CN106253250A - 一种智能配电网分布式快速保护系统及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能配电网分布式快速保护系统。所述智能配电网分布式快速保护系统包括多个智能配电终端和智能分布式快速通讯网络；每一所述智能配电终端包括：安装于各配电网节点的自适应配电终端数据采集计算模块、具备支持终端间信息交互的通道功能的智能分布式快速通讯网络、具备与上下游数据采集模块进行实时对等通讯的功能的智能分布式保护接口模块、实现智能配电网中支路或者主干线故障条件下自适应分析判断故障类型/区域以及快速跳闸出口隔离故障功能的智能分布式保护策略决策及出口控制模块和实现远程遥控通信的智能信息通讯服务及其接口模块。本发明还提供一种基于所述智能配电网分布式快速保护系统的保护方法。

Description

一种智能配电网分布式快速保护系统及保护方法

技术领域

本发明属于智能配电网技术领域，具体地涉及一种智能配电网分布式快速保护系统及保护方法。

背景技术

由于配电网涉及用户多、覆盖区域广，部分深入城市中心和居民密集点、网络分支节点多、拓扑结构复杂，配电运行稳定性和供电可靠性要求较高，这对配电网自动化系统的快速故障处理提出了较高的要求。

配电线路通常配备简单的三段式电流保护，或反时限电流保护，但现在配电系统内特别是线路上，有多级开关串联安装运行，采用传统的电流保护原理的继电保护装置难以实现多个开关的保护互相有效配合，出现了保护的快速性与选择性的矛盾，一般出现故障后为保证故障的快速切除，都是让变电站出口保护先动作，扩大了停电范围，也没有充分利用多开关级联的优点。

纵联电流差动保护适用于短线路、电流负荷变化大的线路条件下的保护，其选择性和灵敏性非常高。纵联电流差动保护虽然保护性能良好，但其对各端保护采样时刻的同步性要求较高，然而配电网覆盖广泛，设计的设备间隔和分段、分支非常多，各配电终端的精度很难保持，实现技术复杂；故障发生的短时间内需要完成大量的信息交换对通信系统也形成较大压力。

基于主从式通信网络的网络式保护技术：通过上下级联的多级开关的保护装置，在故障时借助于一个主控单元，达到互相通讯的目的，根据级联关系，在感受到故障电流的开关中进行仲裁，让离故障点最近的开关速断跳闸，其余开关转为后备，这也是基于简单过流的一种区域性保护方式。特点是通信通道较多较复杂，对通道和主站依赖性太强，控制可靠性低。

其他如自适应保护等原理能够根据系统运行方式的变化和故障类型自动修改保护动作定值或特性，可以做到在各种运行方式下获得一定的优化。但这些方法对保护定值的灵敏度提高是有限的，也不能根本上解决馈线保护动作速度和问题。

总之，配电网保护快速性研究的重点是其实用化的过程，即可以利用尽可能多的保护测量信息提高控制性能，同时又能够不依赖主站系统在数秒内完成故障隔离与恢复供电，以满足重要用户对供电可靠性更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于为了解决目前配电网设备故障时用户停电检测信息、故障隔离、负荷转供等需要调度人员的人工处理或者配电工作人员的现场操作完成，保护动作时间以及故障处理时间长，严重影响配网的安全运行和其他用户的正常用电的问题，提供一种能够实现能够不依赖配网调度主站控制，在数秒内有选择性的完成故障区域的隔离与恢复供电，满足重要用户对供电可靠性的高要求，并提高配电网运行的稳定性和供电可靠性的智能配电网分布式快速保护系统及保护方法。

本发明的技术方案如下：一种智能配电网分布式快速保护系统包括：安装在配电网各线路开关节点处的多个智能配电终端和具有支持所述多个智能配电终端间信息交互的通道功能，并实现与配电主站间的遥控通信功能的智能分布式快速通讯网络；其中，每一所述智能配电终端包括：

