CN114498588A - 基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置及方法，该装置包括传统保护策略模块、控制策略模块和控制逻辑模块，其中控制策略模块根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的基础控制策略，控制逻辑模块是控制策略模块作用于传统保护策略模块上的出口动作逻辑，其根据各种基础的控制策略对保护模块的出口跳闸进行多模态的保护控制。本发明在原有传统保护策略模块的基础上增加控制策略模块和控制逻辑模块，在保护模块原有动作逻辑的基础上根据智能化需求配置相应控制策略并进行多模态的保护控制，从而实现对现有热插拔保护模块的智能化控制设计。

Description

基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置及方法

技术领域

本发明属于配网保护技术领域，具体涉及一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置及方法。

背景技术

相比于主网系统的保护而言，配网保护相对较为简单，普遍采用电流保护、零序保护、低压保护等保护策略。但是由于配网系统支路繁多，再加上环网电流因素影响，在保护值设计不够完善的情况下，配网保护误跳闸事件频发。更重要的是，现阶段配网系统中终端架构下保护的通讯水平一般，不仅无法从根本上优化配网保护的误跳闸事件，还阻碍着配网系统的升级改造。再者，对于现阶段配网自动化升级改造而言，在解决配网终端间保护的通讯及实时更新情况下，如何智能化的控制保护模块功能运行，是配网自动化、智能化升级改造的关键。然而，由于保护的特殊性和独立性，现有热插拔保护模块中较难实现保护的智能化控制设计。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在解决现有配网自动化领域存在的保护应用不够智能化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，包括：传统保护策略模块、控制策略模块和控制逻辑模块；

传统保护策略模块包括各类热插拔的保护模块，用于在配网故障时根据各自保护模块的动作逻辑，实现出口跳闸；

控制策略模块用于根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的控制策略；

控制逻辑模块为控制策略模块作用于传统保护策略模块上的出口动作逻辑，用于根据多样化的控制策略，进行多模态的保护控制。

进一步地，控制策略模块具体包括：可视化的保护的模数阵列和控制策略；

保护的模数阵列由各类保护模块在不同时刻的动作结果构成，动作结果由设定数值表示，保护的模数阵列通过各类保护模块动作结果的设定数值表示实现各类保护模块动作逻辑的可视化；

