CN103107603A - 变电站的区域智能保护系统 - Google Patents

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Abstract

变电站的区域智能保护系统，涉及变电站的控制技术领域。它解决了现有智能变电站存在的控制灵活性差、各级电网协调性差的问题。本发明所述的变电站的区域智能保护系统包括维护工作站服务器、三个区域智能保护主机、多个站内前置处理单元和多个间隔子机，所述多个站内前置处理单元均通过高速数据及控制网与每个区域智能保护主机、维护工作站服务器实现数据传输；每个变电站对应有一个站内前置处理单元和一个或多个间隔子机；每个间隔子机用于实现变电站的模拟量和开关量数据的采集，并将采集的数据采用IEC61850-9-2协议发送给对应的站内前置处理单元，站内前置处理单元还用于将从高速数据及控制网接收到的控制命令发送给相应的间隔子机。本发明适用于现有变电站。

Description

变电站的区域智能保护系统
技术领域
本申请涉及变电站的控制技术领域。
背景技术
智能变电站是变电站技术的发展方向，是坚强智能电网的建设基础和重要组成部分，它对智能电网的信息化、自动化、互动化等应提供重要的技术支撑。因此，它将强调集成、灵活、互动、优化、管理，并体现集成一体化、信息标准化、协同互动化等特征，总之应该基于信息共享的基础上具有较强的智能性。
然而，当前的变电站自动化系统，各继电保护的实现方式是面向间隔/元件，即一套保护/控制设备的信息对象主要来自于本间隔（少量站内其它信息），除了线路纵差保护外，原则上各个变电站的保护/控制功能的实现是孤立完成的，与相邻的其它电气上密切相关的变电站几乎无关。这样，继电保护（尤其后备保护）经常需要通过延时来实现继电保护的选择性，不利于故障的快速隔离，不利于系统快速恢复供电。各变电站的控制过程也未能基于相邻变电站的相关信息，因此其控制策略是面向局部子系统。随着分布式能源的不断发展，智能电网将具体快速、频繁的系统潮流变化特征，现有变电站的保护/控制的智能性、灵活性程度离智能电网要求的自动化、互动化、各级电网协调发展的目标相差甚远。
发明内容
为了解决现有智能变电站存在的控制灵活性差、各级电网协调性差的问题，本发明设计了一种变电站的区域智能保护系统。
本发明所述的变电站的区域智能保护系统包括维护工作站服务器、三个区域智能保护主机、多个站内前置处理单元和多个间隔子机，所述多个站内前置处理单元均通过高速数据及控制网与每个区域智能保护主机、维护工作站服务器实现数据传输；每个变电站对应有一个站内前置处理单元和一个或多个间隔子机；
每个间隔子机包括智能处理单元、模拟量数据采集设备、数据合并单元MU和开关量采集设备，所述模拟量采集设备实现所在变电站间隔各模拟通道的模拟数据采集，并将采集的数据发送给数据合并单元MU，数据合并单元MU将输入的所有模拟数据进行合并之后采用IEC61850-9-2协议发送给对应的站内前置处理单元，所述开关量采集设备用于采集变电站的各个开关器件的开关状态，并将所采集的开关状态发送给智能单元，所述智能单元将接收到的所有开关量信息通过GOOSE网发送给对应的站内前置处理单元；站内前置处理单元通过高速数据及控制网将接收到的所有数据发送给每一个区域智能保护主机和维护站服务器，每个区域智能保护主机通过高速数据及控制网发送控制数据给站内前置处理单元，该站内前置处理单元将接收到的控制数据发送给智能单元，该智能单元将接收的控制数据进行解析之后获得控制信息，并将所述控制信息发送给相应的开关器件、实现对该开关器件的控制。
本发明所述的每个区域智能保护主机均采用三重化配置。
本发明所述的开关器件是指间隔开关、刀闸等变电站内的开关器件。
本发明所述的每个站内前置处理单元均采用双处理器结构。
本发明所述的所述GOOSE网按照双网同时运行方式配置。
本发明所述的高速数据及控制网采用双网同时运行方式配置。
本发明所述的模拟量采集系统通过电子式电流互感器ECT和电子式电压互感器EVT实现对变电站内的电压模拟量和电流模拟量进行采集。
本发明所述的模拟量采集设备和数据合并单元MU之间采用IEEE1588精确网络同步协议或秒脉冲来实现采用同步，同步精度为1us。
本发明所述的每个区域智能保护主机与每个间隔子机内的站内前置处理单元之间采用IEEE1588精确网络同步协议实现采用同步，同步精度为1us。
本发明所述的变电站的区域智能保护系统结合智能电网建设的技术要求而设计的“区域智能保护”设计方案。
本发明利用现有的信息技术和数字化变电站技术，以高速光纤网络为载体，集中采集某一区域内的多个（如2～10个）变电站的实时数据，所述实时数据包含保护各变电站对应的线路、变压器、母线等设备所需的电气量信息，以实现广域层面的保护和稳定控制等功能，从而达到取消各变电站站内保护/控制设备，集中在某个中心变电站采用系统级控制策略实现并优化保护、控制，取消主控室以节约资源，提高维护工作效率，实现电网运行管理智能化的目的。
附图说明
图1是区域智能保护系统结构图。
具体实施方式
具体实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的变电站的区域智能保护系统包括维护工作站服务器、三个区域智能保护主机、多个站内前置处理单元和多个间隔子机，所述多个站内前置处理单元均通过高速数据及控制网与每个区域智能保护主机、维护工作站服务器实现数据传输；每个变电站对应有一个站内前置处理单元和一个或多个间隔子机；
