CN109193582A - 一种智能配电网区域保护控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能配电网区域保护控制系统及控制方法，系统主要由智能分布式装置、柔直协调控制器组成，通过相互之间的GOOSE实时信息交互，协同完成故障情况下，柔性多状态开关的主动防御调控、故障穿越控制，以及常规联络开关与柔性多状态开关协作的故障恢复控制，实现配电网故障的快速定位与隔离以及非故障区段的快速转供，提高配电网的供电可靠性。

Description

一种智能配电网区域保护控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于配电自动化领域，具体涉及一种智能配电网区域保护控制系统及控制方法。

背景技术

目前国内配电自动化大部分采用重合器/分段器方式、基于通信的集中式馈线自动化的模式，在柱上开关安装馈线终端，环网箱和开关站安装站所终端，同时安装了很多的故障指示器，这些控制方式操作简单，经济实用，被广泛的采用。所配置的配电终端具备三遥功能，以及简单的保护功能；考虑到成本问题一次的开关多数为负荷开关，只在变电站侧的开关配置断路器。对于重要负荷，这些控制方式不可避免的存在故障切除选择性不高、故障跳闸可靠性不高、开关设备损耗大等缺点、故障处理时间长。加入柔性多状态开关后，保护的速动性、灵敏性要求和协调控制要求变高，传统的集中式馈线自动化已完全无法适应。集中式馈线自动化依靠变电站断路器跳开故障线路，通过负荷开关所配置配电终端的过流信号判断故障位置，再遥控负荷开关隔离故障点，接着遥控联络开关合闸恢复供电，恢复供电时间较长。

柔性多状态开关(soft open point,SOP)是一种可在配电网若干关键节点上替代传统联络开关的新型柔性一次设备。SOP技术旨在以可控电力电子变换器代替传统基于断路器的馈线联络开关，从而实现馈线间常态化柔性“软连接”，提供灵活、快速、精确的功率交互控制和潮流优化能力。同时，柔性多状态开关加入后对常规配网运行带来的优化，如实现跨电压等级的互联，实现存在角差情况下的互联。

更快的故障恢复速度是SOP的优势之一，与智能配电网的自愈特征高度契合。在外部电网发生故障时，SOP迅速闭锁，阻断短路电流通道，并与交流侧电网保护设备相配合快速隔离故障，完成故障穿越；当SOP内部发生故障时，迅速隔断与外部电网的联系，防止装置损坏，给系统运行带来风险。

由于SOP对于故障隔离的快速性要求，分布式的配电终端将取代传统的集中式FA成为未来SOP的主要保护控制方式，即智能分布式。SOP实时和分布式配电终端交互信息，交流侧发生故障时快速隔离，SOP进入故障穿越；得知交流侧故障完全隔离后，SOP与联络开关相配合，协同完成供电恢复时的网络重构。借助于分布式的架构，故障发生后含SOP的配电网故障定位、隔离、自愈以及SOP的运行模式切换的速度，有望得到大幅提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能配电网区域保护控制系统及控制方法，实现配电网的供电的可靠性，实现全线快速定位、隔离故障，并迅速恢复供电。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能配电网区域保护控制系统，包括智能分布式装置、柔直协调控制器，所述智能分布式装置安装在交流侧的环网箱、开关站、柱上开关，以光纤纵联差动保护作为主保护，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护；所述柔直协调控制器安装在柔直换流站内，智能分布式装置通过GOOSE实时与柔直协调控制器进行信息交互，协调交流侧的联络开关和柔性多状态开关共同完成故障隔离后的自愈恢复供电。

进一步地，所述智能分布式装置同时配置过流保护、零序过流保护、母差保护、失灵保护，用来快速定位、隔离故障。

进一步地，在配电网主干网的进出线、联络线上，在对端为柔性多状态开关的进线上，在对端为分布式电源接入的馈线上，配置光纤纵联差动保护，并采用专用光纤通道，包含相电流差动保护和零序电流差动保护；配电环网内所有进出线发生故障时，光纤纵联差动保护全线速动，快速并有选择性的隔离故障点。

