CN107204663A - 一种分布式智能配电网的后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式智能配电网的后备保护方法，包括智能终端、内置断路器的环网柜、独立断路器及分布式电源，包括如下步骤：S1、将逻辑节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式通信网络利用信息转发技术扩展为逻辑上最近邻耦合通信网络，形成为电流差动后备保护提供的通信链路；S2、根据逻辑上扩展的分布式通信网络，将主差动环扩展形成后备差动环；S3、配合使用主差动环与后备差动环，根据预设的主保护失效类型判断失效故障对应的失效类型；S4、根据确定的主保护失效类型，输出相应的后备跳闸指令实施后备故障隔离，并提供数据错误，通信故障下的容错处理措施。本发明提出的分布式智能配电网的后备保护方法可靠、快速。

Description

一种分布式智能配电网的后备保护方法

技术领域

本发明涉及配电网保护技术领域，特别是指一种分布式智能配电网的后备 保护方法。

背景技术

随着社会经济发展，用户侧对供电可靠性要求越来越高，为提供安全优质 的电力，电子电力技术在智能电网中的应用，分布式电网对电力系统规划，电 能质量，继电保护、可靠性等方面都起到积极作用。

对于含分布式电源(DG)的配电系统，由于其电源处理的随机性，导致传统 电流保护的定制难以确定。在传统的配电网保护系统中，含电流速断保护、限 时电流速断保护和定时限过流保护的阶段式电流保护，但随着分布式电源系统 接入，存在保护死区、参数整定及灵敏度等问题；基于重合器方式的馈线保护 导致广的停电范围、长的停电时间且及存在后备保护功能不足。

基于集中通信和以集中控制为核心的馈线自动化保护系统，及基于同步向 量量测单元(PMU)的广域测控与保护系统(WAMS)，能获取配电网全局信息并能对 整个系统进行协调与优化。然，这种基于集中通信与集中控制的保护方式，在 配电网发生故障时，存在着信息传输拥塞和计算量大的问题，特别是，其后备 保护的响应速度慢。

近年来出现的分布式差动保护，利用快速的通信网络、和基于基尔霍夫电 流定律的差动保护原理，采用多端电气量来判断故障，响应速度快且不受系统 震荡影响、具有优良选相能力等优点，一直作为主保护使用现在。遗憾的是， 这种分布式差分保护一直以来只作为主保护使用，因通信上各通信节点仅与其 邻居节点通信，不具备后备保护的通信通道，在后备保护领域一直没有获得实 际应用。

发明内容

本发明提出一种可靠的、快速的分布式智能配电网的后备保护方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种分布式智能配电网的后备保护方法，包括智能终端、内置断路器的环 网柜、独立断路器及分布式电源，包括如下步骤：

S1、将逻辑节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式通信网络利用信 息转发技术扩展为逻辑上最近邻耦合通信网络，形成为电流差动后备保护提供 的通信链路；

S2、根据逻辑上扩展的分布式通信网络，将主差动环扩展形成后备差动环；

S3、配合使用主差动环与后备差动环，根据预设的主保护失效类型判断失 效故障对应的失效类型；

S4、根据确定的主保护失效类型，输出相应的后备跳闸指令实施后备故障 隔离，并提供数据错误，通信故障下的容错处理措施。

本发明通过信息转发将通信节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式 网络扩展为逻辑上的最近邻耦合通信网络，为电流差动后备保护提供通信链路， 在此后备通信链路的基础上将扩展主差动环形成后备差动环，为原不具备分布 式差动后备保护的含分布式电源的配电网提供了分布式差动后备保护；然后通 过使用主差动环与后备差动环对主保护失效故障判断其失效类型，并根据失效 类型输出相应的后备故障隔离措施，从而提高了后备差动保护的快速性和可靠 性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种分布式智能配电网的后备保护方法的流程图；

图2(a)为本发明一种分布式智能配电网的后备保护方法的含分布式电源 的配电网及其通信网络的物理连接示意图；

图2(b)为本发明一种分布式智能配电网的后备保护方法的后备通信链路 扩展示意图；

图3为本发明实施的后备差分环扩展示意图；

图4为本发明主保护和后备保护一体化的流程图；

图5(a)为传统的后备保护故障清除时间示意图；

图5(b)为断路器拒动下主保护失效后的后备保护故障清除时间示意图；

图5(c)为数据错误下主保护失效后的后备保护清除时间示意图。

标号说明

图2：

1、电气线路 2、光纤 3、光纤形成的原始通信链路

4、信息转发后形成的逻辑通信链路 CB1-CB2、变压器出线断路器 RMU1-RMU4、环网柜 S1-S14、断路器 DG1-DG2、分布式电源 IITI-IIT8、智能终端 PT、电压互感器 CT、电流互感器

