CN104518487B - 一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法。通过包交换网络把兼作广域保护子站功能的各站域保护装置连接起来形成广域网络，各站域装置根据广域模型配置把本站的部分状态信息以及站域保护的部分动作信息以GOOSE方式发布到广域网上，同时根据配置信息把本站的部分SV数据稀疏化以后映射到网络时钟平面通过网络共享。各站域保护装置依据模型从网上订阅所需要的GOOSE状态以及SV数据，然后结合一次系统网络拓扑结构，实现配置在本站域保护装置上的相关广域保护功能，并把自己的动作行为通过GOOSE发布到站内网络以及广域网络，供其他相关设备判断执行。该系统通过分布在各站域保护装置里面的广域保护功能的组合，形成一个分布式的广域保护控制系统。

Description

一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护和自动化技术领域，具体涉及一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法。

背景技术

传统的继电保护主要集中于元件保护，以单间隔元件为保护对象。传统保护以切除被保护元件内部故障为己任，不同级别的保护主要靠定值和时间极差完成选择性配合。各电力设备的主保护相互独立，不顾及故障元件被切除后，剩余电力系统中的潮流转移引起的后果。随着通信、计算机、自动化等技术发展并与传统电力技术有机融合，极大地提升了电网的智能化水平，电网逐渐呈现出自愈、兼容、集成、优化新特征，电网智能化是电网技术发展的必然趋势。现有的基于本地信息的保护与控制系统面临保护配合困难，选择性难以保证，故障时保护越级动作等诸多问题，尤其是随着新能源发电并网，大功率输电等新技术的广泛应用对于传统继电保护模式构成极大挑战。

近几年虽然有广域保护的研究与探索，但主要还是采用集中方式，由一台(套)集中地广域保护装置完成系统保护，并且数据通道基本全部采用2M点对点通讯模式，数据、信息无法实现网络共享。这种模式保护由于数据过于集中、数据量大，因此对于装置的要求非常高，同时由于所有功能集中于一台(套)装置，对于系统的可靠性极为不利。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法。该保护方法基于包交换网络进行信息共享，通过分布式配置形成一个分布式多点并列运行的网络化保护系统，解决了传统保护的信息不足的问题，同时也避免了集中式保护的处理瓶颈问题。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法，其特征在于，所述广域保护方法包括以下步骤：

(1)由包交换网络连接各站域保护装置形成广域保护网络系统，广域保护网络系统内的各站域保护装置地位平等；

(2)各站域保护装置把本站域保护装置所属的各间隔开关状态、检修状态信息，以及本站域保护装置就地保护功能的动作信息和本站域保护装置根据就地信息判断的系统运行状态按照iec61850规范的GOOSE方式发布到广域网上，其中系统运行状态包括系统振荡状态、方向元件状态；

(3)各站域保护装置把本站域保护装置所属的与广域保护、控制功能实现相关的采样值SV数据稀疏化为1200Hz的采样频率数据并把该采样值SV数据的时间信息折算为广域网络相应的时间，实现从保护装置时钟平面到广域网络时钟平面的映射，然后把映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据通过网络共享；

(4)广域网络内的各站域保护装置依据广域保护、控制功能配置要求从广域网上订阅所需要的GOOSE状态以及SV数据，并把步骤(3)所映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据映射到站域保护装置自身的时间平面，供站域保护装置内部的保护模块使用；

(5)广域网络内的各站域保护装置依据既定的保护配置方案，结合一次系统网络拓扑结构，实现配置在本站域保护装置上的广域保护功能，并把自己的动作行为通过GOOSE发布到站内网络以及广域网络，供其他相关设备判断执行。

本发明通过包交换网络，实现状态量和模拟量的网络共享，使得处于广域网络内作为广域保护子站功能的站域保护装置能够平等的获取广域系统内各点的信息，广域功能可以按照一次系统网络拓扑关系，均衡的配置于相应的站域保护装置，从而实现系统整体性能优化，各站域保护装置自主、快速、精准的实现故障定位，从而实现一个分布式的网络化保护系统。同时网络内部的数据均按照IEC61850规范建模，信息按照发布、订阅的模式实现，因此系统具有开放、互操作的特点，同时整个广域保护系统内的子站数量的增减只需通过修改相应的模型配置，无需对整个系统作大的调整。

附图说明

图1为广域保护系统图；

图2为6个站的广域系统图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开的一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法，包括以下步骤：

