CN109659918A - 一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统。提供了一种在传统电流差动保护的基础上，通过配电自动化终端GOOSE对等通信技术实现信息交互，有利于提高供电可靠性，降低人工维护成本的基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统。在配网线路中，若干开关组依次连接在两两电源之间，两两开关组之间设有支路，所述支路包括依次设置的支开关和电源；所述开关组包括至少两个开关，至少两个开关分别连接终端，所述支开关连接终端，所述开关组内相邻开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信。本发明在配电自动化系统中，能实现故障的精确定位与隔离，极大的提高配电线路的供电可靠性。

Description

一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统
技术领域
本发明涉及配网领域，尤其涉及一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统。
背景技术
配网分布式电源接入和运行方式的多样化影响了传统的配电网故障处理模式，现有的集中型馈线自动化无法满足故障定位、隔离和快速恢复送电的要求。
在光伏发电、电动汽车以及家用类储能设备拥有率不断提高的背景下，传统电力用户由单一的电力消费者转变为集电能生产和消耗为一体的电能产消者；同时为进一步提高供电可靠性，配电网传统的“馈供模式”也向“环网运行”转变。分布式电源和运行方式的改变给集中型配电自动化故障研判带来影响。
传统配电网自动化系统中，由于线路拓扑复杂，一般只在变电站出线端配置过流保护。配电线路出现故障时，过流保护动作切除整条线路的供电，另外再通过配网终端和配网主站配合的FA（Feeder Automation，馈线自动化）功能来实现故障的定位、隔离和恢复，这种解决方案存在动作区域扩大，故障自愈速度慢的缺点。且现有的配电自动化系统一般为“主站+终端”或“主站+子站+终端”结构，终端发送信息给主站，但终端与终端之间不进行信息交互，是典型的“中心化”结构。依靠“中心化”的主站系统一是可靠性低，一旦通信骨干网通道出现问题将导致大量FA功能失效；二是管理成本高，配网图模变更、拓扑结构测试等需要耗费大量人工成本。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种在传统电流差动保护的基础上，通过配电自动化终端GOOSE对等通信技术实现信息交互，适应配网多种电源共存、接线复杂、拓扑结构变化频繁的特点，有利于提高供电可靠性，降低人工维护成本的基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统。
本发明的技术方案是：在配网线路中，若干开关组依次连接在两两电源之间，两两开关组之间设有支路，所述支路包括依次设置的支开关和电源；
所述开关组包括至少两个开关，至少两个开关分别连接终端，所述支开关连接终端，所述开关组内相邻开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信，所述开关组内靠近支路的开关对应的终端与支开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信；
所述Goose机制传输的内容包括开关状态信息、终端位置信息、时标、采样频率、相量值和差流值。
所述开关的ID确定对应终端的ID，同时给终端配置一个能与相邻终端标志相对位置的配置。
所述开关组内任意相邻的两个开关之间可用于新增开关，新增的开关连接终端，新增开关的终端与前、后开关的终端分别通信。
所述开关组内任意相邻的两个开关之间构成标准差流，其它间隔设置的两两开关之间构成扩大差流，所述扩大差流包括至少两个相邻的标准差流。
若开关的位置信息中无上游或下游开关，则判定其为末端分支开关，投入过电流保护。
还包括主站，所述开关组内开关对应的终端和支开关对应的终端分别连接主站。
本发明在配电自动化系统中，依托通信网络，通过在配网终端中集成多端差动保护功能，将复杂的线路拓扑细分为多个广域线路差动保护区域，能实现故障的精确定位与隔离，极大的提高配电线路的供电可靠性。
附图说明
图1是配电网络图，
图2是标准差动电流与扩大差动电流示意图。
具体实施方式
本发明如图1所示，在配网线路中，若干开关组依次连接在两两电源之间，两两开关组之间设有支路，所述支路包括依次设置的支开关和电源；
所述开关组包括至少两个开关，至少两个开关分别连接终端，所述支开关连接终端，所述开关组内相邻开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信，所述开关组内靠近支路的开关对应的终端与支开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信；图中开关1和开关2为一开关组，开关1连接终端1，开关2连接终端2，支开关如开关7和开关8；
所述Goose机制传输的内容包括开关状态信息、终端位置信息、时标、采样频率、相量值和差流值。
