CN110504665B - 一种智能网络式电力保护方法及保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，公开了一种智能网络式电力保护方法及保护装置。通过本发明创造，提供了一种将继电保护基础硬件和通讯技术相结合的新型电力保护算法：根据节点所采集到的对应电气模拟量，定性判断电力网络系统是否出现故障，实现保护灵敏性的要求；根据各节点集与上下节点集的电流方向，通过特有的网络式逻辑算法，判断故障位置，实现保护的选择性；从而实现定性判断和网络式逻辑判断目的，使得无需严格的定值设定即可实现全网速动，解决现有电力网络系统中继电保护装置所存在的配合难，定值整定难以及故障切除时间长的问题。

Description

一种智能网络式电力保护方法及保护装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体地涉及一种智能网络式电力保护方法及保护装置。

背景技术

目前的电力系统继电保护装置，一般采取阶梯式保护方案，比如：电流保护和距离保护等，针对这些保护方式，一般又可分为多段，例如针对电流保护，可分为四段，第一段为整条线路的70％，瞬时动作；第二段为整条线路的120％，一段短延时；依次类推，从保护定值和时间上，实现各级保护之间的配合，从而实现继电保护可靠性、安全性、选择性的要求。距离保护也是如此，设置多段和多时限，达到继电保护装置可靠性、安全性、选择性的要求。

目前的继电保护原理一般采用比量模式(即定量判断)，通过选择合适的保护定值及保护动作时限实现继电保护的安全性、可靠性、灵敏性、选择性，为保证系统安全、可靠运行，现实应用中多采取多套配置，远、近后备保护配置等。然而随着电力系统发展，双端供电、环形供电，网状供电等供电模式越来越频繁，电网结合越来越紧密，供电半径越来越短，供电线路越来越短，短路电流越来越大，各级短路电流相差越来越小，保护定值越来越难以整定，甚至达到无法整定的情况。

此外，随着通讯技术的发展，各种通讯介质如：有线、光纤、无线大量应用，通讯的可靠性和通讯的速率都得到大幅度地提升，为一些实时性要求较高的应用提供了可靠、安全的通道。现代电力通讯规约(例如：103、104、61850、MODBUS等)的成熟和完善为信息传输提供安全、可靠的手段。因此有必要针对目前复杂电力网络中(如：多端供电、并联供电、环形供电等复杂输、供、配、用电系统)继电保护装置所存在的配置难、定值整定难以及故障切除时间长等难题，提供一种将继电保护基础硬件和通讯技术相结合的新型电力保护方法及系列保护装置。

发明内容

为了解决现有电力系统各级继电保护装置所存在的配合难、定值整定难以及故障切除时间长的问题，本发明目的在于提供一种将继电保护基础硬件和通讯技术相结合的智能网络式电力保护方法及保护装置。

本发明所采用的技术方案为：

一种智能网络式电力保护方法，包括如下步骤：

S101.采集本节点的电气模拟量，其中，所述本节点、位于所述本节点周围的第一侧相邻节点和第二侧相邻节点分别为电力系统中的智能网络式电力保护装置，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧；

S102.根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备；

S103.采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果；

S104.在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点，若在本节点则执行步骤S105,否则返回执行步骤S101；

S105.执行本节点的出口跳闸动作。

优化的，在所述步骤S101中且采集电气模拟量前，还包括如下步骤：

S100.启动本节点的自检程序，若自检合格，则许可采集电气模拟量，否则发出自检不合格告警。

优化的，在所述步骤S102中，基于突变量判别方式、零序判别方式、负序判别方式和/或稳态量判别方式来判断电力系统是否出现故障。

优化的，在所述步骤S103中，所述网络通讯方式为基于网络IP地址的光纤通讯方式。

优化的，在所述步骤S104中，按照如下方式(A)～(E)中的任意组合形式判断系统故障位置是否在本节点：

(A)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为电源设备标识，且本节点的电流流向为指向电源设备或无电流流向时，则判定故障在本节点；

(B)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为负荷设备标识，且本节点的电流流向为指向负荷设备时，则判定故障在本节点；

(C)针对在所述第一数据集中所指示的第一侧相邻节点和在所述第二数据集中指示的第二侧相邻节点，若根据它们的信息数据集发现电流流向判定结果均为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点；

