CN109274077A - 基于光纤通信的站间失电自恢复方法和系统 - Google Patents

基于光纤通信的站间失电自恢复方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种基于光纤通信的站间失电自恢复方法和系统，涉及站间失电自恢复方法和系统。该方法包括以下步骤：针对链式串供变电站系统，按照分层控制的原则在电源站和各串供变电站配置自恢复系统，选择任意一个变电站作为自恢复系统主站，其余的作为自恢复系统子站；自恢复系统子站负责信息量的采集及发送至自恢复系统主站，自恢复系统主站根据上传的数据，完成整个链式串供变电站系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各自恢复系统子站；自恢复系统子站接收自恢复系统主站发送的跳合闸命令，并将跳合闸命令转化成常规节点输出执行。本发明会自动识别出开环点，设置针对不同故障的动作逻辑，可快速确定故障定位，执行隔离方案并合上开环点的开关进行供电。

Description

基于光纤通信的站间失电自恢复方法和系统
技术领域
本发明涉及站间失电自恢复方法和系统。
背景技术
现代社会中，稳定可靠的供电是国民经济和社会发展的基础，电网安全是社会公共安全的重要组成部分。目前，为了提高供电可靠性，越来越多的220kV或110kV电网采用链式结构供电，该结构模式为两端电源、链式结构中间开环运行。但是，在链式结构的供电系统中，常规的备自投装置具有局限性，发生主供失电时，常规备自投装置可以实现作为开环点的变电站的备用电源自投功能，但是，而处于非开环点的变电站在失电时，无法由本站常规备自投装置来实现恢复供电。并且，传统的备用电源自投系统具有实时性相对较差、数据发生时刻的时序关系不准确等问题。
对于存在小电源的链式结构电网，如果根据常规备自投的逻辑，需满足无压条件后，启动隔离故障及切除小电源的动作，在装置动作合上开环点之前，故障点与开环点之间的厂站将会孤网运行。如果孤网中小电源容量足够大时，故障点与开环点之间将不满足无压条件，导致区域备自投不具备动作条件，或者小电源支撑一段时间后才满足动作的无压条件。孤网运行期间，系统的频率、电压的发生波动，严重影响供电可靠性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于光纤通信的站间失电自恢复方法，提高供电可靠性。
本发明的目的可以这样实现，设计一种基于光纤通信的站间失电自恢复方法，包括以下步骤：
A、针对链式串供变电站系统，按照分层控制的原则在电源站和各串供变电站配置自恢复系统，选择任意一个变电站作为自恢复系统主站，其余的作为自恢复系统子站；
B、自恢复系统子站负责实现信息量的采集及发送至自恢复系统主站，自恢复系统主站根据自恢复系统子站上传的数据，完成整个链式串供变电站系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各自恢复系统子站；
C、自恢复系统子站接收自恢复系统主站发送的跳合闸命令，并将跳合闸命令转化成常规节点输出执行。
进一步地，链式串供变电站系统的自恢复逻辑为：
B1、根据链式结构串供变电站系统的正常运行方式，主站基于开关位置、各站母线电压、TWJ异常告警等信息，识别出处于开环点的开关；
B2、以开环点的开关为基本点，设置对应于该种运行方式下，不同点发生故障时的动作逻辑；
B3、获取本站线路的运行信息，包括对应线路的开关位置接点信息、切换后电压值、小电源信息，小电源信息包括对应的厂站内是否含有小电源、小电源的位置；
B4、当链式串供变电站系统发生故障时，自恢复系统主站结合电网的拓扑结构、开关位置、电气量确定故障点；
B5、跳开距故障点最近的失电站的原主供电源开关，判断故障点和链式结构电网的开环点之间的厂站内是否存在小电源，如果存在小电源，发送切除小电源指令；
B6、在确认紧邻故障点失电站母线无压后，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电；小电源则由人为控制投入。
进一步地，通过方向元件和光纤纵差保护的方式实现故障点的定位；
规定由母线流向线路为正方向，方向元件采用0°接线，正方向动作方程为：
其中，Ir为制动电流，Ur为制动电压；
判定方向后，基于线路光纤纵差保护，判定元件范围内是否发生故障，从而定位故障点位置，制动电流Ir和动作电流Id计算方程为：
其中，为被保护线路两端的电流向量。
进一步地，自恢复系统主站与自恢复系统子站之间的信号全部以GOOSE信号的形式通过光纤进行通信。
本发明的另一目的在于提供一种基于光纤通信的站间失电自恢复系统，提高供电可靠性。
本发明的另一目的可以这样实现，设计一种基于光纤通信的站间失电自恢复系统，包括主站端和若干子站端，主站端包括数据接收单元、数据处理单元、数据发送单元，子站端包括子站接收单元、处理执行单元、采集单元；
