CN110518703A - 一种分布式保护测控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式保护测控装置，包括保护测控单元，每个保护测控单元对应一个开关间隔，每个保护测控单元分别与对应的开关间隔内的所有开关连接，用于对开关位置的监测及开关状态的控制，每个保护测控单元通过IEC61850+GOOSE对等通信与相邻的保护测控单元通信连接，保护测控单元用于在供电线路某一节点发生故障时，通过自身或与其相邻的保护测控单元的信息交互实现故障的定位，通过改变保护测控单元自身或相邻的保护测控单元之间开关之间的GOOSE订阅关系，进行故障的隔离和转供电。本发明实现了真正去中心化，所有间隔保护测控单元可以均可GOOSE通信，间隔单元之间可冗余处理，极大的提高了智能分布式的可靠性。

Description

一种分布式保护测控装置及方法

技术领域

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种分布式保护测控装置及方法。

背景技术

近年来国内中低压配电自动网正在经历快速发展阶段，越发重视配电网自身网架建设。现阶段国内配电网的典型接线方式主要有单环式、双环式、单辐射、双辐射、花瓣型等类型。配电网架应用趋向于复杂化，传统集中式和就地馈线自动化逻辑(电压时间型和电压电流型)已不能满足于现在配电网自动化需求。基本IEC61850+GOOSE对等通信的智能分布式配电自动化由此发展起来。智能分布式馈线自动化的以去中心化、无主设备、无需主站干预为设计理念，由各个环网开关的智能配电终端之间进行相互对等通信进行决策判断，可以不依赖配电主站协同完成配电线路故障定位、隔离以及恢复供电。

目前的主流设计方案是配电自动化终端由一个综合测控通信单元和多个独立的保护测控单元(一个保护测控单元对应一个间隔)构成。其中综合测控通信单元可独立组屏或安装于进线PT柜内，保护测控单元安装于其对应间隔的开关柜二次小室内，综合测控通信单元与保护测控单元之间通过数据总线相联。如图1所示，配电自动终端采用N+1模式组成，即1台综合测控通信管理单元和N台保护测控单元组成。保护测控单元主要负责实现其对应开关间隔的遥信、遥测、遥控、保护逻辑(常规保护、电压电流型馈线自动化、智能分布式馈线自动化)功能。综合测控通信单元主要负责汇集保护测控单元采集的遥信、遥测信息，按照转发点表上传遥信、遥测信息至配电自动化主站，执行配电自动化主站下发的遥控命令，或将遥控命令转发至相应的保护测控单元执行。负责与其它配电房的配电自动化终端进行对等通信，实现智能分布式馈线自动化功能。

现阶段的智能分布式馈线自动化终端更多像把原有的集中式DTU拆分各个开关间隔单元处理，核心部件依然为综合测控通信单元。而且它分别由两部分不同的架构平台方案所组成，不一样的应用需求方向，造成不一样的硬件配置方案。保护测控单元与综合测控通信单元相互兼容性差，无替换性。对基于对等通信的智能分布式FA应用存在重大的缺陷：

1、现有对等通信故障处理存在数据的多次交互，效率与通信时延难以满足故障高速定位、高速隔离的要求；

例如：假设“保护测控单元A5”起启元件检查、保护定值越限，触发GOOSE对等通信进行故障区间定位，A5与后端节点“综合测控通信单元C1”通过数据总线交互；“综合测控通信单元C1”与“综合测控通信单元C2”对等通信，查询下端“保护测控单元B1”数据信息。“保护测控单元B1”通过原路返回数据“保护测控单元A5”。

同理，A5与前端节点“综合测控通信单元A4”交互过程基本雷同。通过数据总线交互故障定位过程中，需要经历多次的装置和数据的交互过程，智能分布式馈线自动化的时效性大大降低。

2、“综合测控通信单元”作为智能分布式的核心组成部分，担负与相邻开关站之间的GOOSE通信交互。当其发生故障时，分布式馈线自动化功能将无从谈起，配电自动化可靠性难以保证；

3、保护测控单元与综合测控通信单元分属不同的硬件平台，产品需要双线开发、双线维护，增加开发难度与人员时间成本，后期生产成本高，难以形成规模效应，增加物料仓储采购成本；