安装于各配电网节点的自适应配电终端数据采集计算模块，采集和汇总计算配电网各网络节点的电量信息、网络拓扑数据；

智能分布式保护接口模块，具备与上下游数据采集模块进行快速实时对等通讯的功能，采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息；

智能分布式保护策略决策及出口控制模块，具备按照采集的分散化故障判断条件和组合逻辑的基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，实现智能配电网中支路或者主干线故障条件下自适应分析判断故障类型/区域以及快速跳闸出口隔离故障的功能；

智能信息通讯服务及其接口模块，实现遥测信号、遥信信号、配网节点故障信号、配网故障区域告警信号、保护动作出口信号至配网监控系统的信息上传服务。

优选地，所述自适应配电终端数据采集计算模块，安装于配电网的开闭所、环网柜、柱上开关等电网供电节点处，可同时支持超过四十路模拟量的数据同步采集输入；且所述自适应配电终端数据采集计算模块实时采集线路运行模拟量电压电流、开关分合位开关量、以及设备所在环境温湿度数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率和功率方向电量参数，供配电网故障判断和主站配网运行工况监测数据使用。

优选地，所述智能分布式保护接口模块，根据现场保护逻辑功能需求，完成与上下游终端数据采集模块进行快速实时对等通讯，采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息。

优选地，所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块，包括基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块和自适应故障区域快速出口隔离控制模块；

所述基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，接收智能分布式保护接口模块采集的上下游间隔终端电量信息和本本节点的故障电量信息，按照分散化故障判断条件和预定的组合逻辑，实现配电网运行状态的判断和故障的快速识别，同时产生相应的告警信息，指示系统对故障的分析判断；

所述自适应故障区域快速出口隔离控制模块，根据快速保护模块的故障判断，以及相应的故障类型条件，自适应分析判断故障类型/故障区域，快速跳闸出口跳开相应的开关，快速隔离故障，恢复其他用户正常供电；同时产生相应的告警信息，辅助主站运行人员或者配电检修维护人员对配电网故障进行快速决策分析和恢复供电处理。

优选地，所述智能信息通讯服务及其接口模块，支持符合IEC 61850通讯规约标准的MMS通讯规约和传统104通讯规约，通过智能分布式快速通讯网络；而且还接入智能变电站的综合自动化系统和配电网调度主站系统，从而进行相应的信息交互，上传相应的遥测以及分布式保护动作和故障区域判断、故障隔离等信息，实现传统遥控通信功能。

优选地，所述智能分布式快速通讯网络，基于以太网通讯网络通道，实现终端间故障电量数据的快速传递和信息交互；采用变位信息快速重复发送和无变位信息固定频率报文传输的方式，保证信息传递的实时性，同时限制网络上无用报文数据的传输，抑制网络流量和带宽占用；采用基于镜像反射式的回声定位方法，主动查询相邻间隔终端是否在线或者工作正常并告警显示，保证分布式通讯网络上终端之间可靠通；而且，该网络还支持终端至配电主站间传统的遥测、遥信等运行监测信息上传以及开关遥控交互功能。

一种基于上述智能配电网分布式快速保护系统的保护方法，当线路发生故障时，包括如下步骤：

各个配电节点上的智能配电终端分别采集自己所在节点各支路的实时故障量信息，并主动问询相邻节点上智能配电终端是否在线，并向其它节点发送本间隔的故障量信息：

如相邻节点的智能配电终端在线，则接受上下游节点传输来的该节点的故障量信息，通过所述智能配电终端内预设的故障分析判断逻辑，快速识别故障的类型/故障范围，根据时限要求，延时跳闸切除故障相应的故障区域，恢复非故障区域的供电；

如任一相邻节点的智能配电终端不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展一级节点追溯至正常的上游或下游节点间隔，并与其进行故障信息的交互，自动扩大所述节点智能配电终端的保护范围，并通过所述节点智能配电终端内预设的故障分析判断逻辑快速识别故障，从而延时跳闸切除故障相应的故障区域。

