CN112260241B - 保护装置、纵联保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种保护装置、纵联保护方法及系统，该保护装置包括：电气信息采集模块、分布式组网控制模块、逻辑判断处理模块、无线通信模块以及输入输出模块，其中，分布式组网控制模块，用于根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能；无线通信模块，用于当前侧的保护装置与其他侧的保护装置之间的故障报文传递。通过本发明实施例提供的保护装置、纵联保护方法及系统，无需架设专用通道且无需额外维护，大大降低了纵联方向保护的成本，并且由于无线通信可以实现保护装置点对点通信，不受接线形式影响，进而可以方便、灵活地实现多端或多分段线路的保护。

Description

保护装置、纵联保护方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体而言，涉及一种保护装置、纵联保护方法及系统。

背景技术

配电网是指从输电网或发电设施接受电能，并通过配电设施逐级或就地分配给各类用户的、起分配电能作用的电力网络。配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（35—110kV），中压配电网（6—20kV），低压配电网（220/380V）；根据配电线路的不同，分为架空配电网、电缆配电网、以及架空电缆混合配电网。

传统的配电网一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状，辐射线路末端大都是负荷，采用单端量保护可以满足要求。因此，传统配电网线路保护以单端量保护为主，单侧电源线路一般采用电流速断保护和阶段式（复压式）过电流保护；中性点低阻接地的单侧电源线路一般增加零序过流保护作为接地故障后备保护；双侧电源线路一般采用（方向）电流速断保护和过电流保护。对于短线、电缆等复杂线路，上述单端量保护不满足保护要求时，会增加距离保护、光纤差动保护。采用单端量保护时，为了保证跳闸的选择性，一般采用逐级配合的方法，整定配合困难、动作时间长、容易越级跳闸。

另一方面，随着对清洁能源的需求增加，大量光伏电池、风电、储能等分布式或集中式电源接入配电网，形成有源配电网。使得配电网由辐射结构变为多源结构，系统运行更加复杂，故障特征发生根本性变化。以过流保护为主的传统配电网继电保护配置、整定面临难题，逐级整定配合困难，无法保证选择性切除故障。

采用电流差动保护或纵联方向（或距离）保护方案可以很好的解决单端量保护面临的上述选择性和整定配合的问题，但是在配电网采用光纤或高频载波通道的电流差动或者纵联方向保护，成本高昂、维护复杂，难以大规模推广应用，且配电网多采用多端、分段网架，基于常规通信的差动保护或纵联保护实现难度比较高。这种情况阻碍了清洁能源的发展，也严重威胁配电网供电可靠性和电能质量。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种保护装置、纵联保护方法及系统，旨在解决现有纵联方向保护，成本高昂、维护复杂，且无法实现多端或分段保护的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种保护装置，包括：电气信息采集模块，用于实时采集被保护设备的电压数据和电流数据，并将所述电压数据和所述电流数据发送至逻辑判断处理模块；分布式组网控制模块，用于根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能，将其他侧的身份识别码发送至逻辑判断处理模块和无线通信模块；其中，所述其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置；逻辑判断处理模块，用于接收所述电压数据、所述电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息，并根据所述电压数据、所述电流数据、所述其他侧的保护指令以及断路器信息进行故障逻辑判断，生成当前侧的保护指令，并且将所述当前侧的保护指令发送至输入输出模块和/或无线通信模块；无线通信模块，用于当所述当前侧的保护指令为第一指令时，将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收通过无线通信链路发送过来的其他侧的故障报文，将所述其他侧的故障报文解码后得到所述其他侧的保护指令，并将所述其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；输入输出模块，用于接收断路器信息，将所述断路器信息发送至所述逻辑判断处理模块，同时输出所述当前侧的保护指令。

进一步地，所述无线通信模块，包括：信号处理模块，用于将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文发送至无线通信天线，同时还对其他侧的故障报文进行解码，利用其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令，并将所述其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；无线通信天线，用于将所述当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号，并将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收其他侧的无线电磁波信号，将所述其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文，并将所述其他侧的故障报文发送至信号处理模块。