控制策略包括允许式控制策略、闭锁式控制策略和跳闸式控制策略。

进一步地，控制策略模块对保护的模数阵列中各类保护模块在不同时刻动作结果的设定数值表示过程具体包括：

获取各类保护模块的投运情况及整定情况并根据各类保护模块实际输入的电压和电流信号完成各类保护模块投运情况和动作情况的原始值设定；

获取各类保护模块的动作时间并生成对应的模数解列结果，模数解列结果包括保护模块的投运结果、动作结果以及不同时刻对应的动作情况；

利用各类保护模块对应的模数解列结果构成保护的模数阵列。

进一步地，控制策略模块通过预设的模数转换实时更新保护的模数阵列，预设的模数转换过程具体包括：

采集一次线路的电压和电流模拟信号，并将模拟信号通过预设的模数转换，将相应的电压和电流模拟信号转换为以有效值输出的数字量；

将数字量输入到各类保护模块的动作判据中输出各类保护模块的动作结果并更新保护的模数阵列。

进一步地，控制策略模块利用保护的模数阵列建立控制策略的动作判据，设

表示保护模块

在时刻

的动作结果，

表示保护模块

在时刻

动作，则控制策略的动作判据具体为：

对于允许式控制策略，动作判据为

，即

中最先取值为1的保护动作；

对于闭锁式控制策略，动作判据为闭锁事件+

，即在闭锁事件出现时，若

存在不小于1的情况，则立刻启动闭锁功能；

对于跳闸式控制策略，动作判据为

，即若

中存在不小于1的情况，则立刻启动跳闸功能。

进一步地，控制逻辑模块根据控制策略预设工作模态，工作模态具体包括：

根据允许式控制策略，预设第一模态，第一模态用于防止保护误动作；

根据闭锁式控制策略，预设第二模态，第二模态用于励磁涌流闭锁；

根据跳闸式控制策略，预设第三和第四模态，第三和第四模态分别用于配网保护的前加速跳闸和后加速跳闸。

进一步地，控制逻辑模块在第一模态时的动作逻辑具体为：

在传统保护策略模块的保护信号出口结果与控制策略模块的保护信号输出结果一致时，启动跳闸输出。

进一步地，控制逻辑模块在第二模态时的动作逻辑具体为：

在主变空载合闸时间发生时，若

存在不小于1的情况，则立刻启动闭锁功能；当闭锁事件结束后，恢复正常判断逻辑。

进一步地，控制逻辑模块在第三模态和第四模态时的动作逻辑具体为：

若

中存在不小于1的情况，则立刻启动跳闸功能，并进行是否优先跳闸的判断，若所在线路享有优先跳闸特权，则直接工作出口跳闸，即前加速跳闸，若所在线路不享有优先跳闸特权，则等待具有优先跳闸特权的线路跳闸，若预定时间后故障依旧存在，则启动后加速跳闸。

第二方面，本发明提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制方法，包括以下步骤：

根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的控制策略；

基于多样化的控制策略生成多模态的出口动作逻辑；

利用多模态的出口动作逻辑对各类保护模块的出口跳闸进行多模态的保护控制。

综上，本发明提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置及方法，该装置包括传统保护策略模块、控制策略模块和控制逻辑模块，其中控制策略模块根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的基础控制策略，控制逻辑模块是控制策略模块作用于传统保护策略模块上的出口动作逻辑，其根据各种基础的控制策略对保护模块的出口跳闸进行多模态的保护控制。本发明在原有传统保护策略模块的基础上增加控制策略模块和控制逻辑模块，在保护模块原有动作逻辑的基础上根据智能化需求配置相应控制策略并进行多模态的保护控制，从而实现对现有热插拔保护模块的智能化控制设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置的策略架构图；

图2为本发明实施例提供的可视化的保护的模数阵列的示意图；

图3为本发明实施例提供的数模转换方法的示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

相比于主网系统的保护而言，配网保护相对较为简单，普遍采用电流保护、零序保护、低压保护等保护策略。但是由于配网系统支路繁多，再加上环网电流因素影响，在保护值设计不够完善的情况下，配网保护误跳闸事件频发。更重要的是，现阶段配网系统中终端架构下保护的通讯水平一般，不仅无法从根本上优化配网保护的误跳闸事件，还阻碍着配网系统的升级改造。再者，对于现阶段配网自动化升级改造而言，在解决配网终端间保护的通讯及实时更新情况下，如何智能化的控制保护模块功能运行，是配网自动化、智能化升级改造的关键，然后，由于保护的特殊性和独立性，现有热插拔保护模块中较难实现保护的智能化控制设计。

现有配网保护缺乏有效的控制策略，仅依靠传统的保护方式，误跳闸事件频发；同时，由于配网保护相对简单，较难集成智能化的控制策略，不易于实现配网自动化升级改造。

基于此，本发明提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置和方法。

以下是对本发明的一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置的实施例进行的详细介绍。

请参阅图1，本实施例提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，包括：传统保护策略模块、控制策略模块和控制逻辑模块。

在本实施例中，传统保护策略模块是配电保护的基础模块，主要由各类热插拔的保护模块构成，配网故障时将根据各自保护模块的动作逻辑，实现出口跳闸。

在本实施例中，控制策略模块可根据工程中智能化的应用需求（或特殊事件），配置相应的控制策略，进而实现传统保护策略模块的智能化应用。

需要说明的是，工程中智能化的应用需求或特殊事件包括防止保护误动作、励磁涌流闭锁和前加速/后加速等。根据各类应用需求或特殊事件配置相应的基础控制策略，再结合传统保护策略模块基础的配网保护逻辑，可以针对性的实现智能化的配网保护。

