CN109787201A - 一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，包括：建立分布式FA拓扑；当配电线路上发生故障后，配电终端采用采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，收集相邻配电终端采集的信息，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开故障区段两端的断路器或负荷开关，完成故障区域隔离动作；重合变电站出口开关和联络开关，恢复非故障区间供电，然后将结果上报配电主站。本发明通过采用物联网通信技术，使得在光纤铺设困难的老城区或旧线路改造难以实施的地区，实现配电自动化分布式的故障处理，为配电自动化的大规模应用，特别是配电自动化分布式故障处理在各种场合下的应用打下坚实的技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法。
背景技术
我国的配电自动化从上世纪90年代开始试点工程的实践，取得了一些成果，积累了不少经验。在馈线自动化方面，有以下几种解决方案：
（1）电压时间型或电流计数型：
传统的电压时间型(根据变电站出现保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域)和电流计数型(根据重合器开断故障电流动作次数确定故障区域)2种方式也属于分布式处理概念，由于其控制设备之间没有相互通信，完全依靠馈线上的电气量触发动作，靠时序配合来完成FA功能，它的缺点，因此故障处理及供电恢复速度慢，对系统及用户冲击大；缺乏选择性，并不适合城市配电自动化系统。
（2）主站集中型：
集中式处理的馈线自动化技术，依赖于主站或子站，由现场FTU/DTU采集故障电流信息，并传递给主站，由主站根据配电网络拓扑及其采集到的信息，进行故障定位、隔离与非故障区域恢复供电。其承载算法的软件需要适应历史上不同时期投运的不同种类的通信网络、不同特性终端之间的差异性，控制算法复杂庞大，而配电网络直接关系到用户的用电安全，算法执行结果的偏差有导致非故障区停电、故障区扩大、威胁设备与检修人员安全等危险。实际应用时，还有配电网棘手的变更管理问题，配电网改造频繁，导致配电网络的模型总在变化中，所以这种集中式故障处理难以投入到实际自愈应用中，一般仅限用于对调度员进行调度提示与辅助决策，没有发挥出提高供电可靠性应有的功效。
（3）智能分布式：
在国外，S&C电气公司开发了IntelliTeam II型自动供电恢复系统。IntelliTeam II是一项自动供电恢复系统的专利技术。他运用在智能分布式的和点对点通讯的开关上，实现故障部分线路的隔离和非故障线路的供电恢复。目前IntelliTeam II技术被运用到了诸多的线路中去，以便于最大程度上的保证供电的可恢复性。2010年后，在上海与天津等发达地区对于要求高可靠性供电区域，也采用了类似IntelliTeam II技术的智能分布式FA解决方案，收到非常好的效果。但这种模式都依赖于光纤通信。
(4)无线通信在配电自动化系统的应用：无线通信在配电自动化中主要应用在与主站的二遥通信中。一般通过GPRS/CDMA公网通信，终端与主站通过101/104规约建立连接，接收主站的指令，上送二遥数据。在馈线自动化系统中尚无无线通信的大规模应用。
近年来，随着我国电力系统的发展，新建或进行技术改造的配电网较多。传统的FA解决方案是基于集中式架构， 这种方式依赖于一个强有力的带高速通信能力，可以处理大量数据的控制中心，这种依赖性可能导致单点故障问题。而且随着负荷的增长以及现场拓扑的频繁变动，这种传统的集中式主站在处理FA功能上逐渐失去效率。需要重新考虑电网的控制结构，从传统的中央决策方式转向分布式决策,这需要各智能设备之间加强横向通信、协调与合作。
在应用智能分布式FA的场合中，对于通信要求较高，传统上主要采用光纤通信的EPON或者工业以太网技术，这种方式对于新建线路，可以提前规划相关的光缆铺设方案，但对于老城区或旧线路改造的项目很难实施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，实现分布式FA故障处理算法与物联网相结合的一种技术。通过采用物联网通信技术，使得在光纤铺设困难的老城区或旧线路改造难以实施的地区，实现配电自动化分布式的故障处理，为配电自动化的大规模应用，特别是配电自动化分布式故障处理在各种场合下的应用打下坚实的技术基础，具有较大的理论研究价值和实践应用价值。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，包括：建立分布式FA拓扑；当配电线路上发生故障后，配电终端采用采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，收集相邻配电终端采集的信息，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开故障区段两端的断路器或负荷开关，完成故障区域隔离动作；重合变电站出口开关和联络开关，恢复非故障区间供电，然后将结果上报配电主站。
