CN109713794A - 一种分布式智能自恢复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网络的技术领域，更具体地，涉及一种分布式智能自恢复系统及方法，包括拓扑线路、区域型配电终端以及多个与区域型配电终端通信的单元型配电终端：单元型配电终端采集相邻开关的信息采集及故障检测并以GOOSE信息的格式上传至区域型配电终端，且接受区域型配电终端发送的控制命令；区域型配电终端与所有单元型配电终端间GOOSE信息交互；区域型配电终端将处理结果上送至配电主站；单元型配电终端、区域型配电终端均与拓扑线路连接。本发明能够实现快速的故障隔离、非故障区域的恢复供电以及分散控制处理，达到全分布式的配网自恢复，且自恢复过程无须配电主站参与，降低故障停电时间，配网的供电可靠性。

Description

一种分布式智能自恢复系统及方法

技术领域

本发明涉及配电网络的技术领域，更具体地，涉及一种分布式智能自恢复系统及方法。

背景技术

配电系统网络结构越来越复杂，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，配电网络的薄弱环节越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面，集中反映在配网故障后的恢复和处理、配网负荷转供等问题，这种局面越来越不能满足市场的需求。馈线自动化系统是指变电站出线到用户用电设备之间的馈电线路自动化，是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统，其内容可以归纳为：一是正常情况下的用户检测、资料测量和运行优化；二是事故状态下的故障检测、故障隔离、转移和恢复供电控制。

目前的配电自动化已有的示范大多采用集中智能模式，集中智能模式是指现场的配电终端（FTU）将检测的故障信息上传到配网主站，由配网主站根据配网的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下达命令给相关的FTU跳闸隔离故障；此后，配网主站确定最佳恢复方案，遥控有关FTU完成负荷转供。然而，集中智能强依赖于通信系统，随着大量分布式能源在配电网的接入，配电网的体系结构会变得越来越复杂，需要监控的信息呈现海量特征，集中智能模式在一定程度上无法满足实时、海量的信息需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分布式智能自恢复系统及方法，无需配网主站参与，能够快速确定故障的位置，实现快速的故障隔离、非故障去的恢复供电以及分散控制处理，达到全分布式的配网自恢复。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种分布式智能自恢复系统，包括拓扑线路、区域型配电终端以及多个与区域型配电终端通信的单元型配电终端：

所述单元型配电终端采集相邻开关的信息采集及故障检测并以GOOSE信息的格式上传至所述区域型配电终端，且接受区域型配电终端发送的控制命令；

所述区域型配电终端与所有单元型配电终端间GOOSE信息交互，用于整个区域内的故障定位、故障隔离和非故障段的供电恢复；

所述区域型配电终端将处理结果上送至配网主站；

所述单元型配电终端、区域型配电终端均与拓扑线路连接。

本发明的分布式智能自恢复系统，能够完成各配电终端之间的相互通信，经过逻辑判断确定故障的位置，从而实现快速的故障隔离、非故障区域的恢复供电以及分散控制处理，达到全分布式的配网自恢复；配网主站值班人员根据自动故障处理后的设备实际运行状况，进行必要的后期遥控操作，在客观上构成馈线自动化当中故障处理全过程的主备关系。本发明的自恢复过程无须配网主站参与，涉及中间环节少、装置可靠性高、实时性强、成本较低，能够降低故障停电时间，提高配网的供电可靠性。

进一步地，所述单元型配电终端之间、所述单元型配电终端与所述区域型配电终端之间通过CAN总线连接。分散安装的配电终端通过CAN总线收集相邻开关的故障信息。

进一步地，所述单元型配电终端、所述区域型配电终端均设有用于故障定位、故障隔离的FA控制功能模块。配电终端中的FA控制功能模块通过一系列逻辑判断，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开该区段两端的开关，完成故障隔离动作；这种方式能够缩短故障处理时间，且不对工作的可靠性产生影响。

进一步地，所述拓扑线路包括若干电连接的开关，所述开关均连接于区域型配电终端或单元型配电终端，相邻开关的连接处设有分解为接点区域和支线区域的开关节点，所述接点区域为具有电气连接的开关节点区域，所述支线区域为无下一级电气连接的开关节点区域。进行区域划分，便于故障的准确定位。

