CN106022956A - 一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，步骤如下：1)：对于一个区域网络，解析其中的变电站的SCD文件，提取各变电站的设备结构数据信息，2)：选择要求配置保护的一次部分，对于线路，寻找该线路两端直接相连的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为该线路的基本差动环；对于母线，寻找该母线节点连接的开关状态为闭合的断路器，以及该母线节点通过线路连接的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为母线的基本差动环。通过与变电站描述语言SCL的结合，并结合断路器实时开关状态，来搜索被保护设备的差动环边界断路器，且通过对断路器开关状态自校验来动态调整差动环边界断路器，准确性高，搜索过程简单。

Description

一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法

技术领域

本发明涉及继电保护领域，尤其涉及一种基于变电站配置描述语言SCL的区域保护差动环边界断路器动态搜索方法。

背景技术

近年来，智能变电站技术和通信技术得到了巨大的发展，使得将较大范围内的电网进行数据上的信息统筹及优化成为可能，从而为更高层面上的保护及控制功能的集中化提供了基础。因此，未来继电保护的发展方向将是基于高性能计算机技术和先进通信网络的智能化保护。

IEC6185标准奠定了变电站自动化系统(substation automation system，SAS)的基础，使用面向对象统一建模技术，以及独立于网络的抽象通信服务接口，能够满智能电气设备(intelligent electronic device)的互操作，是具有良好的资自我描述以及网络适应能力的通信协议。在基于IEC6185通信协议的变电站自动化系统中，需要寻求一种对其中模型的统一语言，目前SCL作为唯一描述方法是变电站系统不可或缺的重要组成。

目前虽然有较多学者研究差动环的动态扩展方法，但是更多从算法本身出发，较少从底层结构的考虑，更少同变电站相关描述语言结合起来研究，不能很好适应当今变电站的发展趋势。

综上分析，有必要把变电站描述语言SCL中对设备及结构的描述加以利用，并结合断路器实时开关状态，来实现差动保护边界断路器的搜索，进而完成区域保护功能，为未来智能电网可靠保护提供了有力的技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变电站描述语言的区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，用以解决现有技术中区域保护差动环边界断路器动态搜索中不能从底层结构考虑的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，步骤如下：

步骤1)：对于一个区域网络，解析其中的变电站的SCD文件，提取各变电站的设备结构数据信息，所述设备结构数据信息包括断路器信息、线路信息和母线信息，断路器信息包括各断路器、各断路器状态，以及各断路器分别直接相连的节点；线路信息包括各线路，以及各线路连接的节点；母线信息包括各母线节点在各节点中的编号；

步骤2)：选择要求配置保护的一次部分，对于线路，寻找该线路两端直接相连的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为该线路的基本差动环；对于母线，寻找该母线节点连接的开关状态为闭合的断路器，以及该母线节点通过线路连接的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为母线的基本差动环。

进一步的，检测基本差动环中的断路器，若一个断路器状态发生变化，则更新所述步骤1)中断路器信息，若一个断路器出现故障，则移除该故障断路器。

进一步的，将步骤1)断路器信息、线路信息和母线信息构成设备属性表和节点属性表；设备属性表和节点属性表的行属性包括：设备编号、种类、状态、直接连接的节点编号。

进一步的，将所述设备属性表和节点属性表导入到MATLAB中，生成相应的设备类型矩阵、连接节点矩阵以及母线节点矩阵。

进一步的，所述步骤2)中得到一次部分的基本差动环，步骤如下：

步骤a)：读取变电站设备名称设备类型矩阵，搜索出需要配置差动保护的一次设备，并找出该一次设备所对应的行；

步骤b)：根据步骤a)中该一次设备所在的行搜索设备状态连接节点矩阵，得到所述一次设备对应的设备状态及连接节点；

步骤c)：根据步骤b)中得到的连接节点，搜索设备状态连接节点矩阵的连接节点列，找到所有包括该连接节点的行；

步骤d)：根据步骤c)中得到的所有包括该连接点的行，搜索变电站设备名称设备类型矩阵中对应的断路器状态为闭合的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应一次设备的边界差动环断路器。

进一步的，所述步骤2)中得到母线的基本差动环，步骤如下：

步骤i)：读取母线节点矩阵，找出所有的母线节点；

步骤ii)：根据步骤i)中得到的母线节点搜索设备状态连接节点中的连接节点列向量，找出所有包括母线节点的索引行；

步骤iii)：根据步骤ii)中索引行搜索变电站设备名称设备类型矩阵，找到该矩阵中处于闭合状态的断路器所在的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应母线的边界差动环断路器。