具体的，控制策略模块主要由保护的模数阵列和控制策略构成，其中，保护的模数阵列具有可视化的特点。保护的模数阵列由各类保护模块在不同时刻的动作结果构成，动作结果由设定数值表示，保护的模数阵列通过各类保护模块动作结果的设定数值表示实现各类保护模块动作逻辑的可视化。在实际实施过程中，模数阵列可由y _ij 的不同取值构成，i为保护模块的编号，j为该保护模块的时间编号，y _ij 取值为“0”或“1”，y _ij =“0”代表保护模块i在Δt _j 时刻并未动作，y _ij =“1”代表保护模块i在Δt _j 时刻动作。

控制策略则主要包含允许式控制策略、闭锁式控制策略和跳闸式控制策略。

控制策略模块对保护的模数阵列中各类保护模块在不同时刻动作结果的设定数值表示过程具体包括：

S100：获取各类保护模块的投运情况及整定情况并根据各类保护模块实际输入的电压和电流信号完成各类保护模块投运情况和动作情况的原始值设定。

以保护模块i为例，将保护模块i的投运结果，标记为x _i ，当保护模块i投运时，x _i =“1”，当保护模块i未投运时，x _i =“0”；将保护模块i的动作结果，标记为y _i ，当保护模块i动作时，y _i =“1”，当保护模块i未动作时，y _i =“0”；控制策略模块，可从传统保护策略模块中获取保护模块i的投运情况及整定情况，结合实际输入检测电压/电流信号，完成x _i 和y _i 的原始值设定。

S200：获取各类保护模块的动作时间并生成对应的模数解列结果，模数解列结果包括保护模块的投运结果、动作结果以及不同时刻对应的动作情况。

原始值设定完成后，在此基础上结合保护模块i的动作时间Δt _j ，可绘制得到y _ij 的取值结果，可用数学表达式记为：y _ij =x _i y _j (1+t-Δt _j )，当y _ij 取值≥1时，记作y _ij =“1”，当y _ij 取值小于1时，记作y _ij =“0”；若保护模块i投运，实时电压/电流下保护动作，且其为Δt ₁ 时间响应的速断保护，则模数解列结果为{x _i =1，y _i =1，y _i1 =1，y _i2 =1，y _ij =1}；若保护模块i投运，实时电压/电流下保护动作，且其为Δtj时间响应的延时保护，则模数解列结果为{x _i =1，y _i =1，y _i1 =0，y _i2 =0，y _ij =1}。

S300：利用各类保护模块对应的模数解列结果构成保护的模数阵列。

按照上述方法，即可完成模数阵列y _ij 中所有数值的计算。计算完成的模数阵列如图2所示。

如图3所示，控制策略模块还通过预设的模数转换实时更新保护的模数阵列。其具体过程为通过互感器采集一次线路的电压/电流模拟信号，这一模拟信号输入到配电终端的信号采集模块，通过预设的数模转换，将相应的电压/电流模拟量信号，转换为以“有效值输出”的数字量，将这个数字量输入给保护模块i的动作判据，动作记为“1”，未动作记为“0”，并通过数据更新以更新模数阵列y _ij 。

如图2，控制策略可根据模数阵列y _ij 的取值进行多样化设计，其中，对“允许式”控制策略而言，其动作判据的数学表达式为：min{y _ij ≥1}，即y _ij 中最先取值为“1”的保护动作（此时，发出允许信号）；对“闭锁式”控制策略而言，其动作判据的数学表达式为：闭锁事件+if {y _i1 ≥1}，即在闭锁事件出现时，若y _i1 存在大于或等于1的情况，立刻启动“闭锁功能”；对“跳闸式”控制策略而言，其动作判据的数学表达式为：if {y _ij ≥1}，即若y _ij 中存在大于或等于1的情况，立刻启动“跳闸功能”；通过模数转换建立模数阵列，可将复杂的保护动作逻辑，简化为模数阵列的数值y _ij 计算，大大缩短计算时间成本，且易于多样化控制策略的设计。

