CN103457249B - 一种智能配电网分布式纵联保护方法及系统 - Google Patents

一种智能配电网分布式纵联保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种智能配电网分布式纵联保护方法及系统。方法包括：第一步：建立拓扑连接的S01阶段：建立智能配电网分布式纵联保护系统，系统包括：管理主机、通信系统和多个智能终端；第二步：正常运行的S02阶段：配电系统正常运行时，管理主机根据当前网络拓扑结构，为每个智能终端按照预定的原则，确定保护对象及关联的其它智能终端；第三步：出现故障的S03阶段：当配电系统发生故障时，准确地确定故障区域，并快速隔离故障区域。本发明具有如下优点：网络拓扑结构管理采用集中模式；采用对等通信模式交互故障信息，有利于减小通信量，提高故障检测的快速性；采用多点故障信息，基于纵联比较的原理判断故障区域，具有良好选择性和较高可靠性。

Description

一种智能配电网分布式纵联保护方法及系统
技术领域
本发明属于电力输变电控制技术领域，特别是涉及一种智能配电网分布式纵联保护方法及系统。
背景技术
随着智能配电网和分布式发电技术的快速发展，DG(分布式电源)的渗透率不断增加，对配电网中短路电流和传统保护的性能影响不断增大，甚至无法满足智能配电网的保护要求。
智能配电网与传统的输电网和配网相比，拓扑结构更加复杂，分支数显著增加，DG接入地点不定，电网结构更加灵活多变，配电系统运行中其拓扑结构可能因分段、联络开关的切换以及DG的投入退出而随时发生变化，对故障检测的选择性、可靠性及速动性要求更高，以保证不间断供电。
输电系统中广泛应用的纵联保护，基于被保护元件的各端信息，原理简单可靠，能够可靠地区分区内、区外故障，具备绝对的选择性。在考虑到配电网的上述特点后，纵联保护原理完全可应用到配电系统中，只是智能配电网中的纵联保护一般需要接入多端信息，即使保护范围为一定的区域纵联保护。
纵联保护系统一般有两种结构形式：集中式和分布式。集中式结构由保护主机和分散在配网中各点的智能电子设备(IntelligentElectronicDevice，IED)组成，IED负责采集各测点的电气量信息，进行相应的处理和运算后，将信息上传给保护主机；保护主机汇集保护区域内各IED的信息，进行分析判断，对故障进行定位，然后将控制命令下发至相关IED执行。分布式结构中在每一个具有切断短路电流的智能开关处都装设一个IED，IED除了完成主从式结构中的功能，还要通过对等通信网络获取其它IED的数据，自行完成故障的判断、定位和隔离。
目前在配电系统中多采用过电流保护或距离保护，依靠定值和动作延时的配合来保证保护的选择性，存在着保护动作时间长、定值的整定和配合复杂、特殊情况下无法整定等问题，尤其是当大容量DG并网运行后，传统的保护配合关系被打破，已经无法满足智能配电网对故障检测和隔离的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够满足智能配电网快速、可靠检测故障和隔离故障需求的智能配电网分布式纵联保护方法及系统。
为了达到上述目的，本发明提供的智能配电网分布式纵联保护方法包括按顺序进行的下列步骤：
第一步：建立拓扑连接的S01阶段：建立智能配电网分布式纵联保护系统，其包括：管理主机、通信系统和多个智能终端(SDTU)，其中：管理主机位于变电站内或调控中心，管理整个网络的拓扑结构，为每个智能终端确定保护对象及关联的其它智能终端；通信系统用于智能终端之间、智能终端与管理主机之间的信息交互；智能终端分散安装在线路的开关处，采集安装处的电气量和开关量信息，并能够与管理主机和其它智能终端通信；
第二步：正常运行的S02阶段：配电系统正常运行时，管理主机根据当前网络拓扑结构，为每个智能终端按照预定的原则，确定保护对象及关联的其它智能终端，并将保护对象、所关联的其它智能终端等信息下发至对应的智能终端处。如果有开关的位置状态发生改变，管理主机重新确定对应智能终端的保护对象和所关联的其它智能终端，并将更新后的信息下发至对应的智能终端处；
第三步：出现故障的S03阶段：当配电系统发生故障时，检测到故障的智能终端根据管理主机确定的关联范围，与所关联的其它智能终端对等交互故障电流和故障方向信息，基于纵联比较的保护原理快速、可靠地确定故障区域，并快速隔离故障区域。