(D)在收到所述第一数据集中所指示的任意一个第一侧相邻节点的信息数据集和所述第二数据集中所指示的所有第二侧相邻节点的信息数据集后，若发现该第一侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，且发现第二侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果相反或为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点与第二侧相邻节点之间，视为故障在本节点；

(E)在收到所述第一数据集或所述第二数据集中所指示的所有同侧相邻节点的信息数据集后，若发现所有同侧相邻节点的系统故障判定结果为未出现系统故障且任意一个同侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，则判定故障位置在本节点。

优化的，在所述步骤S105中，还包括：采用网络通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果。

本发明所采用的另一种技术方案为：

一种智能网络式电力保护装置，包括模拟量采集模块、系统故障判别模块、网络通讯模块、故障定位模块和出口跳闸执行模块；

所述模拟量采集模块，用于采集本节点的电气模拟量；

所述系统故障判别模块，用于根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧；

所述网络通讯模块，用于采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果；

所述故障定位模块，用于在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点；

所述出口跳闸执行模块，用于在系统故障定位结果为本节点时，执行本节点的出口跳闸动作。

优化的，所述模拟量采集模块采用包含电压互感器、电流互感器的模拟量采集回路，所述系统故障判别模块、所述故障定位模块均内嵌在型号为PIC18F2585的片上微处理芯片中，所述网络通讯模块采用通讯接口电路单元，所述出口跳闸执行模块采用包含光电耦合器和继电器的出口跳闸电路单元，其中，所述片上微处理芯片的引脚2和3分别电连接所述模拟量采集电路单元，所述片上微处理芯片的引脚23和引脚24分别电连接所述通讯接口电路单元，所述片上微处理芯片的引脚27电连接所述光电耦合器的发光二极管阴极，所述片上微处理芯片的引脚28电连接所述光电耦合器的发光二极管阳极。

进一步优化的，还包括分别电连接所述片上微处理芯片的工作状态指示电路单元和/或调试接口电路单元，其中，所述工作状态指示电路单元包括有一个用于指示系统故障判定结果的第一LED指示灯和另一个用于指示系统故障定位结果的第二LED指示灯，所述调试接口电路单元采集型号为SP3232E的串口转换芯片及其外围电路。

优化的，还包括保护动作上报模块，用于采用网络通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种将继电保护基础硬件和通讯技术相结合的新型电力保护算法，一方面可根据节点所采集到的相关电气模拟量，判断电力系统是否出现故障以及所在节点的电流流向，另一方面可与系统其他节点交互系统故障判定结果和电流流向判定结果等信息内容，并根据交互信息进行逻辑判断，确定故障位置，从而可实现故障定性判断和网络式逻辑故障定位判断的目的，从而实现保护装置无需定值设定且可全网速动，解决现有电力网络系统中继电保护装置所存在的配合难、配置难、定值整定难以及故障切除时间长的问题；

(2)相比于现有电力保护方法，具有如下优势：(a)保护动作时间短，可全网实现零时限故障切除；(b)网络保护装置以整个网络为对象，保护全面、无死区，(c)因为是故障定性判断，使得判断系统是否存在故障更灵敏，利于动作灵敏；(d)由于可依靠网络信息进行逻辑网络判断，使得故障点选择更准确；(e)无需常规定值设定；(f)测距更准确,即无论故障点在什么位置均可进行测距修正；(g)可简化电力系统配置，应各保护装置均可自行实现后备保护功能，无需额外配置；(h)可利用上下集的电力保护装置可以作为本节点的后备，无需设置，并在断路器失灵时，快速动作；(i)实现单端保护的全线速动等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的智能网络式电力保护方法的流程示意图。

图2是本发明提供的故障定位示例图。

图3是本发明提供的智能网络式电力保护装置的结构示意图。

图4是本发明提供的智能网络式电力保护装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例一

如图1～2所示，本实施例提供的所述智能网络式电力保护方法，可以但不限于包括如下步骤S101～S105。

S101.采集本节点的电气模拟量，其中，所述本节点、位于所述本节点周围的第一侧相邻节点和第二侧相邻节点分别为电力系统中的智能网络式电力保护装置，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧。