子站端的采集单元将采集的数据发送至主站端的数据接收单元，主站端的数据接收单元将接收的数据传送至主站端的数据处理单元，主站端的数据处理单元将处理后的指令数据传送至主站端的数据发送单元，主站端的数据发送单元将指令数据发送至子站端的子站接收单元，子站端的子站接收单元将指令数据传送至子站端的处理执行单元，子站端的处理执行单元根据指令数据执行动作。
进一步地，主站端与子站端之间设有数据交换机。
进一步地，主站端与子站端之间的数据交换通过光纤输送
本发明会自动识别出开环点，设置针对不同故障的动作逻辑，发生故障时，可以快速确定故障定位，执行隔离方案并合上开环点的开关进行供电。可以有效保障电网的安全运行与电力的有序供应。
附图说明
图1是典型链式串供变电站的系统示意图；
图2是本发明较佳实施例的系统架构图；
图3是本发明较佳实施例的架构图；
图4是本发明较佳实施例的工作流程图；
图5是本发明较佳实施例的差动保护动作特性原理图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种基于光纤通信的站间失电自恢复方法，包括以下步骤：
A、针对链式串供变电站系统，按照分层控制的原则在电源站和各串供变电站配置自恢复系统，选择任意一个变电站作为自恢复系统主站，其余的作为自恢复系统子站；
B、自恢复系统子站负责实现信息量的采集及发送至自恢复系统主站，自恢复系统主站根据自恢复系统子站上传的数据，完成整个链式串供变电站系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各自恢复系统子站；
C、自恢复系统子站接收自恢复系统主站发送的跳合闸命令，并将跳合闸命令转化成常规节点输出执行。
本发明基于“广域实时采样、实时交换数据、实时判别、实时控制”的思路，对变电站站间联切技术进行改进，采用“主站+子站”的配置模式，按照分层控制的原则配置站间失电自恢复系统。
自恢复系统子站实现就地采集和执行功能，即自恢复系统子站通过采集站内常规模拟量并转化为开关量以GOOSE方式传送给自恢复系统主站，子站采集到的常规开入也以GOOSE方式传送给主站。同时，子站接受自主站以GOOSE发送过来的跳合闸命令转化为常规接点出口。主站实现逻辑判断和命令决策功能，即主站根据子站传送的GOOSE信号，通过逻辑判断以GOOSE方式发出跳合闸命令到子站去执行。
如图4所示，链式串供变电站系统的自恢复逻辑为：
B1、根据链式结构串供变电站系统的正常运行方式，主站基于开关位置、各站母线电压、TWJ异常告警等信息，识别出处于开环点的开关。
开环点判断(“与”逻辑)：1)所有开关中只有一个开关分位；2)各站母线均母线有压；3)所有开关没有TWJ异常告警；4)自愈系统功能投入(控制字和压板)；5)无放电条件。延时1S确认开环点。
开环点判断瞬时闭锁：1)充电已完成。
开环点判断瞬时解闭锁：1)有放电条件。
B2、不同运行方式下，自恢复系统的动作也不尽相同；以开环点的开关为基本点，设置对应于该种运行方式下，不同点发生故障时的动作逻辑。
B3、获取本站线路的运行信息，包括对应线路的开关位置接点信息、切换后电压值、小电源信息，小电源信息包括对应的厂站内是否含有小电源、小电源的位置。
B4、当链式串供变电站系统发生故障时，自恢复系统主站结合电网的拓扑结构、开关位置、电气量确定故障点。
本实施例，通过方向元件和光纤纵差保护的方式实现故障点的定位。
规定由母线流向线路为正方向，方向元件采用0°接线，正方向动作方程为：
其中，Ir为制动电流，Ur为制动电压。
判定方向后，基于线路光纤纵差保护，判定元件范围内是否发生故障，从而定位故障点位置，差动保护动作特性如图5所示，制动电流Ir和动作电流Id计算方程为：
其中，为被保护线路两端的电流向量。
图5中，阴影区域为保护动作区，其中Idset以上为速断保护动作区，空白区域为制动区。Idz为稳态量比率差动门槛定值，按躲开正常运行时的最大不平衡电流整定；k为比率制动系数。
B5、跳开距故障点最近的失电站的原主供电源开关，判断故障点和链式结构电网的开环点之间的厂站内是否存在小电源，如果存在小电源，发送切除小电源指令；
B6、在确认紧邻故障点失电站母线无压后，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电；小电源则由人为控制投入。
如图1所示的站路情况，以开环点在D1为例，各点发生故障时，自恢复系统动作情况列表如下：
序号 故障位置 动作行为
1 K1点故障 跳C1合D1
2 K2点故障 放电
3 K3点故障 放电
4 K4点故障 放电
5 K5点故障 跳D2合D1
6 K6点故障 跳D2合D1
7 K7点故障 跳E2合D1
