，則方法600前進至圖7的框624，在該框中母線保護單元400將指示識別到的故障的非母線故障指示信號發(fā)送至連接的/相鄰的母線保護單元(例如，上游/下游)。在框626中，母線保護單元400確定是否已從另一母線保護單元接收到故障指示信號。例如，在一些實施例中，母線保護單元400可以接收指示已由另一母線保護單元識別到故障的信號。如果已接收到故障指示信號，則母線保護單元400在框628中確定故障可以被確認為發(fā)生在直接連接的電路上。如果是這樣，則在框630中，母線保護單元400識別出適當?shù)母綦x裝置112并使其跳閘以便如這里所描述的隔離有故障的電路。然而，如果母線保護單元400不能確認故障未發(fā)生在直接連接的電路上，則母線保護單元400在框632中執(zhí)行一個或多個重置操作。例如，在一些實施例中，母線保護單元400可以重置隔離裝置112中的一個或多個和/或重啟方法600的執(zhí)行(例如，在預定的延遲時間之后)。在其他實施例中，母線保護單元400可以進行任何合適的操作以便處理發(fā)生在直接連接電路上的故障。

如果母線保護單元400在框626中確定沒有從另一母線保護單元接收到故障信號，則母線保護單元400在框634中使跳閘定時器遞增。在框636中，母線保護單元400將跳閘定時器與設(shè)定用于跳閘定時器的預定閾值進行比較并且確定跳閘定時器是否超過閾值。如果是這樣，則母線保護單元400在框630中識別出適當?shù)母綦x裝置112并使其跳閘。如果不是，則方法600返回至框626，在該框中母線保護單元400確定是否從另一母線保護單元400(例如，上游或下游)接收到故障指示信號。如果不是，則母線保護單元400再次在框534中使跳閘定時器遞增。例如，在一些示例中，如果故障被確定是在母線保護單元400的下游，則跳閘命令可以在跳閘定時器(例如，備用定時器)超過預定閾值之后被發(fā)送至適當?shù)母綦x裝置112。這樣，跳閘定時器提供了用于下游母線保護單元的后備保護功能。

如圖3中所示，在一些實施例中，母線保護單元208、210、212沒有跨越單獨的通信鏈路彼此通信。例如，在諸如DC數(shù)據(jù)中心功率供給系統(tǒng)等的緊湊型DC配電系統(tǒng)100中，特定母線保護單元208、210、212的保護區(qū)可以被延伸至包括上游傳入電路，上游傳入電路在兩個相鄰區(qū)之間創(chuàng)建重疊。應該領(lǐng)會的是，母線保護單元400可以執(zhí)行用于這樣的實施例的與這里所描述的方法600類似的方法。例如，在一些實施例中，母線保護單元400可以執(zhí)行圖8的方法800。

現(xiàn)在參見圖8，在使用中，母線保護單元400可以執(zhí)行用于檢測在不包括通信的DC配電系統(tǒng)100(例如見圖3的DC配電系統(tǒng)300)中的故障位置的方法800。說明性方法800開始于框802，在該框中母線保護單元400監(jiān)測由聯(lián)接至母線保護單元400的傳感器420產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)。特別地，在框804中，母線保護單元400可以監(jiān)測由傳感器420產(chǎn)生的母線電壓和電流測量。如上面所描述的，母線保護單元400可以取決于特定實施例而連續(xù)地、周期性地或基于其他準則來監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)。

在框806中，母線保護單元400基于傳感器數(shù)據(jù)確定故障是否已發(fā)生。在這樣做時，在框808中，母線保護單元400可以將一個或多個故障檢測算法應用于傳感器數(shù)據(jù)。在一些實施例中，母線保護單元400可以基于例如電壓幅值、電壓導數(shù)、電流方向、電流幅值、電流導數(shù)、電流差動、故障阻抗、瞬態(tài)功率和/或其他合適的參數(shù)來分析各種故障簽名。例如，在一些實施例中，顯著的母線電壓減小或電流增加如上面所描述的可以指示故障的存在。

如果母線保護單元400在框810中確定已檢測到故障，則母線保護單元400在框812中確定故障的近似位置。例如，母線保護單元400可以確定故障是否發(fā)生在由母線保護單元400監(jiān)測的母線區(qū)內(nèi)。如上面所指出的，母線保護單元400可以利用用于確定故障是否發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)的任何合適的技術(shù)、機構(gòu)和/或算法。如果母線保護單元在框810中確定未檢測到故障，則方法800返回至框802，在該框中母線保護單元400繼續(xù)監(jiān)測由傳感器420產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)。

如果母線保護單元400在框814中確定故障發(fā)生在母線區(qū)內(nèi)，則母線保護單元在框816中識別出與故障相應的隔離裝置112并使其跳閘。然而，如果母線保護單元400確定故障不在母線區(qū)內(nèi)，則母線保護單元400在框818中使跳閘定時器遞增。在框820中，母線保護單元400將跳閘定時器與設(shè)定用于跳閘定時器的預定閾值進行比較并且確定跳閘定時器是否超過閾值。如果是這樣，則母線保護單元400在框816中識別出適當?shù)母綦x裝置112并使其跳閘。否則，方法800返回至框818，在該框中母線保護單元400繼續(xù)使跳閘定時器遞增。應該領(lǐng)會的是，在一些實施例中，母線保護單元400可以確定DC配電系統(tǒng)100內(nèi)不再有故障(例如，基于實時傳感器數(shù)據(jù))，在該情況中，母線保護單元400可以取決于特定實施例而暫停、重置或禁用跳閘定時器。