在所述步骤S101中，如图2所示，每个数字节点(例如节点4或7等)都需要配置一个智能网络式电力保护装置，以便执行由所述步骤S101～S105所描述的智能网络式电力保护方法；这些电力保护装置在发现系统故障位置处于本节点时，能够驱动继电器执行出口跳开动作，实现切断故障点的目的，当然也能够在故障解除时，驱动继电器执行重合闸动作。前述电力保护装置的启动方式，一般是先上电或复位，然后初始化，并在初始化后，为了判断该电力保护装置能否正常工作，通常还需自检，即在采集电气模拟量(包括电压信号模拟量和电流信号模拟量等)前，还包括如下步骤：S100.启动本节点的自检程序，若自检合格，则许可采集电气模拟量，否则发出自检不合格告警。前述自检程序可以基于现有自检程序进行常规设计得到。对于本节点而言，其第一侧和第二侧是相对的且可互换的，例如在第一侧为电流方向的起点端侧时，第二侧则为电流方向的终点端侧，或者在第二侧为电流方向的起点端侧时，第一侧则为电流方向的终点端侧，如此对于节点4而言，其第一侧相邻节点包括节点2，第二侧相邻节点包括节点5、节点7和节点8；对于节点7而言，其第一侧相邻节点包括节点4、节点5和节点8，第二侧相邻节点包括节点11、节点12和节点15。

S102.根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备。

在所述步骤S102中，具体的，可以但不限于基于突变量判别方式、零序判别方式、负序判别方式和/或稳态量判别方式等来判断电力系统是否出现故障，其中，前述突变量判别方式、零序判别方式、负序判别方式和稳态量判别方式均为现有判断电力网络系统是否出现系统故障的常规手段，于此不再赘述。另外，根据所述电气模拟量判断本节点的电流流向也为现有常规手段，于此不再赘述。此外，如图2所示，对于节点4而言，第一数据集可表示为{2},第二数据集可表示为{5,7,8}，本集{4}表示本节点4；对于节点7而言，第一数据集可表示为{4,5,8},第二数据集可表示为{11,12,15}，本集{7}表示节点7；对于电源设备可用{T}表示相应数据集；对于负荷设备可用{D}表示相应数据集。如此对于任意电力保护装置，均可定义有这样三个数据集：本节点定义为本集(有且只有一个节点)，第一侧相邻节点定义为第一数据集(至少有一个节点或设备，若为电源设备直接定义为T，若为负荷设备直接定义为D)，第二侧相邻节点定义为第二数据集(至少有一个节点或设备，若为电源设备直接定义为T，若为负荷设备直接定义为D)。

S103.采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果。

在所述步骤S103中，所述信息数据集的发送方式为广播发送方式，如此可使任意一个在线的电力保护装置都可以接收到该信息数据集。优选的，所述网络通讯方式为基于网络IP地址的光纤通讯方式。即在电力保护装置中，网络通讯模块采用具有交换机模式的双光纤模式；各电力保护装置具有独立的IP地址，且只接收与电力保护有关的信息；另外，电力保护装置的通讯线路和监控可以使用同一光路。一般的，在高压电力系统中使用光纤通讯，而在低压或民用电系统中可以采用其他通讯模式。此外，由于保护动作时间与通道模式和传输时间有关，因此基于光纤通讯方式的智能网络式电力保护装置，其保护动作时间一般为20～30ms。

在所述步骤S103中，由于网络其他节点(即第一侧相邻节点和/或第二侧相邻节点)也配置了智能网络式电力保护装置，这些节点也会像本节点一样，执行步骤S101～S105，判断得到对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果，以及向网络发送对应节点的信息数据集，因此可以实现网络中任意两节点之间的信息数据集的交互，并通过后续步骤S104～S105执行所在位置的跳开保护动作。

S104.在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点，若在本节点则执行步骤S105,否则返回执行步骤S101。

在所述步骤S104之前，若本节点的系统故障判定结果为未出现系统故障，则需返回执行步骤S101，以便进行下一个时段的电力保护。在所述步骤S104中，具体的，可以但不限于按照如下方式(A)～(E)中的任意组合形式判断系统故障位置是否在本节点。