进一步地，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：将所述当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使所述无线通信网络根据其他侧的地址码将所述当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

进一步地，所述逻辑判断处理模块，包括：启动元件，用于判断所述电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则动作；正方向元件，用于根据所述电压数据和/或所述电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断所述故障方向判断参数是否为正方向：若是，则动作；其中，所述故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；若干个收信元件，收信元件与其他侧的保护装置一一对应，用于判断所述其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则动作；逻辑判断元件，用于根据所述启动元件、所述正方向元件以及所述若干个收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令；或，用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令。

进一步地，所述根据所述启动元件、所述正方向元件以及所述若干个收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：若所述启动元件和所述正方向元件均动作，所述若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第一故障，生成第一指令，用以触发所述无线通信模块向所述其他侧发送当前侧的故障报文；若所述启动元件和所述正方向元件均动作且持续到延时计时结束，所述若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；若所述启动元件和所述正方向元件中至少一个元件不动作，且所述若干个收信元件中至少一个收信元件动作，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；若所述启动元件、所述正方向元件以及所有收信元件均动作，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作。

进一步地，所述用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：若满足第一条件和第二条件中至少一个，且满足第三条件，则判定为第五故障，生成第一指令，用以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；其中，所述第一条件为断路器处于跳闸位置且无电流，所述第二条件为弱电源侧定值为1且电压数据小于额定电压，第三条件为任一所述收信元件动作。

进一步地，所述无线通信模块为5G通信模块。

第二方面，本发明实施例还提供了一种纵联保护方法，包括：根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能；获取电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息；其中，所述其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置，根据所述电压数据、所述电流数据、所述其他侧的保护指令以及断路器信息进行故障逻辑判断，生成当前侧的保护指令；输出所述当前侧的保护指令；其中，当所述当前侧的保护指令为第一指令时，则将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧。

进一步地，所述将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，包括：将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文；将所述当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号；将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧。

进一步地，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：将所述当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使所述无线通信网络根据其他侧的地址码将所述当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

进一步地，所述其他侧的保护指令，通过如下方式得到：接收其他侧的无线电磁波信号；将所述其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文；将所述其他侧的故障报文进行解码，并利用所述其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令。

进一步地，所述根据所述电压数据、所述电流数据、所述其他侧的保护指令以及断路器信息进行故障逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：判断所述电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则生成第一动作信号；根据所述电压数据和/或所述电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断所述故障方向判断参数是否为正方向：若是，则生成第二动作信号；其中，所述故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；依次判断所述其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则依次生成若干个第三动作信号；根据所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令；或，用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令。

进一步地，所述根据所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第一故障，生成第一指令，用以向所述组网内所有保护装置发送当前侧的故障报文；若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在且持续到延时计时结束，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；若所述第一动作信号和/或所述第二动作信号不存在，且所述若干个第三动作信号中至少存在一个，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；若所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所有第三动作信号均存在，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作。

进一步地，所述用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：若满足第一条件和第二条件中至少一个，且满足第三条件，则判定为第五故障，生成第一指令，用以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；其中，所述第一条件为断路器处于跳闸位置且无电流，所述第二条件为弱电源侧定值为1且电压数据小于额定电压，第三条件为至少存在一个第三动作信号。

进一步地，所述无线通信链路为5G链路。

第三方面，本发明实施例还提供了一种纵联保护系统，包括：组网，所述组网包括若干个本发明各实施例提供的保护装置；无线通信网络，用于所述组网内每个保护装置之间的通信，以实现所述组网内每个保护装置之间的纵联。

本发明实施例提供的保护装置、纵联保护方法及系统，通过建立当前侧的保护装置与其他侧的保护装置的组网，并在采用无线通信技术进行组网中保护装置之间的故障报文交换，因无线通信无需架设专用通道且无需额外维护，大大降低了纵联方向保护的成本；并且由于无线通信可以实现保护装置点对点通信，不受接线形式影响，进而可以方便、灵活地实现多端或多分段线路的保护。此外，无线通信技术用于信号传输还具有可靠性高、抗干扰能力强的优势。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的保护装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的纵联保护方法的示例性流程图；