每个间隔子机包括智能处理单元、模拟量数据采集设备、数据合并单元MU和开关量采集设备，所述模拟量采集设备实现所在变电站间隔各模拟通道的模拟数据采集，并将采集的数据发送给数据合并单元MU，数据合并单元MU将输入的所有模拟数据进行合并之后采用IEC61850-9-2协议发送给对应的站内前置处理单元，所述开关量采集设备用于采集变电站的各个开关器件的开关状态，并将所采集的开关状态发送给智能单元，所述智能单元将接收到的所有开关量信息通过GOOSE网发送给对应的站内前置处理单元；站内前置处理单元通过高速数据及控制网将接收到的所有数据发送给每一个区域智能保护主机和维护站服务器，每个区域智能保护主机通过高速数据及控制网发送控制数据给站内前置处理单元，该站内前置处理单元将接收到的控制数据发送给智能单元，该智能单元将接收的控制数据进行解析之后获得控制信息，并将所述控制信息发送给相应的开关器件、实现对该开关器件的控制。
本实施方式中的每个变电站的间隔子机中，可以通过扩充数据合并单元或者模拟量数据采集设备增加数据采集通道，实现数据采集量的扩展实现更高效的数据采集。
本实施方式中，在每个变电站内设之一个站内前置处理单元和一个或多个间隔子机，所述间隔子机负责采集该变电站内的开关量和模拟量，位于一个变电站内的所有间隔子机将采集的数据均发送给该变电站内的站内前置处理单元，该站内前置处理单元汇总接收到的数据，并通过高速数据及控制网络上送给区域智能站服务器，区域智能站服务器根据接收到的所有开关量数据和模拟量数据、以及对各个变电站的配置需求，进行数据处理以及保护逻辑判断，进而生成相应的对各个变电站的控制指令，并将该控制指令通过数据及控制网络下发给相应变电站的站内前置处理单元，再由该站内前置处理单元转发给相应的间隔子机，实现对变电站内的开关器件的控制。
在正常情况下，每个区域智能保护主机相互独立运行，分别从每个变电站的站内前置处理单元实现数据交互，通过相应变电站的站内前置处理单元获取全部线路、变压器以及母线等的电气量信息，经过保护运算和逻辑判断后形成正确的控制命令，并发送至相应的站内前置处理单元。每个站内前置处理单元将接收到的三个区域智能保护主机发送命令，并进行对比，以三取二方式对其进行逻辑处理并发送给间隔子机。而各间隔子机则同时接收双重化配置的前置单元的保护出口命令；接收到相关出口命令时，以标准GOOSE双网接收机制或其他可配置的逻辑来进行逻辑处理并实现保护出口。
当其中一个区域智能保护主机进行检修时，另两个保护主机还能正常工作，能够有效确保系统运行的安全可靠。
每个区域智能保护主机中可以配置有不同范围的差动保护，包括针对单一元件如线路、变压器的间隔区域差动保护，也有针对单一母线段、或整个电压等级的相关功能区域差动保护，还有针对整个变电站的全区域差动保护。不同范围的差动保护间相互配合，大的区域差动元件作故障启动或闭锁判据，小的区域差动作为故障选择判据，大小区域差动的组合配置构建了对变电站内所有一次设备的差动保护。
所述区域智能保护主机根据接收到的所有变电站的数据，可以为每一个开关在线解析出失灵区域及其关联开关，并作出合理的失灵出口策略。总之，由于系统保护的多重配置以及每套保护各模块间数据共享均按照系统全局规划，可以基于可靠性、选择性、快速性及灵敏性实现了保护配置的最高效率。
本发明的区域智能保护主机能够实现分区差动及失灵保护。差动保护通过比较被保护元件两端的电气量来判断故障的位置是否在保护范围之内，这种保护原理在理论上具有绝对的选择性。在区域智能保护中，各个间隔间、甚至站间数据均实现了数据共享，可以根据一次主接线结构方便地实现分区分段差动保护功能。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，所述高速数据及控制网采用光纤实现数据传输。
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，每个区域智能保护主机均采用三重化配置。
具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，所述开关器件是指间隔开关、刀闸等变电站内的开关器件。
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，每个站内前置处理单元均采用双处理器结构。
所述双处理器采用冗余工作方式，进而提高该设备的工作可靠性，也便于设备维护。
具体实施方式六、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，所述GOOSE网按照双网同时运行方式配置。
具体实施方式七、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，高速数据及控制网采用双网同时运行方式配置。
具体实施方式八、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，所述模拟量采集系统通过电子式电流互感器ECT和电子式电压互感器EVT实现对变电站内的电压模拟量和电流模拟量进行采集。
具体实施方式九、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，所述模拟量采集设备和数据合并单元MU之间采用IEEE1588精确网络同步协议或秒脉冲来实现采用同步，同步精度为1us。
具体实施方式十、本实施方式与具体实施方式一所述的变电站的区域智能保护系统的区别在于，每个区域智能保护主机与每个间隔子机内的站内前置处理单元之间采用IEEE1588精确网络同步协议实现采用同步，同步精度为1us。
本发明所述的变电站的区域智能保护系统的优点在于:
1）保护/控制服务器的输入数据为满足IEC61850-9标准的采样值和goose数据，完全可以实现站内分布式保护装置所具有的各种功能，通过不同变电站间的信息交换，继电保护定值具有更强的适应性，后备保护动作时间更快捷，更具选择性。同时，大幅度减少变电站保护/控制设备的总数量。也使得整个电网变成了完全可控系统，为智能电网的实现奠定了坚实的基础，同时也实现了电网效益的最大化。
2）取消各变电站的站内主控室，仅保留中心变电站主控室，减少了建设成本。也减少各变电站的交直流设备功率。简化了运行、维护。
3）利于高级智能应用，为智能电网建设提供了强有力的支撑。