进一步地，所述分布式FA拓扑建立的具体方法为：
（1）当配电终端上电后获取FA配置参数，配电终端获悉FA参数并解析，通讯方式采用用户数据报协议与相邻终端进行通信；电源点附近首端开关通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，首端开关将发送一条链路拓扑报文；
（2）当下一级开关收到链路拓扑报文后，给首端开关回复一条确认帧，将首端信息更新至自身拓扑信息表中；然后通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，并将自身拓扑信息表填充至拓扑报文中，发至下一级开关；
（3）当链路拓扑报文发送至联络开关处时，联络开关形成自身的拓扑信息表，表中含有两侧的电源点信息，联络开关将自身的联络信息形成联络拓扑报文向另一侧电源点传递；联络开关通过自描述模型获取另一侧线路的相邻开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，将联络报文发至下一级开关，下一级开关收到链路拓扑报文后进行返回确认，直至报文传至到末端开关，最终完成整个网络的拓扑。
进一步地，上述步骤（1）中，拓扑报文每间隔10秒钟发送，拓扑报文中包含电源点开关ID号、是否带电、开关状态、电源点电流冗余量和故障信息。
进一步地，上述步骤（2）中，终端每间隔2秒检查是否收到拓扑确认帧，若没有收到则再次重发，收到拓扑报文确认后等待下一次拓扑更新。
进一步地，上述步骤（3）中，联络拓扑报文包含联络开关ID号、对侧电源点ID、带电状态、联络开关ID。
进一步地，所述故障区域隔离的具体方法为：配电线路发生故障时，若配电线路一次开关为断路器，线路中发生故障时，则分布式FA开始启动；若配电线路一次开关为负荷开关，出口保护动作信号和出口开关跳闸信号同时产生，则分布式FA开始启动，配电终端采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，采用用户数据报协议，实现终端彼此之间共享线路的电压、开关位置和故障状态信息，当开关在获悉过流或失压信号后分别向相邻发送故障信息报文，同时收集相邻终端的故障信息，故障信息报文采取重发机制，根据物联网通信的特点，设置重发时间为1秒，若1秒内未收到相邻终端的确认帧再次发送，相邻终端的故障信息收集完整后开始进行故障点判断，根据故障点上游均存在故障，故障点下游无故障的策略确定故障点，从而将故障自动切除。
进一步地，所述非故障区间恢复供电的具体方法为：在故障隔离完成之后，处在故障区域并成功隔离的配网终端启动故障恢复，故障点下游的终端根据自身拓扑信息表中的联络信息，向非故障段的联络开关进行询问是否可进行恢复供电。
进一步地，所述供电恢复的具体策略为：线路正常运行时，线路首端的配电终端根据最大电流容量与当前负荷电流计算本电源侧的冗余电流，并将冗余电流数据传递至联络开关；故障点隔离完成后，故障点下游终端启动非故障区域恢复操作，首先从自身拓扑表中寻找联络开关，向联络开关请求冗余量报文，联络开关处的配电终端根据故障隔离信息及馈线拓扑结构识别故障线路，并从自身拓扑表中获取非故障线路电源侧的电流冗余量传递给发起联络请求的终端，故障点下游终端收到非故障线路电源侧的电流冗余量，与自身线路段正常供电时的负荷电流进行比较，即可判断非故障线路电源侧的电流冗余量是否满足要求，如果备供不足，可根据备供电源不过流以及恢复供电范围最大的原则，确认需要恢复供电的区段；当配电线路发生故障时，配电终端根据FA自描述文件中的故障处理参数和实时的网络拓扑信息，自动生成故障处理策略，快速准确地定位故障点隔离故障。
本发明所达到的有益效果：
（1）可快速建立网络拓扑，具备网络自动拓扑、自恢复策略生成和信息自反馈等功能。
（2）当终端发生网络通信故障时，能够快速更新分布式FA网络拓扑结构。
（3）当线路开关发生变化时，如开关位置发生变化或线路增加开关，能够实时更新网络拓扑结构。
（4）分布式FA系统可通过局域网远程维护、查询、监视的功能。
（5）一旦检测通信故障分布式FA将停止；隔离故障时如果发生遥控拒动，智能分布式FA控制单元将直接停止动作进程，并闭锁所在回路的FA功能，向配电自动化主站报告出错情况。
（6）分布式FA控制单元电源站内具备投入/退出硬结点，控制本条馈线分布式FA投入与退出。
附图说明
图1是线路通信故障模拟图；
图2是故障隔离模拟图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，包括：建立分布式FA拓扑；当配电线路上发生故障后，配电终端采用采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，收集相邻配电终端采集的信息，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开故障区段两端的断路器或负荷开关，完成故障区域隔离动作；重合变电站出口开关和联络开关，恢复非故障区间供电，然后将结果上报配电主站。
具体包括以下方案：
（1）分布式FA拓扑建立