进一步的，当检测到有断路器开关状态发生变化时，则在相应的基本差动环中删除该断路器的相关信息，并更新相应的基本差动环；当检测到有断路器故障时，找出故障断路器两端对应的节点i、j；找出区域最大节点编号N，去除设备属性表中包含故障断路器的那一行，并将设备属性表和节点属性表中的节点i、j换成N+1。

进一步的，所判断断路器开关状态的方法如下：采集断路器周围两个电流互感器的电流，并设置电流门槛I_set＝kI_N，I_N为额定电流，若采样电流大于门限值I_set，则认为有电流，设为1，否则设为0；设两个互感器电流的有无用C1，C2表示，用B表示采集的断路器开关状态，并分配权重为2(B＝2表示断路器闭合)。用T表示断路器实际开关状态，则T＝C1+C2+B≥2时，表示断路器实际处于闭合状态；T＝C1+C2+B＜2时，表示断路器实际处于断开状态。

本发明提供的一种区域保护朝东环边界断路器动态搜索方法，通过从变电站描述语言SCL中提取出区域网络中各变电站的设备结构信息，并将这些信息分类、规律分布，从中查找一次部分的基本差动环、母线的基本差动环，通过与变电站描述语言SCL的结合，并结合断路器实时开关状态，来搜索被保护设备的差动环边界断路器，且通过对断路器开关状态自校验来动态调整差动环边界断路器，准确性高，搜索过程简单。

将从变电站描述语言SCL中得到的各变电站的设备结构信息导入到MATLAB中，并生成相应的设备类型矩阵、连接节点矩阵以及母线节点矩阵，从而通过计算机的方式寻找一次部分和母线的基本差动环，方便高效，而且安全性、准确性高。

附图说明

图1是SCD文件格式示例图；

图2是区域网络图；

图3为3/2接线图；

图4位差动环边界断路器搜索流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种基于变电站配置描述语言SCL的，关于区域电网集中式保护中的差动环边界断路器动态搜索方法，即找出所有配置差动保护的一次设备和母线的边界断路器的编号的方法，下面结合图4详细介绍本发明中该方法的思路。

一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，具体方法步骤如下：

步骤1：对于一个区域网络，解析其中的变电站的SCD文件，提取各变电站的设备结构数据信息，包括变电站名称、设备类型、设备编号、设备状态、断路器直接相连的节点，线路、线路连接的节点，节点中母线节点。如图1所示，即为SCD文件格式的示例图。

在这里，上述提到的设备是指变电站中的一次设备，包括线路和变压器；SCD文件中Substation部分关于变电站设备结构信息，包括线路和变压器所属的变电站名、线路和变压器的名称、线路和变压器的类型及线路和变压器端的节点编号。

步骤2：将步骤1中的变电站设备结构信息整理生成设备属性表，各个变电站中所有断路器开关状态整理生成节点属性表，并将设备属性表和节点属性表导入到MATLAB中生成变电站设备名称设备类型矩阵、设备状态连接节点矩阵以及母线节点矩阵；

其中设备属性包括设备所属变电站名、设备名称、设备类型、设备状态以及设备端的节点编号；节点属性包括所有节点中的母线节点编号。

步骤3)：根据步骤2中的变电站设备名称设备类型矩阵和设备状态连接节点矩阵，得到设备的基本差动环；具体的，首先读取变电站设备名称设备类型矩阵，搜索出需要配置差动保护的一次设备，并找出该一次设备所对应的行；然后根据上述一次设备所在的行搜索设备状态连接节点矩阵，得到所述一次设备对应的设备状态及连接节点；根据上述得到的连接节点，搜索设备状态连接节点矩阵的连接节点列，找到所有包括该连接节点的行；最后，根据上述得到的所有包括该连接点的行，搜索变电站设备名称设备类型矩阵中对应的断路器状态为闭合的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应一次设备的边界差动环断路器。

步骤4)：根据步骤2中的设备状态连接节点矩阵、母线节点矩阵，得到母线的基本差动环；具体的，首先读取母线节点矩阵，找出所有的母线节点；根据上述得到的母线节点搜索设备状态连接节点中的连接节点列向量，找出所有包括母线节点的索引行；最后，根据上述索引行搜索变电站设备名称设备类型矩阵，找到该矩阵中处于闭合状态的断路器所在的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应母线的边界差动环断路器。

