CN114400636A - 一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统及方法，包括主机以及分别与主机无线通信相连的断路器从机和负荷开关从机；主机用于连接干线区域；断路器从机用于连接断路器支线区域；负荷开关从机用于连接负荷开关支线区域；主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域，进而通过主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。本发明能干实现配电网线路故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复，能有效解决大量分布式新能源并网造成的现有配电网保护不适用的问题。

Description

一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统及方法

技术领域

本发明属于继电保护技术领域，具体涉及一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统及方法。

背景技术

伴随新能源发电项目的大量兴起，新能源接入及消纳问题日益突出，大量配电网线路无法实现新能源项目专线并网接入，在风、光等新能源资源丰富的地区，普遍存在多个新能源发电项目T接于同一条配电网线路而形成分布式电源网络的情况，导致配电网线路结构由单端电源供电形式转变为多电源供电模式。现有配电网线路大多采用过流保护作为主保护，具有原理简单、保护功能不依赖通信通道、投资少等优点，适用于单端电源配电网络。当配电网中大量接入分布式电源时，多电源供电模式将改变故障时短路电流的幅值和分布特征，不仅为定值整定带来较大困难，同时存在新能源及负荷支路无选择性切除、非故障区域难于有效恢复、分布式电源厂站带部分用户供电的孤岛效应等问题，严重影响电网供电可靠性。基于光纤通道的纵联差动线路保护具有具有动作速度快、可靠性高、精确故障定位等优点，适用于两端或三端线路的主保护，但大量接入分布式电源的配电网线路网络拓扑结构复杂，光纤差动保护难于满足区域内多条新能源及负荷分支线路的配电网需求，同时光纤的大量敷设也增加了投资成本。基于无线通信的纵联差动线路保护适用于多端线路的应用场景，但由于现有无线通道质量难以满足线路差动保护需求、多端差动保护逻辑实现复杂等原因，该类型保护应用于多电源的配电网络还存在诸多困难。

综上所述，现有保护装置难于应对由于大量分布式电源接入而导致配电网结构由单电源供电模式变成多电源供电模式的新形势，为解决分布式新能源项目大量并网与保障电网供电安全、提高电能质量、降低电网投资之间的矛盾，推动电网新能源项目建设迈向新的台阶，亟需提供更为合理的解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统及方法，采用无线通信方式实现各侧区域保护控制装置信息交互，综合配电网干线及支线区域保护装置的故障判别信息定位故障区域，实现配电网线路故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复，能有效解决大量分布式新能源并网造成的现有配电网保护不适用的问题。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，包括：主机，以及分别与主机无线通信相连的断路器从机和负荷开关从机；

所述主机用于连接干线区域，所述干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；

所述断路器从机用于连接断路器支线区域，所述断路器支线区域包括所有分布式电源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；

所述负荷开关从机用于连接负荷开关支线区域，所述负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路；

所述主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域，进而通过主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

可选地，主机定位故障区域的方法包括：

当主判据满足且辅助判据1、2均不满足时，主机判定干线区域故障；

当主判据和辅助判据1均满足、辅助判据2不满足时，主机判定断路器支线区域故障；当主判据和辅助判据2均满足、辅助判据1不满足时，主机判定负荷开关支线区域故障；

当主判据满足且辅助判据1、2均满足时，主机判定断路器支线及负荷开关支线均有故障；

所述主判据为：是否满足纵联方向过流保护正方向及过流条件；

所述辅助判据1为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过断路器从机闭锁信号；

所述辅助判据2为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过负荷开关从机远跳信号。

可选地，针对干线区域故障，主机纵联方向过流联跳保护方向及过流条件均满足后，经延时T1动作跳干线断路器，并通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器从机收到主机联跳命令信号后跳对应的断路器支线，并将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机判别干线断路器跳开且收到全部断路器支线跳开状态信号后进行重合判别，经延时T2重合干线断路器，经延时T3触发纵联重合闸动作；若干线断路器重合于永久性故障，则主机纵联方向过流联跳保护加速永跳干线断路器，并闭锁纵联重合闸；若干线断路器重合于瞬时性故障，经延时T3触发纵联重合闸动作后，主机发送纵联重合闸命令至至各断路器支线从机，若满足合闸条件，则断路器支线重合，配电网线路恢复正常运行状态。

可选地，所述延时T1由主机自动生成并动态调整，生成及调整方法包括：

针对与每个从机的无线通信链路，主机通过免整定方式自动生成n个延时T11，T12…T1n，n为从机数量，并根据T＝Max{T11，T12…T1n}，计算出T；

主、从机上电且建立通信联系后，通过上述方式进行多次测算后求取T的最大值Tmax，则主机纵联方向过流联跳保护动作延时T1自动取值为：T1＝k*Tmax，k为可靠系数；