当配电终端上电后获取FA配置参数，配电终端获悉FA参数并解析，通讯方式采用用户数据报协议(UDP)与相邻终端进行通信。电源点附近首端开关通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，首端开关将发送一条链路拓扑报文，拓扑报文每间隔10秒钟发送，拓扑报文中包含电源点开关ID号、是否带电、开关状态、电源点电流冗余量和故障信息等。
当下一级开关收到链路拓扑报文后，给首端开关回复一条确认帧，将首端信息更新至自身拓扑信息表中。然后通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，并将自身拓扑信息表填充至拓扑报文中，发至下一级开关，终端每间隔2秒检查是否收到拓扑确认帧，若没有收到则再次重发，收到拓扑报文确认后等待下一次拓扑更新。
当链路拓扑报文发送至联络开关处时，联络开关形成自身的拓扑信息表，表中含有两侧的电源点信息，联络开关将自身的联络信息形成联络拓扑报文向另一侧电源点传递，联络拓扑报文包含联络开关ID号、对侧电源点ID、带电状态、联络开关ID等。联络开关通过自描述模型获取另一侧线路的相邻开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，将联络报文发至下一级开关，下一级开关收到链路拓扑报文后进行返回确认，直至报文传至到末端开关，最终完成整个网络的拓扑。
（2）分布式FA故障区域隔离
配电线路发生故障时，若配电线路一次开关为断路器，线路中发生故障时，则分布式FA开始启动。若配电线路一次开关为负荷开关，出口保护动作信号和出口开关跳闸信号同时产生，则分布式FA开始启动，配电终端采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，采用UDP网络通信协议，实现终端彼此之间共享线路的电压、开关位置和故障状态等信息，当开关在获悉过流或失压信号后分别向相邻发送故障信息报文，同时收集相邻终端的故障信息，故障信息报文采取重发机制，根据物联网通信的特点，设置重发时间为1秒，若1秒内未收到相邻终端的确认帧再次发送，在一定时间内相邻终端的故障信息收集完整后开始进行故障点判断，根据故障点上游均存在故障，故障点下游无故障的策略确定故障点，从而将故障自动切除。
（3）分布式FA非故障区域恢复
分布式FA系统中，在故障隔离完成之后，处在故障区域并成功隔离的配网终端启动故障恢复，故障点下游的终端根据自身拓扑信息表中的联络信息，向非故障段的联络开关进行询问是否可进行恢复供电，供电恢复策略如下描述。
线路正常运行时，线路首端的配电终端根据最大电流容量与当前负荷电流计算本电源侧的冗余电流，并将冗余电流数据传递至联络开关。故障点隔离完成后，故障点下游终端启动非故障区域恢复操作，首先从自身拓扑表中寻找联络开关，向联络开关请求冗余量报文，联络开关处的配电终端根据故障隔离信息及馈线拓扑结构识别故障线路，并从自身拓扑表中获取非故障线路电源侧的电流冗余量传递给发起联络请求的终端（即故障点下游终端），故障点下游终端收到非故障线路电源侧的电流冗余量，与自身线路段正常供电时的负荷电流进行比较，即可判断非故障线路电源侧的电流冗余量是否满足要求，如果备供不足，可根据备供电源不过流以及恢复供电范围最大的原则，确认需要恢复供电的区段。当配电线路发生故障时，配电终端根据FA自描述文件中的故障处理参数和实时的网络拓扑信息，自动生成故障处理策略，快速准确地定位故障点隔离故障。
分布式FA的故障处理机制是检测到线路故障，通过相互通信确认出口保护动作并跳闸成功，确定故障点，将故障点前后的开关跳开隔离故障，隔离成功后，重合变电站出口开关和联络开关，恢复非故障区段供电。
以图1为例，假设KG3发生通信故障，KG2、KG4分别检测到KG3通信发生故障，设置联络开关位置为KG5，开关KG3发生通信故障。
KG2开关发现与KG3开关通信中断后越过KG3开关，KG2开关通过自描述模型获取KG4开关参数，根据开关参数中IP地址即可与KG4开关进行通信，并其更新自身的拓扑信息，并主动向KG4开关发送最新的拓扑连接报文，当KG4开关收到最新拓扑报文后，回复确认，并更新自身的拓扑结构以及相邻开关的信息，更新完成后并通过自描述模型获取KG5开关参数，根据开关参数中IP地址即可与KG5开关进行通信，直至末端整个拓扑信息完成更新。
在整个重建拓扑过程中，KG2、KG4之间直接建立链接，KG3从网络拓扑中删除，KG3自身切换成电压时间型保护，S3、S4线路合并为一条线路，当故障发生在S3、S4段，则KG2、KG4跳闸，扩大隔离区域，KG4请求联络KG5合闸，恢复非故障区域供电，如图2所示。
配电终端通过物联网的“物物相连”网络实现终端之间进行信息交互，并向主站转发终端数据。与光纤通信的有线网络不同，基于无线物联网的分布式FA故障处理算法需要考虑可能会碰到的通信延时、通信中断等多种无线传输特征，从另一个角度来说，新的分布式故障处理算法需要对通信信道透明，即能够自适应不同的通信信号模式或者自动匹配不同的通信质量，从而满足基于物联网的配电自动化故障处理需求。