(A)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为电源设备标识，且本节点的电流流向为指向电源设备或无电流流向时，则判定故障在本节点。由于所述第一数据集和所述第二数据集会预先定义并存储在本节点中，因此无需信息数据集的交互，即可最快得到系统故障定位结果。

(B)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为负荷设备标识，且本节点的电流流向为指向负荷设备时，则判定故障在本节点。同样由于所述第一数据集和所述第二数据集会预先定义并存储在本节点中，因此也无需信息数据集的交互，即可最快得到系统故障定位结果。

(C)针对在所述第一数据集中所指示的第一侧相邻节点和在所述第二数据集中指示的第二侧相邻节点，若根据它们的信息数据集发现电流流向判定结果均为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点。由于该方式要在交互获取所有第一侧相邻节点和所有第二侧相邻节点的信息数据集后才能进行有效判断，因此相比较于(A)、(B)方式和(D)方式，其得到系统故障定位结果的速度最慢。

(D)在收到所述第一数据集中所指示的任意一个第一侧相邻节点的信息数据集和所述第二数据集中所指示的所有第二侧相邻节点的信息数据集后，若发现该第一侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，且发现第二侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果相反或为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点与第二侧相邻节点之间，视为故障在本节点。由于该方式要在交互获取至少一个第一侧相邻节点和所有第二侧相邻节点的信息数据集后才能进行有效判断，因此相比较于(A)、(B)方式，其得到系统故障定位结果的速度较慢，但快于(C)方式。

(E)在收到所述第一数据集或所述第二数据集中所指示的所有同侧相邻节点的信息数据集后，若发现所有同侧相邻节点的系统故障判定结果为未出现系统故障且任意一个同侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，则判定故障位置在本节点。由于该方式要在交互获取所有同侧相邻节点的信息数据集后才能进行有效判断，因此相比较于(A)、(B)方式，其得到系统故障定位结果的速度较慢，但略快于(D)方式。

在前述方式(D)和(E)中，所述第一数据集与所述第二数据集可互换。所述第一侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致是指：所述第一侧相邻节点的电流流向为从它的第一数据集流向它的第二数据集，且该第二数据集中指示有本节点(即从第一侧相邻节点流向本节点)，同时本节点的电流流向判定结果为从第一数据集流向第二数据集，或者所述第一侧相邻节点的电流流向为从它的第二数据集流向它的第一数据集，且该第二数据集中指示有本节点(即从本节点流向第一侧相邻节点)，同时本节点的电流流向判定结果为从第二数据集流向第一数据集。所述第二侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果相反是指：所述第二侧相邻节点的电流流向为从它的第一数据集流向它的第二数据集，且该第二数据集中指示有本节点(即从第二侧相邻节点流向本节点)，同时本节点的电流流向判定结果为从第一数据集流向第二数据集即从本节点流向第二侧相邻节点)，或者所述第二侧相邻节点的电流流向为从它的第二数据集流向它的第一数据集，且该第二数据集中指示有本节点(即从本节点流向第二侧相邻节点)，同时本节点的电流流向判定结果为从第二数据集流向第一数据集(即从第二侧相邻节点流向本节点)。具体的，针对方式(D)和(E)，其系统故障定位的逻辑判断可参照如下表1所示：

表1.故障定位逻辑判断表

上述表1中：针对系统故障判定结果：“任1”表示“数据集”中任意一个节点判定出现系统故障，“0”表示“数据集”中所有节点都判定未出现系统故障；数据集的电流流向判定结果：“1”表示该数据集中任意一个节点的电流流向为该“数据集”流向本节点；“-1”表示电流流向为本节点流向该“数据集”；本集的电流流向判定结果：“-1”表示电流流向第一数据集，“1”表示电流流向第二数据集。

下面以图2来举例说明故障定位过程：假设电力系统发生故障，P点即为故障点，节点1和节点16均为电源输入点，且系统所有节点的开关处于合闸状态，同时电力网络系统中相关节点都已判断出系统出现故障和对应的电流流向。从图2中可以看出：要切除故障P，必须使节点7、节点11、节点12和节点15分别跳开。

