CN101867223A - 一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法。传统的配电网保护、馈线自动化的出力模式将无法满足在含分布式多电源系统运行情况下配电网故障处理的要求，必须进行改进与完善。本发明在利用光以太网通信的基础上，利用光纤以太网设备及SOCKET连接方法，建立独立的故障信息传输通道；采用对等通信机制，实现终端装置之间的故障信息的对等通信，有效解决了环网情况下的保护和馈线自动化等问题；本发明具有很好的灵敏性、选择性、快速性。

Description

一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法
技术领域
本发明涉及配电网自动化领域，具体地说是一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法。
背景技术
常规的配电网自动化系统的运行与管理模式大多采用三层结构，即：配电网主站层、配电网子站层、配电网终端层，不同层之间依赖配电网通信系统进行信息的交互。在配电网故障处理方面(即馈线自动化系统，Feeder Automation System，简称FA，下同)，配电网主站、子站与终端各自完成不同的功能，一股说来：配电网终端实现故障信息的获取，配电网子站实现故障点的判断与隔离，配电网主站实现非故障区域的恢复控制。
在FA控制模式上，目前比较流行的是电流型控制模式，原理说明如下：配电网子站在获取和收集终端上报的信息后，与变电站的保护及重合闸动作情况相互配合，实现故障点的判断，并实现故障的自动隔离。配电网主站根据子站上报的信息实现非故障区域的恢复控制。
下面具体说明一种常规的电流型控制模式，如图1所示，开关K4是联络开关，正常运行状态是断开。
假设d1点发生故障，动作反应序列如下：
动作反应断面1：变电站A的保护动作，出口开关CB1跳闸；FTU1检测到故障，但未上报子站。
动作反应断面2：变电站A重合闸动作，若d1是瞬时性故障，重合闸成功，FTU1上报瞬时故障消除信息，并不做操作任何开关；若d1是永久性故障，重合闸失败，变电站出线开关再次跳闸。
动作反应断面3：重合闸失败后，FTU1上报故障信息给子站；子站根据收到的信息，判断故障点为d1点(在开关K1、开关K2之间)，发遥控命令跳开开关K1、开关K2，实现故障隔离。
动作反应断面4：子站上报定位、隔离信息给主站，由主站遥控合上变电站A出线开关CB1及开关K3，实现非故障区域的恢复与控制。
上述控制模式是FA系统典型方案之一，特点是：
1、依赖配电网通信系统，FTU与变电站保护与重合闸相互配合实现故障的诊断、隔离及恢复控制。
2、由于常规配电网正常运行时单端供电系统，所以，FTU检测故障的原理是以故障电流的大小判断为启动条件，当故障电流超标后，即认为是产生了过流或速断现象，无须依赖功率方向的变化作为判断依据。
但随着分布式电源(Distributed Generator，简称DG)应用的不断扩展，风电、光伏、储能、微燃机等分布式电源多直接或以微网的形式接入到配电网当中(如图2所示)，这样，传统的配电网从一种单端带电运行、且不允许环网运行的运行模式，转变成为一种在多分布式电源形式下、环网运行的运行模式，传统的配电网保护、馈线自动化的出力模式将无法满足在含分布式多电源系统运行情况下配电网故障处理的要求，必须进行改进与完善。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明在利用光以太网通信的基础上，提出了采用对等通信机制，利用光纤以太网设备及SOCKET连接技术，建立独立的故障信息传输通道，实现终端装置之间的故障信息的对等通信，以有效解决环网情况下的配电网保护和馈线自动化等问题。
本发明采用的技术方案如下：
1、选择配电网终端装置(如配电网保护、馈线自动化远方终端(FTU)等)，所述的终端装置在具备常规的电流、电压大小采样以及功率计算以外，还需具备功率方向和零序功率方向的采样与计算，以适应在多电源系统下能对故障现象进行捕捉。