4、两部分产品无法做到接口兼容，实际上综合测控通信单元作为主设备和保护测控单元作为从设备，无法做到互为备用，互相兼容。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明在提供了一种分布式保护测控装置的同时，还提供了一种分布式保护测控方法，用以减少各测控单元之间的数据转换环节，使终端之间自主实现数据交互，保证故障定位的时效性，提高产品整体可靠性，有效降低产品综合开发成本，简化运维难度，实现去中心化。

本发明的技术方案为：

一种分布式保护测控装置，其特征在于：包括保护测控单元，其中，每个配电终端内至少设置有两个保护测控单元，每个保护测控单元对应一个开关间隔，且每个保护测控单元分别与对应的开关间隔内的所有开关连接，用于对开关位置的监测及开关状态的控制，每个保护测控单元通过IEC61850+GOOSE对等通信与其相邻的保护测控单元通信连接，所述保护测控单元用于在供电线路某一节点发生故障时，通过自身或与其相邻的保护测控单元的信息交互实现故障的定位，通过改变保护测控单元自身或与其相邻的保护测控单元之间开关之间的GOOSE订阅关系，进行故障的隔离和转供电。

进一步地，所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，所述第一数据处理器和第二数据处理器通信连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。

进一步地，所述第一数据处理器采用ARM核的处理器。

进一步地，所述第一数据处理器还连接有FLASH闪存。

进一步地，所述第一数据处理器还连接有DDR随机存储器。

进一步地，所述第一数据处理器还连接有通信模块，通过通信模块与其相邻的保护测控单元内的通信模块通信，进行GOOSE对等通信，以及IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序。

进一步地，所述第二数据处理器采用DSP核的处理器。

进一步地，所述第二数据处理器连接有DO开出模块和DI开入模块，通过DO开出模块切断和隔离故障点，及进行转供控制，通过DI开入模块采集开关状态。

一种分布式保护测控装置的测控方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，设计智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构；

S2，根据智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构生成对应的ICD模板构造虚拟的、对应实际终端设备的连接关系模型；

S3，按照该连接关系模型使配电终端及相邻开关站之间的或内部的开关节点实现对应的物理连接，并且配置开关间隔，使监测每一个开关间隔的保护测控单元与相邻的保护测控单元通过光纤以太网进行GOOSE对等通信；

S4，将每个开关间隔上的开关节点根据ICD模板关联到相对应的虚拟开关节点上，形成实例配置；

S5，将配电自动化网架中所有的保护测控单元通过光纤交换机组成环网；

S6，运行S4的实例配置，保护测控单元启动，进行模拟量数据采集，并进行开关间隔内的故障检查，当监测到某一线路发生故障时，各开关间隔的保护测控单元与相邻的保护测控单元发起GOOSE通信，实现相邻开关间隔的数据交互，确定故障两端的开关节点，更新GOOSE开关间隔的订阅关系，根据新的GOOSE开关间隔的订阅关系，通过保护测控单元切换故障点的供电线路，实现故障点的转供。

进一步地，所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，

所述第一数据处理器和第二数据处理器连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。

本发明的有益效果为：真正去中心化，“综合测控通信单元”作为发生故障，从而引起配电网整个环网上自动化功能失效情况不再发生；所有间隔保护测控单元可以均可GOOSE通信，间隔单元之间可冗余处理，极大的提高智能分布式的可靠性；

相邻开关站之间、站内开关间隔之间自主实现GOOSE收发，保证故障定位、隔离、转供电的时效性；

保护测控单元接口标准化，现场工程人员施工灵活、模块化安装，维护更换简便，所有间隔单元可根据现场需要灵活配置为数据转发、与相邻开关站之间的对等通信；

缩短产品开发周期，降低开发人员成本；

可实现规模化生产，有效降低物料种类、降低物料仓储成本。

附图说明

图1为现有技术中的智能分布式馈线自动化终端结构框图；

图2为本发明的保护测控单元通信原理框图；

图3为本发明的保护测控单元的硬件结构框图；

图4为本发明智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构示意图；

图5为本发明根据智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构生成对应的ICD模板构造虚拟的、对应实际终端设备的连接关系模型结构图；