步骤5)：采集断路器周围多个电流互感器电流信息，结合断路器电流与断路器上传的开关状态对断路器实际开关状态进行校核，找出失灵断路器两端对应的节点i、j；找出区域最大节点编号N，去除设备属性表中包含故障断路器的那一行，并将设备属性表和节点属性表中的节点i、j换成N+1，重复步骤1～4，实现差动环动态扩展。

具体的，关于如何判别断路器开关状态的方法如下：采集待判断路器周围两个电流互感器的电流，并设置电流门槛I_set＝kI_N，在这里I_N为额定电流，门槛系数k则一般取0.8～0.9，当然，根据实际需要，k也可以设置为0.8～0.9以外的其他值。将采集到的断路器周围两个电流互感器的采样电流值与门限值相比较，若采样电流大于门限值I_set，则认为有电流，将该电流互感器中的电流值设为1，若采样电流小于门限值I_set则认为该电流互感器中没有电流，将该电流互感器中的电流设为0。为了判断断路器开关状态的需要，设两个互感器中电流的有无用C1，C2表示，用B表示采集的断路器开关状态，并分配权重为2(B＝2表示断路器闭合)。用T表示断路器实际开关状态，则T＝C1+C2+B≥2时，表示断路器实际处于闭合状态；T＝C1+C2+B＜2时，表示断路器实际处于断开状态。

上述给出了本发明中区域保护中差动环边界断路器动态搜索方法的一般思路，下面根据具体例子对本发明的思想做进一步阐释。

如图2所示，是一个区域电网简化结构图，从图中可以看出，整个区域电网简化结构图被分为A、B、C三个区域。根据该区域电网简化结构图所对应的SCD文件，可以得到图2中各线路，各母线，各断路器及其开关状态，各个设备、节点的名称，将这些变电站设备结构数据信息从SCD文件中读取出来后，与引入的开关状态数据信息相结合，通过整理后得到如下表1所示的设备属性表和节点属性表，然后导入到MATLAB中。

表1区域设备属性表与节点属性表

在MATLAB中编写程序，根据上述设备属性表和节点属性表得到“变电站设备名称设备类型”矩阵、“设备状态连接节点”矩阵以及“母线节点”矩阵三个矩阵，为在下文中方便描述，在此将上述三个矩阵分别命名为A矩阵、B矩阵和C矩阵，即A矩阵表示表1中的前三列，表示表1中的4～6列，表示表1中的第7列。

下面以寻找线路L1的差动环边界断路器为例，说明如何寻找一次设备的边界差动环断路器。在这里，针对线路L1，首先在A矩阵中搜索线路L1所在的行，以此索引行搜索矩阵B发现线路L1两端的连接节点是连接节点5和连接节点14，然后在矩阵B的连接节点列搜索包含节点5和节点14的行，找到包含节点5和节点14的行对应于A矩阵中的行如表1中粗实线框所框住的部分，然后从该部分的行中提取出设备类型为B且设备状态为1的行，如表2中粗实线框所框住的部分。然后根据这些设备类型为B且设备状态为1的行，即可搜索出线路L1的差动环边界断路器，在这里，从表2中可以看出，L1的差动环边界断路器为B6和B17。重复上述过程，即可得到各设备的差动环边界断路器。需要说明的是，在上述实施例中设备类型为B是表示该设备为断路器，当然，也可以根据需要将短路器用其他符号表示，如C、D等；状态为1，是表示该断路器为闭合状态，同样也可以用其他符号表示，如将闭合状态定义为0等。

表2

Area_A	B5	B	0	4	5
						Area_A	B6	B	1	3	5
Area_C	B20	B	0	14	17
						Area_C	B17	B	1	12	14
Area_AC	L1	L	1	5	14

下面以寻找母线8的差动环边界断路器为例，说明如何寻找母线的边界差动环断路器。首先，搜索B矩阵的连接节点列中所有包含母线节点8的行，以此索引行搜索对应的A矩阵，可得搜索结果如表3所示，从表3中可以看出，包含母线节点8的行中包含线路L3，即有线路与母线直接相连；然后在B矩阵的连接节点列中搜索所有包含线路L3另外一端所连接的节点的行，从表3中可以看出线路L3的另外一个端点是7，然后以此索引行搜索对于的矩阵A，搜索结果如表4所示。提取表3和表4中设备类型为B且设备状态为1的行，具体的如表3和表4中的粗实线框所框住的部分，结合表3和表4可知，母线8的差动环边界断路器为B9、B12和B14。