所述的第一步中的管理主机只是对网络的拓扑结构进行管理，不参与故障的检测和隔离环节，且管理主机为每个智能终端确定保护对象和关联范围是在系统正常运行时进行的。
所述的第二步中管理主机要为每个智能终端都确定好各自的保护对象和关联的其它智能终端，如果系统包含的智能终端数量较多，那么计算量会很大，宜采用高性能的计算机作为管理主机。
所述的第三步中的故障检测和隔离完全由智能终端自主完成，无需管理主机的干预。
所述的S02、S03阶段包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、管理主机划分关联区域的S101阶段：管理主机在系统正常运行时根据分布式纵联比较保护系统的要求，结合当前的网络拓扑结构和运行方式等信息，为每一个智能终端确定其保护范围以及每个保护范围所关联的其它智能终端，然后将这些信息发送给每个智能终端。一旦系统发生故障后，相关智能终端便依据关联域信息与相应智能终端交互故障方向信息，达到快速检测和隔离故障的目的；
步骤二、故障判断计算的S102阶段：智能终端通过自身和其它智能终端实时监测各出线电流及母线电压，并以此为参数进行故障判断运算；
步骤三、判断系统是否发生故障的S103阶段：根据S102阶段的运算结果，判断当前配电系统是否发生故障，如果判断结果为“是”，则进入下一步S104阶段，进入故障定位与隔离流程；否则下一步返回S102阶段；在配电系统正常运行过程中，分布式纵联保护系统仅仅停留在故障判断运算阶段，即通过故障判断算法，实时监测故障是否发生；
步骤四、获取关联的智能终端的故障信息的S104阶段：配电系统发生故障后，本智能终端根据所得到的包括故障方向及过流信息在内的确切判断结果，按照在S101阶段管理主机下发的关联域，向与自身关联的智能终端查询故障判断结果；
步骤五、判断信息获取是否成功的S105阶段：判断信息获取是否成功，如果获取关联域内的智能终端信息成功，则进入下一步S106阶段；如果在规定时间内没有成功获取关联域内的智能终端故障判断结果，即信息获取失败，则下一步进入S108阶段；
步骤六、调用故障定位算法确定故障是否在本智能终端的保护范围内的S106阶段：本智能终端根据获取的本地故障信息和本保护区域内的其他智能终端的故障信息进行故障定位和隔离运算，以确定故障的范围并决定保护动作方案；
步骤七、判断是否为本智能终端范围内故障的S107阶段：智能终端根据S106阶段的运算结果，判断故障是否发生在本智能终端的保护区内：如果判断结果为“是”，则进入下一步S111阶段，否则下一步重新进入S102阶段；
步骤八、搜索关联矩阵，扩大信息交换范围的S108阶段：本智能终端按照关联域扩大一次信息交换范围，重新获取故障判断结果；
步骤九、判断信息获取是否成功的S109阶段：判断关联域扩大后的信息获取是否成功：如果判断结果为“是”，则下一步进入S106阶段，否则进入下一步S110阶段；
步骤十、等待延时时间到的S110阶段：经过一段延时，然后进入下一步S111阶段；
步骤十一、跳开本智能终端对应的开关的S111阶段：跳开本智能终端所控制的开关；
步骤十二、故障区段隔离，微网独立运行的S112阶段：跳开相对应的分段开关、各接口开关隔离故障，确保配电网正常区域继续运行；
步骤十三、向管理主机上传变位信息的S113阶段：故障隔离之后智能终端将对应的开关变位信息上传至管理主机，由管理主机及时根据网络拓扑结构的改变重新为各智能终端划分保护区域、关联域，故障阶段操作结束，下一步返回到正常运行阶段。
本发明与现有同类技术相比具有如下优点：
1.网络拓扑结构管理采用集中模式，便于完成大规模的计算；
2.故障的检测和隔离以智能终端为基础，采用对等通信模式交互故障信息，有利于减小通信量，提高故障检测的快速性；
3.采用多点故障信息，基于纵联比较的原理判断故障区域，具有良好的选择性和较高的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的智能配电网分布式纵联保护系统结构示意图。
图2为本发明提供的智能配电网分布式纵联保护方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的智能配电网分布式纵联保护方法及系统进行详细说明。
本发明提供的智能配电网分布式纵联保护方法包括按顺序进行的下列步骤：
