CN113067315B - 一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法 - Google Patents

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CN113067315B CN202110255798.4A CN202110255798A CN113067315B CN 113067315 B CN113067315 B CN 113067315B CN 202110255798 A CN202110255798 A CN 202110255798A CN 113067315 B CN113067315 B CN 113067315B
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Abstract

一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,获取配电网线路中一侧的电流和电压采样点数据,并基于数字过流判据对所述采样点数据进行过流判断;步骤2,若所述配电网线路中本侧与对侧的所述数字过流判据部分或全部满足,则判定所述配电网线路故障,数字过流保护动作。本发明技术方案,能够传输过流信号,取代了大量差动数据的传输,避免了纵联保护方案,降低了对通信信道的要求,提高了保护动作的响应效率。

Description

一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法
技术领域
本发明涉及配电网线路保护,更具体地,涉及一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法。
背景技术
目前,线路差动保护因其具有的绝对选择性和动作快速性成为线路故障最为优良的保护方法。但是,现有技术中的线路差动保护应用于配电网中仍然存在着一些问题。
首先,线路差动保护是通过对线路两侧电流采样值点进行实时计算获得的。因此,线路差动保护的实现对于通信通道的通信质量要求很高,而通信通道延时、抖动及误码率上升都会造成差动保护的失效。差动保护通常采用光纤作为通信介质,但光纤具有覆盖性差的问题。近年来,差动保护也开始采用无线通信信道进行差动数据传输,然而无线通信信道在传输大量差动数据的过程中也存在着一定的不稳定性。因此,在光纤覆盖不到的配电网区域中,无线信道质量不佳的情况下都容易出现差动保护功能闭锁,差动保护可靠性显著下降的问题。
其次,传统的线路差动保护需要将线路两侧电流采样值点进行时间上的同步。除了直连光纤可以采用“乒乓”算法实现同步外,利用其他通信方式传输的差动信号都需要基于外部对时信号实现同步。然而,在配电网中进行同步时钟系统的配置十分困难,并且同步时钟系统的误差也会对差动保护的准确程度造成影响。
因此,亟需一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,提供一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法。通过对配电网线路中本侧和对侧的采样点数据依据数字过流判据进行过流判断,并向另一侧发送过流信号的方式实现数字过流保护的动作逻辑。
本发明采用如下的技术方案。一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,包括以下步骤:步骤1,获取配电网线路中一侧的电流和电压采样点数据,并基于数字过流判据对采样点数据进行过流判断;步骤2,若配电网线路中本侧与对侧的数字过流判据部分或全部满足,则判定配电网线路故障,数字过流保护动作。
优选地,电流和电压采样点数据包括:母线电压、线路电流、断路器电源侧的线路电流、断路器负载或弱电源侧的线路电流。
优选地,数字过流判据包括:相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据、低电压数字过流判据、零序电流数字过流判据。
优选地,相电流数字过流判据包括:
Figure BDA0002968329680000021
其中,
Figure BDA0002968329680000022
为线路相电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流取值,
Figure BDA0002968329680000023
为母线相电压,
Figure BDA0002968329680000024
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
优选地,正序电流数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000025
其中,
Figure BDA0002968329680000026
为线路正序电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流整定,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure BDA0002968329680000027
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
优选地,低电压数字过流判据包括断路器系统侧低电压数字过流判据和断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据。
优选地,断路器系统侧低电压数字过流判据为:
动作判据:
Figure BDA0002968329680000031
其中,
Figure BDA0002968329680000032
为断路器系统侧的正序电流,
SX为最小系统短路容量,
Kx为可靠系数,
Figure BDA0002968329680000033
为母线正序电压,
UN为母线额定电压;
断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000034
其中,
Figure BDA0002968329680000035
为断路器负荷或分布式电源侧的正序电流,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure BDA0002968329680000036
为断路器负荷或分布式电源侧的相电流的幅值,
IQD为断路器的突变量启动电流,按躲过额定电流整定。
优选地,零序电流数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000037
其中,
Figure BDA0002968329680000038
为线路零序电流,