(1)节点7的判断过程如下：收到第一数据集{4，5，8}中任意一个节点的电流流向判定结果为从第一数据集流向节点7，收到第二数据集{11,12,15}中所有节点的电流流向判定结果均为从第二数据集流向节点7或无电流流向(例如全无流经电流)，而节点7的电流流向判定结果为从第一数据集流向第二数据集，逻辑判断为[任1，1,1,1，任1,1]，根据表1，判断故障在本节点与第二侧相邻节点之间，需跳开节点7对应的开关；同理对于节点11、12、15，它们根据自身的故障定位逻辑算法，判断出故障位置，跳开相应开关；实现故障隔离目的。

(2)节点4的判断过程如下：收到第一数据集{2}中任意一个节点的电流流向判定结果为从第一数据集流向节点4，收到第二数据集{7,8,5}中任意一个节点的电流流向判定结果为从节点4流向第二数据集，而本节点4的电流流向判定结果为从第一数据集流向第二数据集，逻辑判断为[任1，1,1,1，任1,-1]，根据表1，判断系统故障不在本节点及其与第一、第二侧相邻节点之间，节点4可靠，不动作。

S105.执行本节点的出口跳闸动作。

在所述步骤S105中，所述执行本节点的出口跳闸动作是基于现有继电保护基础硬件的常规跳开保护动作。另外，在所述步骤S105中，还可包括：采用通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息可以但不限于包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果等。前述故障信息数据集即为所述信息数据集。通过前述发送保护动作报告消息的方式，可以及时地告知远端监控平台，在本节点位置出现了系统故障及执行了跳开保护动作，可实现对电力系统进行远程监视的目的，方便维修人员快速到位进行故障维修。

综上，采用本实施例所提供的智能网络式电力保护方法，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种将继电保护基础硬件和通讯技术相结合的新型电力保护算法，一方面可根据节点所采集到的相关电气模拟量，判断电力系统是否出现故障以及所在节点的电流流向，另一方面可与系统其他节点交互系统故障判定结果和电流流向判定结果等信息内容，并根据交互信息进行逻辑判断，确定故障位置，从而可实现故障定性判断和网络式逻辑故障定位判断的目的，从而实现保护装置无需定值设定且可全网速动，解决现有电力网络系统中继电保护装置所存在的配合难、配置难、定值整定难以及故障切除时间长的问题；

(2)相比于现有电力保护方法，具有如下优势：(a)保护动作时间短，可全网实现零时限故障切除；(b)网络保护装置以整个网络为对象，保护全面、无死区，(c)因为是故障定性判断，使得判断系统是否存在故障更灵敏，利于动作灵敏；(d)由于可依靠网络信息进行逻辑网络判断，使得故障点选择更准确；(e)无需常规定值设定；(f)测距更准确,即无论故障点在什么位置均可进行测距修正；(g)可简化电力系统配置，应各保护装置均可自行实现后备保护功能，无需额外配置；(h)可利用上下集的电力保护装置可以作为本节点的后备，无需设置，并在断路器失灵时，快速动作；(i)实现单端保护的全线速动等。

实施例二

如图3和4所示，本实施例相对于实施例一，提供了一种基于相同发明构思的且实现如实施例一所述智能网络式电力保护方法的硬件装置，包括模拟量采集模块、系统故障判别模块、网络通讯模块、故障定位模块和出口跳闸执行模块；所述模拟量采集模块，用于采集本节点的电气模拟量；所述系统故障判别模块，用于根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧；所述网络通讯模块，用于采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果；所述故障定位模块，用于在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点；所述出口跳闸执行模块，用于在系统故障定位结果为本节点时，执行本节点的出口跳闸动作。

优化的，还包括保护动作上报模块，其中，所述保护动作上报模块，用于采用网络通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息可以但不限于包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果。

