CN113241855A - 一种配电网站域式快速保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种配电网站域式快速保护系统及方法，系统包括：站域式保护装置、馈线终端、交换机；站域式保护装置通过交换机与馈线终端相连；站域式保护装置和馈线终端均遵循IEC61850标准；馈线终端用于采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；并根据保护指令对出线开关和馈线开关进行控制；交换机用于根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据优先级控制馈线终端与站域式保护装置的数据交互；站域式保护装置用于对馈线进行拓扑动态识别，同时根据运行信息和故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到馈线终端。解决了现有技术不能同时兼顾响应速度快且运维工作量少的问题。

Description

一种配电网站域式快速保护系统及方法
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种配电网站域式快速保护系统及方法。
背景技术
随着配电网发展，其组成结构更加多样、运行方式灵活多变。在面对城市配电网多电源闭环运行等双向潮流识别需求时，在网络自愈能力提高导致系统运行方式灵活多变的情况下，继电保护实施、辨识更加困难，导致配电网不能很好地接纳不同运行方式。随着电网网络通信及保护与控制二次设备处理能力的提高，基于网络通信平台的配电网保护技术可以优化保护系统架构，提升保护性能，简化保护系统设计，降低设备投入、施工维护等成本，是解决配电网保护问题的一种有效手段。
目前提出的基于网络化通信的保护方式有基于主站的集中控制方式和基于终端之间对等交换实时数据的智能分布式控制方式两种。采用主站集中控制模式，控制主站获取全面的配电网运行和故障信息，能够优化控制性能，但信息需要在站点与主站之间来回传递，参与环节多，响应速度慢，对通信网依赖大，使得对于一些重要的敏感负荷会造成严重的经济损失和不良社会影响。而采用点对点对等交换实时数据的智能分布式控制技术，虽然可以利用多个站点的测量信息提高保护控制性能，避免了主站集中控制带来的通信与数据处理延时长的问题，但分布式控制方式要求终端装置具有较强的实时处理能力，对于运行方式变化频繁的配电网络，智能终端配置需手动更新，费时费力，导致运维工作量较大。
因此，如何提供一种响应速度快且工作量少的配电网站域式快速保护系统是本领域技术人员亟待解决的。
发明内容
本申请提供了一种配电网站域式快速保护系统及方法，用于解决现有技术不能同时兼顾响应速度快且工作量少的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种配电网站域式快速保护系统，所述系统包括：
站域式保护装置、馈线终端、交换机；所述站域式保护装置通过所述交换机与所述馈线终端相连；所述站域式保护装置和所述馈线终端均遵循IEC61850标准；
所述馈线终端用于：采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到所述站域式保护装置；并根据所述保护指令对出线开关和馈线开关进行控制；
所述交换机用于：根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据所述优先级控制所述馈线终端与所述站域式保护装置的数据交互；
所述站域式保护装置用于：对馈线进行拓扑动态识别，同时根据所述运行信息和所述故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到所述馈线终端。
可选地，所述站域式保护装置分别设有第一通讯板、第二通讯板、第三通讯板；
所述第一通讯板通过第一信道与站外终端设备的第一端相连，所述第一信道通过GOOSE协议使得所述站域式保护装置与所述站外终端设备进行所述故障信息和跳合闸信息的传输；
所述第二通讯板通过第二信道与所述站外终端设备的第二端相连，所述第二信道通过MQTT协议使得所述站域式保护装置与所述站外终端设备进行所述运行信息、所述开关量信息和配置文件的传输；
所述第三通讯板通过第三信道与主站系统相连，所述第三信道通过IEC60870-5-104协议使得所述站域式保护装置与所述主站系统进行拓扑信息、保护动作信息、历史数据及远方定值的传输。
可选地，所述站域式保护装置，还用于：接收配电终端发送的注册信息，根据注册信息识别所述配电终端的身份状态，并将所述身份状态发送到主站系统。
可选地，所述采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到所述站域式保护装置，具体包括：
采集站外馈线的电气量信息和所述开关量信息，实时发送所述开关量信息和所述故障信息到所述站域式保护装置，并在预置时间发送所述运行信息到所述站域式保护装置。
可选地，所述对馈线进行拓扑动态识别，具体包括：解析主站系统发送的拓扑文件得到保护应用拓扑，根据所述保护应用拓扑对馈线进行拓扑动态识别。
可选地，还包括：所述交换机为智能光纤交换机。
可选地，所述馈线终端的馈线本地保护为阶段式电流保护和零序电流保护。
可选地，所述站域式保护装置的电流回路与出线保护电流回路串联；所述站域式保护装置的电压回路与出线保护电压回路并联；所述站域式保护装置的控制回路与保护回路并联。