本发明还提供了一种分布式智能自恢复方法，包括以下步骤：

S10. 区域型配电终端定位故障区段；

S20. 区域型配电终端控制开关跳闸实现故障隔离形成故障段和非故障段；

S30. 区域型配电终端控制步骤S20中所述非故障段恢复供电。

终端基于对等通信实现配电自动化系统的就地式保护，通过故障电流及有功功率方向等数据信息自动进行故障判断、故障隔离及网络重构。

优选地，步骤S10中，故障定位包括以下步骤：

S11. 区域型配电终端召唤全区域的录波数据，由各单元型配电终端采集和上送录波数据；

S12. 区域型配电终端启动波形识别和比较，基于定位判据确定故障的接点区域和支线区域；所述定位判据包括：对于单电源则需判断接点区域内有且只有1个开关节点检测到零序/相过流，对于多电源则需判断接点区域内有开关节点检测到零序/相过流且功率方向为流出所述接点区域。

优选地，所述故障包括相间故障和接地故障，在进行接地故障定位时，所述区域型配电终端增添有以下启动条件：

a.零序电压大于启动门槛；

b.全区域内有开关节点上送零序过流信号；

c.全区域内无相过流信号。

优选地，步骤S20中，故障隔离包括：区域型配电终端发送跳闸命令给单元型配电终端，单元型配电终端接收到跳闸命令后断开相邻的开关。

优选地，步骤S30中，恢复供电包括以下步骤：

S31. 发生故障的区段两端的开关合闸预备；

S32. 区域型配电终端进行负荷预判并进行优先级判定；

S33. 区域型配电终端控制开关的合闸。

优选地，还包括安全容错处理方法：当GOOSE通信异常、开关拒动/误动、负荷转供过载时，终止分布式智能自恢复逻辑，启动备用自动化逻辑。GOOSE通信异常包括配置异常、联锁异常、检修不一致的情形，当任一参与故障隔离的开关拒跳或者通讯异常，区域型收到拒跳或者检测到GOOSE通讯异常后，发通讯异常总闭锁给各个终端，各个配电终端后收到后，退出智能分布式，切换到电压电流型后备保护，变电站开关跳开，对应配电终端失电分闸，变电站开关重合闸，对应配电终端得电合闸，当断路器合闸合于故障快速分闸，隔离故障（如果是负荷开关，需等无压无流，不能直接快速分闸，变电站开关还需再跳闸、重合闸一次）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明自恢复过程无须配网主站参与，涉及中间环节少、装置可靠性高、实时性强、成本较低，能够降低故障停电时间，提高配网的供电可靠性；

（2）本发明配网主站值班人员根据自动故障处理后的设备实际运行状况，进行必要的后期遥控操作，在客观上构成馈线自动化当中故障处理全过程的主备关系；

（3）本发明能够快速切除故障，将故障隔离在故障区段，而不影响非故障区段，具有较好的可靠性。

附图说明

图1为本发明的分布式智能自恢复系统的原理图；

图2为本发明的各配电终端通过CAN总线连接示意图；

图3为实施例三的拓扑线路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1至图2所示为本发明的分布式智能自恢复系统的实施例，包括拓扑线路、区域型配电终端以及多个与区域型配电终端通信的单元型配电终端：

单元型配电终端采集相邻开关的信息采集及故障检测并以GOOSE信息的格式上传至区域型配电终端，且接受区域型配电终端发送的控制命令；

区域型配电终端与所有单元型配电终端间GOOSE信息交互，用于整个区域内的故障定位、故障隔离和非故障段的供电恢复；

区域型配电终端将处理结果上送至配网主站；

单元型配电终端、区域型配电终端均与拓扑线路连接。

本发明在实施时，能够完成各配电终端之间的相互通信，经过逻辑判断确定故障的位置，从而实现快速的故障隔离、非故障区域的恢复供电以及分散控制处理，达到全分布式的配网自恢复；配网主站值班人员根据自动故障处理后的设备实际运行状况，进行必要的后期遥控操作，在客观上构成馈线自动化当中故障处理全过程的主备关系。