主机通过实时计算获得T值，并与T1进行比较，根据比较结果确定是否对T1进行动态调整，调整原则为：

通信正常情况下，如果连续出现3次以上T>T1的情况，则按最新出现的最大的T动态调整T1；

如果一段时间t内，T值持续小于k1*T1，则按该时间段内T值的最大值动态调整T1，k1为可靠系数。

可选地，T11，T12…T1n的计算公式为：

T1x＝t1x+t2x+t3x；

其中，t1x、t2x、t3x按如下方式取值：

t1x为故障初始时刻至从机x纵联方向过流闭锁式保护判别满足过流及方向元件的时间；

t2x为从机x纵联方向过流闭锁式保护动作延时T2；

t3x为从机x发送报文至主机接收处理的延时，主机通过测算通信报文时间的方式确定该延时，t3x＝Td2+(tm3-tm2)，tm3和tm2均为主机的时刻标签，Td2＝k1*Td，k1为接收延时取值系数，Td＝(tm2-tm1)-(ts2-ts1)，ts1从机接收主机发送的数据帧后标记接收时刻；ts2为从机在程序执行周期将发往主机的通信为报文标记发送时刻。

可选地，所述延时T3的计算公式为：

T3＝T2+T31

其中：T31按重合加速开放时间最大值取值，T2为经整定的干线重合闸延时。

可选地，主机未收到任一从机发送的闭锁信号，在纵联方向过流联跳保护满足方向及过流条件至满足动作延时T1期间，若与任一从机的无线通道持续无数据接收，则闭锁主机纵联方向过流联跳保护出口，待通道有数据接收且无闭锁信号时开放纵联方向过流联跳保护出口。

可选地，断路器从机定位故障区域的方法包括：

任意断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足动作条件后，确认故障区域在本断路器支线，同时向主机发送闭锁信号，用于辅助主机定位故障区域。

可选地，针对断路器支线区域故障，对应支线的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足方向及过流条件后，经延时T4动作跳相应支线断路器，同时通过无线通道发送闭锁信号至主机，主机收到该闭锁信号后自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T5；断路器从机切除故障后进行馈线重合闸判别，若满足断路器支线重合条件，则经延时T6重合断路器支线；若重合于永久性故障，则对应的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护永跳故障支线并闭锁重合闸，同时发送闭锁信号闭锁主机纵联方向过流联跳保护；若重合于瞬时性故障，则配电网线路恢复正常运行状态。

可选地，所述延时T5的计算公式为：

T5＝T1+T51

其中，T51主机收到从机闭锁信号后纵联过流联跳保护动作延时调整幅度。

可选地，负荷开关从机识别故障区域的方法包括：

任意负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足动作条件后，确认故障区域在本负荷开关支线，同时向主机发送远跳信号，用于辅助主机定位故障区域。

可选地，针对负荷开关支线区域故障，对应支线的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足方向及过流条件后经延时T7动作，该动作信号不用于跳负荷开关，而是通过无线通道向主机发送纵联远跳信号，若主机收到纵联远跳信号，且主机纵联方向过流联跳保护同时满足方向及过流条件但不满足动作延时T1时，纵联方向过流联跳保护加速跳闸，跳主干线路的同时通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器分支线路跳开后将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机收到所有断路器分支线路跳开状态信号且判别主干线路处于跳开状态时进行重合判别，按延时T2重合干线断路器，按延时T3触发纵联重合闸动作；若干线断路器重合于瞬时性故障，则主机经延时T3向各断路器从机发送纵联重合闸命令信号，若干线断路器重合于永久性故障，故障分支的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护动作后，加速主机纵联方向过流联跳保护跳主干线路；主机将干线跳开后通过无线通道向故障的负荷分支线路从机发送主干线路跳开状态信号；故障的负荷分支线路判别收到主干线路跳开状态信号，且检测到本支线电流小于负荷开关开断能力时，发送跳闸信号切除负荷开关，并将本负荷开关跳开状态通过无线通道发送至主机；主机收到故障负荷开关跳开状态后再次进行重合闸判别，经延时T2重合干线断路器，经延时T3触发纵联重合闸动作，主机发送纵联重合闸命令至各断路器从机，若满足合闸条件，则断路器支线重合；除故障的负荷开关支线外，配电网线路干线及其它支线均恢复正常运行状态。

可选地，当主机判别与某一从机通信中断后，主机自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T8，T8自适应取值方式如下：