在本实施例中，控制逻辑模块为控制策略模块作用于传统保护策略模块上的出口动作逻辑，用于根据多样化的控制策略，进行多模态的保护控制。

需要说明的是，控制逻辑模块，可根据不同的控制策略预设工作模态。

其中，可根据“允许式”控制策略，预设模态1：防止保护误动作，其工作原理如下，传统保护策略模块进行保护信号出口的输出，而控制策略模块通过模数阵列的更新计算以及“允许式”控制策略的设计，亦可实现保护信号的模拟输出，当传统保护策略模块的保护信号出口结果与控制策略模块的保护信号模拟输出结果一致时，启动跳闸输出，在此过程中，由于模数转换的快速性、以及模数阵列y _ij 数值求解的高效性，控制策略模块的计算速度，将优于传统保护策略模块，所以控制策略模块不仅能够保证传统保护策略模块不误动作，还不会影响传统保护策略模块出口的动作时间。

可根据“闭锁式”控制策略，预设模态2：励磁涌流闭锁，其工作原理如下，由于控制策略模块的计算速度优于传统保护策略模块，在主变空载合闸事件发生时，如果存在 {y _i1 ≥1}的情况，便可提前启动“闭锁功能”，当闭锁事件结束后，恢复正常判断逻辑，通过以上策略，可实现主变投运时励磁涌流带来的保护跳闸事件。

可根据“跳闸式”控制策略，预设模态3/4：配网保护的前加速/后加速设计，其工作原理如下，如果存在 {y _ij ≥1}的情况，便可启动“跳闸策略”，进而进行“是否优先跳闸”的判定，若所在线路享有优先跳闸特权，则直接动作出口跳闸，其为前加速跳闸，若所在线路未享有优先跳闸特权，则等待具有优先跳闸特权的线路跳闸，若预定时间后故障依旧存在，则启动后加速跳闸。

本实施例提供了一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，该装置以提升配网终端保护的智能化应用为目标，在传统保护策略模块的基础上，增加智能的控制策略模块和控制逻辑模块，具有如下优点：

1、基于模数转换机理，建立保护的模数阵列，并提出数模阵列计算及其控制策略设计的数学准则。采用模数阵列的计算方法，大大缩短保护的计算逻辑及时间，通过时间微元单位的选取，可快速计算得到y _ij 矩证的数值结果，选取“0”和“1”作为输出观测对象，表格结果直接、明了，计算时间成本低，且易于后续复杂化、智能化控制策略的设计。

2、提出“允许式”、“闭锁式”、“跳闸式”的基础控制策略模块，便于后续多样化控制策略的二次开发。三种基础式控制策略模块的提出，具有典型的工程应用价值，且直观的数学判据，易于后续智能控制策略的开发和调试。

3、本实施例提出的保护控制策略，以具体工程问题为导向，在此基础上，提出了含“防止保护误动作”、“励磁涌流闭锁”、“前加速/后加速”的控制策略，且易于软硬件模块的开发。

以上是对本发明的一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制方法的实施例进行详细的介绍。

本实施例提供一种基于模数阵列的多模态配电终端保护控制方法，包括以下步骤：

根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的控制策略；

基于多样化的控制策略生成多模态的出口动作逻辑；

利用多模态的出口动作逻辑对各类保护模块的出口跳闸进行多模态的保护控制。

需要说明的是，本实施例提供的保护控制方法中所配置的控制策略与前述实施例中控制策略模块利用模数转换的方法建立保护的模数阵列，继而再配置相应控制策略的动作判据具体实施过程相同，且多模态的出口动作逻辑与前述实施例中控制逻辑模块基于控制策略预设多种模态进行出口跳闸控制的具体实施过程相同，故在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，包括：传统保护策略模块、控制策略模块和控制逻辑模块；