(1)由包交换网络连接各站域保护装置形成广域保护网络系统，广域保护网络系统内的各站域保护装置地位平等；如附图1所示为广域保护系统图，分布在不同地方的N个变电站，每个变电里面安装一台站域保护装置，然后通过包交换网络把这N台站域保护装置连接起来组成广域保护系统，每台站域保护装置在系统内通过网络ID唯一识别，所有站域保护装置在网络内地位平等，互不隶属。

(2)如附图1所示，站域保护装置1～N分别根据广域保护、控制功能配置要求把本站的间隔开关状态、检修状态信息以及本站域保护就地保护功能的动作信息以及站域保护装置根据就地信息判断的系统运行状态(如系统振荡、方向元件状态等等)按照iec61850规范的GOOSE方式发布到广域网上；

(3)如附图1所示，站域保护装置1～N分别根据广域保护、控制功能配置要求把本站的与广域保护、控制功能实现相关的采样值SV数据稀疏化为1200Hz的采样频率数据并把该SV数据的时间信息折算为广域网络相应的时间，实现从装置时钟平面到广域网络时钟平面的映射，然后把映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据通过网络共享；

(4)如附图1所示，站域保护装置1～N分别依据广域保护、控制功能配置要求从广域网上订阅所需要的GOOSE状态以及SV数据，并把步骤(3)所映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据映射到站域保护装置自身的时间平面，供站域保护装置内部的保护模块使用；

(5)如附图1所示，站域保护装置1～N分别依据保护配置方案，结合一次系统网络拓扑结构，实现配置在本站域保护装置上的广域保护功能，并把自己的动作行为通过GOOSE发布到站内网络以及广域网络，供其他相关设备判断执行。

下面以图2所示的6个站组成的系统为例，介绍本发明的基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法。

按照附图2建立RTDS模型，在220KV中心站、变电站2、变电站3、变电站4、变电站5、变电站6处各安装一台作为广域子站的站域保护装置，模型在装置安装处输出每一个110KV开关的三相电流(Ia，Ib，Ic)、三相电压(Ua，Ub，Ic)以及开关状态，模拟输出各处的检修状态，并接入对应的站域保护装置。系统准备好以后即可开始广域系统搭建与实验：

(1)通过包交换网络(PTN)连接6台装置。并且设置6台装置的网络ID分别为1、2、3、4、5、6。设置完成后重新给6台装置通电，广域系统完成网络组建；

(2)6台装置分别把本站与其他站有联络关系的开关的开关状态、间隔检修状态以及该站域保护装置配置的联络线的相间距离、接地距离动作状态、保护装置判断的系统振荡状态、方向元件动作状态按照iec61850规范的GOOSE方式发布到广域网上；

i)安装在220KV中心站的1号站域保护装置通过广域网络发布101、102、103、104、105开关开关状态量、间隔检修状态量以及L1、L2、L3、L4、L5的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE；

ii)安装在变电站2的2号站域保护装置通过广域网络发布110、111开关开关状态量、间隔检修状态量以及L1、L8的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE；

iii)安装在变电站3的3号站域保护装置通过广域网络发布120、121开关开关状态量、间隔检修状态量以及L2、L8的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE；

iv)安装在变电站4的4号站域保护装置通过广域网络发布130、131开关开关状态量、间隔检修状态量以及L5、L6的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE；

v)安装在变电站5的5号站域保护装置通过广域网络发布140、141、142开关开关状态量、间隔检修状态量以及L4、L6、L7的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE；

vi)安装在变电站6的6号站域保护装置通过广域网络发布150、151开关开关状态量、间隔检修状态量以及L3、L7的相间距离、接地距离动作状态、每条线路系统振荡状态、方向元件(阻抗、负序、零序)动作状态GOOSE。

(3)6台装置分别把本站与其他站有联络关系的开关安装处的采样值SV数据稀疏化为1200Hz的采样频率数据并把该SV数据的时间信息折算为广域网络相应的时间，然后把映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据通过网络共享：

i)安装在220KV中心站的1号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关101、102、103、104、105安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上；

ii)安装在变电站2的2号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关110、111安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上；

iii)安装在变电站3的3号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关120、121安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上；

iv)安装在变电站4的4号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关130、131安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上；

v)安装在变电站5的5号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关140、141、142安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上；

