CN104852405A - 一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于广域数据共享的小水电保护控制系统，该系统是基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，区域电网内多个变电站和小水电站设置子站装置，各子站装置通过光纤互联，利用同步时钟采集同步数据，信息共享，构建新型稳定保护控制系统。该系统利用了多个点共享同步信息，当变电站电源线路发生故障时，能够迅速切除故障电源线路，同时根据当前小水电提供的功率数据，在区域电网内智能的切除负荷，使当前区域电网功率平衡，避免全部区域失电的情况。当故障线路恢复供电后，本系统能够自动将切除的负荷恢复供电，提高了整个区域的供电可靠性。

Description

一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统

技术领域

本发明属于电力系统继电保护和安全控制技术领域，特别涉及一种基于区域电网电气量和状态量信息共享的继电保护和安全控制系统和方法。

背景技术

随着智能电网建设的开展，智能电网的特征带来的网络重构、分布式电源接入、微网运行等技术，对继电保护提出了新的要求，基于本地测量信息及少量区域信息的常规保护在解决这些问题时面临较大的困难。同时，智能电网建设中新技术(如新型传感器技术、时钟同步及数据同步技术、计算机技术、光纤通信技术等)的研究与应用也给继电保护的发展提供了广阔的发展空间。在以上因素的促进下，基于广域测量信息，从系统的角度综合考虑继电保护设计和配置的广域继电保护得到了越来越多的关注。

此外，广域同步测量技术的采用是智能电网建设的一个重要方面。广域测量技术借助全球时钟同步技术和高速的通信技术，实现了大范围、海量数据的实时同步，使得基于大范围区域的高精度动态信息的实时决策成为可能。

发明内容

为了解决带有小水电的区域电网故障时直接将小水电切除扩大了停电时间和停电范围的问题，本发明公开了一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统，该系统基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，区域电网内的多个变电站和小水电站分别设置子站装置，各子站装置通过光纤互联，利用同步时钟采集同步数据，信息共享，构建新型稳定保护控制系统。该系统利用了多个点共享同步信息，当变电站电源线路发生故障时，能够迅速切除故障电源线路，同时根据当前小水电站提供的功率数据，在区域电网内智能地切除负荷，使当前区域电网功率平衡，避免全部区域失电的情况。当故障线路恢复供电后，本系统能够自动将切除的负荷恢复供电，提高了整个区域的供电可靠性。

为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统，其特征在于：基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，区域电网内的多个变电站和小水电站分别设置智能保护控制子站装置，各子站装置通过光纤互联，利用同步时钟采集同步数据，信息共享，构建新型稳定保护控制系统；当变电站电源线路发生故障时，能够迅速切除故障电源线路，同时根据当前小水电站提供的功率数据，在区域电网内智能地切除负荷；当故障线路恢复供电后，自动将切除的负荷恢复供电。

一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统，基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，所述区域电网内的每一个变电站和小水电站均作为一个站点，各站点之间通过高速数据通讯网络共享同步数据，所述控制保护系统通过安装在区域电网的各站点中的智能保护子站装置实现区域电网的小水电控制保护，其特征在于：

所述小水电站保护控制系统包括智能保护控制主站装置和安装在各站点中的智能保护控制子站装置，智能保护主站装置负责整个区域电网保护控制功能，智能保护控制子站装置负责所在站点的保护控制功能；

所述智能保护控制子站装置具有数据采集模块和计算模块，利用GPS卫星同步时钟实现对所属站点的电网电压、电流以及状态量的同步采集，并计算所属站点内电网电压、电流的幅值、相位、频率、有功功率和无功功率数据，通过所述高速数据通讯网络将所计算的电网电压、电流的幅值、相位、频率和有功功率、无功功率数据以及测量到的状态量数据连同计算时刻的GPS时间信息传送到区域电网中的智能保护控制主站装置；智能保护控制主站装置根据各站点上送的共享数据进行计算和分析以判断被保护的区域电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果和区域电网的综合信息生成相应的控制命令，通过高速数据通讯网络下达给相应站点的智能保护控制子站装置；同时实时存储收集到的所述共享数据，并记录下达给智能保护控制子站装置的各种命令和发出的其他信息，以备日后查询分析。

本发明还进一步包括以下优选方案：

对于区域电网内联络线路，智能保护控制主站装置采用差动保护原理进行故障判定。

对于区域电网内具有分支的线路，将距离区域电网内电源最近的分支的一端作为差动保护的一侧，将其它分支的电流做相量和计算后作为差动保护的另外一侧，将两侧电流的相量和的幅值作为差动电流，将两侧电流相量差的幅值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定。

由于数据共享，智能保护控制主站装置可以将区域电网内所有线路同时使用差动保护技术来判定，准确判定故障线路，当发生电流互感器断线时，根据控制字的设置来决定是否闭锁差动保护。