进一步地，在主干线路和分支线路发生故障时，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护快速运作于跳闸；网络拓扑保护依据同一条线路区段两侧开关的过流或零序过流及方向标志的组合信号，判断线路区段内故障并跳闸，组合信号通过GOOSE传递；网络拓扑保护中的零序过流闭锁或母差保护闭锁时，自动开放相应开关的后备零序过流Ⅰ段保护；网络零序过流保护通过CT断线及快速CT断线闭锁防误动；若本侧网络拓扑保护闭锁，则同时闭锁对侧。

进一步地，所述自愈功能由智能分布式装置及柔直协调控制器共同实现，智能分布式装置和柔直协调控制器进行逻辑判断；智能分布式装置具备网架运行状态自识别功能，确定开关的运行状态及联络作用，通过接收配电区内各分布式装置信息，进行综合逻辑判断，确定故障定位、执行故障隔离的结果，有选择的自投联络电源恢复供电；在柔直换流站可以转供的地方，智能分布式装置在快速隔离故障后通过GOOSE与柔直协调控制器交互隔离结果，并协同完成自愈恢复供电。

进一步地，在就地安装的智能分布式装置和柔直协调控制器的基础上增加配网主站，所述配网主站用来对柔性多状态开关实现长时间尺度的调控，综合考虑馈线均衡、电压安全、降低网损因素；智能分布式装置和柔直协调控制器实现短时间尺度的故障穿越、故障定位隔离、自愈恢复的协调控制。

本发明还提出了上述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，采用如下步骤：

步骤1：智能分布式装置实时监视交流侧电网的运行状态，通过智能分布式装置的对等通信，判断故障区域、隔离故障；控制故障点最近的断路器速断跳闸，切除故障；自动适应网络拓扑变化、自动完成故障区段的隔离和非故障区段的转供；实时计算可转供功率大小，进行自愈合闸前的过载预判；某一个或多个通道故障时，网络拓扑保护根据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；

步骤2：智能分布式装置与柔直协调控制器通过GOOSE实时交互故障信息，柔性多状态开关实时进行主动防御，在发生故障时，柔性多状态开关进入到故障穿越，智能分布式装置完成故障的定位、隔离；可由柔性多状态开关转供的区域，柔直协调控制在确认故障隔离后，进行自愈前的过载预判，然后实现无缝转供；不可由柔性多状态开关转供的区域，智能分布式合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电；柔性多状态开关联网孤岛转换失败或因故退出运行，则柔直协调控制器协同智能分布式装置合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电。

进一步地，所述的自愈功能不设配网主站，每个开关都独立进行逻辑判断，故自愈功能的充放电以及动作条件都是针对某个开关而言，而不是针对一个站所或是整条线路；各智能分布式装置均需通过GOOSE获取其他智能分布式装置的状态，线路首端开关仅需接收1个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态；线路首端开关除外的各开关，需接收2个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态以及对侧母线的有压无压状态。

进一步地，各智能分布式装置接收除相邻智能分布式装置之外的全局信号，各智能分布式装置直接接收其他智能分布式装置的信号或者通过“接力”的方式接收，所述“接力”的方式即通过相邻站依次传递。例如A、B、C为三个相邻的站，C站获取A站的全局信息，即是通过B站“接力”传递。

进一步地，所述全局信号主要包括：开关动作信号、拒动信号、跳位异常信号、开关检修信号；所述智能分布式装置与柔直协调控制器的实时交互信号主要包括：开关位置、开关动作信号、开关检修信号、母线电压、母线频率、电流、功率等。

进一步地，对于不便安装光纤纵联差动保护的架空线，使用网络拓扑保护作为主保护，所述网络拓扑保护以多个开关为区域，通过联跳来隔离无法检测到过流信号的柔性多状态开关；同时带方向保护，有效应对分布式电源的接入。

进一步地，以柔性多状态开关的有功功率、各端口容量、节点电压为约束条件，建立柔性多状态开关的各端口所在节点的电压偏差目标函数：

式中，F为电压偏差，V_i为柔性多状态开关各端口所在节点的实时电压，为电压参考值，n为端口数量，以F最小作为目标对电压波动越限进行抑制，进行主动防御；

所在配网发生故障时，柔性多状态开关通过对负序电流分量的补偿，抑制不对称故障电流，通过无功电流控制实现网侧电压支撑，通过端口控制模式切换实现直流电压支撑，完成故障穿越。