图3示出了本发明一个实施例的纵联保护系统的结构示意图；

图4示出了本发明另一个实施例的纵联保护系统的结构示意图；

图5示出了本发明另一个实施例的纵联保护系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1示出了根据本发明实施例的保护装置的结构示意图。

如图1所示，该装置包括：

电气信息采集模块101，用于实时采集被保护设备的电压数据和电流数据，并将电压数据和电流数据发送至逻辑判断处理模块；

分布式组网控制模块102，用于根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能，将其他侧的身份识别码发送至逻辑判断处理模块和无线通信模块；其中，其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置；

逻辑判断处理模块103，用于接收电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息，并根据电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息进行故障逻辑判断，生成当前侧的保护指令，并且将当前侧的保护指令发送至输入输出模块和/或无线通信模块；

无线通信模块104，用于当当前侧的保护指令为第一指令时，将当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收通过无线通信链路发送过来的其他侧的故障报文，将其他侧的故障报文解码后得到其他侧的保护指令，并将其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；

输入输出模块105，用于接收断路器信息，将断路器信息发送至逻辑判断处理模块，同时输出当前侧的保护指令。

本发明实施例中，每个保护装置具有唯一的身份识别码，分布式组网控制模块102具有身份识别功能，可以根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码与当前侧的保护装置建立分布式组网；一般来说，组网的构建是以断路器断开可以实现线路保护为准，可以通过增加或减少预设的其他侧的保护装置的身份识别码，来实现组网中其他侧的保护装置的增加或减少。

逻辑判断处理模块103所生成的当前侧的保护指令，可以涉及不同类型的保护指令，如允许动作指令、后备保护指令、联动方向保护指令、不动作指令、异常告警指令等。逻辑判断处理模块103将当前侧的保护指令均发送至输入输出模块105，输入输出模块105可以根据当前侧的保护指令的类型，将该保护指令发送至不同的电器元件。例如，若保护指令为后备保护指令或联动方向保护指令时，输入输出模块则可以将该保护指令发送至断路器以控制断路器断开；若保护指令为异常告警指令时，则输入输出模块则可以将该保护指令发送至显示装置以输出告警提示。此外，当当前侧的保护指令为第一指令时，逻辑判断处理模块则可以将该保护指令输出至无线通信模块以使该无线通信模块向其他侧的保护装置发信。优选的，第一指令为允许动作指令。

无线通信模块104可以响应于逻辑判断处理模块103发送的第一指令，用于将当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至网组内其他侧的保护装置，同时接收通过无线通信链路发送过来的其他侧的故障报文，以实现网组内当前的侧保护装置与其他侧的保护装置之间故障信息的传递，可以实现纵联方向保护。

上述实施例，通过建立当前侧的保护装置与其他侧的保护装置的组网，并在采用无线通信技术进行组网中保护装置之间的故障报文交换，大大降低了纵联方向保护的成本；并且由于无线通信可以实现保护装置点对点通信，不受接线形式影响，可以方便、灵活地实现多端或多分段线路的保护。此外，无线通信技术用于信号传输还具有可靠性高、抗干扰能力强的优势。

进一步地，无线通信模块104，包括：

信号处理模块，用于将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文，并将当前侧的故障报文发送至无线通信天线，同时还对其他侧的故障报文进行解码，利用其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令，并将其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；

无线通信天线，用于将当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号，并将当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收其他侧的无线电磁波信号，将其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文，并将其他侧的故障报文发送至信号处理模块。

本发明实施例中，无线通信模块向组网内其他侧的保护装置发送的故障报文，除了包括当前侧的保护指令外，还叠加了前侧的功能码、地址码以及校验码。其中，地址码为其他侧的保护装置的地址，地址码可以与身份识别码一一对应；功能码为当前侧保护装置告诉其他侧的保护装置执行的动作，功能码可以与保护指令一一对应，例如，功能码01可以表示允许动作指令，功能码00可以表示不允许动作指令；校验码为用以检验当前侧的故障报文是否正确，优选地，校验码为32位CRC循环冗余检验码。同时，对于接收到的其他侧的故障报文，可以通过其他侧的校验码、地址码以及功能码进行校验，若这三个中一个或多个不正确时，则认为该故障报文有误，进行舍弃。