2、配电网采用光纤以太网复用技术，除具备正常的三遥处理功能以外，还需建立相对独立的、虚拟的通道，专门处理故障诊断、隔离的信息。专用通道处理的信息，是少量的，一股只含有对时及故障检测信息。
3、在快速、独立的虚拟通道建立后，采用TCP方式，建立配电网终端之间可靠的对等通信机制，实现终端之间故障信息的快速交换。
4、经过终端之间的信息交换，配电网终端通过相互交换的信息快速识别故障，实现保护跳闸、故障定位与快速隔离。
5、在对等通信机制建立完成后，对配电网终端灵活配置各种不同的运行和故障处理模式，适应实际配电网运行的各种工况。
以图1所示的系统为例说明：根据现场的需求，可设置FTU1和FTU5等出线起始FTU设置为速断跳闸方式，其它FTU保持原来的运行模式；变电站出线开关的保护设置为延时跳闸。这样做的目的，可保证10kV配电线路的故障处理不涉及到变电站内动作，动作处理和故障切除均在站外完成。
假如d1点发生故障：
动作反应断面1：FTU1检测到故障，通过独立通道，对等通信传递信息至FTU2；FTU2未检测到故障，通过对等通信传递信息至FTU1和FTU3；
动作反应断面2：FTU1通过对等通信，判断故障点在d1处，终端控制跳闸K1；FTU2通过对等通信，也判断出故障点在d1处，终端控制跳闸K2，实现故障隔离；
动作反应断面3：主站根据收到的FTU上报信息，进行非故障区域的恢复控制，遥控合上开关K3，实现非故障区域的恢复控制。
以上配电网运行方式，将馈线的故障处理放在变电站外实现，不涉及到站内保护及综自设备的动作。通过独立通道，子站或主站能在线、灵活配置下属终端设备的运行工况，以满足不同运行条件下，配电网自动化实际运行的需要。
本发明采用馈线自动化模拟仿真系统来模拟实际工况，验证对等通信和馈线自动化处理机制的有效性。
随着光纤通信技术的不断发展，以光纤以太网以及无源光网络(EPON等)为核心的配电网通信技术已经在配电网自动化中得到广泛应用，光纤以太网通信无论是采用光网通信模块、还是工业以太网交换机，均可提供可靠的以太网复用技术，可在不增加光缆芯数的前提下，合理分配使用带宽，开辟虚拟的独立信道，大大提高了配电网通信的可靠性、实时性。
以故障快速诊断、隔离及恢复控制为核心的馈线自动化系统(FA，FeederAutomation System)，是配电网自动化的重要组成部分。通信技术的发展对于馈线自动化产生了革命性的影响，主要表现在：首先，光纤以太网能提供信道复用技术，保证终端装置在正常的三遥通信的信道外，还能提供单独的FA故障处理信道，这与传统的FA数据通信处理模式有极大的不同，大大提高了数据传输的实时性及FA系统的可靠性。其次，在FA故障处理过程中，广泛采用了基于定值下装的定义模式，利用FA独立信道，可灵活定制和下装终端参数，根据现场的实际工况，配置FA的运行模式，即可灵活配置FA系统为：电压型运行模式、电流型运行模式、重合型运行模式、混合型运行模式等，这些运行模式的确认是灵活可调的，而不是在出厂前就固化不变的，这样大大方便了系统维护，使配电网自动化系统的运行维护更加实用化。
本发明适用于各种形式的分布式电源处理模式，丰富和完善了配电网自动化的故障处理模式，适应智能配电网自愈控制的需求；实现了终端装置之间的故障信息的对等通信，有效解决环网情况下的配电网保护和馈线自动化等问题；本发明具有很好的灵敏性、选择性、快速性。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为常规配电网自动化系统的结构示意图。
图2为本发明含分布式电源的配电网自动化系统的结构示意图(图中，G表示分布式电源，L表示负荷)。
具体实施方式
一、快速通道及对等通信机制的建立
配电网自动化系统采用光纤复用技术，在正常的三遥处理功能以外，建立相对独立的、虚拟的通道，专门处理故障诊断、隔离的信息。