vi)安装在变电站6的6号站域保护装置把经过时间信息转换以后的开关150、151安装处的模拟量SV发布到广域通讯网上。

(4)6台站域保护装置分别从广域网上订阅所需要的GOOSE状态以及SV数据，并把步骤(3)所映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据映射到站域保护装置自身的时间平面，供站域保护装置内部的保护模块使用：

i)安装在220KV中心站的1号站域保护装置订阅110、120、130、140、150开关的SV和状态量GOOSE；

ii)安装在变电站2的2号站域保护装置订阅101、121开关的SV和状态量GOOSE；

iii)安装在变电站3的3号站域保护装置订阅102、111开关的SV和状态量GOOSE；

iv)安装在变电站4的4号站域保护装置订阅105、141开关的SV和状态量GOOSE；

v)安装在变电站5的5号站域保护装置订阅104、131、151开关的SV和状态量GOOSE；

vi)安装在变电站6的6号站域保护装置订阅103、142开关的SV和状态量GOOSE。

(5)6台装置把订阅到的线路对端电流采样值经过时钟平面转换以后与本侧的电流采样值进行差动计算：电流的相量和的幅值作为差动电流，各侧电流幅值的最大值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定，判据如下：

|i_m+i_n|≥I_cd (1)

|i_m+i_n|≥K·(|i_m|+|i_n|) (2)

式中i_m、为i_n线路两端采集的电流，K为制动系数，I_cd为差动电流门坎值。

满足公式(1)和(2)动作，否则不动作。

同时装置把订阅到联络线对端方向元件的动作状态与本侧的方向元件的动作状态量进行纵联距离判断，判据如下：

DIR＝D₁+D₂+D₀ (3)

DIR≥1 (4)

其中，DIR为综合方向，D1为阻抗方向，D2为负序方向，D0为零序方向。正方向取1，非正方向取0。

线路两端的方向元件同时满足公式(3)和(4)动作，否则不动作。

6台站域保护装置的广域保护配置如下：

i)1号站域保护装置配置L1线、L2线、L3线、L4线、L5线的广域保护，分别为：基于101和110开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的距方向件动作状态的纵联距离保护、102和120开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、103和150开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、104和140开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、105和130开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护；

ii)2号站域保护装置配置L1线、L8线的广域保护，分别为：基于101和110开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、111和121开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护；

iii)3号站域保护装置配置L2线、L8线的广域保护分别为：基于102和120开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、111和121开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护；

iv)4号站域保护装置配置L5线、L6线的广域保护分别为：基于105和130开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、131和141开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护；

v)5号站域保护装置配置L4线、L6线、L7线的广域保护分别为：基于104和140开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、131和141开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、151和142开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护；

vi)安装在变电站6的6站域保护装置配置L3线、L7线的广域保护分别为：基于103和150开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护、151和142开关处SV数据的纵联差动保护和两开关处的方向元件动作状态的纵联距离保护。

实验中各侧装置同步相量角度偏差小于1°。通过RTDS系统分别模拟K1～K11处两相短路故障，广域保护动作情况：

注：本实验只记录广域保护动作情况。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (1)

1.一种基于包交换网络的全数据共享的广域保护方法，其特征在于，所述广域保护方法包括以下步骤：

(1)由包交换网络连接各站域保护装置形成广域保护网络系统，广域保护网络系统内的各站域保护装置地位平等；

(2)各站域保护装置把本站域保护装置所属的各间隔开关状态、检修状态信息，以及本站域保护装置就地保护功能的动作信息和本站域保护装置根据就地信息判断的系统运行状态按照iec61850规范的GOOSE方式发布到广域网上，其中系统运行状态包括系统振荡状态、方向元件状态；

(3)各站域保护装置把本站域保护装置所属的与广域保护、控制功能实现相关的采样值SV数据稀疏化为1200Hz的采样频率数据并把该采样值SV数据的时间信息折算为广域网络相应的时间，实现从保护装置时钟平面到广域网络时钟平面的映射，然后把映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据通过网络共享；

(4)广域网络内的各站域保护装置依据广域保护、控制功能配置要求从广域网上订阅所需要的GOOSE状态以及SV数据，并把步骤(3)所映射到广域网络时钟平面的模拟量SV数据映射到站域保护装置自身的时间平面，供站域保护装置内部的保护模块使用；

(5)广域网络内的各站域保护装置依据既定的保护配置方案，结合一次系统网络拓扑结构，实现配置在本站域保护装置上的广域保护功能，并把自己的动作行为通过GOOSE发布到站内网络以及广域网络，供其他相关设备判断执行。