T8＝T1+T81

其中，T81为主机纵联方向过流联跳保护在与某一从机通信中断时动作延时调整幅度。

可选地，断路器从机纵联方向过流闭锁式保护除具有一段正方向保护外，同时配置一段反方向保护；所述反方向保护指向主干线路，动作延时可经整定，且仅当断路器从机判别与主机通道中断时自动投入使用。

可选地，主机、断路器从机、负荷开关从机均采用相同的软、硬件配置，根据解析无线网络配置文件自适应装置类型，无线网络配置文件通过如下方式自动生成：

1)主、从机均提供本机IP地址及无线网络拓扑表整定界面，其中，无线网络拓扑表包括：主机IP地址及主干线路名称、断路器从机IP地址及断路器支线名称、负荷开关IP地址及负荷开关支线名称；

2)主机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本线路所有断路器从机IP地址及相应断路器支线名称、本线路所有负荷开关IP地址及相应负荷开关支线名称；断路器从机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本断路器从机IP地址及断路器支线名称，其余IP地址及线路名称为空；负荷开关从机需整定本机IP地址及无线网络拓扑表中的主机IP地址、本负荷开关从机IP地址及负荷开关支线名称，其余IP地址及线路名称为空；

3)主、从机整定相关IP地址及线路名称后，装置中即可自动生成相应的无线网络配置文件；无线网络配置文件生成后，主、从机均通过匹配本机IP地址与无线网络拓扑地址表中IP地址的方式识别本机类型，如果出现本机IP地址在网络拓扑IP地址表中搜索不到或出现多个相同IP地址的情况，装置将自动报出告警信息。

可选地，主机、断路器从机、负荷开关从机自适应装置类型后，将根据无线网络配置文件图形化展示网络拓扑于装置人机界面；主机显示完整的网络拓扑，从机仅显示本机与主机网络拓扑；网络拓扑中同时显示主、从机IP地址、线路名称、通道状态、通道交互信息、无线信号强度。

第二方面，本发明提供了一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护方法，包括：

将主机连接至干线区域，所述干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；

将断路器从机连接至断路器支线区域，所述断路器支线区域包括所有分布式电源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；

将负荷开关从机连接至负荷开关支线区域，所述负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路；

利用主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域；

利用主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明适用于大量分布式电源接入的配电网多端线路，采用无线通信方式实现各侧区域保护控制装置信息交互，综合配电网干线及支线区域保护装置的故障判别信息定位故障区域，实现配电网线路故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复，能有效解决大量分布式新能源并网造成的现有配电网线路保护各端保护难于配合、定值难于整定等问题，为提高电力系统可靠性及无线通信技术在保护控制业务中的推广提供了重要支撑。

本发明无线区域保护控制系统综合配电网干线及各支线区域主、从机保护装置的故障判别信息可精准定位故障区域，实现配电网线路故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复，可有效避免新能源支路孤岛运行情况的发生。

本发明采用无线通信技术承载保护控制装置信息传输通道，可有效实现配电网线路各端信息的交互，提高故障判别可靠性的同时降低了网络建设成本，为无线通信技术在保护控制业务中的技术推广提供了有力支撑。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的分布式电源接入区域保护系统的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的主干线路区域故障处理流程图；

图3是本发明一种实施例的断路器支线区域故障处理流程图；

图4是本发明一种实施例的负荷开关支线区域故障处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

将分布式电源接入后形成的配电网多端线路按断路器及负荷开关为分界点进行区域划分，具体包括：干线区域、断路器支线区域和负荷开关支线区域。干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；断路器支线区域包括所有新能源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路。在具体实施过程中，主机、断路器从机、负荷开关从机间用于互传信号的无线通道可以选择5G或4G无线通道，主、从机自身集成5G或4G无线通信模组，通过5G或4G网络设备实现无线数据交互；当主、从机集成5G通信模组时，主、从机具备接收5G网络授时的能力。在具体实施过程中，还可以选择其他形式的无线通道，具体根据实际需求进行设置即可。

本发明实施例中提供了一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护控制系统，包括无线区域保护控制系统由无线区域保护控制主机(以下简称主机)、无线区域保护控制断路器从机(以下简称断路器从机)和无线区域保护控制负荷开关从机(以下简称负荷开关从机)；主机与断路器从机及负荷开关从机间采用无线通信方式进行信息交互；断路器从机与负荷开关从机间无通信联系；

所述主机连接至干线区域干线区域，所述断路器从机连接至断路器支线区域，所述负荷开关从机连接至负荷开关支线区域；主机及各从机的具体配置原则为：干线区域在接入系统侧配置主机；断路器支线区域按断路器配置断路器从机；负荷开关支线区域按负荷开关配置负荷开关从机；