单元型配电终端之间、单元型配电终端与区域型配电终端之间通过CAN总线连接；其中，单元型配电终端、区域型配电终端均设有用于故障定位、故障隔离的FA控制功能模块。分散安装的配电终端通过CAN总线收集相邻开关的故障信息；配电终端中的FA控制功能模块通过一系列逻辑判断，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开该区段两端的开关，完成故障隔离动作；这种方式能够缩短故障处理时间，且不对工作的可靠性产生影响。

本实施例的拓扑线路包括若干电连接的开关，开关均连接于区域型配电终端或单元型配电终端，相邻开关的连接处设有分解为接点区域和支线区域的开关节点，接点区域为具有电气连接的开关节点区域，支线区域为无下一级电气连接的开关节点区域。进行区域划分，便于故障的准确定位。

实施例二

本实施例为分布式智能自恢复方法的实施例，包括以下步骤：

S10. 区域型配电终端定位故障区段；

S20. 区域型配电终端控制开关跳闸实现故障隔离形成故障段和非故障段；

S30. 区域型配电终端控制步骤S20中所述非故障段恢复供电。

本发明对于配电现场的配电终端基于对等通信实现配电自动化系统的就地式保护，通过故障电流及有功功率方向等数据信息自动进行故障判断、故障隔离及网络重构。

步骤S10中，故障定位包括以下步骤：

S11. 区域型配电终端召唤全区域的录波数据，由各单元型配电终端采集和上送录波数据；

S12. 区域型配电终端启动波形识别和比较，基于定位判据确定故障的接点区域和支线区域；定位判据包括：对于单电源则需判断接点区域内有且只有1个开关节点检测到零序/相过流，对于多电源则需判断接点区域内有开关节点检测到零序/相过流且功率方向为流出接点区域。

其中，故障包括相间故障和接地故障，在进行接地故障定位时，区域型配电终端增添有以下启动条件：

a.零序电压大于启动门槛；

b.全区域内有开关节点上送零序过流信号；

c.全区域内无相过流信号。

步骤S20中，故障隔离包括：区域型配电终端发送跳闸命令给单元型配电终端，单元型配电终端接收到跳闸命令后断开相邻的开关。

步骤S30中，恢复供电包括以下步骤：

S31. 发生故障的区段两端的开关合闸预备；

S32. 区域型配电终端进行负荷预判并进行优先级判定；

S33. 区域型配电终端控制开关的合闸。

本实施例的分布式智能自恢复方法，还包括安全容错处理方法：当GOOSE通信异常、开关拒动/误动、负荷转供过载时，终止分布式智能自恢复逻辑，启动备用自动化逻辑。GOOSE通信异常包括配置异常、联锁异常、检修不一致的情形，当任一参与故障隔离的开关拒跳或者通讯异常，区域型收到拒跳或者检测到GOOSE通讯异常后，发通讯异常总闭锁给各个终端，各个配电终端后收到后，退出智能分布式，切换到电压电流型后备保护，变电站开关跳开，对应配电终端失电分闸，变电站开关重合闸，对应配电终端得电合闸，当断路器合闸合于故障快速分闸，隔离故障（如果是负荷开关，需等无压无流，不能直接快速分闸，变电站开关还需再跳闸、重合闸一次）。

实施例三

如图3所示为本发明的分布式智能自恢复系统及方法的应用实施例，本实施例采用断路器UR1、UR2、UR3、UR4、UR5 、UR6 、UR7作为分段开关，UR1的配电终端作为区域型配电终端，负责完成与区域内所有单元型配电终端的信息交互，采集各个开关的位置，通过逻辑判断定位区域内联络开关的位置。

当F1处发生永久性故障时，UR1、UR2、UR3各自计算自身状态，各单元型配电终端实时实时向其相邻的单元型配电终端发送自身的故障状态信息。由图3中故障位置可知，UR1、UR2过流且功率方向为正，并且UR1作为与变电站相连的首开关，本身有故障时默认与变电站相连侧有故障，UR1两侧均有故障，单元型配电终端的FA控制功能模块即判断出故障不在A、B之间，于是将A闭锁。