由于采用物联网技术与分布式FA相结合，因此在分布式FA处理过程中，网络通信会遇到异常，此时网络拓扑需要改变，针对这些问题本项目采用应用层协议控制与故障处理流程相结合的技术方案，并通过完善和改进分布式FA故障处理算法，来应对物联网的特殊性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，包括：建立分布式FA拓扑；当配电线路上发生故障后，配电终端采用采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，收集相邻配电终端采集的信息，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开故障区段两端的断路器或负荷开关，完成故障区域隔离动作；重合变电站出口开关和联络开关，恢复非故障区间供电，然后将结果上报配电主站。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，所述分布式FA拓扑建立的具体方法为：
（1）当配电终端上电后获取FA配置参数，配电终端获悉FA参数并解析，通讯方式采用用户数据报协议与相邻终端进行通信；电源点附近首端开关通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，首端开关将发送一条链路拓扑报文；
（2）当下一级开关收到链路拓扑报文后，给首端开关回复一条确认帧，将首端信息更新至自身拓扑信息表中；然后通过自描述模型获取下一级开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，并将自身拓扑信息表填充至拓扑报文中，发至下一级开关；
（3）当链路拓扑报文发送至联络开关处时，联络开关形成自身的拓扑信息表，表中含有两侧的电源点信息，联络开关将自身的联络信息形成联络拓扑报文向另一侧电源点传递；联络开关通过自描述模型获取另一侧线路的相邻开关参数，根据开关参数中IP地址即可与下一级进行通信，将联络报文发至下一级开关，下一级开关收到链路拓扑报文后进行返回确认，直至报文传至到末端开关，最终完成整个网络的拓扑。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，上述步骤（1）中，拓扑报文每间隔10秒钟发送，拓扑报文中包含电源点开关ID号、是否带电、开关状态、电源点电流冗余量和故障信息。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，上述步骤（2）中，终端每间隔2秒检查是否收到拓扑确认帧，若没有收到则再次重发，收到拓扑报文确认后等待下一次拓扑更新。
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，上述步骤（3）中，联络拓扑报文包含联络开关ID号、对侧电源点ID、带电状态、联络开关ID。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，所述故障区域隔离的具体方法为：配电线路发生故障时，若配电线路一次开关为断路器，线路中发生故障时，则分布式FA开始启动；若配电线路一次开关为负荷开关，出口保护动作信号和出口开关跳闸信号同时产生，则分布式FA开始启动，配电终端采用物联网技术实现对等式的通信方式进行信息交互，采用用户数据报协议，实现终端彼此之间共享线路的电压、开关位置和故障状态信息，当开关在获悉过流或失压信号后分别向相邻发送故障信息报文，同时收集相邻终端的故障信息，故障信息报文采取重发机制，根据物联网通信的特点，设置重发时间为1秒，若1秒内未收到相邻终端的确认帧再次发送，相邻终端的故障信息收集完整后开始进行故障点判断，根据故障点上游均存在故障，故障点下游无故障的策略确定故障点，从而将故障自动切除。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，所述非故障区间恢复供电的具体方法为：在故障隔离完成之后，处在故障区域并成功隔离的配网终端启动故障恢复，故障点下游的终端根据自身拓扑信息表中的联络信息，向非故障段的联络开关进行询问是否可进行恢复供电。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的多模智能分布式终端的故障处理方法，其特征是，所述供电恢复的具体策略为：线路正常运行时，线路首端的配电终端根据最大电流容量与当前负荷电流计算本电源侧的冗余电流，并将冗余电流数据传递至联络开关；故障点隔离完成后，故障点下游终端启动非故障区域恢复操作，首先从自身拓扑表中寻找联络开关，向联络开关请求冗余量报文，联络开关处的配电终端根据故障隔离信息及馈线拓扑结构识别故障线路，并从自身拓扑表中获取非故障线路电源侧的电流冗余量传递给发起联络请求的终端，故障点下游终端收到非故障线路电源侧的电流冗余量，与自身线路段正常供电时的负荷电流进行比较，即可判断非故障线路电源侧的电流冗余量是否满足要求，如果备供不足，可根据备供电源不过流以及恢复供电范围最大的原则，确认需要恢复供电的区段；当配电线路发生故障时，配电终端根据FA自描述文件中的故障处理参数和实时的网络拓扑信息，自动生成故障处理策略，快速准确地定位故障点隔离故障。
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