进一步地，所在配网发生故障时，利用在正常运行时获得的各个节点的有功、无功灵敏度建立功率和各节点电压的关系，在此基础上建立各个节点电压偏差之和的目标函数：

式中，f为电压偏差之和，△U_i(k)为各端口在各节点的电压偏差，m为节点数量，n为端口数量，电压偏差之和f在故障切除后用来确认不切负荷能否实现重要负荷的无缝转供；不切负荷无法实现重要负荷的无缝转供时，计算出最小负荷切除量。

由于配电网拓扑结构类型较多，包括手拉手串式结构、多端T接线路，开环、闭环及多电源线路，架空线、电缆线以及混合线路等，现有的故障快速自愈能力有限，并且在加入了柔性多状态开关后给传统配电网保护控制系统的形态带来很大变化，从集中式向分布式转变。

含柔性多状态开关的配电网和传统的配电网有着很大的区别，柔性多状态开关的作用类同于常规交流电网的联络开关，但是柔性多状态开关是有源设备，且不单纯是分、合2种位置状态；短路特性和逆变器等电力电子器件相同，即在发生短路故障时无法提供短路电流；光纤纵联差动保护及分布式自愈的引入很好地解决了此类问题。

在配电网的每个开关设置光纤纵联差动保护，通过专用光纤实现点对点的通信，以电流差动作为相间故障的判断依据，以自产零序电流差动作为单相接地故障的判断依据，实现区内故障的快速隔离。在终端获取配电网络全局拓扑后，在通过GOOSE实现信息的共享的基础上，配电终端将以自身开关过流状态及方向、相邻开关过流状态及方向、开关位置、主保护动作信号以及容错保护动作信号作为分布式配电线路保护动作的判据，从而实现配电网故障的隔离，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护光纤纵联差动保护的快速后备保护。

配置失灵保护，常规失灵保护由过流元件启动，经失灵保护延时后动作。但在配网线路中，仅凭这一条无法构成失灵保护的判据。因为在单电源线路中，位于故障点下游的开关过流元件不会动作，无法依靠过流元件启动。故统一将启动信号定为相邻开关分布式配电线路保护动作。在经过失灵保护延时后，检测到故障电流未消失或相邻开关的分闸位置开关量依旧为0，则失灵保护动作。

配置容错保护，发生节点交换机故障或配电终端故障等通信故障时，通信中断节点处的配电终端与两侧相邻开关的通信均中断，闭锁所有保护；通信中断处相邻节点的配电终端仅与一侧相邻开关的通信中断，闭锁分布式配电线路主保护，保留容错保护。

柔性多状态开关的在配电网正常时由SOP进行实时精细潮流调节优化，用来跟踪分布式电源和负荷的动态变化；外部电网发生故障时，首先通过智能分布式装置完成故障的定位、隔离，再协同SOP完成自愈。

以含柔性多状态开关的配电网的多时间尺度协调控制以及故障隔离、恢复供电的配合将其进行分层：分为主站层(分钟级)，综合考虑馈线均衡、电压安全、降低网损等因素；区域层(秒级)，主要对应短时间尺度的故障穿越、自愈恢复的协调控制；终端层(百毫秒级)，终端层主要对应故障的快速定位、隔离，并向上层反应故障处理结果。

区别于常规的配网自动化组网方案，除了到配网主站的通信，增加了装置间的GOOSE通信，和常规的配网组网产生了较大的差异，传统的配电网为星型组网，配网主站所接的所有配电终端均向配网主站发送信息，并接收配网主站的指令，相互之间并无通信。对于增加装置之间的GOOSE之后，对常规的EPON和光纤以太网交换机的组网进行优化配置，实现了将GOOSE及站内监控信息共网，站间的通信仍使用专用交换机。

本发明的有益效果是：通过相互之间的GOOSE实时信息交互，协同完成故障情况下，柔性多状态开关的主动防御调控、故障穿越控制，以及常规联络开关与柔性多状态开关协作的故障恢复控制，实现配电网故障的快速定位与隔离以及非故障区段的快速转供，提高配电网的供电可靠性。