上述实施例中，通过保护指令叠加功能码、地址码以及校验码构成故障报文，提高了故障报文的抗干扰的能力；同时，对于所接收的故障报文，通过功能码、地址码以及校验码校验，可以实现对故障报文有效性的判断，为后续故障逻辑判断的准确性提供了保障。

进一步地，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使无线通信网络根据其他侧的地址码将当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

当前侧的保护装置可以通过无线通信天线将当前侧的故障报文发送至最近的基站，并通过该基站传入无线通信网络；无线通信网络可以根据当前侧的故障报文中的地址码，得到组网内每个其他侧的保护装置的地址，根据每个地址，将故障报文发送至与地址较近的基站，再由基站转发故障报文至对应的保护装置，完成信息传递。

进一步地，逻辑判断处理模块103，包括：

启动元件，用于判断电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则动作；

正方向元件，用于根据电压数据和/或电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断故障方向判断参数是否为正方向：若是，则动作；其中，故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；

若干个收信元件，收信元件与其他侧的保护装置一一对应，用于判断其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则动作；

逻辑判断元件，用于根据启动元件、正方向元件以及若干个收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令；或，

用于根据断路器信息、电压数据、电流数据以及收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令。

本发明实施例中，通过启动元件是否动作可以判断当前侧是否有故障，通过正方向元件是否动作可以判断当前侧故障方向是否为正方向，通过每个收信元件是否动作可以判断每个其他侧的保护装置是否有故障且故障方向为正方向，即其他侧的保护装置的启动元件和正方向元件是否均动作。上述元件动作，则说明存在故障，可以输出1；上述元件不动作，则说明无故障，可以输出0。

需要了解的是，在本发明的一些实施例中，正方向元件，可以根据电压数据和电流数据这两个数据判断故障方向是否为正方向，如功率方向法、功率方向法、方向阻抗方向法、变化量方向法、负序方向法、零序功率方向法。在本发明的另一些实施例中，正方向元件，可以根据电压数据或电流数据中其中一个数据判断故障方向是否为正方向，如相位比较法。

进一步地，根据启动元件、正方向元件以及若干个收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：

若启动元件和正方向元件均动作，若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第一故障，生成第一指令，用以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；

若启动元件和正方向元件均动作且持续到延时计时结束，若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；

若启动元件和正方向元件中至少一个元件不动作，且若干个收信元件中至少一个收信元件动作，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；

若启动元件、正方向元件以及所有收信元件均动作，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作。

本发明实施例中，启动元件和正方向元件均动作，则说明当前侧有故障且故障方向为正方向，至少一个收信元件不动作，则说明其他侧并未存在全部故障且故障方向为正的情况，因此则生成允许动作指令，以使无线通信模型将当前侧的故障报文发送至其他侧的保护装置，告知其他侧的保护装置当前侧处于故障且故障方向为正的状态；同时，上述状态发生时，启动后备保护计时：若后备保护计时结束时，启动元件和正方向元件仍持续动作，则说明当前侧正方向上的故障一直持续，则生成后备保护指令，以后备保护动作；若后备保护计时结束前，启动元件和正方向元件中至少一个元件动作消失，则说明当前侧处于故障且故障方向为正的状态消失，则无需进行后备保护。启动元件和正方向元件中至少一个元件不动作，且若干个收信元件中至少一个收信元件动作，则说明其他侧的保护装置中存在有故障且故障方向为正的保护装置，则生成异常告警指令，以触发通道告警。启动元件、正方向元件以及所有收信元件均动作，则说明组网内所有的保护装置均有故障且故障方向为正，则生成纵联方向保护指令，以触发纵联方向保护动作，即断路器跳闸。