图中所示终端为安装在配网开关处的配电自动化终端，其具备采集同步向量电气量的条件，具备“三遥”功能，通信方式为光纤或无线专网通信。根据实际情况，在终端无法满足计算量的情况下可以设置矿机（服务器），在便于安装的站点如开关站内投入专用于计算差动电流和拓扑结构的矿机。在功能定位上，终端的功能主要是采集开关的同步向量和实现终端对等通信；矿机的功能主要是根据开关的位置信息计算网络拓扑结构和计算差动电流。
Goose通信是面向对象的变电站事件，是IEC61850中的一种快速报文传输机制，常用在变电站内传输重要、实时性的信号。基于区块链技术的配网差动保护系统中终端之间有保护信号的交互，且为实时性，速度要求高，因此将变电站出线开关和各个配网开关作为一个“站域”，通过Goose对等通信交换数据，可满足就地快速隔离故障的要求。
实时通讯环网是过程层通信，以高可靠性为方案设计的重点。普通环网技术的缺点为：当链路中一个节点故障，整个链路需进行重新收敛，这个过程中环网中的通信将被迫中断，中断时间约为20-50ms，这在过程层通信中是不被允许的。实时通讯环网中所有节点的地位是相同的，任何节点的发送数据均将相两个方向转发到所有节点口上，作为传输角色的交换节点根据报文类型选择继续转发或回收，即使环网中有一根链路故障，实时数据仍然能够继续无间断传输，从而实现零丢包，即收敛时间为零。
所述开关的ID确定对应终端的ID，同时给终端配置一个能与相邻终端标志相对位置的配置。
这样，在进行初始网络建设时，可通过终端的位置信息绘制整个配电网络。
所述开关组内任意相邻的两个开关之间可用于新增开关，新增的开关连接终端，新增开关的终端与前、后开关的终端分别通信。可随时进行新增开关，同时，需要对位置信息配置。
如图2所示，所述开关组内任意相邻的两个开关之间构成标准差流，其它间隔设置的两两开关之间构成扩大差流，所述扩大差流包括至少两个相邻的标准差流。
这样，标准差流1动作后，扩大差流1、2可进行校验；扩大差流1动作，则标准差流1、2必然有一个动作。将此校验机制加入差动保护的动作条件，一是可提高保护动作的可靠性，二是可在校验失败后主动报错，供运行人员消缺。
若开关的位置信息中无上游或下游开关，则判定其为末端分支开关，投入过电流保护。可在其支线发生故障时进行切除，不影响主网运行。
还包括主站，所述开关组内开关对应的终端和支开关对应的终端分别连接主站。这样，将全网拓扑结构和差动电流分布信息提供给主站，在差动保护动作时主动上送相关信息，供调控人员分析。
主站也可通过配置文件的形式将网络拓扑结构下发至各终端，以便在终端拓扑计算失效时使用。
本发明在应用中，由于区块链网络是一个P2P网络，终端与终端之间对等点对点通信，整个二次和通信网络没有中心化的硬件和管理机构，既没有中心主站，也没有中心交换机。每个开关安装处的终端地位对等，可同时作为客户端和服务器端发送或接受电气、位置和时间信息。在区块链系统中，每个终端节点保存了整个区块链中的全部数据信息，包括网络拓扑结构和差动保护电流。配电网中参与到区块链中的开关越多，数据的备份个数也越多。这种数据构架，各终端节点数据是所有参与者共同拥有、管理和监督的。一方面使得每个开关节点可以随意加入或者离开网络，而网络的稳定性不受影响；另一方面使得数据被篡改的可能性更小，提高了二次安全防护水平。

Claims (6)

1.一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，在配网线路中，若干开关组依次连接在两两电源之间，两两开关组之间设有支路，所述支路包括依次设置的支开关和电源；
所述开关组包括至少两个开关，至少两个开关分别连接终端，所述支开关连接终端，所述开关组内相邻开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信，所述开关组内靠近支路的开关对应的终端与支开关对应的终端之间通过Goose机制进行对等通信；
所述Goose机制传输的内容包括开关状态信息、终端位置信息、时标、采样频率、相量值和差流值。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，所述开关的ID确定对应终端的ID，同时给终端配置一个能与相邻终端标志相对位置的配置。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，所述开关组内任意相邻的两个开关之间可用于新增开关，新增的开关连接终端，新增开关的终端与前、后开关的终端分别通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，所述开关组内任意相邻的两个开关之间构成标准差流，其它间隔设置的两两开关之间构成扩大差流，所述扩大差流包括至少两个相邻的标准差流。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，若开关的位置信息中无上游或下游开关，则判定其为末端分支开关，投入过电流保护。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的同步相量测量广域差动保护系统，其特征在于，还包括主站，所述开关组内开关对应的终端和支开关对应的终端分别连接主站。
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