附图说明

图1为智能配电网协调优化控制系统架构示意图。

图2为智能配电网自动化组网方式示意图。

图3为配电网区域保护控制系统功能配置示意图。

图4为含柔性多状态开关的配电网故障定位、隔离和自愈的动作时序示意图。

图5为某示范工程主接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明：

本发明提供了一种智能配电网区域保护控制系统，包括智能分布式装置、柔直协调控制器，所述智能分布式装置安装在交流侧的环网箱、开关站、柱上开关，以光纤纵联差动保护作为主保护，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护；所述柔直协调控制器安装在柔直换流站内，智能分布式装置通过GOOSE实时与柔直协调控制器进行信息交互，协调交流侧的联络开关和柔性多状态开关共同完成故障隔离后的自愈恢复供电。

进一步地，所述智能分布式装置同时配置过流保护、零序过流保护、母差保护、失灵保护，用来快速定位、隔离故障。

进一步地，在配电网主干网的进出线、联络线上，在对端为柔性多状态开关的进线上，在对端为分布式电源接入的馈线上，配置光纤纵联差动保护，并采用专用光纤通道，包含相电流差动保护和零序电流差动保护；配电环网内所有进出线发生故障时，光纤纵联差动保护全线速动，快速并有选择性的隔离故障点。

进一步地，在主干线路和分支线路发生故障时，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护快速运作于跳闸；网络拓扑保护依据同一条线路区段两侧开关的过流或零序过流及方向标志的组合信号，判断线路区段内故障并跳闸，组合信号通过GOOSE传递；网络拓扑保护中的零序过流闭锁或母差保护闭锁时，自动开放相应开关的后备零序过流Ⅰ段保护；网络零序过流保护通过CT断线及快速CT断线闭锁防误动；若本侧网络拓扑保护闭锁，则同时闭锁对侧。

进一步地，所述自愈功能由智能分布式装置及柔直协调控制器共同实现，智能分布式装置和柔直协调控制器进行逻辑判断；智能分布式装置具备网架运行状态自识别功能，确定开关的运行状态及联络作用，通过接收配电区内各分布式装置信息，进行综合逻辑判断，确定故障定位、执行故障隔离的结果，有选择的自投联络电源恢复供电；在柔直换流站可以转供的地方，智能分布式装置在快速隔离故障后通过GOOSE与柔直协调控制器交互隔离结果，并协同完成自愈恢复供电。

进一步地，在就地安装的智能分布式装置和柔直协调控制器的基础上增加配网主站，所述配网主站用来对柔性多状态开关实现长时间尺度的调控，综合考虑馈线均衡、电压安全、降低网损因素；智能分布式装置和柔直协调控制器实现短时间尺度的故障穿越、故障定位隔离、自愈恢复的协调控制。

上述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，采用如下步骤：

步骤1：智能分布式装置实时监视交流侧电网的运行状态，通过智能分布式装置的对等通信，判断故障区域、隔离故障；控制故障点最近的断路器速断跳闸，切除故障；自动适应网络拓扑变化、自动完成故障区段的隔离和非故障区段的转供；实时计算可转供功率大小，进行自愈合闸前的过载预判；某一个或多个通道故障时，网络拓扑保护根据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；

步骤2：智能分布式装置与柔直协调控制器通过GOOSE实时交互故障信息，柔性多状态开关实时进行主动防御，在发生故障时，柔性多状态开关进入到故障穿越，智能分布式装置完成故障的定位、隔离；可由柔性多状态开关转供的区域，柔直协调控制在确认故障隔离后，进行自愈前的过载预判，然后实现无缝转供；不可由柔性多状态开关转供的区域，智能分布式合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电；柔性多状态开关联网孤岛转换失败或因故退出运行，则柔直协调控制器协同智能分布式装置合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电。

进一步地，所述的自愈功能不设配网主站，每个开关都独立进行逻辑判断，故自愈功能的充放电以及动作条件都是针对某个开关而言，而不是针对一个站所或是整条线路；各智能分布式装置均需通过GOOSE获取其他智能分布式装置的状态，线路首端开关仅需接收1个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态；线路首端开关除外的各开关，需接收2个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态以及对侧母线的有压无压状态。