I0zd为零序电流数字过流整定值,取值为线路末端的零序电流过流整定值,
Figure BDA0002968329680000039
为母线零序电压。
优选地,步骤2中还包括:当配电网线路的本侧中任意一幅值判据或启动判据不满足时,配电网线路的本侧向配电网线路的对侧发送无过流信号;当配电网线路的本侧中任意数字过流判据满足时,配电网线路的本侧向配电网线路的对侧发送相应的数字过流信号;配电网线路基于无过流信号和相应的数字过流信号判断故障类型,并完成数字过流保护动作。
优选地,对于相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据或零序电流数字过流判据中的一种或多种,当本侧节点的保护线路正常运行时:若配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧无过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧数字过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧发出无过流信号,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
优选地,对于低电压数字过流判据,当本侧节点的保护线路正常运行时:若配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧无过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
优选地,数字过流保护为经过延时后跳开断路器。
优选地,方法还包括:步骤3,待数字过流保护动作后,配电网线路中的每一侧以固定间隔向对侧发送保护通道监视信号,以获取保护通道的运行状态;当识别到保护通道状态异常时,闭锁数字过流保护。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明中一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法适用于差动数据传输信道质量一般,延时、抖动、误码率严重的情况。本发明基于多种数字过流判据对原始采样数据进行过流判断并生成过流信号,将大量的差动数据在本地进行处理和计算,通过传输过流信号的方式取代了大量差动数据的传输,避免了纵联保护方案,降低了对通信信道的要求,提高了保护动作的响应效率。
本发明的有益效果还包括:
1、本发明中分别对配电网线路两侧的电气量数据进行判别,能够在配电网线路两端都有电源的情况下准确地识别出区内或区外的故障,因此,本发明中的方案更好地适应于分布式电源的配电网或合环运行的工作状态中,并且不会使得过流保护动作后出现单侧误动或拒动的问题。
2、本发明中的数字过流判据包括多种类型,能够判别出分布式电源接入、小电阻接地、方向元件失效等多种情况下的故障问题,使得数字过流保护的动作更加准确,有针对性。
附图说明
图1为本发明一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法中的步骤流程示意图;
图2为本发明一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法中相电流数字过流时的过流保护动作逻辑示意图;
图3为本发明一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法中正序电流数字过流时的过流保护动作逻辑示意图;
图4为本发明一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法中低电压数字过流时的过流保护动作逻辑示意图;
图5为本发明一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法中零序序电流数字过流时的过流保护动作逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。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申请的保护范围。
如图1所示,一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,包括步骤1和步骤2。
步骤1,获取配电网线路中一侧的电流和电压采样点数据,并基于数字过流判据对采样点数据进行过流判断。
具体来说,为了实现配电网线路保护,需要首先判断配电网线路两端上的过流情况。因此,可以对线路端部的电流和电压数据进行采样。
优选地,电流和电压采样点数据包括:母线电压、线路电流、断路器电源侧的线路电流、断路器负载或弱电源侧的线路电流。
通常来说,可以在线路的两端,例如与母线接入的点以及线路的末端点上分别设置采样点,还可以在断路器的两侧分别设置采样点。通过采样点直接采集到的电压和电流数据通常来说是三相线路中的相电压和相电流数据。为了对多种不同类型的数字过流判据进行判定,还可以将相电压和相电流数据经过简单的处理,从而获得正序、负序以及零序电压和电流。
优选地,数字过流判据包括:相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据、低电压数字过流判据、零序电流数字过流判据。
不同类型的数字过流判据可以对于不同类型的配电网线路故障进行判断。例如,相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据或低电压数字过流判据可以识别出相间或三相故障,并发出过流信号按需投退方向元件。零序电流数字过流判据可以识别出小电阻接地故障。另外,正序电流数字过流判据还可以用于在具有逆变型分布式电源影响下的配电网线路的故障判别。
优选地,相电流数字过流判据包括:
Figure BDA0002968329680000061
其中,
Figure BDA0002968329680000062
为线路相电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流取值,
Figure BDA0002968329680000063
为母线相电压,
Figure BDA0002968329680000064
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
正序电流数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000065
其中,
Figure BDA0002968329680000066
为线路正序电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流整定,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure BDA0002968329680000067