上述实施例中，通过启动元件、正方向元件以及若干个收信元件的动作情况进行故障判断，并生成对应的保护指令，可以实现快速准确地识别故障情况并进行响应；并且，还可以实现同时兼具主保护与后备保护功能。

进一步地，所述用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述收信元件的动作情况进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：

若满足第一条件和第二条件中至少一个，且满足第三条件，则判定为第五故障，生成第一指令，用以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；

其中，第一条件为断路器处于跳闸位置且无电流，第二条件为弱电源侧定值为1且电压数据小于额定电压，第三条件为任一收信元件动作。

本发明实施例中，断路器处于跳闸位置且无电流（电流<0.1In，In为额定电流），且任一收信元件动作，用于当前侧断路器断开，而被保护线路发生区内故障的情况下，生成允许动作指令，以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；弱电源侧定值为1且电压降低（电压<0.6Un，Un为额定电压），且任一收信元件动作，用于被保护线路发生区内故障，弱电源侧保护无法启动或正方向元件无法动作的情况下，生成允许动作指令，以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文。

上述实施例可以实现被保护线路发生区内故障时，向组网内的保护装置发送允许动作指令，以实现纵联方向保护。

进一步地，无线通信模块为5G通信模块。

图2示出了根据本发明实施例的纵联保护方法的示例性流程图。

如图2所示，该方法包括：

步骤S201：根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能；

步骤S202：获取电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息；其中，其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置，

步骤S203：根据电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息进行故障逻辑判断，生成当前侧的保护指令；

步骤S204：输出当前侧的保护指令；

其中，当当前侧的保护指令为第一指令时，则将当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧。

本发明实施例中，每个保护装置具有唯一的身份识别码，可以根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码与当前侧的保护装置建立分布式组网；一般来说，组网的构建是以断路器断开可以实现线路保护为准，可以通过增加或减少预设的其他侧的保护装置的身份识别码，来实现组网中其他侧的保护装置的增加或减少。

当前侧的保护指令，可以涉及不同类型的保护指令，如允许动作指令、后备保护指令、联动方向保护指令、不动作指令、异常告警指令等。将当前侧的保护指令均输出，可以根据当前侧的保护指令的类型，输出至不同的电器元件。例如，若保护指令为后备保护指令或联动方向保护指令时，则可以将该保护指令发送至断路器以控制断路器断开；若保护指令为异常告警指令时，则可以将该保护指令发送至显示装置以输出告警提示。

当当前侧的保护指令为第一指令时，将当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至网组内其他侧的保护装置，以实现网组内当前的侧保护装置与其他侧的保护装置之间故障信息的传递，可以实现纵联方向保护。优选的，第一指令为允许动作指令。

上述实施例，通过建立当前侧的保护装置与其他侧的保护装置的组网，并在采用无线通信技术进行组网中保护装置之间的故障报文交换，大大降低了纵联方向保护的成本；并且由于无线通信可以实现保护装置点对点通信，不受接线形式影响，可以方便、灵活地实现多端或多分段线路的保护。此外，无线通信技术用于信号传输还具有可靠性高、抗干扰能力强的优势。

进一步地，所述将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文；

将所述当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号；

将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧。

进一步地，所述其他侧的保护指令，通过如下方式得到：

接收其他侧的无线电磁波信号；

将所述其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文；

将所述其他侧的故障报文进行解码，并利用所述其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令。

本发明实施例中，向组网内其他侧的保护装置发送的故障报文，除了包括当前侧的保护指令外，还叠加了前侧的功能码、地址码以及校验码。其中，地址码为其他侧的保护装置的地址，地址码可以与身份识别码一一对应；功能码为当前侧保护装置告诉其他侧的保护装置执行的动作，功能码可以与保护指令一一对应，例如，功能码01可以表示允许动作指令，功能码00可以表示不允许动作指令；校验码为用以检验当前侧的故障报文是否正确，优选地，校验码为32位CRC循环冗余检验码。同时，对于接收到的其他侧的故障报文，可以通过其他侧的校验码、地址码以及功能码进行校验，若这三个中一个或多个不正确时，则认为该故障报文有误，进行舍弃。