进一步地，各智能分布式装置接收除相邻智能分布式装置之外的全局信号，各智能分布式装置直接接收其他智能分布式装置的信号或者通过“接力”的方式接收，所述“接力”的方式即通过相邻站依次传递。例如A、B、C为三个相邻的站，C站获取A站的全局信息，即是通过B站“接力”传递。

进一步地，所述全局信号主要包括：开关动作信号、拒动信号、跳位异常信号、开关检修信号；所述智能分布式装置与柔直协调控制器的实时交互信号主要包括：开关位置、开关动作信号、开关检修信号、母线电压、母线频率、电流、功率等。

进一步地，对于不便安装光纤纵联差动保护的架空线，使用网络拓扑保护作为主保护，所述网络拓扑保护以多个开关为区域，通过联跳来隔离无法检测到过流信号的柔性多状态开关；同时带方向保护，有效应对分布式电源的接入。

进一步地，以柔性多状态开关的有功功率、各端口容量、节点电压为约束条件，建立柔性多状态开关的各端口所在节点的电压偏差目标函数：

式中，F为电压偏差，V_i为柔性多状态开关各端口所在节点的实时电压，为电压参考值，n为端口数量，以F最小作为目标对电压波动越限进行抑制，进行主动防御；

所在配网发生故障时，柔性多状态开关通过对负序电流分量的补偿，抑制不对称故障电流，通过无功电流控制实现网侧电压支撑，通过端口控制模式切换实现直流电压支撑，完成故障穿越。

进一步地，所在配网发生故障时，利用在正常运行时获得的各个节点的有功、无功灵敏度建立功率和各节点电压的关系，在此基础上建立各个节点电压偏差之和的目标函数：

式中，f为电压偏差之和，ΔU_i(k)为各端口在各节点的电压偏差，m为节点数量，n为端口数量，电压偏差之和f在故障切除后用来确认不切负荷能否实现重要负荷的无缝转供；不切负荷无法实现重要负荷的无缝转供时，计算出最小负荷切除量。

由于配电网拓扑结构类型较多，包括手拉手串式结构、多端T接线路，开环、闭环及多电源线路，架空线、电缆线以及混合线路等，现有的故障快速自愈能力有限，并且在加入了柔性多状态开关后给传统配电网保护控制系统的形态带来很大变化，从集中式向分布式转变。

含柔性多状态开关的配电网和传统的配电网有着很大的区别，柔性多状态开关的作用类同于常规交流电网的联络开关，但是柔性多状态开关是有源设备，且不单纯是分、合2种位置状态；短路特性和逆变器等电力电子器件相同，即在发生短路故障时无法提供短路电流；光纤纵联差动保护及分布式自愈的引入很好地解决了此类问题。

在配电网的每个开关设置光纤纵联差动保护，通过专用光纤实现点对点的通信，以电流差动作为相间故障的判断依据，以自产零序电流差动作为单相接地故障的判断依据，实现区内故障的快速隔离。在终端获取配电网络全局拓扑后，在通过GOOSE实现信息的共享的基础上，配电终端将以自身开关过流状态及方向、相邻开关过流状态及方向、开关位置、主保护动作信号以及容错保护动作信号作为分布式配电线路保护动作的判据，从而实现配电网故障的隔离，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护光纤纵联差动保护的快速后备保护。

配置失灵保护，常规失灵保护由过流元件启动，经失灵保护延时后动作。但在配网线路中，仅凭这一条无法构成失灵保护的判据。因为在单电源线路中，位于故障点下游的开关过流元件不会动作，无法依靠过流元件启动。故统一将启动信号定为相邻开关分布式配电线路保护动作。在经过失灵保护延时后，检测到故障电流未消失或相邻开关的分闸位置开关量依旧为0，则失灵保护动作。

配置容错保护，发生节点交换机故障或配电终端故障等通信故障时，通信中断节点处的配电终端与两侧相邻开关的通信均中断，闭锁所有保护；通信中断处相邻节点的配电终端仅与一侧相邻开关的通信中断，闭锁分布式配电线路主保护，保留容错保护。