UR2本身故障状态为过流且功率方向为正，收到UR1和UR3的状态信息。UR1的状态为过流且功率方向为正，UR3的状态为失压且无流，UR2本身有故障、UR1侧有故障且UR3侧无故障，UR2的单元型配电终端判断出故障发生在B、C之间，于是瞬时跳开B， UR1的区域型配电终端接收到单元型配电终端的动作信号后经过延时后向联络开关的单元型配电终端发送合闸命令。

UR3本身故障状态为失压且无流，收到的UR2的故障状态信息为过流且功率方向为正，UR3本身无故障、UR2侧有故障且UR4侧无故障，UR3的单元型配电终端判断故障发生在B、C之间，于是瞬时跳开C，完成故障隔离。

故障隔离成功后，UR4的单元型配电终端收到区域型配电终端发送的合闸命令后，根据故障前的负荷情况判别是否合上联络开关D，恢复CD段供电。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式智能自恢复系统，其特征在于，包括拓扑线路、区域型配电终端、多个与区域型配电终端通信的单元型配电终端：

所述单元型配电终端采集相邻开关的信息采集及故障检测并以GOOSE信息的格式上传至所述区域型配电终端，且接受区域型配电终端发送的控制命令；

所述区域型配电终端与所有单元型配电终端间GOOSE信息交互，用于整个区域内的故障定位、故障隔离和非故障段的供电恢复；

所述区域型配电终端将处理结果上送至配网主站；

所述单元型配电终端、区域型配电终端均与拓扑线路连接。

2.根据权利要求1所述的分布式智能自恢复系统，其特征在于，所述单元型配电终端之间、所述单元型配电终端与所述区域型配电终端之间通过CAN总线连接。

3.根据权利要求1所述的分布式智能自恢复系统，其特征在于，所述单元型配电终端、所述区域型配电终端均设有用于故障定位、故障隔离的FA控制功能模块。

4.根据权利要求1至3任一项所述的分布式智能自恢复系统，其特征在于，所述拓扑线路包括若干电连接的开关，所述开关均连接于区域型配电终端或单元型配电终端，相邻开关的连接处设有分解为接点区域和支线区域的开关节点，所述接点区域为具有电气连接的开关节点区域，所述支线区域为无下一级电气连接的开关节点区域。

5.一种分布式智能自恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10. 区域型配电终端定位故障区段；

S20. 区域型配电终端控制开关跳闸实现故障隔离形成故障段和非故障段；

S30. 区域型配电终端控制步骤S20中所述非故障段恢复供电。

6.根据权利要求5所述的分布式智能自恢复方法，其特征在于，步骤S10中，故障定位包括以下步骤：

S11. 区域型配电终端召唤全区域的录波数据，由各单元型配电终端采集和上送录波数据；

S12. 区域型配电终端启动波形识别和比较，基于定位判据确定故障的接点区域和支线区域；所述定位判据包括：对于单电源则需判断接点区域内有且只有一个开关节点检测到零序/相过流，对于多电源则需判断接点区域内有开关节点检测到零序/相过流且功率方向为流出所述接点区域。

7.根据权利要求6所述的分布式智能自恢复方法，其特征在于，所述故障包括相间故障和接地故障，在进行接地故障定位时，所述区域型配电终端增添有以下启动条件：

零序电压大于启动门槛；

全区域内有开关节点上送零序过流信号；

全区域内无相过流信号。

8.根据权利要求5所述的分布式智能自恢复方法，其特征在于，步骤S20中，故障隔离包括：区域型配电终端发送跳闸命令给单元型配电终端，单元型配电终端接收到跳闸命令后断开相邻的开关。

9.根据权利要求5所述的分布式智能自恢复方法，其特征在于，步骤S30中，恢复供电包括以下步骤：

S31. 发生故障的区段两端的开关合闸预备；

S32. 区域型配电终端进行负荷预判并进行优先级判定；

S33. 区域型配电终端控制开关的合闸。

10.根据权利要求5至9任一项所述的分布式智能自恢复方法，其特征在于，还包括安全容错处理方法：当GOOSE通信异常、开关拒动/误动、负荷转供过载时，终止分布式智能自恢复逻辑，启动备用自动化逻辑。