所述主机配置纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能；各断路器从机分别配置纵联方向过流闭锁式保护及馈线重合闸功能；各负荷开关从机分别配置纵联方向过流远跳保护。主机纵联方向过流联跳保护正方向为母线指向线路；断路器从机纵联方向过流闭锁式保护和负荷开关从机纵联方向过流远跳保护正方向均指向对应的分支线路；

所述主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域，进而通过主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，主机定位故障区域的方法是主机通过主、辅判据结合的方式判定故障区域。

其中：主判据为：是否满足纵联方向过流保护正方向及过流条件；

辅助判据1为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过断路器从机闭锁信号；

辅助判据2为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过负荷开关从机远跳信号；

当主判据满足且辅助判据1、2均不满足时，主机判定干线区域故障；当主判据和辅助判据1均满足、辅助判据2不满足时，主机判定断路器支线区域故障；当主判据和辅助判据2均满足、辅助判据1不满足时，主机判定负荷开关支线区域故障；当主判据满足且辅助判据1、2均满足时，判定断路器支线及负荷开关支线均有故障。无线区域保护控制系统断路器从机判定故障区域的方法为：任意断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足动作条件后确认故障区域在本断路器支线，同时向主机发送闭锁信号，用于辅助主机判定故障区域。无线区域保护控制系统负荷开关从机判定故障区域的方法为：任意负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足动作条件后确认故障区域在本负荷开关支线，同时向主机发送远跳信号，用于辅助主机判定故障区域。

针对干线区域故障，如图2所示，处理措施为：主机纵联方向过流联跳保护方向及过流条件均满足后开始进行计时，当计时时间t1满足t1≥T1时，主机纵联方向过流联跳保护动作跳干线断路器，并通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器从机收到主机联跳命令信号后跳对应的断路器支线，并将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机判别干线断路器跳开且收到全部断路器支线跳开状态信号后，启动纵联重合闸并按主机程序执行周期Δt2对纵联重合闸计时器t2进行累加计时，当计时时间t2满足t2≥T2时，主机重合干线断路器，并对干线断路器是否于重合于永久性故障进行判别：若重合于永久性故障，则主机通过纵联方向过流联跳保护加速永跳干线断路器，并闭锁纵联重合闸；若干线断路器重合于瞬时性故障，则纵联重合闸计时器t2继续进行累加计时，当计时时间t2≥T3时，主机纵联重合闸动作，发送纵联重合闸命令至至各断路器支线从机并将t2清0，断路器从机收到主机纵联重合闸动作信号后，重合各断路器支线，配电网线路恢复正常运行状态。

针对断路器支线区域故障，如图3所示，处理措施为：对应支线的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足方向及过流条件后开始进行计时，当计时时间t4满足t4≥T4且主机纵联方向过流联跳保护方向和过流满足时间t1<T1时，断路器从机纵联方向过流闭锁式保护动作跳相应支线断路器，同时通过无线通道发送闭锁信号至主机，主机收到该闭锁信号后自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T5；断路器从机切除故障后进行馈线重合闸判别，若满足断路器支线重合条件则启动馈线重合闸，并按从机程序执行周期Δt对重合闸计时器t6进行累加计时，当计时时间t6满足t6≥T6时，重合断路器支线并将t6清0；若重合于永久性故障，则对应的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护永跳故障支线并闭锁重合闸，同时发送闭锁信号闭锁主机纵联方向过流联跳保护；若重合于瞬时性故障，则配电网线路恢复正常运行状态。