对于只属于某一站点的线路和电气元件，智能保护控制子站装置采用所采集的该站点内的模拟量进行该站点的全站集成式保护，其中线路保护采用3段式距离保护、4段零序方向保护；主变及后备保护采用分相差动保护、零序差动保护、复合电压闭锁方向过流保护。

当区域电网内变电站电源线路故障时，变电站内安装的智能保护控制子站装置将切除电源线路；同时，智能保护控制主站装置根据区域电网内小水电的出力数据，切除部分次要负荷，以达到区域系统功率平衡，等到变电站电源线路故障排除后，再将切除的负荷恢复供电。

本发明可减少停电时间60％以上，缩小停电区域。

附图说明

如图1所示为本发明区域电网保护系统结构示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明公开了一种基于区域数据数据共享的小水电保护控制系统，所述区域电网是由若干站点组成，所述站点为变电站和小水电站，各站点之间通过高速数据通讯网络，共享同步数据，所述控制保护系统通过安装在被保护区域电网的各站点中的智能保护控制装置实现区域电网的小水电控制保护，整个区域电网的保护控制系统结构如附图1所示。所述区域电网各子站根据规模配置子站装置，站内配置以太网转2M设备，将数据通过站内的SDH通道与主站实现点对点连接。主站配置主站装置，2M转以太网设备，将数据从子站收集到主站。主站设置在其中一个子站内，各站同时配置GPS时钟装置，可以将区域各站的时钟同步，时间误差不超过2微秒。

所述智能保护控制装置配置为智能保护控制主站装置和智能保护控制子站装置，智能保护主站装置负责整个区域电网保护控制功能，智能保护控制子站装置负责所在站点的保护控制功能；

所述智能保护控制子站装置具有数据采集模块和计算模块，利用GPS卫星同步时钟实现对区域电网电压、电流以及状态量的同步测量，并计算所述区域电网电压、电流的幅值、相位、频率、有功功率和无功功率数据，通过所述网络将所计算的电网电压、电流的幅值、相位、频率和有功功率、无功功率数据以及测量到的状态量数据连同计算时刻的GPS时间信息传送到区域电网中的其他站点；

智能保护控制主站装置根据各站点上送的共享数据进行计算和分析以判断被保护的电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果和电网的综合信息生成相应的控制命令，通过网络下达给相应站点的智能保护控制子站装置；同时实时存储收集到的数据，并记录下达给智能保护控制子站装置的各种命令和发出的其他信息，以备日后查询分析。

对于区域电网内联络线路故障，智能保护控制主站装置采用差动保护技术进行故障判定，对于具有分支的线路，将距离区域电网系统电源最近的分支的一端作为差动保护的一侧，将其它分支的电流做相量和计算后作为差动保护的另外一侧，将两侧电流的相量和的幅值作为差动电流，将两侧电流相量差的幅值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定；由于数据共享，智能保护控制主站装置可以将区域电网内所有线路同时使用差动保护技术来判定，准确判定故障线路，当发生电流互感器断线时，根据控制字的设置来决定是否闭锁差动保护。

对于属于某一站点的线路和其他元件，智能保护控制子站装置采用该站点采集的模拟量进行全站集成式保护，其中线路保护采用3段式距离保护、4段零序方向保护；主变及后备保护采用分相差动保护、零序差动保护、复合电压闭锁方向过流保护。

对于所述区域系统带有小水电的站点，当站点发生变电站电源线路故障时，变电站将切除电源线路。此时系统内小水电还在正常工作给系统提供出力。当前通常的做法是在电源线路故障跳闸的同时，解列小水电站，等故障解除后，再将小水电并网。这样的做法使停电区域增加停电时间增长。本申请的处理方式为，智能保护控制主站装置监视到这些信息后，将根据系统内小水电的出力数据，切除部分次要负荷，以达到区域系统功率平衡，等到系统故障排除后，再将切除的负荷恢复供电。这样的处理就减少了停电区域和停电时间。

区域电网内各站点之间通过电力系统的2M带宽的专用数据通道进行通信。站点包括智能保护装置和智能执行装置，智能保护控制子站装置由电源插件、AD采样插件、状态量开入插件、GPS授时插件、采样数据存储插件、网络通信插件、CPU插件组成，上述插件并排插入到背板上，使得各个插件之间可以直接通信。电源插件为整个装置提供工作电源。AD采样插件负责采集电压、电流等模拟量，并转换为数字量，计算出电气量的幅值相位和频率。开入插件负责采集断路器位置、刀闸位置等开关状态量。GPS授时插件负责接收GPS的对时脉冲信号。采样数据存储插件负责记录采样数据，为事后的故障分析提供录波数据。网络通信插件承接采集装置与外界通信及信息交换。CPU插件是装置的核心插件，完成实时数据库处理、保护逻辑判断、控制命令的发送、软硬件自检。

