CN109088400B - 一种分布式保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式保护方法及系统，各保护子机通过双向保护环网、双向启动环网分别获取其他保护子机的保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据；同时将保护CPU和启动CPU采样数据进行一致性比较，若比较结果异常，则闭锁与此异常数据相关的保护出口；若比较结果正常，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件，则开放差动保护动作出口。本发明的各个保护子机之间通过双向保护环网连接，提高了数据传输的可靠性，保证数据在传输过程中不会丢失。而且提高了差动保护动作的可靠性及保护装置出口动作的正确率，防止保护装置单一元器件损坏造成保护误动作，保证了智能变电站稳定可靠的运行。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种分布式保护方法及系统。
背景技术
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全运行起着重要的作用。随着电力企业需求变化的加快，国家电网公司总结了近几年智能变电站保护控制设备的运行情况，结合中国电科院入网试验的试验情况，要求继电保护系统的安全可靠性，特别是单一元器件的损坏保护不能误动作的要求不能够得到满足的情况必须要解决。因此，以就地化保护为特征的第三代智能变电站迅速发展，在其采用的就地化保护技术中，跨间隔、跨电压等级的元件保护采用分布式方案符合变电站保护分散布置、就地化的发展趋势，且分布式保护数据采取分散采集、集中处理的方法，相比于集中式母线保护集中采集、集中处理的方法有很大优势，就地化保护装置应用在各个变电站中，为变电站的稳定运行起到了至关重要的作用。
就地化将会使变电站设备的维护和管理不那么困难，因此，就地化保护装置不失为一种具有较强灵活性、能够快速响应新的功能需求的理论和方法，同时也将会提高变电站设备信息的集成水平，适应智能变电站技术发展的需要。就地化保护装置由分布式元件组成，分布式元件指的是一台或多台就地化保护子机，各保护子机通过双向环网通讯，各保护子机地位平等，共享信息，协同运行。但是保护子机的保护CPU和启动CPU中的其中一个元器件损坏时，将会导致保护误动作出口，为了解决上述问题，公开号为“CN104410042A”，名称为“一种基于双AD采样的智能变电站继电保护方法”的中国专利公开了保护动作逻辑和保护启动逻辑，但是未涉及各个保护装置之间是如何连接的，导致各个保护装置之间数据传递效率低，甚至导致数据丢失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式保护方法及系统，用于解决现有技术中各个保护装置之间数据传递效率率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种分布式保护方法，包括如下步骤：
1)各保护子机通过双向保护环网获取其他保护子机的保护CPU采集的智能变电站的数据，且各保护子机通过双向启动环网获取其他保护子机的启动CPU采集的智能变电站的数据；
2)对保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差进行判断，若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差不在设定的范围内，判断为保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，则闭锁差动保护动作出口；若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差在设定的范围内，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件时，则开放本子机差动保护动作出口；
3)任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
进一步地，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电流数据时，所述电流数据异常的判别方程为：
其中，x1为保护CPU电流采样数据的幅值，y1为启动CPU电流采样数据的幅值，IN为电流二次额定值；
当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电压数据时，所述电压数据异常的判别方程为：
其中，x2为保护CPU电压采样数据的幅值，y2为启动CPU电压采样数据的幅值，UN为二次额定相电压。
为了方便及时得知保护装置未出口的动作状态，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，闭锁差动保护动作出口后，延时设定的时间发出采样数据异常告警信息。
为了确保启动CPU的灵敏度高于保护CPU的灵敏度，各保护子机的启动CPU定值为保护CPU定值的N倍，N<1。