8 电源站A的110kV母线无压、A1C1线无流 跳C1合D1
9 电源站B的110kV母线无压、E2B1线无流 跳E2合D1
如图1所示的站路情况，以开环点在D2为例，各点发生故障时，自恢复系统动作情况列表如下：
序号 故障位置 动作行为
1 K1点故障 跳C1合D2
2 K2点故障 跳D1合D2
3 K3点故障 跳D1合D2
4 K4点故障 放电
5 K5点故障 放电
6 K6点故障 放电
7 K7点故障 跳E2合D2
8 电源站A的110kV母线无压、A1C1线无流 跳C1合D2
9 电源站B的110kV母线无压、E2B1线无流 跳E2合D2
因光纤通道具有传输容量大、抗电磁干扰能力强、运行可靠性高等特点，有着常规通信方式无可比拟的优良性能，光纤通信技术在电力系统继电保护领域中的应用也越来越广泛。为使外回路接线简单，提高数据通信的效率与可靠性，自恢复系统主站与自恢复系统子站之间的信号全部以开关量(GOOSE信号)的形式通过光纤进行通信。
子站通过采集站内常规模拟量并转化为开关量以GOOSE方式传送给主站装置，子站采集到的常规开入也以GOOSE方式传送给主站装置。同时，子站装置接受自主站装置以GOOSE发送过来的跳合闸命令转化为常规接点出口。子站上送的信息包括线路状态和母线状态、开入(包括线路跳位、线路合后、线路闭锁开入、线路开关检修等)、动作信号、故障判断。
图1为典型的链式串供变电站的系统示意图，两端为电源子站(站A、站B)，中间包括3个子站(站C、站D、站E)，该链式系统最多可包含4个串供站。图1中，站A、B为电源站，站C、D、E为串供变电站，选择D2作为开环点，K1～K7为可能的故障点的位置。当串供回路发生故障时，自恢复系统能够根据实时获取的区域电网全景信息进行自动识别判断，跳开紧邻故障点的失电站的原主供电源开关，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电。
在两个电源站及各串供变电站配置自恢复系统的子站，选择其中一个变电站作为枢纽站，并配置自恢复系统主站，主站根据子站上传的数据，完成整个系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各子站；自恢复系统子站负责实现信息量的采集及上送，并且接收主站发送的跳合闸命令，并将其转化成常规节点输出执行。
当串供回路发生故障时，自恢复系统能够根据实时获取的区域电网全景信息进行自动识别判断，跳开紧邻故障点的失电站的原主供电源开关，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电。如果站间失电自恢复系统检测到小电源系统的存在，则在切除故障的同时，联切相应的小电源。
如图2、图3所示，一种基于光纤通信的站间失电自恢复系统，包括主站端和若干子站端，主站端包括数据接收单元1、数据处理单元2、数据发送单元3，子站端包括子站接收单元4、处理执行单元5、采集单元6；子站端的采集单元6将采集的数据发送至主站端的数据接收单元1，主站端的数据接收单元1将接收的数据传送至主站端的数据处理单元2，主站端的数据处理单元2将处理后的指令数据传送至主站端的数据发送单元3，主站端的数据发送单元3将指令数据发送至子站端的子站接收单元4，子站端的子站接收单元4将指令数据传送至子站端的处理执行单元5，子站端的处理执行单元5根据指令数据。
在链式串供系统中，按照分层控制的原则配置整个区域自恢复系统，在电源站及各串供变电站内配置自恢复系统子站，并在其中一个变电站配置自恢复系统主站，自恢复系统的架构图如图2所示。
主站端与子站端之间设有数据交换机。为使外回路接线简单，提高数据通信的效率与可靠性，主站端与子站端之间的数据交换通过光纤输送，因光纤通道具有传输容量大、抗电磁干扰能力强、运行可靠性高等特点，有着常规通信方式无可比拟的优良性能，光纤通信技术在电力系统继电保护领域中的应用也越来越广泛。
子站实现就地采集和执行功能，即子站通过采集站内常规模拟量并转化为开关量以GOOSE方式传送给主站装置，子站采集到的常规开入也以GOOSE方式传送给主站装置。同时，子站接受自主站以GOOSE发送过来的跳合闸命令转化为常规接点出口。子站上送的信息包括：线路状态和母线状态，开入(包括线路跳位、线路合后、线路闭锁开入、线路开关检修等)，动作信号，故障判断。
主站实现逻辑判断和命令决策功能，即主站根据子站传送的GOOSE信号，通过逻辑判断以GOOSE方式发出跳合闸命令到子站去执行。主站发送的GOOSE信号包括：跳线路开关，联跳小电源。主站与子站之间的信号全部以开关量(GOOSE信号)的形式，通过光纤通信进行传递。
