CN115241853A - 一种基于5g通信的配电网差动保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，该系统包括：分布式保护测控装置、控制主机、断路器及5G通信模块，所述分布式保护测控装置及断路器设置有多个，均设置在配电网各区域电网节点处，所述断路器电性连接所述分布式保护测控装置，所述分布式保护测控装置通过5G通信模块通信连接所述控制主机。本发明提供的基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，能够实现配电网差动保护，能够根据配电网情况选用两种通信速率，降低了能耗，提高了经济性。

Description

一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法
技术领域
本发明涉及配电网差动保护技术领域，特别是涉及一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法。
背景技术
随着分布式电源的广泛接入和柔性配电技术的迅猛发展，传统单电源辐射型的交流配电网呈现出双向潮流、交直流混联等复杂形态，给配电网保护与控制技术带来了严峻的挑战，国内外学者对此做了大量的研究工作。现有的配电网保护方法往往是在线路某处发生故障时，则变电站出线开关跳闸，整条线路都会停电，然后依靠配电自动化主站进行故障隔离和供电恢复，整个过程往往持续几分钟至几十分钟，严重影响用户用电感受。而差动保护尽管能够实现快速隔离，可靠性高，但是需要快速通信，一般采用光纤通信，修建成本高，不便维护。因此，设计一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，能够实现配电网差动保护，能够根据配电网情况选用两种通信速率，降低了能耗，提高了经济性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于5G通信的配电网差动保护系统，包括：分布式保护测控装置、控制主机、断路器及5G通信模块，所述分布式保护测控装置及断路器设置有多个，均设置在配电网各区域电网节点处，所述断路器电性连接所述分布式保护测控装置，所述分布式保护测控装置通过5G通信模块通信连接所述控制主机；
所述分布式保护测控装置用于采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，所述分布式保护测控装置包括采集单元、滤波单元、开关量采集输出模块、光纤测温模块及CPU模块，所述采集单元及光纤测温模块设置在配电网各区域电网节点处，用于实时采集配电网各区域电网节点处的电流、电压及温度信号，所述采集单元电性连接所述滤波单元，所述滤波单元用于过滤错误遥测、抖动遥信遥测及暂时性故障，所述开关量采集输出模块电性连接所述断路器，用于采集配电网各区域电网节点的断路器的分合信号及控制断路器的分合状态，所述滤波单元、开关量采集输出模块及光纤测温模块均电性连接所述CPU模块，所述CPU模块通过5G通信模块电性连接所述控制主机。
可选的，所述采集单元包括电流互感器及电压互感器，所述电流互感器及电压互感器设置在配电网各区域电网节点处，用于采集配电网各区域电网节点处的电流及电压，所述电流互感器及电压互感器电性连接所述滤波单元。
可选的，所述滤波单元包括硬件滤波单元及软件滤波单元，所述硬件滤波单元为硬件电容，用于过滤遥测毛刺，所述软件滤波单元用于过滤量测突变、错误遥测、抖动遥信遥测和判断暂时性故障，所述滤波单元及软件滤波单元电性连接所述CPU模块。
本发明还提供了一种基于5G通信的配电网差动保护方法，应用于上述的基于5G通信的配电网差动保护系统，包括如下步骤：
步骤1：分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况；
步骤2：若未发现异常情况，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，并实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号进行存储；
步骤3：若判断存在异常情况，则控制主机控制5G通信模块在高速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，通过控制主机及对应的分布式保护测控装置控制对应的断路器开合，实现配电网差动保护。
可选的，步骤1中，分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况，具体为：
分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，当分布式保护测控装置判别配电网三相电压低于设定低电压门槛，或负序电压高于设定负序电压门槛，或零序电压高于设定零序电压门槛时，判断为配电网电压存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网任一相电流高于过电流门槛，或任一相电流变化量高于电流变化量门槛时，判断为配电网电流存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网温度高于预设值时，此时，判断配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别断路器的分合信号与预设初始断路器分合状态不符时，此时，判断配电网存在异常情况。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，该系统设置有分布式保护测控装置，能够采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对获得的信息进行分析判断，判断是否发生异常，若未发生异常，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下工作，降低能耗，当检测发生异常时，控制主机控制5G通信模块在高速率模式下工作能够实现差动保护；该方法包括分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况，若未发现异常情况，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，并实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号进行存储，若判断存在异常情况，则控制主机控制5G通信模块在高速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，通过控制主机及对应的分布式保护测控装置控制对应的断路器开合，实现配电网差动保护，保证了经济性，降低了能耗。
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他的附图。
图1为本发明实施例基于5G通信的配电网差动保护系统结构示意图；
图2为本发明实施例基于5G通信的配电网差动保护方法流程示意图。