上述实施例中，通过保护指令叠加功能码、地址码以及校验码构成故障报文，提高了故障报文的抗干扰的能力；同时，对于所接收的故障报文，通过功能码、地址码以及校验码校验，可以实现对故障报文有效性的判断，为后续故障逻辑判断的准确性提供了保障。

进一步地，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将所述当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使所述无线通信网络根据其他侧的地址码将所述当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

当前侧的保护装置可以通过无线通信天线将当前侧的故障报文发送至最近的基站，并通过该基站传入无线通信网络；无线通信网络可以根据当前侧的故障报文中的地址码，得到组网内每个其他侧的保护装置的地址，根据每个地址，将故障报文发送至与地址较近的基站，再由基站转发故障报文至对应的保护装置，完成信息传递。

进一步地，步骤S203，包括：

判断所述电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则生成第一动作信号；

根据所述电压数据和/或所述电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断所述故障方向判断参数是否为正方向：若是，则生成第二动作信号；其中，所述故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；

依次判断所述其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则依次生成若干个第三动作信号；

根据所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令；或，

用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令。

本发明实施例中，通过第一动作信号是否存在，可以判断当前侧是否有故障，通过第二动作信号是否存在，可以判断当前侧故障方向是否为正方向，通过每个第三动作信号是否存在，可以判断每个其他侧的保护装置是否有故障且故障方向为正方向，即其他侧的保护装置的第一动作信号和第二动作信号是否均存在。上述动作信号存在，则说明存在故障，可以输出1；上述动作信号不存在，则说明无故障，可以输出0。上述每个动作信号的生成过程 均是独立进行的，未有先后顺序。

需要了解的是，在本发明的一些实施例中，可以根据电压数据和电流数据这两个数据判断故障方向是否为正方向，如功率方向法、功率方向法、方向阻抗方向法、变化量方向法、负序方向法、零序功率方向法。在本发明的另一些实施例中，可以根据电压数据或电流数据中其中一个数据判断故障方向是否为正方向，如相位比较法。

进一步地，所述根据所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：

若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第一故障，生成第一指令，用以向所述组网内所有保护装置发送当前侧的故障报文；

若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在且持续到延时计时结束，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；

若所述第一动作信号和/或所述第二动作信号不存在，且所述若干个第三动作信号中至少存在一个，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；

若所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所有第三动作信号均存在，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作。

本发明实施例中，第一动作信号和第二动作信号均存在，则说明当前侧有故障且故障方向为正方向，至少一个第三动作信号不存在，则说明其他侧并未存在全部故障且故障方向为正的情况，因此则生成允许动作指令，以使无线通信模型将当前侧的故障报文发送至其他侧的保护装置，告知其他侧的保护装置当前侧处于故障且故障方向为正的状态；同时，上述状态发生时，启动后备保护计时：若后备保护计时结束时，第一动作信号和第二动作信号仍持续动作，则说明当前侧正方向上的故障一直持续，则生成后备保护指令，以后备保护动作；若后备保护计时结束前，第一动作信号和第二动作信号中至少一个信号动作消失，则说明当前侧处于故障且故障方向为正的状态消失，则无需进行后备保护。第一动作信号和第二动作信号中至少一个信号不存在，且若干个第三动作信号中至少一个第三动作信号存在，则说明其他侧的保护装置中存在有故障且故障方向为正的保护装置，则生成异常告警指令，以触发通道告警。第一动作信号、第二动作信号以及所有第三动作信号均存在，则说明组网内所有的保护装置均有故障且故障方向为正，则生成纵联方向保护指令，以触发纵联方向保护动作，即断路器跳闸。

上述实施例中，通过第一动作信号、第二动作信号以及若干个第三动作信号的动作情况进行故障判断，并生成对应的保护指令，可以实现快速准确地识别故障情况并进行响应；并且，还可以实现同时兼具主保护与后备保护功能。

进一步地，所述用于根据所述断路器信息、所述电压数据、所述电流数据以及所述若干个第三动作信号进行逻辑判断，生成当前侧的保护指令，包括：

若满足第一条件和第二条件中至少一个，且满足第三条件，则判定为第五故障，生成第一指令，用以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；

