CN111030058A - 一种基于5g通信的配电网分区保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G通信的配电网分区保护方法，配电网中包括多种断路器，各断路器配置相应的线路保护装置；所述配电网分区保护方法包括以下步骤：以分段断路器为隔离点进行保护区域划分，获得多个分区；同一分区内各断路器配置的线路保护装置之间基于5G实现对等通信；分区内部短路故障时，分区内各线路保护装置跳开其对应的断路器；非故障分区恢复供电。本发明通过分区差动保护实现配电网线路的快速主保护，完成故障的快速切除和非故障区域供电的快速恢复，解决现有配电网保护中过流保护配合复杂、整定困难的问题，以及基于光纤的差动保护带来的网络复杂、成本增加的问题。

Description

一种基于5G通信的配电网分区保护方法

技术领域

本发明属于继电保护技术领域，具体涉及一种基于5G通信的配电网分区保护方法。

背景技术

配电网建设改造行动计划（2015-2020年）要求，加快建设现代配电网，推进配电自动化和智能用电信息采集系统建设，实现配电网可观可控。满足新能源、分布式电源及电动汽车等多元化负荷发展需求。

现有配电网系统继电保护大多采用过流保护作为进出线的保护，当分支线路较多时，各级线路之间配合复杂，且当运行方式发生变化时，往往需要调整时间和电流定值，无法满足可靠性，也增加了运维工作量。同时，小水电和分布式电源的大量接入，将改变配电网故障时短路电流的幅值和分布特征，给定值整定带来极大的跳闸。基于光纤差动的线路保护可作为两端或三端线路主保护，但无法满足区域内多条负荷线路的配电网络需求，同时光纤的大量敷设也增加了投资成本，因此需要一种针对配电网系统的快速可靠保护。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于5G通信的配电网分区保护方法，通过分区差动保护实现配电网线路的快速主保护，完成故障的快速切除和非故障区域供电的快速恢复，解决现有配电网保护中过流保护配合复杂、整定困难的问题，以及基于光纤的差动保护带来的网络复杂、成本增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，配电网中包括出线断路器、分段断路器、联络断路器和分界断路器多种断路器，各断路器配置相应的线路保护装置，配电网由单端电源系统进行供电，

所述配电网分区保护方法包括以下步骤：

以分段断路器为隔离点进行保护区域划分，获得多个分区；

同一分区内各断路器配置的线路保护装置之间基于5G实现对等通信；

分区内部短路故障时，分区内各线路保护装置跳开其对应的断路器；

非故障分区恢复供电。

进一步的，所述配电网分区保护方法应用于配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型电路。

进一步的，所述以分段断路器为隔离点进行保护区域划分包括：

配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型电路中，以分段断路器为隔离点，将整个电路划分为分区1、分区2、分区3，共3个分区，每个分区内均包含出线断路器或联络断路器、分界断路器和分段断路器。

进一步的，所述分区内部短路故障的判断条件为：

分区内各线路保护装置的电流采样值进行矢量和运算，得到差流I _cd ；

当分区内各装置计算的差流I _cd 均大于动作门槛I _set 时，则判断发生分区内部短路故障。

进一步的，所述非故障分区恢复供电包括：

满足备用电源自投动作条件时闭合与故障分区相邻的分区中对应的联络断路器，实现非故障分区供电恢复。

进一步的，所述备用电源自投动作条件包括：

1）联络断路器的线路保护装置的差动保护未动作；

2）该分区内有且仅有一台保护装置的差动保护动作并切开对应的断路器；

3）分区内除本线路保护装置外，其他装置所采集的交流电压均为0；

4）联络断路器位置处于“分”位。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明按照分段断路器这一电流节点对配电网进行供电区域划分，构建基于5G无线通信的分区差动快速主保护，解决配电网保护难以配合的问题，可实现故障的快速切除和非故障区域供电的快速恢复，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型接线图；

图2是本发明方法的流程示意图。

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。

图1为配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型接线图，图中的出线断路器为连接系统侧变电站的断路器，分段断路器为隔离供电区域的断路器，联络断路器为连接其他系统或电源的断路器，分界断路器为连接负荷线路的断路器。配电网系统一般为单端电源系统，由左侧的电源G作为系统电源为整个配电网供电。每个断路器均配置一台线路保护装置，以实现故障分区内故障的切除以及非故障分区供电的恢复。各线路保护装置地位平等，无主从关系。

本发明的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，可实现配电网故障的快速切除和非故障区域供电的快速恢复，参见图2所示，包括以下过程：

S1，以分段断路器这一电流节点为隔离点，进行保护区域划分。

如图1所示配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型接线图中，分段断路器是架空线路负荷潮流中的电流节点，它的闭合与断开状态在物理形态上实现了供电区域的划分和隔离，分区保护也以分段断路器作为电流节点，将配电网系统划分为不同的保护区域，实现分区保护功能。如图1中以分段断路器B、C为隔离点，将整个电路划分为分区1、分区2、分区3，共3个分区，每个分区内均包含出线断路器（或联络断路器）、分界断路器和分段断路器。