柔性多状态开关的在配电网正常时由SOP进行实时精细潮流调节优化，用来跟踪分布式电源和负荷的动态变化；外部电网发生故障时，首先通过智能分布式装置完成故障的定位、隔离，再协同SOP完成自愈。

以含柔性多状态开关的配电网的多时间尺度协调控制以及故障隔离、恢复供电的配合将其进行分层：分为主站层(分钟级)，综合考虑馈线均衡、电压安全、降低网损等因素；区域层(秒级)，主要对应短时间尺度的故障穿越、自愈恢复的协调控制；终端层(百毫秒级)，终端层主要对应故障的快速定位、隔离，并向上层反应故障处理结果。

区别于常规的配网自动化组网方案，除了到配网主站的通信，增加了装置间的GOOSE通信，和常规的配网组网产生了较大的差异，传统的配电网为星型组网，配网主站所接的所有配电终端均向配网主站发送信息，并接收配网主站的指令，相互之间并无通信。对于增加装置之间的GOOSE之后，对常规的EPON和光纤以太网交换机的组网进行优化配置，实现了将GOOSE及站内监控信息共网，站间的通信仍使用专用交换机。

图1说明了含柔性多状态开关的协调控制系统架构，按照不同的时间尺度和所发挥的作用，主要分层了三层：调度层属于系统级优化，长时间尺度，全局协调控制；区域层属于短时间尺度，协调完成故障穿越、自愈恢复；终端层实现故障快速定位、隔离。

图2说明了含柔性多状态开关的区域保护控制系统的组网方式，主要通过EPON网络，光纤以太网交换机和GPRS无线网与配网主站通信，一般划分为配网主站和配电终端两个层次：第一层，配网主站层，主要负责整个配网中压及以下线路、设备及用户的运行监控和配电运行管理；第二层，配电终端，主要负责对配网中压及以下线路、站所开关、配电变压器等设备数据的采集、状态监测、控制、故障判断及处理。

常规配网含柔性多状态开关的之后，增加了保护装置之间的GOOSE通信，因为GOOSE信号对时间同步要求较高，装置之间的通信方式建议使用光纤以太网交换机或者EPON，且推荐更适用于终端间对等通信的光纤以太网交换机组环网；随着无线技术的发展，以及5G技术的普及，当时间同步的问题得到较好解决时也会考虑使用无线通信作为传输媒介。以2段母线的开关站为例，每段母线各配置1台智能分布式装置，每个站使用1台交换机，2台装置分别接入交换机，同时各个开关站间的交换机组成环网，一直环到变电站侧，所组环网同时支持GOOSE以及站内的自动化通信，光纤纵联差动保护通道全部使用专网，独立使用。

图3说明了智能配电网区域保护控制系统的功能配置，在主干线的变电站与配电房之间、两配电房之间的环进环出线，配置光纤纵联差动保护，作为反映线路相间和接地故障的主保护。实现配电网主干线发生故障时的保护全线速动，快速并有选择性的隔离故障点，配置网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护。当通信网络失效或光纤纵联差动保护退出或拒动时，由后备保护切除故障，后备保护包括过流保护、零序过流保护，同时配置母差、失灵等保护。

当主干线发生故障时，柔直开关进入到故障穿越状态，持续的最长时间为秒级，通过主干线线路快速保护(光纤纵联差动保护、网络拓扑保护)动作来快速隔离故障主干线上发生的故障，并将故障隔离完成的信息发送给柔性多状态开关，优先使用柔性多状态开关进行自愈恢复，自愈的时间达到百毫秒级；在不具备柔直站快速转供的情形下，智能分布式装置合联络开关恢复供电，自愈时间为秒级。

与上级自愈及备自投配合按电压等级分级进行自愈，即220kV或110kV系统故障由220kV或110kV自愈优先动作；主变压器故障由变电站10kV/20kV备自投动作，变电站10kV/20kV母线故障及配网线路内部故障由配网智能分布式装置动作。在动作时间上，220kV或110kV自愈最快，变电站10kV/20kV备自投次之，配网智能分布式装置最后动作。变电站侧失压，配电线路未发生故障，智能分布式装置等待上级电源处理恢复供电。若变电站侧未恢复供电，后续分2种处理策略：1)智能分布式装置自投一直不动作。2)智能分布式装置等待变电站侧恢复延时到，仍未恢复供电，跳开配电线路近变电站的首端开关，合闸所在线路联络开关，由对侧正常线路转带恢复供电。