第一步：建立拓扑连接的S01阶段：建立如图1所示的智能配电网分布式纵联保护系统，其包括：管理主机1、通信系统2和多个智能终端3(SDTU)，其中：管理主机1位于变电站内或调控中心，管理整个网络的拓扑结构，为每个智能终端3确定保护对象及关联的其它智能终端；通信系统2用于智能终端3之间、智能终端3与管理主机1之间的信息交互；智能终端3分散安装在线路的开关处，采集安装处的电气量和开关量信息，并能够与管理主机1和其它智能终端通信；
第二步：正常运行的S02阶段：配电系统正常运行时，管理主机1根据当前网络拓扑结构，为每个智能终端3按照预定的原则，确定保护对象及关联的其它智能终端，并将保护对象、所关联的其它智能终端等信息下发至对应的智能终端3处；如果有开关的位置状态发生改变，管理主机1重新确定对应智能终端3的保护对象和所关联的其它智能终端，并将更新后的信息下发至对应的智能终端3处；
第三步：出现故障的S03阶段：当配电系统发生故障时，检测到故障的智能终端3根据管理主机1确定的关联范围，与所关联的其它智能终端对等交互故障电流和故障方向信息，基于纵联比较的保护原理快速、可靠地确定故障区域，并快速隔离故障区域。
所述的第一步中的管理主机1只是对网络的拓扑结构进行管理，不参与故障的检测和隔离环节，且管理主机1为每个智能终端3确定保护对象和关联范围是在系统正常运行时进行的。
所述的第二步中管理主机1要为每个智能终端3都确定好各自的保护对象和关联的其它智能终端，如果系统包含的智能终端3数量较多，那么计算量会很大，宜采用高性能的计算机作为管理主机1。
所述的第三步中的故障检测和隔离完全由智能终端3自主完成，无需管理主机1的干预。
如图2所示，所述的智能配电网分布式纵联保护方法中的S02、S03阶段包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、管理主机划分关联区域的S101阶段：管理主机1在系统正常运行时根据分布式纵联比较保护系统的要求，结合当前的网络拓扑结构和运行方式等信息，为每一个智能终端3确定其保护范围以及每个保护范围所关联的其它智能终端，然后将这些信息发送给每个智能终端3；一旦系统发生故障后，相关智能终端便依据关联域信息与相应智能终端交互故障方向信息，达到快速检测和隔离故障的目的；
步骤二、故障判断计算的S102阶段：智能终端3通过自身和其它智能终端实时监测各出线电流及母线电压，并以此为参数进行故障判断运算；
步骤三、判断系统是否发生故障的S103阶段：根据S102阶段的运算结果，判断当前配电系统是否发生故障，如果判断结果为“是”，则进入下一步S104阶段，进入故障定位与隔离流程；否则下一步返回S102阶段；在配电系统正常运行过程中，分布式纵联保护系统仅仅停留在故障判断运算阶段，即通过故障判断算法，实时监测故障是否发生；
步骤四、获取关联的智能终端的故障信息的S104阶段：配电系统发生故障后，本智能终端3根据所得到的包括故障方向及过流信息在内的确切判断结果，按照在S101阶段管理主机1下发的关联域，向与自身关联的智能终端查询故障判断结果；
步骤五、判断信息获取是否成功的S105阶段：判断信息获取是否成功，如果获取关联域内的智能终端信息成功，则进入下一步S106阶段；如果在规定时间内没有成功获取关联域内的智能终端故障判断结果，即信息获取失败，则下一步进入S108阶段；
步骤六、调用故障定位算法确定故障是否在本智能终端的保护范围内的S106阶段：本智能终端3根据获取的本地故障信息和本保护区域内的其他智能终端的故障信息进行故障定位和隔离运算，以确定故障的范围并决定保护动作方案；
步骤七、判断是否为本智能终端范围内故障的S107阶段：本智能终端3根据S106阶段的运算结果，判断故障是否发生在本智能终端3的保护区内：如果判断结果为“是”，则进入下一步S111阶段，否则下一步重新进入S102阶段；
步骤八、搜索关联矩阵，扩大信息交换范围的S108阶段：本智能终端3按照关联域扩大一次信息交换范围，重新获取故障判断结果；
步骤九、判断信息获取是否成功的S109阶段：判断关联域扩大后的信息获取是否成功：如果判断结果为“是”，则下一步进入S106阶段，否则进入下一步S110阶段；
步骤十、等待延时时间到的S110阶段：经过一段延时，然后进入下一步S111阶段；
步骤十一、跳开本智能终端对应的开关的S111阶段：跳开本智能终端3所控制的开关；