本发明还提供了一种基于环网采样数据的分布式保护系统，包括控制模块及至少两个保护子机，各保护子机的保护CPU和启动CPU之间分别通过双向保护环网和双向启动环网连接，各保护子机的保护CPU通过双向保护环网获取其他保护子机的保护CPU采集的智能变电站的数据，且各保护子机的启动CPU通过双向启动环网获取其他保护子机的启动CPU采集的智能变电站的数据；所述控制模块对保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差进行判断，若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差不在设定的范围内，判断为保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，则闭锁差动保护动作出口；若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差在设定的范围内，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件时，则开放本子机差动保护动作出口；任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
进一步地，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电流数据时，所述电流数据异常的判别方程为：
其中，x1为保护CPU电流采样数据的幅值，y1为启动CPU电流采样数据的幅值，IN为电流二次额定值；
当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电压数据时，所述电压数据异常的判别方程为：
其中，x2为保护CPU电压采样数据的幅值，y2为启动CPU电压采样数据的幅值，UN为二次额定相电压。
为了方便及时得知保护装置未出口的动作状态，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，闭锁差动保护动作出口后，延时设定的时间发出采样数据异常告警信息。
为了确保启动CPU的灵敏度高于保护CPU的灵敏度，各保护子机的启动CPU定值为保护CPU定值的N倍，N<1。
为了方便查看保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据，还包括智能管理单元，各个保护子机将智能变电站采集数据的幅值和相位发送给所述智能管理单元进行实时显示，以检测保护CPU采集的智能变电站的数据和启动CPU采集的智能变电站的数据是否异常。
本发明的有益效果是：
本发明的各保护子机通过双向保护环网、双向启动环网分别获取其他保护子机的保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据；同时将保护CPU和启动CPU采样数据进行一致性比较，若比较结果异常，则闭锁与此异常数据相关的保护出口；若比较结果正常，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件，则开放差动保护动作出口。本发明的各个保护子机之间通过双向保护环网连接，提高了数据传输的可靠性，保证数据在传输过程中不会丢失。而且提高了差动保护动作的可靠性及保护装置出口动作的正确率，防止保护装置单一元器件损坏造成保护误动作，保证了智能变电站稳定可靠的运行。
附图说明
图1为分布式保护系统双向双环网通信示意图；
图2为环网采样数据保护装置应用逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明提供了一种分布式保护系统，包括控制模块及至少两个保护子机，各保护子机的保护CPU和启动CPU之间分别通过双向保护环网和双向启动环网连接，各保护子机的保护CPU通过双向保护环网获取其他保护子机的保护CPU采集的智能变电站的数据，且各保护子机的启动CPU通过双向启动环网获取其他保护子机的启动CPU采集的智能变电站的数据；控制模块对保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差进行判断，若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差不在设定的范围内，判断为保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，则闭锁差动保护动作出口；若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差在设定的范围内，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件时，则开放本子机差动保护动作出口；任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
具体的如图1所示的分布式保护系统的结构框图，分布式保护系统由多个保护子机组成，模拟量及开关量通过各个保护子机分散采集，各保护子机的保护CPU和启动CPU分别通过保护环网和启动环网将智能变电站的采样数据发送到其他保护子机。其中，智能变电站的采样数据为电压数据或电流数据，各个保护子机获取所有保护数据后独立完成全部保护功能。本实施例的保护CPU和启动CPU均采用1000BASE-X光纤以太网与其他保护子机的保护CPU和启动CPU连接，1000BASE-X光纤以太网为全双工强制发送模式，其通信可靠性高，大大提高了工作效率。
保护CPU和启动CPU中AD采样模块的个数可以是一个，也可以是两个。当AD采样模块的个数是一个时，保护CPU和启动CPU共用该AD采样模块采集数据，即该AD采样模块采集的模拟量信号，包括电压和电流，将电压和电流模拟量信号转换为数字量信号之后分为两路，一路传输给保护CPU，一路传输给启动CPU，以供逻辑判别。为了保证数据采集的独立性，本实施例使用两套独立的AD采样模块采集数据，如图2所示，第一套AD采样模块连接保护CPU，第二套AD采样模块连接启动CPU。