表3

Area_B	B12	B	1	8	9
						Area_B	B14	B	1	8	10
Area_B	L3	L	1	7	8

表4

Area_A	B9	B	1	4	7
						Area_A	B10	B	0	3	7

如图3所示，以B1断路器为例，B1周围有电流互感器TA1和TA2，采集两个电流互感器的电流，并设置电流门槛I_set＝kI_N，在这里I_N为额定电流，门槛系数k则一般取0.8～0.9，当然，根据实际需要，k也可以设置为0.8～0.9以外的其他值。将采集到的断路器周围两个电流互感器的采样电流值与门限值相比较，若采样电流大于门限值I_set，则认为有电流，将该电流互感器中的电流值设为1，若采样电流小于门限值I_set则认为该电流互感器中没有电流，将该电流互感器中的电流设为0。为了判断断路器开关状态的需要，设两个互感器中电流的有无用C1，C2表示，用B表示采集的断路器开关状态，并分配权重为2(B＝2表示断路器闭合)。用T表示断路器实际开关状态，则T＝C1+C2+B≥2时，表示断路器实际处于闭合状态；T＝C1+C2+B＜2时，表示断路器实际处于断开状态。

以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1)：对于一个区域网络，解析其中的变电站的SCD文件，提取各变电站的设备结构数据信息，所述设备结构数据信息包括断路器信息、线路信息和母线信息，断路器信息包括各断路器、各断路器状态，以及各断路器分别直接相连的节点；线路信息包括各线路，以及各线路连接的节点；母线信息包括各母线节点在各节点中的编号；

步骤2)：选择要求配置保护的一次部分，对于线路，寻找该线路两端直接相连的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为该线路的基本差动环；对于母线，寻找该母线节点连接的开关状态为闭合的断路器，以及该母线节点通过线路连接的节点上开关状态为闭合的所有断路器，即为母线的基本差动环。

2.根据权利要求1所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，检测基本差动环中的断路器，若一个断路器状态发生变化，则更新所述步骤1)中断路器信息，若一个断路器出现故障，则移除该故障断路器。

3.根据权利要求1所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，将步骤1)断路器信息、线路信息和母线信息构成设备属性表和节点属性表；设备属性表和节点属性表的行属性包括：设备编号、种类、状态、直接连接的节点编号。

4.根据权利要求3所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，将所述设备属性表和节点属性表导入到MATLAB中，生成相应的设备类型矩阵、连接节点矩阵以及母线节点矩阵。

5.根据权利要求4所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，所述步骤2)中得到一次部分的基本差动环，步骤如下：

步骤a)：读取变电站设备名称设备类型矩阵，搜索出需要配置差动保护的一次设备，并找出该一次设备所对应的行；

步骤b)：根据步骤a)中该一次设备所在的行搜索设备状态连接节点矩阵，得到所述一次设备对应的设备状态及连接节点；

步骤c)：根据步骤b)中得到的连接节点，搜索设备状态连接节点矩阵的连接节点列，找到所有包括该连接节点的行；

步骤d)：根据步骤c)中得到的所有包括该连接点的行，搜索变电站设备名称设备类型矩阵中对应的断路器状态为闭合的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应一次设备的边界差动环断路器。

6.根据权利要求4所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，所述步骤2)中得到母线的基本差动环，步骤如下：

步骤i)：读取母线节点矩阵，找出所有的母线节点；

步骤ii)：根据步骤i)中得到的母线节点搜索设备状态连接节点中的连接节点列向量，找出所有包括母线节点的索引行；

步骤iii)：根据步骤ii)中索引行搜索变电站设备名称设备类型矩阵，找到该矩阵中处于闭合状态的断路器所在的行，读取这些行的设备名称列、记录断路器名称，得到对应母线的边界差动环断路器。

7.根据权利要求4所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，当检测到有断路器开关状态发生变化时，则在相应的基本差动环中删除该断路器的相关信息，并更新相应的基本差动环；当检测到有断路器故障时，找出故障断路器两端对应的节点i、j；找出区域最大节点编号N，去除设备属性表中包含故障断路器的那一行，并将设备属性表和节点属性表中的节点i、j换成N+1。

8.根据权利要求7所述一种区域保护差动环边界断路器动态搜索方法，其特征在于，所判断断路器开关状态的方法如下：采集断路器周围两个电流互感器的电流，并设置电流门槛I_set＝kI_N，I_N为额定电流，若采样电流大于门限值I_set，则认为有电流，设为1，否则设为0；设两个互感器电流的有无用C1，C2表示，用B表示采集的断路器开关状态，并分配权重为2(B＝2表示断路器闭合)。用T表示断路器实际开关状态，则T＝C1+C2+B≥2时，表示断路器实际处于闭合状态；T＝C1+C2+B＜2时，表示断路器实际处于断开状态。