针对负荷开关支线区域故障，如图4所示，处理措施为：对应支线的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足方向及过流条件后开始进行计时，当计时时间t7≥T7时，负荷开关从机纵联方向过流远跳保护动作，该动作信号不用于跳负荷开关，而是通过无线通道向主机发送纵联远跳信号，若主机收到纵联远跳信号，且主机纵联方向过流联跳保护同时满足方向及过流条件的计时时间t1<T1时，纵联方向过流联跳保护加速跳闸，跳主干线路的同时通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器分支线路跳开后将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机收到所有断路器分支线路跳开状态信号且判别主干线路处于跳开状态时，启动纵联重合闸并按主机程序执行周期Δt2对纵联重合闸计时器t2进行累加计时，当计时时间t2满足t2≥T2时，主机重合干线断路器，并对干线断路器是否于重合于永久性故障进行判别：若干线断路器重合于瞬时性故障，则纵联重合闸计时器t2继续进行累加计时，当计时时间t2≥T3时，主机纵联重合闸动作，向各断路器从机发送纵联重合闸命令信号，并将t2清0，断路器从机收到主机纵联重合闸动作信号后，重合各断路器支线，配电网线路恢复正常运行状态；若干线断路器重合于永久性故障，故障分支的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护动作后，主机纵联方向过流联跳保护加速跳主干线路，并将t2清0；主机将干线跳开后通过无线通道向故障的负荷分支线路从机发送主干线路跳开状态信号；故障的负荷分支线路判别收到主干线路跳开状态信号，且检测到本支线电流小于负荷开关开断能力时，发送跳闸信号切除负荷开关，并将本负荷开关跳开状态通过无线通道发送至主机；主机收到故障负荷开关跳开状态后启动纵联重合闸二次判别，并按主机程序执行周期Δt2对纵联重合闸计时器t2进行累加计时，当计时时间t2满足t2≥T2时，主机重合干线断路器，并对干线断路器是否于重合于永久性故障进行判别：若重合于永久性故障，则主机将t2清0，通过纵联方向过流联跳保护加速永跳干线断路器，,并闭锁纵联重合闸；若干线断路器重合于瞬时性故障，则纵联重合闸计时器t2继续进行累加计时，当计时时间t2≥T3时，主机纵联重合闸动作，发送纵联重合闸命令至至各断路器支线从机，并将t2清0，断路器从机收到主机纵联重合闸动作信号后，重合各断路器支线，除故障的负荷开关支线外，配电网线路干线及其它支线均恢复正常运行状态。

本发明实施例中，主机纵联方向过流联跳保护动作延时T1采用免整定方式，由主机自动生成并动态调整。具体生成方式为：针对与每个从机的无线通信链路，主机通过免整定方式自动生成n(n为从机数量)个延时T11，T12…T1n，假设T为其中的最大值，则T取值为：

T＝Max{T11，T12…T1n}；

其中，Max{}为取最大值函数；

以T1x为例(1≤x≤n)，T11，T12…T1n的自动生成方式如下：

T1x＝t1x+t2x+t3x；

其中，t1x、t2x、t3x按如下方式取值：

1)t1x为故障初始时刻至从机x纵联方向过流闭锁式保护判别满足过流及方向元件的时间，一般取值为20ms。

2)t2x为从机x纵联方向过流闭锁式保护动作延时T2，该延时为从机整定延时，主机通过无线通道获取该延时。

3)t3x为从机x发送报文至主机接收处理的延时，主机通过测算通信报文时间的方式确定该延时。具体测算方法为：主机在程序执行周期将发往从机的通信报文标记发送时刻tm1，并将tm1与通信报文打包为一帧数据发送至从机；从机接收主机发送的数据帧后标记接收时刻ts1；从机在程序执行周期将发往主机的通信报文标记发送时刻ts2，并将ts1、ts2及距离ts2最近的主机发送时刻tm1同从机的通信报文一起打包为一帧数据发送至主机；主机接收从机发送的数据帧后标记接收时刻tm2，并将之后距离tm2最近的程序执行周期标记为tm3。

经过上述测算可得：发送延时Td1＝ts1-tm1；接收延时Td2＝tm2-ts2；数据收发延时Td＝Td1+Td2＝(tm2-tm1)-(ts2-ts1)。则从机x发送报文至主机接收处理的延时t3x为：

t3x＝Td2+(tm3-tm2)

其中：tm3和tm2均为主机的时刻标签，采用同一计时基准，因此主机可直接计算tm3-tm2数值；当采用5G网络时，主、从机通过5G网络授时可直接获取tm2和ts2绝对时标，可明确计算Td2数值；当5G网络对时异常或采用4G网络(4G网络无网络授时功能)时，由于主、从机各自独立计时，tm2与ts2之间不具有相同的计时基准，无法直接求取Td2，但可根据Td估算Td2取值，令Td2＝k1*Td，k1为接收延时取值系数，装置根据自身集成的通信模组信号强度等级完成k1的自适应取值，取值范围0.8～1。

主、从机上电且建立通信联系后，通过上述方式进行多次测算后求取T的最大值Tmax，则主机纵联方向过流联跳保护动作延时T1自动取值为：

T1＝k*Tmax

其中：k为可靠系数，一般可取值为1.2。

其后的运行过程中，主机实时计算T值，并与T1进行比较，根据比较结果确定是否对T1进行动态调整，调整原则如下：

1)通信正常情况下，如果连续出现3次以上T>T1的情况，则按最新出现的最大的T动态调整T1；

2)如果一段时间t内，T值持续小于k1*T1(k1一般可取值0.6)，则按该时间段内T值的最大值动态调整T1。

若主机未收到任一从机发送的闭锁信号，在纵联方向过流联跳保护满足方向及过流条件至满足动作延时T1期间，若与任一从机的无线通道持续无数据接收，则闭锁主机纵联方向过流联跳保护出口，待通道有数据接收且无闭锁信号时开放纵联方向过流联跳保护出口，避免主机纵联方向过流联跳保护T1动态取值异常及支线故障时因通道短时中断无法闭锁主机。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，主机纵联重合闸动作延时T3根据经整定的干线重合闸延时T2和最大的重合加速开放时间自适应取值，可有效避免干线故障时，支线重合于永久性故障造成二次冲击，T3自适应取值方式如下：