本实施例中各个功能模块的具体技术细节以及总的技术效果，可参照实施例一直接推导得到，于此不在赘述。

优化的，所述模拟量采集模块采用包含电压互感器、电流互感器的模拟量采集回路，所述系统故障判别模块、所述故障定位模块均内嵌在型号为PIC18F2585的片上微处理芯片U1中，所述网络通讯模块采用通讯接口电路单元，所述出口跳闸执行模块采用包含光电耦合器U300和继电器CK的出口跳闸电路单元，其中，所述片上微处理芯片U1的引脚2和3分别电连接所述模拟量采集电路单元，所述片上微处理芯片U1的引脚23和引脚24分别电连接所述通讯接口电路单元，所述片上微处理芯片U1的引脚27电连接所述光电耦合器U300的发光二极管阴极，所述片上微处理芯片U1的引脚28电连接所述光电耦合器U300的发光二极管阳极。如图3和4所示，所述模拟量采集回路举例采用了型号为TV/TA-76-4的电压电流互感器，可以同时采集电流信号模拟量和电压信号模拟量。所述系统故障判别模块、所述故障定位模块和所述保护动作上报模块分别作为软件功能模块内置在所述片上微处理芯片U1中，并可通过相应的软件程序实现对应功能。

优化的，还包括分别电连接所述片上微处理芯片U1的工作状态指示电路单元和/或调试接口电路单元，其中，所述工作状态指示电路单元包括有一个用于指示系统故障判定结果的第一LED指示灯D1和另一个用于指示系统故障定位结果的第二LED指示灯D2，所述调试接口电路单元采集型号为SP3232E的串口转换芯片U2及其外围电路。如图4所示，可通过所述第一LED指示灯D1亮灯指示出现系统故障，熄灯指示未出现系统故障，以及通过所述第二LED指示灯D2亮灯指示系统故障位置为本节点，熄灯指示系统故障位置不在本节点。

如图4所示的电路图，仅为硬件举例，可见本方案对硬件要求较低，故障判断、故障定位、网络通讯、故障信息等可以布置在同一处理器中，对可靠性要求高的场合，可以采用多处理并行工作模式，也可采取多处理器分裂运行模式，在多处理器并行处理模式中，可以采取与门方式，也可采取其他模式，此电气仅为说明方便。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种智能网络式电力保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.采集本节点的电气模拟量，其中，所述本节点、位于所述本节点周围的第一侧相邻节点和第二侧相邻节点分别为电力系统中的智能网络式电力保护装置，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧；

S102.根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备；

S103.采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果；

S104.在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点，若在本节点则执行步骤S105,否则返回执行步骤S101；

在所述步骤S104中，按照如下方式(A)～(E)中的任意组合形式判断系统故障位置是否在本节点：

(A)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为电源设备标识，且本节点的电流流向为指向电源设备或无电流流向时，则判定故障在本节点；

(B)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为负荷设备标识，且本节点的电流流向为指向负荷设备时，则判定故障在本节点；

(C)针对在所述第一数据集中所指示的第一侧相邻节点和在所述第二数据集中指示的第二侧相邻节点，若根据它们的信息数据集发现电流流向判定结果均为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点；

(D)在收到所述第一数据集中所指示的任意一个第一侧相邻节点的信息数据集和所述第二数据集中所指示的所有第二侧相邻节点的信息数据集后，若发现该第一侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，且发现第二侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果相反或为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点与第二侧相邻节点之间，视为故障在本节点；

(E)在收到所述第一数据集或所述第二数据集中所指示的所有同侧相邻节点的信息数据集后，若发现所有同侧相邻节点的系统故障判定结果为未出现系统故障且任意一个同侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，则判定故障位置在本节点；

S105.执行本节点的出口跳闸动作。

2.如权利要求1所述的一种智能网络式电力保护方法，其特征在于，在所述步骤S101中且采集电气模拟量前，还包括如下步骤：

S100.启动本节点的自检程序，若自检合格，则许可采集电气模拟量，否则发出自检不合格告警。

3.如权利要求1所述的一种智能网络式电力保护方法，其特征在于，在所述步骤S102中，基于突变量判别方式、零序判别方式、负序判别方式和/或稳态量判别方式来判断电力系统是否出现故障。

4.如权利要求1所述的一种智能网络式电力保护方法，其特征在于，在所述步骤S103中，所述网络通讯方式为基于网络IP地址的光纤通讯方式。

5.如权利要求1所述的一种智能网络式电力保护方法，其特征在于，在所述步骤S105中，还包括：采用网络通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果。