步骤十二、故障区段隔离，微网独立运行的S112阶段：跳开相对应的分段开关、各接口开关隔离故障，确保配电网正常区域继续运行；
步骤十三、向管理主机上传变位信息的S113阶段：故障隔离之后智能终端3将对应的开关变位信息上传至管理主机1，由管理主机1及时根据网络拓扑结构的改变重新为各智能终端划分保护区域、关联域，故障阶段操作结束，下一步返回到正常运行阶段。

Claims (2)

1.一种智能配电网分布式纵联保护方法，其特征在于：其包括按顺序进行的下列步骤：
第一步：建立拓扑连接的S01阶段：建立智能配电网分布式纵联保护系统，其包括：管理主机(1)、通信系统(2)和多个智能终端(3)，其中：管理主机(1)位于变电站内或调控中心，管理整个网络的拓扑结构，为每个智能终端(3)确定保护对象及关联的其它智能终端；通信系统(2)用于智能终端(3)之间、智能终端(3)与管理主机(1)之间的信息交互；智能终端(3)分散安装在线路的开关处，采集安装处的电气量和开关量信息，并能够与管理主机(1)和其它智能终端通信；
第二步：正常运行的S02阶段：配电系统正常运行时，管理主机(1)根据当前网络拓扑结构，为每个智能终端(3)按照预定的原则，确定保护对象及关联的其它智能终端，并将保护对象、所关联的其它智能终端信息下发至对应的智能终端(3)处；如果有开关的位置状态发生改变，管理主机(1)重新确定对应智能终端(3)的保护对象和所关联的其它智能终端，并将更新后的信息下发至对应的智能终端(3)处；
第三步：出现故障的S03阶段：当配电系统发生故障时，检测到故障的智能终端(3)根据管理主机(1)确定的关联范围，与所关联的其它智能终端对等交互故障电流和故障方向信息，基于纵联比较的保护原理快速、可靠地确定故障区域，并快速隔离故障区域。
2.根据权利要求1所述的智能配电网分布式纵联保护方法，其特征在于：所述的S02、S03阶段包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、管理主机划分关联区域的S101阶段：管理主机(1)在系统正常运行时根据分布式纵联比较保护系统的要求，结合当前的网络拓扑结构和运行方式信息，为每一个智能终端(3)确定其保护范围以及每个保护范围所关联的其它智能终端，然后将这些信息发送给每个智能终端(3)；
步骤二、故障判断计算的S102阶段：智能终端(3)通过自身和其它智能终端实时监测各出线电流及母线电压，并以此为参数进行故障判断运算；
步骤三、判断系统是否发生故障的S103阶段：根据S102阶段的运算结果，判断当前配电系统是否发生故障，如果判断结果为“是”，则进入下一步S104阶段，进入故障定位与隔离流程；否则下一步返回S102阶段；
步骤四、获取关联的智能终端的故障信息的S104阶段：配电系统发生故障后，本智能终端(3)根据所得到的包括故障方向及过流信息在内的确切判断结果，按照在S101阶段管理主机(1)下发的关联域，向与自身关联的智能终端查询故障判断结果；
步骤五、判断信息获取是否成功的S105阶段：判断信息获取是否成功，如果获取关联域内的智能终端信息成功，则进入下一步S106阶段；如果在规定时间内没有成功获取关联域内的智能终端故障判断结果，即信息获取失败，则下一步进入S108阶段；
步骤六、调用故障定位算法确定故障是否在本智能终端的保护范围内的S106阶段：本智能终端(3)根据获取的本地故障信息和本保护区域内的其他智能终端的故障信息进行故障定位和隔离运算，以确定故障的范围并决定保护动作方案；
步骤七、判断是否为本智能终端范围内故障的S107阶段：本智能终端(3)根据S106阶段的运算结果，判断故障是否发生在本智能终端(3)的保护区内：如果判断结果为“是”，则进入下一步S111阶段，否则下一步重新进入S102阶段；
步骤八、搜索关联矩阵，扩大信息交换范围的S108阶段：本智能终端(3)按照关联域扩大一次信息交换范围，重新获取故障判断结果；
步骤九、判断信息获取是否成功的S109阶段：判断关联域扩大后的信息获取是否成功：如果判断结果为“是”，则下一步进入S106阶段，否则进入下一步S110阶段；
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步骤十一、跳开本智能终端对应的开关的S111阶段：跳开本智能终端(3)所控制的开关；
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