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
低电压数字过流判据包括断路器系统侧低电压数字过流判据和断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据。
断路器系统侧低电压数字过流判据为:
动作判据:
Figure BDA0002968329680000068
其中,
Figure BDA0002968329680000069
为断路器系统侧的正序电流,
SX为最小系统短路容量,
Kx为可靠系数,
Figure BDA0002968329680000077
为母线正序电压,
UN为母线额定电压;
断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000071
其中,
Figure BDA0002968329680000072
为断路器负荷或分布式电源侧的正序电流,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure BDA0002968329680000073
为断路器负荷或分布式电源侧的相电流的幅值,
IQD为断路器的突变量启动电流,按躲过额定电流整定。
零序电流数字过流判据为:
Figure BDA0002968329680000074
其中,
Figure BDA0002968329680000075
为线路零序电流,
I0zd为零序电流数字过流整定值,取值为线路末端的零序电流过流整定值,
Figure BDA0002968329680000076
为母线零序电压。
步骤2,若配电网线路中本侧与对侧的数字过流判据部分或全部满足,则判定配电网线路故障,数字过流保护动作。
优选地,步骤2中还包括:当配电网线路的本侧中任意一幅值判据或启动判据不满足时,配电网线路的本侧向配电网线路的对侧发送无过流信号;当配电网线路的本侧中任意数字过流判据满足时,配电网线路的本侧向所述配电网线路的对侧发送相应的数字过流信号。配电网线路基于无过流信号和相应的数字过流信号判断故障类型,并完成数字过流保护动作。
可以理解的是,当方向或动作判据满足时,可以根据此时本侧节点的相电流的方向认定该故障电流的方向为正方向,此时如果幅值判据或启动判据同时满足,则可以发出数字过流信号,并且根据需要投退方向元件。也就是说,数字过流信号发出的条件一定是在故障电流的方向满足判据要求的基础上的。
可以理解的是,线路保护可以根据所收到的对侧数字过流信号类别选取相应的数字过流动作逻辑,例如当收到对侧低电压数字过流动作信号,则进入低电压数字过流动作逻辑进行故障判别与保护动作。
优选地,对于相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据或零序电流数字过流判据中的一种或多种,当本侧节点的保护线路正常运行时:若配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧无过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧数字过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧发出无过流信号,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
图2、图3、图5分别为相电流、正序电流、低电压三种数字过流判据的保护动作逻辑示意图。如图2、3、5所示,当本侧节点的保护线路正常运行时,可以根据本侧的判据满足情况,以及对侧发送的无过流信号或数字过流信号进行数字过流保护动作,即经过一定的延时时间后跳开断路器。
另外,如果本侧保护节点启动后,未发现本侧出现过流情况,例如本侧数字过流判据中的幅值判据不满足,但却接收到了对侧的数字过流信号,那么可知对侧节点发生了故障,此时为了保护本侧节点的正常运行,也应当进行数字过流保护动作,经过一定的延时时间后跳开断路器。
图4为低电压数字过流判据的保护动作逻辑示意图。如图4所示,优选地,对于低电压数字过流判据,当本侧节点的保护线路正常运行时,若配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧无过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;若配电网线路接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
优选地,数字过流保护为经过延时后跳开断路器。
优选地,本发明中的配电网线路保护方法还包括:步骤3,待数字过流保护动作后,配电网线路中的每一侧以固定间隔向对侧发送保护通道监视信号,以获取保护通道的运行状态;当识别到保护通道状态异常时,闭锁数字过流保护。
本发明一实施例中,固定间隔可以设置为5s。即每隔5s的时间,可以向线路的对侧发送一次通道监视信号,并根据接收到的对侧的反馈来判断通道处于正常的运行状态中。当通道处于正常的运行状态时,可以继续进行数字过流保护。一旦在发送的通道监视信号未收到反馈后,则可以认定保护通道的状态异常,此时可以执行闭锁。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明中一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法适用于差动数据传输信道质量一般,延时、抖动、误码率严重的情况。本发明基于多种数字过流判据对原始采样数据进行过流判断并生成过流信号,将大量的差动数据在本地进行处理和计算,通过传输过流信号的方式取代了大量差动数据的传输,避免了纵联保护方案,降低了对通信信道的要求,提高了保护动作的响应效率。
本发明的有益效果还包括:
1、本发明中分别对配电网线路两侧的电气量数据进行判别,能够在配电网线路两端都有电源的情况下准确地识别出区内或区外的故障,因此,本发明中的方案更好地适应于分布式电源的配电网或合环运行的工作状态中,并且不会使得过流保护动作后出现单侧误动或拒动的问题。
2、本发明中的数字过流判据包括多种类型,能够判别出分布式电源接入、小电阻接地、方向元件失效等多种情况下的故障问题,使得数字过流保护的动作更加准确,有针对性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述,但是本领域技术人员应该理解,以上实施示例仅为本发明的优选实施方案,详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神,而并非对本发明保护范围的限制,相反,任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,获取配电网线路中一侧的电流和电压采样点数据,并基于数字过流判据对所述采样点数据进行过流判断;