T3＝T2+T31

其中：T31按重合加速开放时间最大值取值，一般可取为0.2～3s。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，主机收到断路器支路从机闭锁信号后，为防止断路器支路开关失灵，主机自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T5，T5自适应取值方式如下：

T5＝T1+T51

其中，T51主机收到从机闭锁信号后纵联过流联跳保护动作延时调整幅度，按断路器支路故障开关失灵判别时间考虑，一般取值为0.2～0.25s。

当主机判别与某一从机通信中断后，为提高主机动作的可靠性，主机自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T8，T8自适应取值方式如下：

T8＝T1+T81

其中，T81为主机纵联方向过流联跳保护在与某一从机通信中断时动作延时调整幅度，按从机断路器切除故障时间考虑，一般取值为0.1～0.2s。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，断路器从机纵联方向过流闭锁式保护除具有一段正方向保护外，同时配置一段反方向保护。该反方向保护指向主干线路，动作延时可经整定，且仅当断路器从机判别与主机通道中断时自动投入使用，避免主干线路故障时从机由于无法收到主机联跳信息而形成新能源支线孤岛运行的情况。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，主机、断路器从机、负荷开关从机均采用相同的软、硬件配置，根据解析无线网络配置文件自适应装置类型；无线网络配置文件通过如下方式自动生成：1)主、从机均提供本机IP地址及无线网络拓扑表整定界面，其中，无线网络拓扑表包括：主机IP地址及主干线路名称、断路器从机IP地址及断路器支线名称、负荷开关IP地址及负荷开关支线名称；2)主机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本线路所有断路器从机IP地址及相应断路器支线名称、本线路所有负荷开关IP地址及相应负荷开关支线名称；断路器从机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本断路器从机IP地址及断路器支线名称，其余IP地址及线路名称为空；负荷开关从机需整定本机IP地址及无线网络拓扑表中的主机IP地址、本负荷开关从机IP地址及负荷开关支线名称，其余IP地址及线路名称为空；3)主、从机整定相关IP地址及线路名称后，装置中即可自动生成相应的无线网络配置文件。无线网络配置文件生成后，主、从机均通过匹配本机IP地址与无线网络拓扑地址表中IP地址的方式识别本机类型，如果出现本机IP地址在网络拓扑IP地址表中搜索不到或出现多个相同IP地址的情况，装置将自动报出告警信息。

主机、断路器从机、负荷开关从机自适应装置类型后，将根据无线网络配置文件图形化展示网络拓扑于装置人机界面；主机显示完整的网络拓扑，从机仅显示本机与主机网络拓扑；网络拓扑中同时显示主、从机IP地址、线路名称、通道状态、通道交互信息、无线信号强度等信息，方便用户运维。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，主机、断路器从机、负荷开关从机采用一体化配置方式完成软件配置，通过对开关量、模拟量、遥信量、录波量、定值、事件等信息增加主机、断路器从机、负荷开关从机选配属性，使装置具备资源复用能力，当自适应主、从机类型后，装置仅保留具备该类型装置属性相关内容，可较好的提高装置资源利用率。

实施例2

本发明实施例中提供了一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护方法，包括以下步骤：

将主机连接至干线区域，所述干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；

将断路器从机连接至断路器支线区域，所述断路器支线区域包括所有分布式电源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；

将负荷开关从机连接至负荷开关支线区域，所述负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路；

利用主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域；

利用主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

其余部分均与实施例1中相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (17)

1.一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，包括：主机，以及分别与主机无线通信相连的断路器从机和负荷开关从机；

所述主机用于连接干线区域，所述干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；所述断路器从机用于连接断路器支线区域，所述断路器支线区域包括所有分布式电源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；

所述负荷开关从机用于连接负荷开关支线区域，所述负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路；

所述主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域，进而通过主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，主机定位故障区域的方法包括：