图4中动作时序图说明了含柔性多状态开关的区域保护控制系统的动作过程：当检测到过流故障，智能分布式装置的过流元件启动，同时柔性多状态开关开始进入到故障穿越，智能分布式装置通过光纤纵联差动保护或网络拓扑保护，以及涌流的检测，完成故障区域的判定，装置发出跳闸命令，经过断路器的动作延时后切除故障电流，故障隔离完成；如发生断路器拒动，启动近后备保护，经延时后，向上级开关出发跳闸命令，断路器切除故障电流，至此故障确定隔离，柔性多状态开关故障穿越结束。智能分布式装置和柔性多状态开关进行信息交互，柔性多状态开关进行投入前的过载预判，同时转换为V/f工作模式，调节柔性多状态开关的电压，使得合环时冲击电压最小，合环后恢复为P/Q工作模式，供电恢复。

图5中以开关站为例，在B开关站配置1台智能分布式装置PCS-9721S，在B变电站10kV侧配置1台PCS-9613A光纤纵联差动保护，在柔直换流站10kV侧同样配置PCS-9613A光纤纵联差动保护1台，S1～S6为断路器。当F1处发生单相接地故障时，消弧线圈检测到有零序电压U0，将小电阻和消弧线圈并联，持续时间为500ms，此时产生较大的零序电流，使用零序电流差动保护快速将故障隔离，跳开S2和S5。智能分布式装置采集交流侧的开关位置、保护动作信号、遥控命令、手动分合信号、遥测量等，通过GOOSE发送给柔直协调控制器，共同进行自愈的协调控制，决定由柔性多状态开关转供还是合联络开关S4。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (13)

1.一种智能配电网区域保护控制系统，包括智能分布式装置、柔直协调控制器，其特征在于：所述智能分布式装置安装在交流侧的环网箱、开关站、柱上开关，以光纤纵联差动保护作为主保护，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护；所述柔直协调控制器安装在柔直换流站内，智能分布式装置通过GOOSE实时与柔直协调控制器进行信息交互，协调交流侧的联络开关和柔性多状态开关共同完成故障隔离后的自愈恢复供电。

2.如权利要求1所述的智能配电网区域保护控制系统，其特征在于：所述智能分布式装置同时配置过流保护、零序过流保护、母差保护、失灵保护，用来快速定位、隔离故障。

3.如权利要求1所述的智能配电网区域保护控制系统，其特征在于：在配电网主干网的进出线、联络线上，在对端为柔性多状态开关的进线上，在对端为分布式电源接入的馈线上，配置光纤纵联差动保护，并采用专用光纤通道，包含相电流差动保护和零序电流差动保护；配电环网内所有进出线发生故障时，光纤纵联差动保护全线速动，快速并有选择性的隔离故障点。

4.如权利要求1所述的智能配电网区域保护控制系统，其特征在于：在主干线路和分支线路发生故障时，网络拓扑保护作为光纤纵联差动保护的快速后备保护快速运作于跳闸；网络拓扑保护依据同一条线路区段两侧开关的过流或零序过流及方向标志的组合信号，判断线路区段内故障并跳闸，组合信号通过GOOSE传递；网络拓扑保护中的零序过流闭锁或母差保护闭锁时，自动开放相应开关的后备零序过流Ⅰ段保护；网络零序过流保护通过CT断线及快速CT断线闭锁防误动；若本侧网络拓扑保护闭锁，则同时闭锁对侧。

5.如权利要求1所述的智能配电网区域保护控制系统，其特征在于：所述自愈功能由智能分布式装置及柔直协调控制器共同实现，智能分布式装置和柔直协调控制器进行逻辑判断；智能分布式装置具备网架运行状态自识别功能，确定开关的运行状态及联络作用，通过接收配电区内各分布式装置信息，进行综合逻辑判断，确定故障定位、执行故障隔离的结果，有选择的自投联络电源恢复供电；在柔直换流站可以转供的地方，智能分布式装置在快速隔离故障后通过GOOSE与柔直协调控制器交互隔离结果，并协同完成自愈恢复供电。