其中，所述第一条件为断路器处于跳闸位置且无电流，所述第二条件为弱电源侧定值为1且电压数据小于额定电压，第三条件为至少存在一个第三动作信号。

本发明实施例中，断路器处于跳闸位置且无电流（电流<0.1In，In为额定电流），且至少存在一个第三动作信号，用于当前侧断路器断开，而被保护线路发生区内故障的情况下，生成允许动作指令，以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文；弱电源侧定值为1且电压降低（电压<0.6Un，Un为额定电压），且至少存在一个第三动作信号，用于被保护线路发生区内故障，弱电源侧保护无法启动或第二动作信号无法生成的情况下，生成允许动作指令，以触发无线通信模块向其他侧发送当前侧的故障报文。

上述实施例可以实现被保护线路发送区内故障时，向组网内的保护装置发送允许动作指令，以实现纵联方向保护。

进一步地，无线通信链路为5G链路。

本发明实施还提供了一种纵联保护系统，包括：

组网，组网包括若干个上述各实施例提供的保护装置；

无线通信网络，用于组网内每个保护装置之间的通信，以实现组网内每个保护装置之间的纵联。

本发明实施例中，组网的构建是以断路器断开可以实现线路保护为准，一个设备对应一个组网，同一个保护装置可以分别属于不同的组网。

例如，图3示出了本发明一个实施例的纵联保护系统的结构示意图。如图3所示，该纵联保护系统应用于双端线路，包括两个纵联方向保护装置，这两个纵联方向保护装置形成组网，彼此之间通过5G通信进行信息传递，从而实现纵联保护。

图4示出了本发明另一个实施例的纵联保护系统的结构示意图。如图4所示，该纵联保护系统应用于三端线路，包括三个纵联方向保护装置，这三个纵联方向保护装置形成组网，彼此之间通过5G通信进行信息传递，从而实现纵联保护。

图5示出了本发明另一个实施例的纵联保护系统的结构示意图。如图5所示，该纵联保护系统应用于分段带分支线路，包括：纵联方向保护装置1、纵联方向保护装置2和纵联方向保护装置3之间形成组网1，彼此之间通过5G通信进行信息传递，实现纵联保护；纵联方向保护装置3、纵联方向保护装置4和纵联方向保护装置5之间形成组网2，彼此之间通过5G通信进行信息传递，实现纵联保护。

上述实施例，通过建立若干个保护装置的组网，并在采用无线通信技术进行组网中保护装置之间的信息传递，由于无线通信可以实现保护装置点对点通信，不受接线形式影响，可以方便、灵活地实现双端、多端以及多分段线路的保护。并且，由于无线通信技术不要依赖光纤、高频载波、微波等传统传输通道，还具有可靠性高、抗干扰能力强的优势，大幅降低建设和维护成本，提高保护性能。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种保护装置，其特征在于，所述装置包括：

电气信息采集模块，用于实时采集被保护设备的电压数据和电流数据，并将所述电压数据和所述电流数据发送至逻辑判断处理模块；

分布式组网控制模块，用于根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能，将其他侧的身份识别码发送至逻辑判断处理模块和无线通信模块；其中，所述其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置；

逻辑判断处理模块，包括：

启动元件，用于判断所述电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则动作；

正方向元件，用于根据所述电压数据和/或所述电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断所述故障方向判断参数是否为正方向：若是，则动作；其中，所述故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；

若干个收信元件，收信元件与其他侧的保护装置一一对应，用于判断所述其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则动作；以及

逻辑判断元件，用于：

若所述启动元件和所述正方向元件均动作，所述若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第一故障，生成第一指令，用以触发所述无线通信模块向所述其他侧发送当前侧的故障报文；

若所述启动元件和所述正方向元件均动作且持续到延时计时结束，所述若干个收信元件中至少一个收信元件不动作，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；

若所述启动元件和所述正方向元件中至少一个元件不动作，且所述若干个收信元件中至少一个收信元件动作，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；