本发明的有益效果在于：所述智能配电网分布式快速保护系统及保护方法可以适用于智能配电网内，不依赖主站系统，自动适应配网运行方式如合环/解环、双环、花瓣式等复杂网络拓扑结构变化，实现配电网线路故障的快速准确保护和故障区域隔离，减少配电设备的停电时间，缩小配电网的故障停电范围，从而有效提高配电网的管理水平和运行维护效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能配电网分布式快速保护系统的功能框图；

图2为图1所示智能配电网分布式快速保护系统的终端构架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

请参阅图1，为本发明实施例提供的智能配电网分布式快速保护系统的结构框图。所述智能配电网分布式快速保护系统包括：安装在配电网各线路开关节点处的多个智能配电终端10和支持所述多个智能配电终端10之间对等交互的智能分布式快速通讯网络20。

其中，所述智能配电终端10实时采集线路运行的模拟量电压电流、开关分合位开关量、设备所在环境温湿度等数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率、功率方向等电量参数，供配电网故障判断和主站配网运行工况监测数据使用。

所述智能分布式快速通讯网络20具备支持终端间信息交互的通道功能，并实现与配电主站间的遥控通信功能。具体地，所述智能分布式快速通讯网络20，基于以太网通讯网络通道，实现所述智能配电终端10间故障电量数据的快速传递和信息交互；采用变位信息快速重复发送和无变位信息固定频率报文传输的方式，保证信息传递的实时性，同时限制网络上无用报文数据的传输，抑制网络流量和带宽占用；采用基于镜像反射式的回声定位方法，主动查询相邻间隔的所述智能配电终端10是否在线或者工作正常并告警显示，保证分布式通讯网络上终端之间可靠通；而且，该网络还支持所述智能配电终端10至配电主站间传统的遥测、遥信等运行监测信息上传以及开关遥控交互功能。

请参阅图2，是图1所示智能配电网分布式快速保护系统中智能配电终端的构架示意图。在本实施例中，每一所述智能配电终端10包括安装于各配电网节点的自适应配电终端数据采集计算模块、智能分布式保护接口模块、智能分布式保护策略决策及出口控制模块和智能信息通讯服务及其接口模块。

在所述智能配电终端10内部，所述自适应配电终端数据采集计算模块和所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块分别与所述智能信息通讯服务及其接口模块通信连接；所述智能分布式保护接口模块与所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块通信连接。而且，所述信息通讯服务及接口模块通过所述分布式快速通讯网络20与所述配电主站通信连接，从而实现所述智能配电终端10与所述配电主站之间的通信连接；相邻两个所述智能配电终端10的分布式保护接口模块之间通过所述分布式快速通讯网络20通信连接，从而实现相邻两个所述智能配电终端10之间的通信连接。

其中，所述自适应配电终端数据采集计算模块采集和汇总计算配电网各网络节点的电量信息、网络拓扑数据。具体地，所述自适应配电终端数据采集计算模块，安装于配电网的开闭所、环网柜、柱上开关等电网供电节点处，可同时支持超过四十路模拟量的数据同步采集输入。而且，所述自适应配电终端数据采集计算模块实时采集线路运行模拟量电压电流、开关分合位开关量、设备所在环境温湿度数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率、功率方向等电量参数，供配电网故障判断和主站配网运行工况监测数据使用。可选择地，所述自适应配电终端数据采集计算模块可以包括用于采集电量信息的智能电表和用于采集设备所在环境温湿度数据的温度传感器和湿度传感器。