S2，同一分区内各断路器配置的线路保护装置之间基于5G实现对等通信。

各断路器均配置一台线路保护装置，线路保护装置在现有通用的过流保护、零序过流保护以及电流差动保护功能。在保护区域划分后，同一分区内各断路器配置的线路保护装置之间采用5G通信。基于5G通信的高速率、高可靠性和低时延传输的特点，可实现线路保护装置采样数据的高可靠性和快速共享。各线路保护装置接收5G网络的对时信号后可基于统一时钟实现各装置之间的采样同步。

S3，分区内部短路故障的快速切除。

分区内各线路保护装置基于5G通信进行电流采样值的共享，并分别对共享的电流采样值进行矢量和运算，从而得到差流I _cd 。当分区内各装置计算的差流I _cd 均大于动作门槛I _set 时，差动保护快速动作，分别跳开其对应的断路器，实现该分区内部短路故障的快速切除，以及故障分区与非故障分区的隔离。

I _set 按躲过正常运行时分区内的最大不平衡电流整定，正常运行无短路故障发生时，I _cd 为分区内的不平衡电流，小于I _set ；分区内部发生故障时，I _cd 为短路故障电流，大于I _set 。

对于一次电流来说，各装置计算的差流I _cd 是相同的，但是装置采集的二次电流，互感器的变比可能不同，因此装置的二次电流可能不一样，故矢量和也可能不一样。同时，对于线路保护装置使用的差动保护，通用的做法也是每个装置的差流都进行判断。

S4，非故障分区供电快速恢复。

配电网系统一般为单端电源系统，如图1所示，系统电源为左侧的电源G。故障分区通过差动保护功能隔离后，分段断路器切开，此时远离电源的非故障分区将失去电源，为实现非故障分区供电的快速恢复，各分区内联络断路器所对应的线路保护装置中均集成备用电源自投功能，在故障切除后，满足备用电源自投动作条件时闭合与故障分区相邻的分区中对应的联络断路器，从而实现非故障分区供电的快速恢复。

以分区1故障为例，差动保护动作切开出线断路器A和分段断路器B，此时远离电源的非故障分区（分区2、分区3）将失去电源。在故障切除后，满足备用电源自投动作条件时，闭合与故障分区相邻的分区（分区2）中对应的联络断路器（联络断路器D），从而实现非故障分区供电的快速恢复。

所述备用电源自投功能动作条件为：

1）联络断路器的线路保护装置的差动保护未动作。此条件的目的是判断该联络断路器不在故障分区。在故障分区内，联络断路器差动保护必定动作。

2）该分区内有且仅有一台保护装置的差动保护动作并切开对应的断路器。此条件的目的是判定该分区为故障分区的相邻分区。在故障分区内，两台或者三台装置的差动保护将同时动作；与故障分区不相邻的分区内，无差动保护动作。

3）分区内除本线路保护装置外，其他装置所采集的交流电压均为0。其他装置无压（电压为0）则说明该分区已经失去电源，无需判断本装置所采集的电压情况。本装置由于PT安装位置的不同，可能有压（电压为正常运行的额定值）也可能无压（电压为0）：当PT安装在断路器下方时，由于联络线带电，装置有压；当PT安装在断路器上方时，由于联络线断路器在分位，装置无压。

4）联络断路器位置处于“分”位。

当以上4个条件同时满足时，则备用电源自投功能动作，闭合联络断路器，恢复该分区的供电。

综上所述，本发明按照分段断路器这一电流节点对配电网进行供电区域划分，构建基于5G无线通信的分区差动快速主保护，解决配电网保护难以配合的问题，可实现故障的快速切除和非故障区域供电的快速恢复，具有良好的应用前景。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (6)

1.一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，配电网中包括多种断路器，各断路器配置相应的线路保护装置；

所述配电网分区保护方法包括以下步骤：

以分段断路器为隔离点进行保护区域划分，获得多个分区；

同一分区内各断路器配置的线路保护装置之间基于5G实现对等通信；

分区内部短路故障时，分区内各线路保护装置跳开其对应的断路器；

非故障分区恢复供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，所述配电网分区保护方法应用于配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型电路。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，所述以分段断路器为隔离点进行保护区域划分包括：

配电网架空线路中三分段三联络接线方式的典型电路中，以分段断路器为隔离点，将整个电路划分为分区1、分区2、分区3，共3个分区，每个分区内均包含出线断路器或联络断路器、分界断路器和分段断路器。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，所述分区内部短路故障的判断条件为：

分区内各线路保护装置的电流采样值进行矢量和运算，得到差流I _cd ；

当分区内各装置计算的差流I _cd 均大于动作门槛I _set 时，则判断发生分区内部短路故障。

5.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，所述非故障分区恢复供电包括：

满足备用电源自投动作条件时闭合与故障分区相邻的分区中对应的联络断路器，实现非故障分区供电恢复。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G通信的配电网分区保护方法，其特征是，所述备用电源自投动作条件包括：

1）联络断路器的线路保护装置的差动保护未动作；

2）该分区内有且仅有一台保护装置的差动保护动作并切开对应的断路器；

3）分区内除本线路保护装置外，其他装置所采集的交流电压均为0；

4）联络断路器位置处于分位。

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