可选地，所述站域式保护装置与主站系统之间通过高速光纤网络通信。
本申请第二方面提供一种配电网站域式快速保护方法，应用于上述第一方面中的任意一种配电网站域式快速保护系统，所述方法包括：
馈线终端采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；
站域式保护装置对馈线进行拓扑动态识别，同时根据所述运行信息和所述故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到所述馈线终端；
馈线终端根据所述保护指令对出线开关和馈线开关进行控制。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种配电网站域式快速保护系统，包括：站域式保护装置、馈线终端、交换机；站域式保护装置通过交换机与馈线终端相连；站域式保护装置和馈线终端均遵循IEC61850标准；馈线终端用于：采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；并根据保护指令对出线开关和馈线开关进行控制；交换机用于，根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据优先级控制馈线终端与站域式保护装置的数据交互；站域式保护装置用于：对馈线进行拓扑动态识别，同时根据运行信息和故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到馈线终端。
本申请的配电网站域式快速保护系统，基于时间明晰网络的站域式快速保护系统基于IEC61850标准，利用高速通信网络获取变电站站内各出线和站外各馈线的电气量、故障信号和开关量等信息，解析实时网络拓扑，使得站域式保护装置对站内与站外馈线故障能够进行准确定位，整条线路达到毫秒级内快速切除故障。并且本申请利用网络信息共享实现集中式优化决策的站域保护系统，使得信息集中处理，拓扑集中分析，策略集中决策，克服主站集中控制响应速度慢和分布式控制实用性较弱的缺点，实现毫秒级的快速保护与控制功能，解决了配电网保护速动性与选择性的矛盾，提高了供电可靠性，减少了运维工作量。从而解决了现有技术不能同时兼顾响应速度快且运维工作量少的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护系统的结构图；
图2为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护二次系统的拓扑图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护系统的结构图。
本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护系统，包括：
站域式保护装置、馈线终端、交换机；站域式保护装置通过交换机与馈线终端相连；站域式保护装置和馈线终端均遵循IEC61850标准。
需要说明的是，站域式保护装置设置在变电站层、馈线终端设置在终端层；本申请的站域式保护系统遵循分层分布式结构，在系统层次上分为主站层、变电站层和终端层3层结构。为了减少配置与维护工作量，实现自动化设备之间的互通互联、即插即用，站域式保护装置和馈线终端遵循IEC61850标准，具备自描述、自发现和即插即用功能。可以理解的是，整个站域式保护系统遵循IEC61850标准。与传统的通信协议体系相比有突出的特点：1)使用分布、分层体系；2)使用面向对象的建模技术；3)采用抽象通信服务接口和特定服务映射，实现服务与映射分离；4)设备的自描述功能，提高了互操作性；5)开放的体系结构。
馈线终端用于：采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；并根据保护指令对出线开关和馈线开关进行控制。
需要说明的是，馈线终端采集站外馈线电气量信息和开关量状态信息，并实时上传故障信息和开关量状态信息到站域式保护装置，且定期上传运行数据到站域式保护装置，并根据保护指令对出线开关和馈线开关进行控制。集参数采集与测量、保护、智能控制和通信等多功能于一体，具备多种方式的通信接口和多种标准通信规约，具有遥信、遥测和遥控功能。
交换机用于：根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据优先级控制馈线终端与站域式保护装置的数据交互。
需要说明的是，由于不同类型的传输数据对于实时性、可靠性、传输速度等的要求不同，因此本申请根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据优先级控制馈线终端与站域式保护装置的数据交互。
站域式保护装置用于：对馈线进行拓扑动态识别，同时根据运行信息和故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到馈线终端。
需要说明的是，站域式保护装置通过解析主站下发拓扑文件并拆解出保护应用拓扑，实现馈线拓扑动态识别，同时根据终端上送的馈线多测点故障信息和采集到的站内出线开关状态及电气量信息，利用高容错性集中式保护算法，在变电站内集中最优决策，实现站外主干和分支线路及站内各出线的快速保护，作为馈线主保护。线路相间故障后，在网络拓扑确定的情况下，站域式保护装置根据相邻线路中有无过电流或故障方向等信息实现故障定位，原理简单，实现容易；针对接地故障，根据零序电流或零序功率方向实现故障精确定位。