步骤2,若所述配电网线路中本侧与对侧的所述数字过流判据部分或全部满足,则判定所述配电网线路故障,数字过流保护动作;
其中,所述数字过流判据中包括低电压数字过流判据,并且,所述低电压数字过流判据包括断路器系统侧低电压数字过流判据和断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据,
所述断路器系统侧低电压数字过流判据为:
动作判据:
Figure FDA0003712473750000011
式中,
Figure FDA0003712473750000012
为断路器系统侧的正序电流,
SX为最小系统短路容量,
Kx为可靠系数,
Figure FDA0003712473750000013
为母线正序电压,
UN为母线额定电压;
所述断路器负载或分布式电源侧低电压数字过流判据为:
Figure FDA0003712473750000014
式中,
Figure FDA0003712473750000015
为断路器负荷或分布式电源侧的正序电流,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure FDA0003712473750000016
为断路器负荷或分布式电源侧的相电流的幅值,
IQD为断路器的突变量启动电流,按躲过额定电流整定。
2.根据权利要求1中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述电流和电压采样点数据包括:母线电压、线路电流、断路器电源侧的线路电流、断路器负载或弱电源侧的线路电流。
3.根据权利要求2中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述数字过流判据还包括:相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据、零序电流数字过流判据。
4.根据权利要求3中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述相电流数字过流判据包括:
Figure FDA0003712473750000021
其中,
Figure FDA0003712473750000022
为线路相电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流取值,
Figure FDA0003712473750000023
为母线相电压,
Figure FDA0003712473750000024
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
5.根据权利要求3中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述正序电流数字过流判据为:
Figure FDA0003712473750000025
其中,
Figure FDA0003712473750000026
为线路正序电流,
Isgzd为相电流数字过流整定值,按躲过额定电流整定,
Idgsn为线路所接分布式电源容量和的最大值,
Figure FDA0003712473750000027
为母线正序电压,
UN为母线额定电压。
6.根据权利要求3中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述零序电流数字过流判据为:
Figure FDA0003712473750000031
其中,
Figure FDA0003712473750000032
为线路零序电流,
I0zd为零序电流数字过流整定值,取值为线路末端的零序电流过流整定值,
Figure FDA0003712473750000033
为母线零序电压。
7.根据权利要求1中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述步骤2中还包括:
当所述配电网线路的本侧中任意一幅值判据或启动判据不满足时,所述配电网线路的本侧向所述配电网线路的对侧发送无过流信号;
当所述配电网线路的本侧中任意数字过流判据全部满足时,所述配电网线路的本侧向所述配电网线路的对侧发送相应的数字过流信号;
所述配电网线路基于所述无过流信号和相应的数字过流信号判断故障类型,并完成数字过流保护动作。
8.根据权利要求3中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
对于相电流数字过流判据、正序电流数字过流判据或零序电流数字过流判据中的一种或多种,当本侧节点的保护线路正常运行时:
若所述配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧无过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;
若所述配电网线路本侧发出数字过流信号,并接收到对侧数字过流信号时,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;
若所述配电网线路本侧发出无过流信号,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
9.根据权利要求3中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
对于低电压数字过流判据,当本侧节点的保护线路正常运行时:若所述配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;
若所述配电网线路本侧数字过流判据满足,并接收到对侧无过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作;
若所述配电网线路接收到对侧数字过流信号,则判定配电网线路本侧数字过流保护动作。
10.根据权利要求1中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述数字过流保护为经过延时后跳开断路器。
11.根据权利要求1中所述的一种基于对端多类型数字过流信号的配电网线路保护方法,其特征在于:
所述方法还包括:
步骤3,待数字过流保护动作后,所述配电网线路中的每一侧以固定间隔向对侧发送保护通道监视信号,以获取保护通道的运行状态;
当识别到所述保护通道状态异常时,闭锁所述数字过流保护。
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