若所述启动元件、所述正方向元件以及所有收信元件均动作，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作；以及

将所述第一指令、所述第二指令、所述第三指令或所述第四指令发送至输入输出模块和/或无线通信模块；

无线通信模块，用于当所述当前侧的保护指令为第一指令时，将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收通过无线通信链路发送过来的其他侧的故障报文，将所述其他侧的故障报文解码后得到所述其他侧的保护指令，并将所述其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；

输入输出模块，用于接收断路器信息，将所述断路器信息发送至所述逻辑判断处理模块，同时输出所述当前侧的保护指令。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块，包括：

信号处理模块，用于将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文发送至无线通信天线，同时还对其他侧的故障报文进行解码，利用其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令，并将所述其他侧的保护指令发送至逻辑判断处理模块；

无线通信天线，用于将所述当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号，并将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，同时接收其他侧的无线电磁波信号，将所述其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文，并将所述其他侧的故障报文发送至信号处理模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将所述当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使所述无线通信网络根据其他侧的地址码将所述当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块为5G通信模块。

5.一种纵联保护方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预设的若干个其他侧的保护装置的身份识别码建立组网，以使当前侧的保护装置与其他侧的保护装置实现纵联功能；

获取电压数据、电流数据、其他侧的保护指令以及断路器信息；其中，所述其他侧为组网内除当前侧保护装置之外的所有的保护装置；

判断所述电流数据的变化量是否超过阈值：若超过，则生成第一动作信号；

根据所述电压数据和/或所述电流数据计算得到故障方向判断参数，并判断所述故障方向判断参数是否为正方向：若是，则生成第二动作信号；其中，所述故障方向判断参数包括：功率方向、方向阻抗方向、变化量方向、负序方向、零序功率方向、相位差；

依次判断所述其他侧的每个保护装置的保护指令是否为第一指令：若是，则依次生成若干个第三动作信号；

若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第一故障，生成第一指令，用以向所述组网内所有保护装置发送当前侧的故障报文；

若所述第一动作信号和所述第二动作信号均存在且持续到延时计时结束，所述若干个第三动作信号中至少一个不存在，则判定为第二故障，生成第二指令，用以触发后备保护动作；

若所述第一动作信号和/或所述第二动作信号不存在，且所述若干个第三动作信号中至少存在一个，则判定为第三故障，生成第三指令，用以触发通道告警；

若所述第一动作信号、所述第二动作信号以及所有第三动作信号均存在，则判定为第四故障，生成第四指令，用以触发纵联方向保护动作；

将所述第一指令、所述第二指令、所述第三指令或所述第四指令发送至输入输出模块和/或无线通信模块；

输出所述当前侧的保护指令；

其中，当所述当前侧的保护指令为第一指令时，则将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述当前侧的保护指令编码后生成当前侧的故障报文，并将所述当前侧的故障报文通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将当前侧的保护指令，通过叠加当前侧的功能码、地址码以及校验码进行编码，生成当前侧的故障报文；

将所述当前侧的故障报文转换为当前侧的无线电磁波信号；

将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述当前侧的无线电磁波信号通过无线通信链路发送至其他侧，包括：

将所述当前侧的无线电磁波信号发送至无线通信网络，以促使所述无线通信网络根据其他侧的地址码将所述当前侧的无线电磁波信号分别发送至其他侧的每个保护装置。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述其他侧的保护指令，通过如下方式得到：

接收其他侧的无线电磁波信号；

将所述其他侧的无线电磁波信号转换为其他侧的故障报文；

将所述其他侧的故障报文进行解码，并利用所述其他侧的校验码、地址码以及功能码对其他侧的故障报文进行校验，若校验无误，则得到其他侧的保护指令。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无线通信链路为5G链路。

10.一种纵联保护系统，其特征在于，所述系统包括：

组网，所述组网包括若干个如权利要求1-4任一所述的保护装置；

无线通信网络，用于所述组网内每个保护装置之间的通信，以实现所述组网内每个保护装置之间的纵联。

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