本申请的配电网站域式快速保护系统，基于时间明晰网络的站域式快速保护系统基于IEC61850标准，利用高速通信网络获取变电站站内各出线和站外各馈线的电气量、故障信号和开关量等信息，解析实时网络拓扑，使得站域式保护装置对站内与站外馈线故障能够进行准确定位，整条线路达到毫秒级内快速切除故障。并且本申请利用网络信息共享实现集中式优化决策的站域保护系统，解决了配电网保护速动性与选择性的矛盾，提高了供电可靠性，减少了运维工作量。从而解决了现有技术不能同时兼顾响应速度快且运维工作量少的技术问题。
在一个可选的实施方式中，本申请的站域式保护装置分别设有第一通讯板、第二通讯板、第三通讯板。
请参阅图2，图2为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护二次系统的拓扑图。
需要说明的是，站域式保护系统信息交互复杂，信息量、信息模型和信息传输速度有所不同，同时所在通信网以及功能也有一定差异，因此根据不同的通信需求设计了站域式保护二次系统。通过图2可以看到，本申请在站域式保护装置设置了三个通讯板，这三个通讯板分别对应配网主站、MQTT通道以及快速通道，从而做到通信网络的物理隔离。在数据安全层面，MQTT和GOOSE协议一方面会由通信模块提供安全认证；另一方面会通过语义安全的方式判断是否跳闸，尽量减少装置遭受非法攻击的可能。
具体的：
第一通讯板通过第一信道与站外终端设备的第一端相连，第一信道通过GOOSE协议使得站域式保护装置与站外终端设备进行故障信息和跳合闸信息的传输。
需要说明的是，第一信道用于：站域式保护装置与站外终端设备交互的配电线路故障信息与跳合闸信息，这类数据对传输速度和可靠性要求较高，因此利用IEC61850快速报文传输机制GOOSE进行传输。
第二通讯板通过第二信道与站外终端设备的第二端相连，第二信道通过MQTT协议使得站域式保护装置与站外终端设备进行运行信息、开关量信息和配置文件的传输。
需要说明的是，第二信道用于：站域式保护装置与站外终端设备定期交互的配电线路运行信息、开关量信息及相关配置文件，这类数据对实时性要求相对不高，但数据量较大，因此利用互联网通用的传输容量大的MQTT进行传输。
第三通讯板通过第三信道与主站系统相连，第三信道通过IEC60870-5-104协议使得站域式保护装置与主站系统进行拓扑信息、保护动作信息、历史数据及远方定值的传输。
需要说明的是，第三信道用于：站域式保护装置与主站系统之间交互的拓扑信息、保护动作信息、历史数据及远方定值等数据、站外终端设备与主站之间交互的配电自动化相关数据，因此利用配电网自动化主站系统和配电自动化终端之间的数据传输协议IEC60870-5-104进行传输。
进一步地，为保证主站系统网络安全，与主站通信的第三信道数据网与保护数据网实现物理隔离，工程应用中采用不同纤芯进行数据通信。而第一信道和第二信道的保护数据在同一网络中利用不同通信信道传输，其经过交换机时优先传输快速数据来确保实时数据的快速传输。
在一个可选的实施方式中，本申请的站域式保护装置，还用于：接收配电终端发送的注册信息，根据注册信息识别配电终端的身份状态，并将身份状态发送到主站系统。
需要说明的是，本实施例的站域式保护装置的作用即上述实施例中的即插即用功能，即插即用可简单描述为：配电终端上电后向站域式保护装置发送注册信息，站域式保护装置识别已安装的配电终端或发现新的配电终端，若站域式保护装置保存的终端版本信息与注册终端信息不一致，则上传模型不一致告警信息到主站；若站域式保护装置中没有该终端信息，则通过状态反馈通知主站。
其中，主站层与变电站自动化系统的站控层主站类似，是配网自动化的核心和大脑，从整体上实现了对配电区域多个变电站的监视和控制、故障定位、隔离与恢复供电。主站层通过前置机实现了对大量终端设备和站域式保护装置的数据接入和管理。
在一个可选的实施方式中，本申请的交换机为智能光纤交换机。
需要说明的，快速可靠的通信技术是实现站域式快速保护的前提。因此本实施例利用新型智能光纤交换机，每一跳交换设备传输时延小于3us，整体传输时延小于2ms(300台交换机的规模仍能满足时延要求)的实时数据交互，并利用数据冗余技术，实现高快速可靠性的数据通信，基于此实现配电线路的集中快速保护，保护速度可达到毫秒级。
在一个可选的实施方式中，本申请的馈线终端的馈线本地保护为阶段式电流保护和零序电流保护。
需要说明的是，为避免重复投资，馈线终端除满足站域式保护需要功能外，还具备本地继电保护和馈线自动化功能。因此，本实施例馈线终端的馈线本地保护采用阶段式电流保护和零序电流保护，主干线路和分支线路上动作时限长，通常大于0.3s，灵敏度低。进一步地，作为线路后备保护，站域式保护装置控制回路与原保护回路并联控制馈线开关。常用的本地出线保护采用II段电流保护，时间通常超过0.1s，可作为出线后备保护，与站域式保护相配合。
在一个可选的实施方式中，本申请的站域式保护装置的电流回路与出线保护电流回路串联；站域式保护装置的电压回路与出线保护电压回路并联；站域式保护装置的控制回路与保护回路并联。
需要说明的是，站域式保护装置的电流回路与原出线保护电流回路串联；电压回路与原保护并联；控制回路与原保护回路并联；信号回路采集原高压开关备用节点。后备保护亦可在通信网络中断、站域保护失效后，可靠切除故障。