智能保护控制子站装置每隔5ms进行一次相量计算，根据电压、电流的采样值用傅里叶算法计算得到电压、电流的幅值和相位以及频率。并把幅值、相位和频率计算结果以及断路器位置、刀闸位置等状态量连同计算时刻的GPS时间信息通过网络传送到其他站点的智能保护子站装置和智能保护控制主站装置。

智能保护控制子站装置还配置有开出插件、开入插件。智能保护控制子站装置的开入插件采集电网的状态量信息，包括断路器跳合闸位置，刀闸位置。智能保护控制子站装置的开出插件接入到电力系统断路器的跳合闸回路，以实现对断路器的跳合闸操作。智能保护控制子站装置通过网络接收智能保护控制主站装置下达的GOOSE信息包括跳闸、合闸命令等，并把执行结果通过网络反馈给智能保护控制主站装置，同时把收到的GOOSE命令以报文的形式存储到智能保护控制子站装置中，以备日后查询。

本发明的保护和控制功能包括以下逻辑功能和步骤，各个功能模块相互独立，可以通过控制字进行投退。

Claims (7)

1.一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统，其特征在于：基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，区域电网内的多个变电站和小水电站分别设置智能保护控制子站装置，各子站装置通过光纤互联，利用同步时钟采集同步数据，信息共享，构建新型稳定保护控制系统；当变电站电源线路发生故障时，能够迅速切除故障电源线路，同时根据当前小水电站提供的功率数据，在区域电网内智能地切除负荷；当故障线路恢复供电后，自动将切除的负荷恢复供电。

2.一种基于广域数据数据共享的小水电站保护控制系统，基于高速数据通讯网络，将关联紧密的若干变电站和小水电站作为一个区域电网，所述区域电网内的每一个变电站和小水电站均作为一个站点，各站点之间通过高速数据通讯网络共享同步数据，所述控制保护系统通过安装在区域电网的各站点中的智能保护子站装置实现区域电网的小水电控制保护，其特征在于：

所述小水电站保护控制系统包括智能保护控制主站装置和安装在各站点中的智能保护控制子站装置，智能保护主站装置负责整个区域电网保护控制功能，智能保护控制子站装置负责所在站点的保护控制功能；

所述智能保护控制子站装置具有数据采集模块和计算模块，利用GPS卫星同步时钟实现对所属站点的电网电压、电流以及状态量的同步采集，并计算所属站点内电网电压、电流的幅值、相位、频率、有功功率和无功功率数据，通过所述高速数据通讯网络将所计算的电网电压、电流的幅值、相位、频率和有功功率、无功功率数据以及测量到的状态量数据连同计算时刻的GPS时间信息传送到区域电网中的智能保护控制主站装置；

智能保护控制主站装置根据各站点上送的共享数据进行计算和分析以判断被保护的区域电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果和区域电网的综合信息生成相应的控制命令，通过高速数据通讯网络下达给相应站点的智能保护控制子站装置；同时实时存储收集到的所述共享数据，并记录下达给智能保护控制子站装置的各种命令和发出的其他信息，以备日后查询分析。

3.根据权利要求2所述的小水电站保护控制系统，其特征在于：

对于区域电网内联络线路，智能保护控制主站装置采用差动保护原理进行故障判定。

4.根据权利要求2或3所述的小水电站保护控制系统，其特征在于：

对于区域电网内具有分支的线路，将距离区域电网内电源最近的分支的一端作为差动保护的一侧，将其它分支的电流做相量和计算后作为差动保护的另外一侧，将两侧电流的相量和的幅值作为差动电流，将两侧电流相量差的幅值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定。

5.根据权利要求3或4所述的小水电站保护控制系统，其特征在于：

由于数据共享，智能保护控制主站装置可以将区域电网内所有线路同时使用差动保护技术来判定，准确判定故障线路，当发生电流互感器断线时，根据控制字的设置来决定是否闭锁差动保护。

6.根据权利要求2所述的小水电站保护控制系统，其特征在于：

对于只属于某一站点的线路和电气元件，智能保护控制子站装置采用所采集的该站点内的模拟量进行该站点的全站集成式保护，其中线路保护采用3段式距离保护、4段零序方向保护；主变及后备保护采用分相差动保护、零序差动保护、复合电压闭锁方向过流保护。

7.根据权利要求2所述的小水电站保护控制系统，其特征在于：

当区域电网内变电站电源线路故障时，变电站内安装的智能保护控制子站装置将切除电源线路；同时，智能保护控制主站装置根据区域电网内小水电的出力数据，切除部分次要负荷，以达到区域系统功率平衡，等到变电站电源线路故障排除后，再将切除的负荷恢复供电。