Claims (10)

1.变电站的区域智能保护系统，其特征在于它包括维护工作站服务器、三个区域智能保护主机、多个站内前置处理单元和多个间隔子机，所述多个站内前置处理单元均通过高速数据及控制网与每个区域智能保护主机、维护工作站服务器实现数据传输；每个变电站对应有一个站内前置处理单元和一个或多个间隔子机；
每个间隔子机包括智能处理单元、模拟量数据采集设备、数据合并单元MU和开关量采集设备，所述模拟量采集设备实现所在变电站间隔各模拟通道的模拟数据采集，并将采集的数据发送给数据合并单元MU，数据合并单元MU将输入的所有模拟数据进行合并之后采用IEC61850-9-2协议发送给对应的站内前置处理单元，所述开关量采集设备用于采集变电站的各个开关器件的开关状态，并将所采集的开关状态发送给智能单元，所述智能单元将接收到的所有开关量信息通过GOOSE网发送给对应的站内前置处理单元；站内前置处理单元通过高速数据及控制网将接收到的所有数据发送给每一个区域智能保护主机和维护站服务器，每个区域智能保护主机通过高速数据及控制网发送控制数据给站内前置处理单元，该站内前置处理单元将接收到的控制数据发送给智能单元，该智能单元将接收的控制数据进行解析之后获得控制信息，并将所述控制信息发送给相应的开关器件、实现对该开关器件的控制。
2.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，每个区域智能保护主机相互独立运行，分别从每个变电站的站内前置处理单元实现数据交互，通过相应变电站的站内前置处理单元获取全部线路、变压器以及母线等的电气量信息，经过保护运算和逻辑判断后形成正确的控制命令，并发送至相应的站内前置处理单元；每个站内前置处理单元将接收到的三个区域智能保护主机发送命令，并进行对比，以三取二方式对其进行逻辑处理并发送给间隔子机。
3.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，所述高速数据及控制网采用光纤实现数据传输。
4.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，每个区域智能保护主机均采用三重化配置。
5.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，所述开关器件是指间隔开关、刀闸等变电站内的开关器件。
6.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，每个站内前置处理单元均采用双处理器结构。
7.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，所述GOOSE网按照双网同时运行方式配置。
8.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，高速数据及控制网采用双网同时运行方式配置。
9.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，所述模拟量采集设备通过电子式电流互感器ECT和电子式电压互感器EVT实现对变电站内的电压模拟量和电流模拟量进行采集。
10.根据权利要求1所述的变电站的区域智能保护系统，其特征在于，所述模拟量采集设备和数据合并单元MU之间采用IEEE1588精确网络同步协议或秒脉冲来实现采用同步，同步精度为1us；每个区域智能保护主机与每个间隔子机内的站内前置处理单元之间采用IEEE1588精确网络同步协议实现采用同步，同步精度为1us。
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