图3：

PDR1-PDR3、主差动环 BDR1-BDR2、后备差动环

S1-S4、断路器 DG1、分布式电源

IITI-IIT4、智能终端 F1、电气故障点

图5：

t_f、故障发生时刻 t_p,s主保护跳闸指令发出时刻

t_p,o、主断路器跳闸时刻 t_p,c、主断路器跳闸到位的时刻

t_b、传统后备保护开始时刻 t_b,s、传统后备保护跳闸指令发出时刻

t_b,o、传统后备保护断路器跳闸时刻 t_b,c、传统后备保护断路器跳闸到位时刻

Δt_pb主保护和后备保护间的缓冲时间 Δt_pb传统后备保护故障探测到后备跳 闸指令发出时间

t′_b，s后备保护跳闸指令发出时刻 t′_b，c、后备保护断路器跳闸时刻

t′_b，s、后备保护断路器跳闸到位时刻 Δt′_b，c、后备保护故障探测时间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，一种分布式智能配电网的后备保护方法，包括智能终端IIT、 内置断路器的环网柜RMU、独立断路器S及分布式电源DG，变电站子站出口 断路器CB，包括如下步骤：

S1、将逻辑节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式通信网络利用信 息转发技术扩展为逻辑上最近邻耦合通信网络，形成为电流差动后备保护提供 的通信链路；

S2、根据逻辑上扩展的分布式通信网络，将主差动环扩展形成后备差动环；

S3、配合使用主差动环与后备差动环，根据预设的主保护失效类型判断失 效故障对应的失效类型；

S4、根据确定的主保护失效类型，输出相应的后备跳闸指令实施后备故障 隔离，并提供数据错误，通信故障下的容错处理措施。

请参见图2，优选的，在执行步骤S1时，所述信息转发技术具体的执行步 骤为：

S11，定义每个智能终端均为通信节点，物理上通过光纤仅其邻居智能终端

通信；

S12，每个智能终端均转发器邻居智能终端信息给其他邻居智能终端，也即， 每个智能终端在逻辑上均能与其物理上的邻居智能终端及二级邻居智能终端进 行通信，二级邻居是指邻居的邻居节点，从而将通信节点在物理上仅与邻居通 信节点通信的分布式通信网络扩展为逻辑上的最近邻耦合通信网络，为电流差 动后备保护提供通信链路。

请参见图3，优选的，所述主差动环是指最小差动保护区域，由智能终端所 控断路器及其邻居断路器组成，包括电气线路的最小差动保护区域和环网柜内 母线最小差动保护区域；所述后备差动环是指通过扩展主差动环而成，且是主 差动环的最小扩展，每个后备差动环内至少包含两主差动环；所述通信链路为 通过信息转发而成，为智能终端与其二级邻居逻辑通信的通道，所述的二级邻 居也即邻居的邻居。每个智能终端通过获取其邻居智能终端及其二级邻居智能 终端的信息，对其后备差动环及由其邻居组成的主差动环进行差动计算，且还 能对其后备差动环内由其邻居和二级邻居组成主差动环进行差动计算。

优选的，在执行步骤S3时，所述主保护失效类型包括：数据错误失效类型， 其中数据错误包括：电流互感器故障导致的数据错误、电流互感器断线导致的 数据错误、电流互感器饱和形成的数据错误及数据传输过程中导致的数据错误； 断路器拒动失效类型。

优选的，在执行步骤S3时，其具判断的执行步骤为：若后备差动环定位一 个失效故障，但该后备差动环内的主差动环均不能定位该失效故障，则判定该 后备差动环内的其中一个主差动环发生主保护失效故障，该失效故障为数据错 误造成，产生数据错误的源为该后备差动环内的两个主差动环的交叉重叠点；

若后备差动环定位一个失效故障，且该后备差动环内的其中一个主差动环 也能定位该失效故障，并经过一个整定时间后，所述整定时间为从电气线路故 障发生到主保护完成的最大时间，所述后备差动环及其内的主差动环定位的该 失效故障依然存在，则判断该主差动环发生主保护失效故障，且该失效故障为 断路器拒动造成，拒动的断路器为该后备差动环内的两个主差动环的交叉环的 交叉重叠处的断路器。

请参见图4，优选的，在执行步骤S4时，所述实施后备故障隔离的具体步 骤为：若一个后备差动环判断其内的主保护失效，且失效类型为数据错误类型， 则实施后备的故障隔离，跳闸该后备差动环内的断路器；

若一个后备差动环判断其内的主保护失效，且失效类型为断路器拒动失效， 则经过一个整定时间，实施故障隔离，跳闸该后备差动环内的断路器。

优选的，在执行步骤S4时，所述容错处理措施为：

S411、在无电气线路故障的正常情况下，每个智能终端均周期性的发出数 据监测帧进行通信设备及通信链路的检测，若发生通信故障，则标注通信故障 设备和故障区间，并上报至主站通知检修；

S412、若通信故障区间发生电气线路故障，经过一个整定时间后，所述整 定时间为从电气线路故障发生到主保护完成的最大时间，主差动环检测到的该 电气线路故障依然存在，判断该电气线路故障发生在该通信故障区间内，则实 施故障隔离跳闸该主动环内的断路器；