所述传统保护策略模块包括各类热插拔的保护模块，用于在配网故障时根据各自保护模块的动作逻辑，实现出口跳闸；

所述控制策略模块用于根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的控制策略；

所述控制逻辑模块为所述控制策略模块作用于所述传统保护策略模块上的出口动作逻辑，用于根据多样化的所述控制策略，进行多模态的保护控制。

2.根据权利要求1所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制策略模块具体包括：可视化的保护的模数阵列和所述控制策略；

所述保护的模数阵列由各类保护模块在不同时刻的动作结果构成，所述动作结果由设定数值表示，所述保护的模数阵列通过各类保护模块动作结果的设定数值表示实现各类保护模块动作逻辑的可视化；

所述控制策略包括允许式控制策略、闭锁式控制策略和跳闸式控制策略。

3.根据权利要求2所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制策略模块对所述保护的模数阵列中各类保护模块在不同时刻动作结果的设定数值表示过程具体包括：

获取各类保护模块的投运情况及整定情况并根据各类保护模块实际输入的电压和电流信号完成各类保护模块投运情况和动作情况的原始值设定；

获取各类保护模块的动作时间并生成对应的模数解列结果，所述模数解列结果包括保护模块的投运结果、动作结果以及不同时刻对应的动作情况；

各类保护模块对应的模数解列结果构成所述保护的模数阵列。

4.根据权利要求3所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制策略模块通过预设的模数转换实时更新所述保护的模数阵列，所述预设的模数转换过程具体包括：

采集一次线路的电压和电流模拟信号，并将所述模拟信号通过预设的模数转换，将相应的电压和电流模拟信号转换为以有效值输出的数字量；

将所述数字量输入到各类保护模块的动作判据中输出各类保护模块的动作结果并更新所述保护的模数阵列。

5.根据权利要求2所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制策略模块利用所述保护的模数阵列建立所述控制策略的动作判据，设

表示保护模块

在时刻

的动作结果，

表示保护模块

在时刻

动作，则所述控制策略的动作判据具体为：

对于允许式控制策略，动作判据为

，即

中最先取值为1的保护动作；

对于闭锁式控制策略，动作判据为闭锁事件+

，即在闭锁事件出现时，若

存在不小于1的情况，则立刻启动闭锁功能；

对于跳闸式控制策略，动作判据为

，即若

中存在不小于1的情况，则立刻启动跳闸功能。

6.根据权利要求5所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制逻辑模块根据所述控制策略预设工作模态，所述工作模态具体包括：

根据所述允许式控制策略，预设第一模态，所述第一模态用于防止保护误动作；

根据所述闭锁式控制策略，预设第二模态，所述第二模态用于励磁涌流闭锁；

根据所述跳闸式控制策略，预设第三和第四模态，所述第三和第四模态分别用于配网保护的前加速跳闸和后加速跳闸。

7.根据权利要求6所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制逻辑模块在所述第一模态时的动作逻辑具体为：

在所述传统保护策略模块的保护信号出口结果与所述控制策略模块的保护信号输出结果一致时，启动跳闸输出。

8.根据权利要求6所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制逻辑模块在所述第二模态时的动作逻辑具体为：

在主变空载合闸时间发生时，若

存在不小于1的情况，则立刻启动闭锁功能；当闭锁事件结束后，恢复正常判断逻辑。

9.根据权利要求6所述的基于模数阵列的多模态配电终端保护控制装置，其特征在于，所述控制逻辑模块在所述第三和第四模态时的动作逻辑具体为：

若

中存在不小于1的情况，则立刻启动跳闸功能，并进行是否优先跳闸的判断，若所在线路享有优先跳闸特权，则直接工作出口跳闸，即所述前加速跳闸，若所在线路不享有优先跳闸特权，则等待具有优先跳闸特权的线路跳闸，若预定时间后故障依旧存在，则启动所述后加速跳闸。

10.基于模数阵列的多模态配电终端保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据工程中智能化的应用需求或特殊事件配置相应的控制策略；

基于多样化的所述控制策略生成多模态的出口动作逻辑；

利用所述多模态的出口动作逻辑对各类保护模块的出口跳闸进行多模态的保护控制。

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