当主判据满足且辅助判据1、2均不满足时，主机判定干线区域故障；

当主判据和辅助判据1均满足、辅助判据2不满足时，主机判定断路器支线区域故障；当主判据和辅助判据2均满足、辅助判据1不满足时，主机判定负荷开关支线区域故障；

当主判据满足且辅助判据1、2均满足时，主机判定断路器支线及负荷开关支线均有故障；

所述主判据为：是否满足纵联方向过流保护正方向及过流条件；

所述辅助判据1为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过断路器从机闭锁信号；

所述辅助判据2为：保护启动至纵联方向过流保护满足动作延时时间段内，是否满足收到过负荷开关从机远跳信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，针对干线区域故障，主机纵联方向过流联跳保护方向及过流条件均满足后，经延时T1动作跳干线断路器，并通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器从机收到主机联跳命令信号后跳对应的断路器支线，并将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机判别干线断路器跳开且收到全部断路器支线跳开状态信号后进行重合判别，经延时T2重合干线断路器，经延时T3触发纵联重合闸动作；若干线断路器重合于永久性故障，则主机纵联方向过流联跳保护加速永跳干线断路器，并闭锁纵联重合闸；若干线断路器重合于瞬时性故障，经延时T3触发纵联重合闸动作后，主机发送纵联重合闸命令至至各断路器支线从机，若满足合闸条件，则断路器支线重合，配电网线路恢复正常运行状态。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，所述延时T1由主机自动生成并动态调整，生成及调整方法包括：

针对与每个从机的无线通信链路，主机通过免整定方式自动生成n个延时T11，T12…T1n，n为从机数量，并根据T＝Max{T11，T12…T1n}，计算出T；

主、从机上电且建立通信联系后，通过上述方式进行多次测算后求取T的最大值Tmax，则主机纵联方向过流联跳保护动作延时T1自动取值为：T1＝k*Tmax，k为可靠系数；主机通过实时计算获得T值，并与T1进行比较，根据比较结果确定是否对T1进行动态调整，调整原则为：

通信正常情况下，如果连续出现3次以上T>T1的情况，则按最新出现的最大的T动态调整T1；

如果一段时间t内，T值持续小于k1*T1，则按该时间段内T值的最大值动态调整T1，k1为可靠系数。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，T11，T12…T1n的计算公式为：

T1x＝t1x+t2x+t3x；

其中，t1x、t2x、t3x按如下方式取值：

t1x为故障初始时刻至从机x纵联方向过流闭锁式保护判别满足过流及方向元件的时间；

t2x为从机x纵联方向过流闭锁式保护动作延时T2；

t3x为从机x发送报文至主机接收处理的延时，主机通过测算通信报文时间的方式确定该延时，t3x＝Td2+(tm3-tm2)，tm3和tm2均为主机的时刻标签，Td2＝k1*Td，k1为接收延时取值系数，Td＝(tm2-tm1)-(ts2-ts1)，ts1从机接收主机发送的数据帧后标记接收时刻；ts2为从机在程序执行周期将发往主机的通信为报文标记发送时刻。

6.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，所述延时T3的计算公式为：

T3＝T2+T31

其中：T31按重合加速开放时间最大值取值，T2为经整定的干线重合闸延时。

7.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：主机未收到任一从机发送的闭锁信号，在纵联方向过流联跳保护满足方向及过流条件至满足动作延时T1期间，若与任一从机的无线通道持续无数据接收，则闭锁主机纵联方向过流联跳保护出口，待通道有数据接收且无闭锁信号时开放纵联方向过流联跳保护出口。

8.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，断路器从机定位故障区域的方法包括：

任意断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足动作条件后，确认故障区域在本断路器支线，同时向主机发送闭锁信号，用于辅助主机定位故障区域。

9.根据权利要求8所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，针对断路器支线区域故障，对应支线的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护满足方向及过流条件后，经延时T4动作跳相应支线断路器，同时通过无线通道发送闭锁信号至主机，主机收到该闭锁信号后自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T5；断路器从机切除故障后进行馈线重合闸判别，若满足断路器支线重合条件，则经延时T6重合断路器支线；若重合于永久性故障，则对应的断路器从机纵联方向过流闭锁式保护永跳故障支线并闭锁重合闸，同时发送闭锁信号闭锁主机纵联方向过流联跳保护；若重合于瞬时性故障，则配电网线路恢复正常运行状态。

10.根据权利要求9所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，所述延时T5的计算公式为：

T5＝T1+T51

其中，T51主机收到从机闭锁信号后纵联过流联跳保护动作延时调整幅度。

11.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于，负荷开关从机识别故障区域的方法包括：

任意负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足动作条件后，确认故障区域在本负荷开关支线，同时向主机发送远跳信号，用于辅助主机定位故障区域。