6.一种智能网络式电力保护装置，其特征在于，包括模拟量采集模块、系统故障判别模块、网络通讯模块、故障定位模块和出口跳闸执行模块；

所述模拟量采集模块，用于采集本节点的电气模拟量；

所述系统故障判别模块，用于根据本节点采集的电气模拟量判断电力系统是否出现故障，同时判断本节点的电流流向，其中，所述电流流向的判定结果为从第一数据集流向第二数据集、从第二数据集流向第一数据集或无电流流向，所述第一数据集用于记录各个第一侧相邻设备的唯一标识，所述第二数据集用于记录各个第二侧相邻设备的唯一标识，所述第一侧相邻设备为第一侧相邻节点、电源设备或负荷设备，所述第二侧相邻设备为第二侧相邻节点、电源设备或负荷设备，第一侧和第二侧分别为流经本节点的电流方向两端侧；

所述网络通讯模块，用于采用网络通讯方式，向网络发送本节点的信息数据集，以及接收来自网络的信息数据集，其中，所述信息数据集包含对应节点的系统故障判定结果和电流流向判定结果；

所述故障定位模块，用于在本节点的系统故障判定结果为出现系统故障时，根据本节点的电流流向判定结果和相邻节点的信息数据集，判断系统故障位置是否在本节点；具体的，判断系统故障位置是否在本节点的方式包括A～E中任意组合形式：

(A)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为电源设备标识，且本节点的电流流向为指向电源设备或无电流流向时，则判定故障在本节点；

(B)若所述第一数据集或所述第二数据集记录为负荷设备标识，且本节点的电流流向为指向负荷设备时，则判定故障在本节点；

(C)针对在所述第一数据集中所指示的第一侧相邻节点和在所述第二数据集中指示的第二侧相邻节点，若根据它们的信息数据集发现电流流向判定结果均为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点；

(D)在收到所述第一数据集中所指示的任意一个第一侧相邻节点的信息数据集和所述第二数据集中所指示的所有第二侧相邻节点的信息数据集后，若发现该第一侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，且发现第二侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果相反或为无电流流向，则判定系统故障位置在本节点与第二侧相邻节点之间，视为故障在本节点；

(E)在收到所述第一数据集或所述第二数据集中所指示的所有同侧相邻节点的信息数据集后，若发现所有同侧相邻节点的系统故障判定结果为未出现系统故障且任意一个同侧相邻节点的电流流向判定结果与本节点的电流流向判定结果一致，则判定故障位置在本节点；

所述出口跳闸执行模块，用于在系统故障定位结果为本节点时，执行本节点的出口跳闸动作。

7.如权利要求6所述的一种智能网络式电力保护装置，其特征在于，所述模拟量采集模块采用包含电压互感器、电流互感器的模拟量采集回路，所述系统故障判别模块、所述故障定位模块均内嵌在型号为PIC18F2585的片上微处理芯片(U1)中，所述网络通讯模块采用通讯接口电路单元，所述出口跳闸执行模块采用包含光电耦合器(U300)和继电器(CK)的出口跳闸电路单元，其中，所述片上微处理芯片(U1)的引脚2和3分别电连接所述模拟量采集电路单元，所述片上微处理芯片(U1)的引脚23和引脚24分别电连接所述通讯接口电路单元，所述片上微处理芯片(U1)的引脚27电连接所述光电耦合器(U300)的发光二极管阴极，所述片上微处理芯片(U1)的引脚28电连接所述光电耦合器(U300)的发光二极管阳极。

8.如权利要求7所述的一种智能网络式电力保护装置，其特征在于，还包括分别电连接所述片上微处理芯片(U1)的工作状态指示电路单元和/或调试接口电路单元，其中，所述工作状态指示电路单元包括有一个用于指示系统故障判定结果的第一LED指示灯(D1)和另一个用于指示系统故障定位结果的第二LED指示灯(D2)，所述调试接口电路单元采集型号为SP3232E的串口转换芯片(U2)及其外围电路。

9.如权利要求6所述的一种智能网络式电力保护装置，其特征在于，还包括保护动作上报模块，用于采用网络通讯方式，向远端监控平台发送保护动作报告消息，其中，所述保护动作报告消息包括本节点的唯一标识、故障信息数据集和故障定位结果。

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