6.如权利要求1所述的智能配电网区域保护控制系统，其特征在于：在就地安装的智能分布式装置和柔直协调控制器的基础上增加配网主站，所述配网主站用来对柔性多状态开关实现长时间尺度的调控，综合考虑馈线均衡、电压安全、降低网损因素；智能分布式装置和柔直协调控制器实现短时间尺度的故障穿越、故障定位隔离、自愈恢复的协调控制。

7.如权利要求1至6任一项所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于，采用如下步骤：

步骤1：智能分布式装置实时监视交流侧电网的运行状态，通过智能分布式装置的对等通信，判断故障区域、隔离故障；控制故障点最近的断路器速断跳闸，切除故障；自动适应网络拓扑变化、自动完成故障区段的隔离和非故障区段的转供；实时计算可转供功率大小，进行自愈合闸前的过载预判；某一个或多个通道故障时，网络拓扑保护根据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；

步骤2：智能分布式装置与柔直协调控制器通过GOOSE实时交互故障信息，柔性多状态开关实时进行主动防御，在发生故障时，柔性多状态开关进入到故障穿越，智能分布式装置完成故障的定位、隔离；可由柔性多状态开关转供的区域，柔直协调控制在确认故障隔离后，进行自愈前的过载预判，然后实现无缝转供；不可由柔性多状态开关转供的区域，智能分布式合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电；柔性多状态开关联网孤岛转换失败或因故退出运行，则柔直协调控制器协同智能分布式装置合闸相应的联络开关进行自愈恢复供电。

8.如权利要求7所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：所述的自愈功能不设配网主站，每个开关都独立进行逻辑判断，故自愈功能的充放电以及动作条件都是针对某个开关而言，而不是针对一个站所或是整条线路；各智能分布式装置均需通过GOOSE获取其他智能分布式装置的状态，线路首端开关仅需接收1个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态；线路首端开关除外的各开关，需接收2个相邻开关的开关位置、本站母线的有压无压状态以及对侧母线的有压无压状态。

9.如权利要求7所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：各智能分布式装置接收除相邻智能分布式装置之外的全局信号，各智能分布式装置直接接收其他智能分布式装置的信号或者通过“接力”的方式接收，所述“接力”的方式即通过相邻站依次传递。

10.如权利要求9所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：所述全局信号主要包括：开关动作信号、拒动信号、跳位异常信号、开关检修信号；所述智能分布式装置与柔直协调控制器的实时交互信号主要包括：开关位置、开关动作信号、开关检修信号、母线电压、母线频率、电流、功率等。

11.如权利要求7所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：对于不便安装光纤纵联差动保护的架空线，使用网络拓扑保护作为主保护，所述网络拓扑保护以多个开关为区域，通过联跳来隔离无法检测到过流信号的柔性多状态开关；同时带方向保护，有效应对分布式电源的接入。

12.如权利要求7所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：以柔性多状态开关的有功功率、各端口容量、节点电压为约束条件，建立柔性多状态开关的各端口所在节点的电压偏差目标函数：

式中，F为电压偏差，V_i为柔性多状态开关各端口所在节点的实时电压，V_i ^ref为电压参考值，n为端口数量，以F最小作为目标对电压波动越限进行抑制，进行主动防御；

所在配网发生故障时，柔性多状态开关通过对负序电流分量的补偿，抑制不对称故障电流，通过无功电流控制实现网侧电压支撑，通过端口控制模式切换实现直流电压支撑，完成故障穿越。

13.如权利要求7所述的智能配电网区域保护控制系统的控制方法，其特征在于：所在配网发生故障时，利用在正常运行时获得的各个节点的有功、无功灵敏度建立功率和各节点电压的关系，在此基础上建立各个节点电压偏差之和的目标函数：

式中，f为电压偏差之和，ΔU_i(k)为各端口在各节点的电压偏差，m为节点数量，n为端口数量，电压偏差之和f在故障切除后用来确认不切负荷能否实现重要负荷的无缝转供；不切负荷无法实现重要负荷的无缝转供时，计算出最小负荷切除量。