在一个可选的实施方式中，本申请的站域式保护装置与主站系统之间通过高速光纤网络通信。
需要说明的是，为保证站域式保护装置与主站系统之间的通信满足变电站与主站间的高安全性和可靠性的通信要求，本申请的站域式保护装置与主站系统之间通过高速光纤网络通信。
以上为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护系统的实施例，以下为本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护方法的实施例。
本申请实施例中提供的一种配电网站域式快速保护方法，包括：
馈线终端采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；
站域式保护装置对馈线进行拓扑动态识别，同时根据运行信息和故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到馈线终端；
馈线终端根据保护指令对出线开关和馈线开关进行控制。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于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：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种配电网站域式快速保护系统，其特征在于，包括：站域式保护装置、馈线终端、交换机；所述站域式保护装置通过所述交换机与所述馈线终端相连；所述站域式保护装置和所述馈线终端均遵循IEC61850标准；
所述馈线终端用于：采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到所述站域式保护装置；并根据所述保护指令对出线开关和馈线开关进行控制；
所述交换机用于：根据传输数据的类型设置传输优先级，并根据所述优先级控制所述馈线终端与所述站域式保护装置的数据交互；
所述站域式保护装置用于：对馈线进行拓扑动态识别，同时根据所述运行信息和所述故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到所述馈线终端。
2.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述站域式保护装置分别设有第一通讯板、第二通讯板、第三通讯板；
所述第一通讯板通过第一信道与站外终端设备的第一端相连，所述第一信道通过GOOSE协议使得所述站域式保护装置与所述站外终端设备进行所述故障信息和跳合闸信息的传输；
所述第二通讯板通过第二信道与所述站外终端设备的第二端相连，所述第二信道通过MQTT协议使得所述站域式保护装置与所述站外终端设备进行所述运行信息、所述开关量信息和配置文件的传输；
所述第三通讯板通过第三信道与主站系统相连，所述第三信道通过IEC60870-5-104协议使得所述站域式保护装置与所述主站系统进行拓扑信息、保护动作信息、历史数据及远方定值的传输。
3.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述站域式保护装置，还用于：接收配电终端发送的注册信息，根据注册信息识别所述配电终端的身份状态，并将所述身份状态发送到主站系统。
4.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到所述站域式保护装置，具体包括：
采集站外馈线的电气量信息和所述开关量信息，实时发送所述开关量信息和所述故障信息到所述站域式保护装置，并在预置时间发送所述运行信息到所述站域式保护装置。
5.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述对馈线进行拓扑动态识别，具体包括：解析主站系统发送的拓扑文件得到保护应用拓扑，根据所述保护应用拓扑对馈线进行拓扑动态识别。
6.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，还包括：所述交换机为智能光纤交换机。
7.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述馈线终端的馈线本地保护为阶段式电流保护和零序电流保护。
8.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述站域式保护装置的电流回路与出线保护电流回路串联；所述站域式保护装置的电压回路与出线保护电压回路并联；所述站域式保护装置的控制回路与保护回路并联。
9.根据权利要求1所述的配电网站域式快速保护系统，其特征在于，所述站域式保护装置与主站系统之间通过高速光纤网络通信。
10.一种配电网站域式快速保护方法，其特征在于，应用于权利要求1-9中任意一种配电网站域式快速保护系统，方法包括:
馈线终端采集并发送站外馈线的故障信息、开关量信息、运行信息到站域式保护装置；
站域式保护装置对馈线进行拓扑动态识别，同时根据所述运行信息和所述故障信息通过高容错性集中式保护算法，生成保护指令发送到所述馈线终端；
馈线终端根据所述保护指令对出线开关和馈线开关进行控制。
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