所述智能分布式保护接口模块具备与上下游数据采集模块进行快速实时对等通讯的功能，采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息。具体地，所述智能分布式保护接口模块，根据现场保护逻辑功能需求，完成与上下游所述智能配电终端10的数据采集模块之间进行快速实时对等通讯，并采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息。当采用基于镜像反射式的回声定位方法主动查询确认上游或者下游间隔终端工作异常不在线时，则丢弃该节点信息，自动扩展一级节点追溯至正常的上游或下游节点间隔,与其进行故障信息的交互，自适应调整故障保护的节点范围，保证存在终端异常或故障时，配网保护能在最小影响范围内准确切除故障。

所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块具备按照采集的分散化故障判断条件和组合逻辑的基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，实现智能配电网中支路或者主干线故障条件下自适应分析判断故障类型/区域以及快速跳闸出口隔离故障的功能。

具体地，所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块，包括基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块和自适应故障区域快速出口隔离控制模块。

其中，所述基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，接收智能分布式保护接口模块采集的上下游间隔终端电量信息和本本节点的故障电量信息，按照分散化故障判断条件和预定的组合逻辑，实现配电网运行状态的判断和故障的快速识别，同时产生相应的告警信息，指示系统对故障的分析判断；

所述自适应故障区域快速出口隔离控制模块，根据快速保护模块的故障判断，以及相应的故障类型条件，自适应分析判断故障类型/故障区域，快速跳闸出口跳开相应的开关，快速隔离故障，恢复其他用户正常供电；同时产生相应的告警信息，辅助主站运行人员或者配电检修维护人员对配电网故障进行快速决策分析和恢复供电处理。

所述智能信息通讯服务及其接口模块实现遥测信号、遥信信号、配网节点故障信号、配网故障区域告警信号、保护动作出口信号至配网监控系统的信息上传服务。具体地，所述智能信息通讯服务及其接口模块，支持符合IEC 61850通讯规约标准的MMS通讯规约和传统104通讯规约，通过智能分布式快速通讯网络；而且还接入智能变电站的综合自动化系统和配电网调度主站系统，从而进行相应的信息交互，上传相应的遥测以及分布式保护动作和故障区域判断、故障隔离等信息，实现传统遥控通信功能。

一种基于图1所示的智能配电网分布式快速保护系统的保护方法，当线路发生故障时，具体包括如下步骤：

各个配电节点上的所述配电终端分别采集自己所在节点各支路的实时故障量信息，并主动问询相邻节点上终端是否在线，并向其它节点发送本间隔的故障量信息：

如相邻节点的所述配电终端在线，则接受上下游节点传输来的该节点的故障量信息，通过本配电终端内预设的故障分析判断逻辑，快速识别故障的类型/故障范围，根据时限要求，延时跳闸切除故障相应的故障区域，恢复非故障区域的供电；

如任一相邻节点的所述配电终端不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展一级节点追溯至正常的上游或下游节点间隔，并与其进行故障信息的交互，自动扩大本节点配电终端的保护范围，并通过本配电终端内预设的故障分析判断逻辑快速识别故障，从而延时跳闸切除故障相应的故障区域。

相较于现有技术，本发明提供的智能配电网分布式快速保护系统及保护方法可以适用于智能配电网内，不依赖主站系统，自动适应配网运行方式如合环/解环、双环、花瓣式等复杂网络拓扑结构变化，实现配电网线路故障的快速准确保护和故障区域隔离，减少配电设备的停电时间，缩小配电网的故障停电范围，从而有效提高配电网的管理水平和运行维护效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于，包括：安装在配电网各线路开关节点处的多个智能配电终端和具有支持所述多个智能配电终端间信息交互的通道功能，并实现与配电主站间的遥控通信功能的智能分布式快速通讯网络；其中，每一所述智能配电终端包括：

安装于各配电网节点的自适应配电终端数据采集计算模块，采集和汇总计算配电网各网络节点的电量信息、网络拓扑数据；

智能分布式保护接口模块，具备与上下游数据采集模块进行快速实时对等通讯的功能，采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息；