图1所示的分布式保护系统包括6个保护子机，其中一个保护子机为源设备，另外5个保护子机为目标设备，保护CPU包括发送/接收数据的接口1及接收/发送数据的接口2，启动CPU包括发送/接收数据的接口3及接收/发送数据的接口4。其中，保护CPU的接口1作为主接口，启动CPU的接口3作为主接口。源设备的保护CPU的接口1通过保护环网向其他保护子机的保护CPU发送A帧数据，最后通过源设备的保护CPU的接口2回到源设备的保护CPU中，源设备的保护CPU的接口2通过保护环网向其他保护子机的保护CPU发送B帧数据，最后通过源设备的保护CPU的接口1回到源设备的保护CPU中；源设备的启动CPU的接口3通过启动环网向其他保护子机的启动CPU发送C帧数据，最后通过源设备的启动CPU的接口4回到源设备的启动CPU中，源设备的保护CPU的接口4通过启动环网向其他保护子机的启动CPU发送D帧数据，最后通过源设备的启动CPU的接口3回到源设备的启动CPU中。
本实施例的启动CPU定值为保护CPU定值的N倍，N<1，如将启动CPU定值为保护CPU的0.95倍，确保了保护启动元件比保护动作元件的灵敏度高。
基于上述分布式保护系统提出的分布式保护方法主要应用于智能变电站的跨间隔的就地化母线保护和变压器保护装置中，该方法具体包括以下步骤：
(1)分布式保护系统由多个保护子机组成，每个子机包含独立的保护CPU和启动CPU，模拟量及开关量通过各个保护子机分散采集，各保护子机的保护CPU和启动CPU之间分别通过双向保护环网和双向启动环网连接。
(2)分布式保护CPU采用双向冗余双环形网络结构，保护CPU和启动CPU互相独立，各有两个接口；每一组环网内，保护子机之间通过以太网顺序首尾相连形成双向冗余环。
(3)环网内各保护子机为对等关系，负责环网内报文的转发、过滤以及本节点信息的广播发送，各子机不转发环网中由自身发出的报文，保护CPU和启动CPU分别通过双向保护环网和双向启动环网将采样数据发送到其他子机；保护CPU数据和启动CPU数据的幅值和相位可上送到分布式保护系统的智能管理单元中进行实时显示，也可方便检查保护CPU和启动CPU采样数据是否异常；同时将就地采集模拟量的双A/D采样值发送至过程层网络，供站域保护、故障录波等设备使用。
(4)双向环网采样数据进入保护子机后，每组环网的两个接口第一次收到此帧报文时发送给CPU，同时通过另一接口继续沿着环网转发；另一接口已经接收到此帧报文时则丢弃，同时不再向环网转发。保护CPU接收保护环网采样数据用于保护动作逻辑运算，启动CPU接收启动环网采样数据用于保护启动逻辑运算。其中，保护逻辑判别为常规的继电保护动作判断，继电保护的种类为现有技术，比如有：差动保护、距离保护、过流保护等，关于这些继电保护的判定策略同样属于现有技术，这里就不再具体描述，而该主CPU中进行的继电保护的种类视具体的应用对象而定；启动逻辑判别具体为判别运行状态是否发生突变，比如，根据采集到的电流信息判断电流是否发生突变，或者根据采集到的电压信息判断是否存在尖峰电压。
(5)各个保护子机将保护CPU和启动CPU采样数据进行一致性判别。比较保护CPU和启动CPU采样数据幅值的相对偏差和绝对偏差，偏差过大则判为采样异常，闭锁与此模拟量相关的差动保护出口；当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电流数据时，电流采样数据异常判别方程为：
其中，x1为保护CPU电流采样数据的幅值，y1为启动CPU电流采样数据的幅值，IN为电流二次额定值。
当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电压数据时，电压数据异常判别方程为：
其中，x2为保护CPU电压采样数据的幅值，y2为启动CPU电压采样数据的幅值，UN为二次额定相电压。
(6)通过上述两个方程判断保护CPU和启动CPU电压或电流采样数据异常后，闭锁保护装置差动保护出口动作，延时设定时间后发出采样数据异常告警信息，本实施例的延时设定时间为20ms，作为其他实施方式，延时设定时间可根据需要具体选择。当判断保护CPU和启动CPU采样数据均正常，保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足后开放相关差动保护动作出口逻辑，具体如图2所示。且任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
综上，各保护子机通过双向保护环网、双向启动环网分别获取其他保护子机的保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据；同时将保护CPU和启动CPU采样数据进行一致性比较，若比较结果异常，则闭锁与此异常数据相关的保护出口；若比较结果正常，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件，则开放差动保护动作出口。本发明的各个保护子机之间通过双向保护环网连接，提高了数据传输的可靠性，保证数据在传输过程中不会丢失。而且提高了差动保护动作的可靠性及保护装置出口动作的正确率，防止保护装置单一元器件损坏造成保护误动作，保证了智能变电站稳定可靠的运行。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种分布式保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)各保护子机的保护CPU通过双向保护环网获取其他保护子机的保护CPU采集的智能变电站的数据，且各保护子机的启动CPU通过双向启动环网获取其他保护子机的启动CPU采集的智能变电站的数据；保护CPU接收保护环网采样数据用于保护动作逻辑运算，启动CPU接收启动环网采样数据用于保护启动逻辑运算；