图6为本发明实施例的智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构中发生故障点的实例图；

图7为本发明图5故障点的定位、隔离和转供电完成情况示意图；

图8为本发明的局部节点间隔单元终端之间的GOOSE订阅关系实例图；

图9为本发明修改后的局部变化节点处的终端之间的GOOSE订阅关系。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种分布式保护测控装置，包括保护测控单元，其中，每个配电终端内至少设置有两个保护测控单元，每个保护测控单元对应一个开关间隔，且每个保护测控单元分别与对应的开关间隔内的所有开关连接，用于对开关位置的监测及开关状态的控制，每个保护测控单元通过IEC61850+GOOSE对等通信与其相邻的保护测控单元通信连接，所述保护测控单元用于在供电线路某一节点发生故障时，通过自身或与其相邻的保护测控单元的信息交互实现故障的定位，通过改变保护测控单元自身或与其相邻的保护测控单元之间开关之间的GOOSE订阅关系，进行故障的隔离和转供电。

保护测控单元自身通过IEC61850+GOOSE对等通信，实现交换线路上所有开关的位置、保护故障信息和电流、电压测量值，确定故障段直接电气联接的两侧开关，启动带正方向或反方向保护跳闸，实现高速的故障定位和故障隔离。与相邻开关站之间的通信无需综合测控通信单元；

假设“保护测控单元A5”起启元件检查、保护定值越限，触发GOOSE对等通信进行故障区间定位，A5根据ICD模型文件与后端节点“保护测控单元B1”直接进行GOOSE对等通信，“保护测控单元B1”返回故障数据、状态量、遥测等数据。过程不涉及数据的转发处理，提高处理效率和时延；

同理，A5与前端节点“保护测控单元A4”交互过程基本雷同。A5根据ICD模型文件与前端节点“保护测控单元A4”直接进行GOOSE对等通信，“保护测控单元A4”返回故障数据、状态量、遥测等数据。

如图3所示，所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，所述第一数据处理器和第二数据处理器通信连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。所述第二数据处理器采用DSP核的处理器，ARM核和DSP核连接，ARM核和DSP核通信板级总线进行数据交互，包括实时三遥数据、智能分布式逻辑所需要相邻开关间隔数据、状态量以及定值参数的转发维护。

所述第一数据处理器还连接有FLASH闪存和DDR随机存储器，用于数据的闪存和随机存储。

所述第一数据处理器还连接有通信模块，通过通信模块与其相邻的保护测控单元内的通信模块通信，进行GOOSE对等通信，以及IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，通信模块可采用4G模块等。

所述第二数据处理器连接有DO开出模块和DI开入模块，通过DO开出模块和DI开入模块与间隔内的开关连接，DO开出模块切断和隔离故障点，及进行转供控制，DI开入模块采集开关状态。

所述第二数据处理器还连接有LCD显示器及键盘。LCD显示器可进行数据及状态显示，键盘可用于外部数据输入及操控。

第一数据处理器和第二数据处理器由电源模块为其供电，电源模块单元采用220V双电源切换的方式供电，经过电源变压器降压变换后给系统提供工作电源，通过DC/DC直流转换器产生3.3V/5V电压供核心处理器及液晶显示模块工作，转换DC24V电压供I/O输出输入模块工作。

一种分布式保护测控方法，包括步骤：

S1，如图4所示，设计智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构；

S2，根据智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构生成对应的ICD模板构造虚拟的、对应实际终端设备的连接关系模型，连接关系模型如图5所示；

S3，按照该连接关系模型使配电终端及相邻开关站之间的或内部的开关节点实现对应的物理连接，并且配置开关间隔，使监测每一个开关间隔的保护测控单元与相邻的保护测控单元通过光纤以太网进行GOOSE对等通信；其中，所述保护测控单元包括所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，所述第一数据处理器和第二数据处理器连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。

S4，将每个开关间隔上的开关节点根据ICD模板关联到相对应的虚拟开关节点上，形成实例配置；

S5，将配电自动化网架中所有的保护测控单元通过光纤交换机组成环网；

S6，运行S4的实例配置，保护测控单元启动，进行模拟量数据采集，如图6所示，若变电站A2线路上S1和S2开关均检测到故障电流，S10右侧的开关没有检测到故障电流，开关间隔单元之间相互通信判断出故障点在S2的下游，在S10的上游开关，S2及S10分别跳闸；如图7所示，S10跳闸后发出转供电信号，S11联络开关合闸。故障的定位、隔离和转供电完成。