智能分布式保护策略决策及出口控制模块，具备按照采集的分散化故障判断条件和组合逻辑的基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，实现智能配电网中支路或者主干线故障条件下自适应分析判断故障类型/区域以及快速跳闸出口隔离故障的功能；

智能信息通讯服务及其接口模块，实现遥测信号、遥信信号、配网节点故障信号、配网故障区域告警信号、保护动作出口信号至配网监控系统的信息上传服务。

2.根据权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于：所述自适应配电终端数据采集计算模块，安装于配电网的开闭所、环网柜、柱上开关等电网供电节点处，可同时支持超过四十路模拟量的数据同步采集输入；且所述自适应配电终端数据采集计算模块实时采集线路运行模拟量电压电流、开关分合位开关量、以及设备所在环境温湿度数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率和功率方向电量参数，供配电网故障判断和主站配网运行工况监测数据使用。

3.根据权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于：所述智能分布式保护接口模块，根据现场保护逻辑功能需求，完成与上下游终端数据采集模块进行快速实时对等通讯，采集配电网故障时上下游节点的相关故障信息。

4.根据权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于：所述智能分布式保护策略决策及出口控制模块，包括基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块和自适应故障区域快速出口隔离控制模块；

所述基于分布式快速故障识别的配电网快速保护模块，接收智能分布式保护接口模块采集的上下游间隔终端电量信息和本本节点的故障电量信息，按照分散化故障判断条件和预定的组合逻辑，实现配电网运行状态的判断和故障的快速识别，同时产生相应的告警信息，指示系统对故障的分析判断；

所述自适应故障区域快速出口隔离控制模块，根据快速保护模块的故障判断，以及相应的故障类型条件，自适应分析判断故障类型/故障区域，快速跳闸出口跳开相应的开关，快速隔离故障，恢复其他用户正常供电；同时产生相应的告警信息，辅助主站运行人员或者配电检修维护人员对配电网故障进行快速决策分析和恢复供电处理。

5.根据权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于：所述智能信息通讯服务及其接口模块，支持符合IEC 61850通讯规约标准的MMS通讯规约和传统104通讯规约，通过智能分布式快速通讯网络；而且还接入智能变电站的综合自动化系统和配电网调度主站系统，从而进行相应的信息交互，上传相应的遥测以及分布式保护动作和故障区域判断、故障隔离等信息，实现传统遥控通信功能。

6.根据权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统，其特征在于：所述智能分布式快速通讯网络，基于以太网通讯网络通道，实现终端间故障电量数据的快速传递和信息交互；采用变位信息快速重复发送和无变位信息固定频率报文传输的方式，保证信息传递的实时性，同时限制网络上无用报文数据的传输，抑制网络流量和带宽占用；采用基于镜像反射式的回声定位方法，主动查询相邻间隔终端是否在线或者工作正常并告警显示，保证分布式通讯网络上终端之间可靠通；而且，该网络还支持终端至配电主站间传统的遥测、遥信等运行监测信息上传以及开关遥控交互功能。

7.一种基于权利要求1所述的智能配电网分布式快速保护系统的保护方法，其特征在于：当线路发生故障时，包括如下步骤：

各个配电节点上的智能配电终端分别采集自己所在节点各支路的实时故障量信息，并主动问询相邻节点上智能配电终端是否在线，并向其它节点发送本间隔的故障量信息：

如相邻节点的智能配电终端在线，则接受上下游节点传输来的该节点的故障量信息，通过所述智能配电终端内预设的故障分析判断逻辑，快速识别故障的类型/故障范围，根据时限要求，延时跳闸切除故障相应的故障区域，恢复非故障区域的供电；

如任一相邻节点的智能配电终端不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展一级节点追溯至正常的上游或下游节点间隔，并与其进行故障信息的交互，自动扩大所述节点智能配电终端的保护范围，并通过所述节点智能配电终端内预设的故障分析判断逻辑快速识别故障，从而延时跳闸切除故障相应的故障区域。