12.根据权利要求11所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：针对负荷开关支线区域故障，对应支线的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护满足方向及过流条件后经延时T7动作，该动作信号不用于跳负荷开关，而是通过无线通道向主机发送纵联远跳信号，若主机收到纵联远跳信号，且主机纵联方向过流联跳保护同时满足方向及过流条件但不满足动作延时T1时，纵联方向过流联跳保护加速跳闸，跳主干线路的同时通过无线通道向各断路器从机发送联跳命令信号；各断路器分支线路跳开后将跳开状态信号通过无线通道发送至主机；主机收到所有断路器分支线路跳开状态信号且判别主干线路处于跳开状态时进行重合判别，按延时T2重合干线断路器，按延时T3触发纵联重合闸动作；若干线断路器重合于瞬时性故障，则主机经延时T3向各断路器从机发送纵联重合闸命令信号，若干线断路器重合于永久性故障，故障分支的负荷开关从机纵联方向过流远跳保护动作后，加速主机纵联方向过流联跳保护跳主干线路；主机将干线跳开后通过无线通道向故障的负荷分支线路从机发送主干线路跳开状态信号；故障的负荷分支线路判别收到主干线路跳开状态信号，且检测到本支线电流小于负荷开关开断能力时，发送跳闸信号切除负荷开关，并将本负荷开关跳开状态通过无线通道发送至主机；主机收到故障负荷开关跳开状态后再次进行重合闸判别，经延时T2重合干线断路器，经延时T3触发纵联重合闸动作，主机发送纵联重合闸命令至各断路器从机，若满足合闸条件，则断路器支线重合；除故障的负荷开关支线外，配电网线路干线及其它支线均恢复正常运行状态。

13.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：当主机判别与某一从机通信中断后，主机自动将纵联方向过流联跳保护动作延时由T1调整至T8，T8自适应取值方式如下：

T8＝T1+T81

其中，T81为主机纵联方向过流联跳保护在与某一从机通信中断时动作延时调整幅度。

14.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：断路器从机纵联方向过流闭锁式保护除具有一段正方向保护外，同时配置一段反方向保护；所述反方向保护指向主干线路，动作延时可经整定，且仅当断路器从机判别与主机通道中断时自动投入使用。

15.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：主机、断路器从机、负荷开关从机均采用相同的软、硬件配置，根据解析无线网络配置文件自适应装置类型，无线网络配置文件通过如下方式自动生成：

1)主、从机均提供本机IP地址及无线网络拓扑表整定界面，其中，无线网络拓扑表包括：主机IP地址及主干线路名称、断路器从机IP地址及断路器支线名称、负荷开关IP地址及负荷开关支线名称；

2)主机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本线路所有断路器从机IP地址及相应断路器支线名称、本线路所有负荷开关IP地址及相应负荷开关支线名称；断路器从机需整定本机IP地址、无线网络拓扑表中的主机IP地址及主干线路名称、本断路器从机IP地址及断路器支线名称，其余IP地址及线路名称为空；负荷开关从机需整定本机IP地址及无线网络拓扑表中的主机IP地址、本负荷开关从机IP地址及负荷开关支线名称，其余IP地址及线路名称为空；

3)主、从机整定相关IP地址及线路名称后，装置中即可自动生成相应的无线网络配置文件；无线网络配置文件生成后，主、从机均通过匹配本机IP地址与无线网络拓扑地址表中IP地址的方式识别本机类型，如果出现本机IP地址在网络拓扑IP地址表中搜索不到或出现多个相同IP地址的情况，装置将自动报出告警信息。

16.根据权利要求15所述的一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护系统，其特征在于：主机、断路器从机、负荷开关从机自适应装置类型后，将根据无线网络配置文件图形化展示网络拓扑于装置人机界面；主机显示完整的网络拓扑，从机仅显示本机与主机网络拓扑；网络拓扑中同时显示主、从机IP地址、线路名称、通道状态、通道交互信息、无线信号强度。

17.一种基于无线通信的分布式电源接入区域保护方法，其特征在于，包括：

将主机连接至干线区域，所述干线区域包括各断路器及负荷开关之间的线路部分；

将断路器从机连接至断路器支线区域，所述断路器支线区域包括所有分布式电源分支线路及配置断路器的负荷分支线路；

将负荷开关从机连接至负荷开关支线区域，所述负荷开关支线区域包括所有配置负荷开关的负荷分支线路；

利用主机、断路器从机和负荷开关从机之间进行预设的信息交互，并综合故障判别规则定位出故障区域；

利用主、从机配置的纵联方向过流联跳保护、纵联重合闸功能、纵联方向过流闭锁式保护、馈线重合闸功能、纵联方向过流远跳保护实现故障区域的快速切除及非故障区域供电的快速恢复。

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