专用通道的建立是“虚拟”的，并不需要独立的介质。在光纤双环自愈网的通信中，可建立基于TCP的SOCKET连接，对于图2所示含分布式电源的配电系统，相邻FTU间将建立相对独立的SOCKET连接，如FTU2.1将分别与相邻的FTU1.2和FTU2.2建立连接，一旦稳固的SOCKET连接建立完成后，FTU之间可按自定义的短报文传递专门传输故障诊断的相关信息(包括功率方向)和对时信息，FTU收到相邻的FTU传递的信息后，可迅速正确作出故障的定位与判断，并可自动遥控实现故障隔离。
FA短报文格式：
遥信帧：
  0x5A
  功能码(遥信)
  帧序号(广播0xFF)
  地址
  遥信状态(D0开关遥信D1故障遥信)
遥控帧：
  0x5A
  功能码(遥控)
  帧序号(广播0xFF)
  地址
  遥控状态(0分非0合)
功率方向帧：
  0x5A
  功能码(功率方向)
  帧序号(广播0xFF)
  地址
  方向状态(0正非0反)
通过上述方式，终端之间可以建立稳固的连接，终端通过这种机制快速通报故障相关信息，终端之间经过相互通信的故障信息，就能准确地进行故障处理。
二、灵活配置的诊断模式
基于“虚拟”独立通道的故障信息传递模式建立以后，可以对故障诊断、隔离及恢复控制的模式进行革命性的变革，即：打破原来传统的电压型、电流型模式，配电网子站(或主站)通过远程维护，灵活配置配电网终端的运行工况(运行参数)，使得整个配电网自动化系统能满足现场各种工况的实际需求。特别是配电网中多种分布式电源时，系统的潮流方向不是单一方向的，此时，故障的处理是必须依赖终端设备之间的信息交互，才能准确实现故障点的判断，保证保护动作和故障的正确隔离。
下面以图2所示含分布式电源配电网系统为例说明一下本发明的故障诊断及隔离过程：
若d1点发生故障，假设条件：不考虑瞬时故障，按永久故障处理；所有开关设备均为断路器，能切断短路电流。
动作反应断面1：FTU1.1、FTU1.2、DTU1、FTU2.1、FTU2.2、DTU2、FTU3.1、DTU3检测到故障，FTU3.2未检测到故障；
动作反应断面2：终端装置通过对等通信，交换信息后，发现FTU1.1、FTU1.2、DTU1之间故障现象一致(功率方向相同)；FTU2.1、FTU2.2、DTU2、FTU3.1、DTU3之间故障现象一致(功率方向相同)；而FTU1.1与FTU2.1故障现象不一致(功率方向不同)；
动作反应断面3：通过上述分析，判断故障点在d1处，FTU1.1与FTU2.1各自控制开关CB1.1与CB2.1跳闸，实现故障隔离。
通过独立通道，子站或主站能在线、灵活配置下属终端设备的运行工况，以满足不同运行条件下，配电网自动化实际运行的需要。
为保证配电网运行工况的灵活设置，配电网终端装置一股需要配置以下FA参数：
Figure GDA0000020439590000061
三、动作时间
基于光纤以太网复用技术，采用“虚拟”的独立通道，运用对等通信技术传递故障信息，能快速实现故障判断、定位于隔离，故障诊断定位时间＜50ms，故障隔离时间＜150ms(不考虑瞬时故障模式，考虑开关本体动作时间100ms计算)，基本满足DG并网条件下，配电网自动化的需求。

Claims (1)

1.一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法，其特征在于：
1)选择配电网终端装置，所述的装置除具备常规的电流、电压大小采样以及功率计算以外，还需具备功率方向和零序功率方向的采样与计算；
2)配电网采用光纤以太网设备及SOCKET连接方法，在正常的三遥处理功能以外，建立相对独立的、虚拟的通道，专门处理故障诊断、隔离的信息；
3)在快速、独立的虚拟通道建立后，采用TCP方式，建立配电网终端装置之间可靠的对等通信机制，实现终端装置之间故障信息的快速交换；
4)经过终端装置之间的信息交换，配电网终端装置通过相互交换的信息快速识别故障，实现保护跳闸、故障定位与快速隔离；
5)在对等通信机制建立完成后，对配电网终端装置灵活配置各种不同的运行和故障处理模式，适应包括分布式电源并网模式下各种实际配电网运行的工况。
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