在实际工程应用当中，局部节点间隔单元终端之间的GOOSE订阅关系，以图8中S12虚线线条为例：S12前后节点订阅关系:前S4、后S13、S17、S18、S14；当任何一段网络连接中断，配电网络节点发生改变，只需修改局部变化节点处的终端之间的GOOSE订阅关系。如图9中虚线线条所示：S12前后节点订阅关系:前S4、后S21、S17、S18、S14。

整体过程当中，不需要综合测控通信单元，保护测控单元根据ICD模形文件生成的实例，自主实现高速的故障定位和故障隔离。

综上所述，本发明相比于原有设计真正实现去中心化，不区分主从设备，无需主站干预，由各个环网开关的智能终端决策，协同完成配电线路故障定位、隔离以及恢复供电。现场运维、更换简便化，有效降低企业生产经营成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种分布式保护测控装置，其特征在于：包括保护测控单元，其中，每个配电终端内至少设置有两个保护测控单元，每个保护测控单元对应一个开关间隔，且每个保护测控单元分别与对应的开关间隔内的所有开关连接，用于对开关位置的监测及开关状态的控制，每个保护测控单元通过IEC61850+GOOSE对等通信与其相邻的保护测控单元通信连接，所述保护测控单元用于在供电线路某一节点发生故障时，通过自身或与其相邻的保护测控单元的信息交互实现故障的定位，通过改变保护测控单元自身或与其相邻的保护测控单元之间开关之间的GOOSE订阅关系，进行故障的隔离和转供电。

2.如权利要求1所述的分布式保护测控装置，其特征在于：所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，所述第一数据处理器和第二数据处理器通信连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。

3.如权利要求2所述的分布式保护测控装置，其特征在于：所述第一数据处理器采用ARM核的处理器。

4.如权利要求3所述的分布式保护测控装置，其特征在于：所述第一数据处理器还连接有FLASH闪存。

5.如权利要求3所述的自愈型智能分布式配电自动化终端，其特征在于：所述第一数据处理器还连接有DDR随机存储器。

6.如权利要求3所述的自愈型智能分布式配电自动化终端，其特征在于：所述第一数据处理器还连接有通信模块，通过通信模块与其相邻的保护测控单元内的通信模块通信，进行GOOSE对等通信，以及IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序。

7.如权利要求2所述的分布式保护测控装置，其特征在于：所述第二数据处理器采用DSP核的处理器。

8.如权利要求7所述的分布式保护测控装置，其特征在于：所述第二数据处理器连接有DO开出模块和DI开入模块，通过DO开出模块切断和隔离故障点，及进行转供控制，通过DI开入模块采集开关状态。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的分布式保护测控装置的测控方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，设计智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构；

S2，根据智能分布式馈线自动化配电网架拓扑结构生成对应的ICD模板构造虚拟的、对应实际终端设备的连接关系模型；

S3，按照该连接关系模型使配电终端及相邻开关站之间的或内部的开关节点实现对应的物理连接，并且配置开关间隔，使监测每一个开关间隔的保护测控单元与相邻的保护测控单元通过光纤以太网进行GOOSE对等通信；

S4，将每个开关间隔上的开关节点根据ICD模板关联到相对应的虚拟开关节点上，形成实例配置；

S5，将配电自动化网架中所有的保护测控单元通过光纤交换机组成环网；

S6，运行S4的实例配置，保护测控单元启动，进行模拟量数据采集，并进行开关间隔内的故障检查，当监测到某一线路发生故障时，各开关间隔的保护测控单元与相邻的保护测控单元发起GOOSE通信，实现相邻开关间隔的数据交互，确定故障两端的开关节点，更新GOOSE开关间隔的订阅关系，根据新的GOOSE开关间隔的订阅关系，通过保护测控单元切换故障点的供电线路，实现故障点的转供。

10.如权利要求9所述的分布式保护测控装置的测控方法，其特征在于，所述保护测控单元包括第一数据处理器和第二数据处理器，

所述第一数据处理器和第二数据处理器连接，并进行数据交互，所述第一数据处理器用于GOOSE对等通信、IEC60870-101/104规约转发、下装和上载定值、通信参数及下装和上载程序，所述第二数据处理器用于对应开关间隔遥信、遥测、遥控的处理和逻辑保护。