本发明针对链式串供系统，按照分层控制的原则，在各串供变电站配置自恢复系统的子站，选择其中一个变电站作为系统主站。主站根据子站上传的数据，完成整个系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各子站；子站负责实现信息量的采集及上送，并且接收主站发送的跳合闸命令，并将其转化成常规节点输出执行。主站与子站之间的信号全部以GOOSE信号的形式通过光纤通讯进行传递。该自恢复系统会自动识别出开环电，设置针对不同故障的动作逻辑，发生故障时，系统可以快速确定故障定位，执行隔离方案，并合上开环点的开关进行供电。本发明可以有效保障电网的安全运行与电力的有序供应。

Claims (9)

1.一种基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、针对链式串供变电站系统，按照分层控制的原则在电源站和各串供变电站配置自恢复系统，选择任意一个变电站作为自恢复系统主站，其余的作为自恢复系统子站；
B、自恢复系统子站负责实现信息量的采集及发送至自恢复系统主站，自恢复系统主站根据自恢复系统子站上传的数据，完成整个链式串供变电站系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各自恢复系统子站；
C、自恢复系统子站接收自恢复系统主站发送的跳合闸命令，并将跳合闸命令转化成常规节点输出执行。
2.根据权利要求1所述的基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于，链式串供变电站系统的自恢复逻辑为：
B1、根据链式结构串供变电站系统的正常运行方式，主站基于开关位置、各站母线电压、TWJ异常告警信息，识别出处于开环点的开关；
B2、以开环点的开关为基本点，设置对应于该种运行方式下，不同点发生故障时的动作逻辑；
B3、获取本站线路的运行信息，包括对应线路的开关位置接点信息、切换后电压值、小电源信息，小电源信息包括对应的厂站内是否含有小电源、小电源的位置；
B4、当链式串供变电站系统发生故障时，自恢复系统主站结合电网的拓扑结构、开关位置、电气量确定故障点；
B5、跳开距故障点最近的失电站的原主供电源开关，判断故障点和链式结构电网的开环点之间的厂站内是否存在小电源，如果存在小电源，发送切除小电源指令；
B6、在确认紧邻故障点失电站母线无压后，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电；小电源则由人为控制投入。
3.根据权利要求2所述的基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于：通过方向元件和光纤纵差保护的方式实现故障点的定位；
规定由母线流向线路为正方向，方向元件采用0°接线，正方向动作方程为：
其中，Ir为制动电流，Ur为制动电压；
判定方向后，基于线路光纤纵差保护，判定元件范围内是否发生故障，从而定位故障点位置，制动电流Ir和动作电流Id计算方程为：
其中，为被保护线路两端的电流向量。
4.根据权利要求1所述的基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于：自恢复系统主站与自恢复系统子站之间的信号全部以GOOSE信号的形式通过光纤进行通信。
5.根据权利要求1所述的基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于：子站通过采集站内常规模拟量并转化为开关量以GOOSE方式传送给主站，子站采集到的常规开入以GOOSE方式传送给主站；子站接受自主站以GOOSE发送过来的跳合闸命令转化为常规接点出口；子站上送的信息包括线路状态和母线状态、开入、动作信号、故障判断，开入包括线路跳位、线路合后、线路闭锁开入、线路开关检修。
6.根据权利要求1所述的基于光纤通信的站间失电自恢复方法，其特征在于：主站发送的GOOSE信号包括跳线路开关、联跳小电源。
7.一种基于光纤通信的站间失电自恢复系统，其特征在于：包括主站端和若干子站端，主站端包括数据接收单元、数据处理单元、数据发送单元，子站端包括子站接收单元、处理执行单元、采集单元；
子站端的采集单元将采集的数据发送至主站端的数据接收单元，主站端的数据接收单元将接收的数据传送至主站端的数据处理单元，主站端的数据处理单元将处理后的指令数据传送至主站端的数据发送单元，主站端的数据发送单元将指令数据发送至子站端的子站接收单元，子站端的子站接收单元将指令数据传送至子站端的处理执行单元，子站端的处理执行单元根据指令数据执行动作。
8.根据权利要求7所述的基于光纤通信的站间失电自恢复系统，其特征在于：主站端与子站端之间设有数据交换机。
9.根据权利要求7所述的基于光纤通信的站间失电自恢复系统，其特征在于：主站端与子站端之间的数据交换通过光纤输送。
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