2)对保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差进行判断，若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差不在设定的范围内，判断为保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，则闭锁差动保护动作出口；若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差在设定的范围内，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件，则开放本子机差动保护动作出口；
3)任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
2.根据权利要求1所述的分布式保护方法，其特征在于，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电流数据时，所述电流数据异常的判别方程为：
其中，x1为保护CPU电流采样数据的幅值，y1为启动CPU电流采样数据的幅值，IN为电流二次额定值；
当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电压数据时，所述电压数据异常的判别方程为：
其中，x2为保护CPU电压采样数据的幅值，y2为启动CPU电压采样数据的幅值，UN为二次额定相电压。
3.根据权利要求1所述的分布式保护方法，其特征在于，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，闭锁差动保护动作出口后，延时设定的时间发出采样数据异常告警信息。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分布式保护方法，其特征在于，所述启动CPU定值为保护CPU定值的N倍，N<1。
5.一种分布式保护系统，包括控制模块及至少两个保护子机，其特征在于，各保护子机的保护CPU和启动CPU之间分别通过双向保护环网和双向启动环网连接，各保护子机的保护CPU通过双向保护环网获取其他保护子机的保护CPU采集的智能变电站的数据，且各保护子机的启动CPU通过双向启动环网获取其他保护子机的启动CPU采集的智能变电站的数据；保护CPU接收保护环网采样数据用于保护动作逻辑运算，启动CPU接收启动环网采样数据用于保护启动逻辑运算；所述控制模块对保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差进行判断，若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差不在设定的范围内，判断为保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，则闭锁差动保护动作出口；若保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据幅值的绝对偏差和相对偏差在设定的范围内，且保护动作逻辑和保护启动逻辑同时满足设定条件时，则开放本子机差动保护动作出口；任一保护子机差动保护动作后将保护动作信号通过保护环网发送给其他保护子机，其他保护子机接收到差动保护动作信号后解除对应保护子机的差动保护闭锁条件，若差动保护动作方程满足则开放对应保护子机的差动保护动作出口。
6.根据权利要求5所述的分布式保护系统，其特征在于，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电流数据时，所述电流数据异常的判别方程为：
其中，x1为保护CPU电流采样数据的幅值，y1为启动CPU电流采样数据的幅值，IN为电流二次额定值；
当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据为电压数据时，所述电压数据异常的判别方程为：
其中，x2为保护CPU电压采样数据的幅值，y2为启动CPU电压采样数据的幅值，UN为二次额定相电压。
7.根据权利要求5所述的分布式保护系统，其特征在于，当保护CPU和启动CPU采集的智能变电站的数据异常，闭锁差动保护动作出口后，延时设定的时间发出采样数据异常告警信息。
8.根据权利要求5-7任一项所述的分布式保护系统，其特征在于，各保护子机的启动CPU定值为保护CPU定值的N倍，N<1。
9.根据权利要求5所述的分布式保护系统，其特征在于，还包括智能管理单元，各个保护子机将智能变电站采集数据的幅值和相位发送给所述智能管理单元进行实时显示，以检测保护CPU采集的智能变电站的数据和启动CPU采集的智能变电站的数据是否异常。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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