S413、若主保护或后备保护的跳闸指令输出后，每个智能终端根据其获取的 主差动环和后备差动环内冗余数据对已跳闸的断路器进行误动校验，如果校验 探测该已跳闸的断路器为误动跳闸，则发出纠正指令合闸该误动断路器。

本发明通过信息转发将通信节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式 网络扩展为逻辑上的最近邻耦合通信网络，为电流差动后备保护提供通信链路， 在此后备通信链路的基础上将扩展主差动环形成后备差动环，为原不具备分布 式差动后备保护的含分布式电源的配电网提供了分布式差动后备保护；然后通 过使用主差动环与后备差动环对主保护失效故障判断其失效类型，并根据失效 类型输出相应的后备故障隔离措施，从而提高了后备差动保护的快速性和可靠 性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式智能配电网的后备保护方法，包括智能终端、内置断路器的环网柜、独立断路器及分布式电源，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将逻辑节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式通信网络利用信息转发技术扩展为逻辑上最近邻耦合通信网络，形成为电流差动后备保护提供的通信链路；

S2、根据逻辑上扩展的分布式通信网络，将主差动环扩展形成后备差动环；

S3、配合使用主差动环与后备差动环，根据预设的主保护失效类型判断失效故障对应的失效类型；

S4、根据确定的主保护失效类型，输出相应的后备跳闸指令实施后备故障隔离，并提供数据错误，通信故障下的容错处理措施。

2.如权利要求1所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，在执行步骤S1时，所述信息转发技术具体的执行步骤为：

S11，定义每个智能终端均为通信节点，物理上通过光纤仅其邻居智能终端通信；

S12，每个智能终端均转发器邻居智能终端信息给其他邻居智能终端，从而将通信节点在物理上仅与邻居通信节点通信的分布式通信网络扩展为逻辑上的最近邻耦合通信网络。

3.如权利要求1所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，

所述主差动环是指最小差动保护区域，由智能终端所控断路器及其邻居断路器组成，包括电气线路的最小差动保护区域和环网柜内母线最小差动保护区域；

所述后备差动环是指通过扩展主差动环而成，且是主差动环的最小扩展，每个后备差动环内至少包含两主差动环；

所述通信链路为通过信息转发而成，为智能终端与其二级邻居逻辑通信的通道。

4.如权利要求1或2或3所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，在执行步骤S3时，所述主保护失效类型包括：

数据错误失效类型，其中数据错误包括：电流互感器故障导致的数据错误、电流互感器断线导致的数据错误、电流互感器饱和形成的数据错误及数据传输过程中导致的数据错误；

断路器拒动失效类型。

5.如权利要求4所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，在执行步骤S3时，

其具判断的执行步骤为：若后备差动环定位一个失效故障，但该后备差动环内的主差动环均不能定位该失效故障，则判定该后备差动环内的其中一个主差动环发生主保护失效故障，该失效故障为数据错误造成，产生数据错误的源为该后备差动环内的两个主差动环的交叉重叠点；

若后备差动环定位一个失效故障，且该后备差动环内的其中一个主差动环也能定位该失效故障，并经过一个整定时间后，所述整定时间为从电气线路故障发生到主保护完成的最大时间，所述后备差动环及其内的主差动环定位的该失效故障依然存在，则判断该主差动环发生主保护失效故障，且该失效故障为断路器拒动造成，拒动的断路器为该后备差动环内的两个主差动环的交叉环的交叉重叠处的断路器。

6.如权利要求5所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，在执行步骤S4时，所述实施后备故障隔离的具体步骤为：若一个后备差动环判断其内的主保护失效，且失效类型为数据错误类型，则实施后备的故障隔离，跳闸该后备差动环内的断路器；

若一个后备差动环判断其内的主保护失效，且失效类型为断路器拒动失效，则经过一个整定时间，实施故障隔离，跳闸该后备差动环内的断路器。

7.如权利要求1所述的一种分布式智能配电网的后备保护方法，其特征在于，在执行步骤S4时，所述容错处理措施为：

S411、在无电气线路故障的正常情况下，每个智能终端均周期性的发出数据监测帧进行通信设备及通信链路的检测，若发生通信故障，则标注通信故障设备和故障区间，并上报至主站通知检修；

S412、若通信故障区间发生电气线路故障，经过一个整定时间后，所述整定时间为从电气线路故障发生到主保护完成的最大时间，主差动环检测到的该电气线路故障依然存在，判断该电气线路故障发生在该通信故障区间内，则实施故障隔离跳闸该主动环内的断路器；

S413、若主保护或后备保护的跳闸指令输出后，每个智能终端根据其获取的主差动环和后备差动环内冗余数据对已跳闸的断路器进行误动校验，如果校验探测该已跳闸的断路器为误动跳闸，则发出纠正指令合闸该误动断路器。