附图标记：1、控制主机；2、5G通信模块；3、分布式保护测控装置；4、断路器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，能够实现配电网差动保护，能够根据配电网情况选用两种通信速率，降低了能耗，提高了经济性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的基于5G通信的配电网差动保护系统，包括：分布式保护测控装置3、控制主机1、断路器4及5G通信模块2，所述分布式保护测控装置3及断路器4设置有多个，均设置在配电网各区域电网节点处，所述断路器4电性连接所述分布式保护测控装置3，所述分布式保护测控装置3通过5G通信模块2通信连接所述控制主机1；
所述分布式保护测控装置3用于采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，所述分布式保护测控装置3包括采集单元、滤波单元、开关量采集输出模块、光纤测温模块及CPU模块，所述采集单元及光纤测温模块设置在配电网各区域电网节点处，用于实时采集配电网各区域电网节点处的电流、电压及温度信号，所述采集单元电性连接所述滤波单元，所述滤波单元用于过滤错误遥测、抖动遥信遥测及暂时性故障，所述开关量采集输出模块电性连接所述断路器，用于采集配电网各区域电网节点的断路器的分合信号及控制断路器的分合状态，所述滤波单元、开关量采集输出模块及光纤测温模块均电性连接所述CPU模块，所述CPU模块通过5G通信模块电性连接所述控制主机；
本发明的一个实施例为：所述开关量采集输出模块可选用现有技术中的滤波整流电路、降压管、限流电阻、取样电阻、光耦隔离电路、光电耦合器和三极管实现，能够实现对断路器分合状态检测及控制即可。
所述采集单元包括电流互感器及电压互感器，所述电流互感器及电压互感器设置在配电网各区域电网节点处，用于采集配电网各区域电网节点处的电流及电压，所述电流互感器及电压互感器电性连接所述滤波单元。
所述滤波单元包括硬件滤波单元及软件滤波单元，所述硬件滤波单元为硬件电容，用于过滤遥测毛刺，所述软件滤波单元用于过滤量测突变、错误遥测、抖动遥信遥测和判断暂时性故障，所述滤波单元及软件滤波单元电性连接所述CPU模块；
其中，滤波单元通过软件滤波判断设定时间内遥测值的类型和变化情况，若遥测值为正常电流过流信号且变化率超过设定限值，则认为遥测突变或错误并标记为问题量测；若遥测值为正常电流过流信号且发生多次变化，则认为是遥信遥测抖动并标记为问题量测；若遥测值为故障过流信号且在延时时间后信号仍然存在，则认为是故障过流信号；若遥测值为故障过流信号且在延时时间后信号消失，则认为发生暂时性故障。例如若15分钟内遥测值变化率超过一定限值，则认为遥信测突变或错误，正常故障电流除外，标志其为问题量测；若一定时间内，遥信遥测多次变化，则认为是遥信遥测抖动，根据不同的故障采用不同的常规技术手段进行滤波处理。
如图2所示，本发明还提供了一种基于5G通信的配电网差动保护方法，应用于上述的基于5G通信的配电网差动保护系统，包括如下步骤：
步骤1：分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况；
步骤2：若未发现异常情况，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，并实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号进行存储；
步骤3：若判断存在异常情况，则控制主机控制5G通信模块在高速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，通过控制主机及对应的分布式保护测控装置控制对应的断路器开合，实现配电网差动保护。
步骤1中，分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况，具体为：
分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，当分布式保护测控装置判别配电网三相电压低于设定低电压门槛，或负序电压高于设定负序电压门槛，或零序电压高于设定零序电压门槛时，判断为配电网电压存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网任一相电流高于过电流门槛，或任一相电流变化量高于电流变化量门槛时，判断为配电网电流存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网温度高于预设值时，此时，判断配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别断路器的分合信号与预设初始断路器分合状态不符时，此时，判断配电网存在异常情况；其中的各个门槛值根据具体需求，通过分布式保护测控装置或者通过控制主机进行更改，控制主机可选用PC端。
另外，当通信传输路径中任一环节异常造成两侧分布式保护测控装置与控制主机无法通信持续2秒，则认为此时通信连接中断，当重新连接后，此时5G通信模块工作在高速率模式，防止再次连接中断；
另外，当通信传输路径在高速率模式持续时间超过一段时间后，如果未发生异常，则控制主机控制5G通信模块转为低速率模式，进而降低能耗。
本发明提供的基于5G通信的配电网差动保护系统及方法，该系统设置有分布式保护测控装置，能够采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对获得的信息进行分析判断，判断是否发生异常，若未发生异常，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下工作，降低能耗，当检测发生异常时，控制主机控制5G通信模块在高速率模式下工作能够实现差动保护；该方法包括分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况，若未发现异常情况，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，并实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号进行存储，若判断存在异常情况，则控制主机控制5G通信模块在高速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，通过控制主机及对应的分布式保护测控装置控制对应的断路器开合，实现配电网差动保护，保证了经济性，降低了能耗。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于5G通信的配电网差动保护系统，其特征在于，包括：分布式保护测控装置、控制主机、断路器及5G通信模块，所述分布式保护测控装置及断路器设置有多个，均设置在配电网各区域电网节点处，所述断路器电性连接所述分布式保护测控装置，所述分布式保护测控装置通过5G通信模块通信连接所述控制主机；
所述分布式保护测控装置用于采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，所述分布式保护测控装置包括采集单元、滤波单元、开关量采集输出模块、光纤测温模块及CPU模块，所述采集单元及光纤测温模块设置在配电网各区域电网节点处，用于实时采集配电网各区域电网节点处的电流、电压及温度信号，所述采集单元电性连接所述滤波单元，所述滤波单元用于过滤错误遥测、抖动遥信遥测及暂时性故障，所述开关量采集输出模块电性连接所述断路器，用于采集配电网各区域电网节点的断路器的分合信号及控制断路器的分合状态，所述滤波单元、开关量采集输出模块及光纤测温模块均电性连接所述CPU模块，所述CPU模块通过5G通信模块电性连接所述控制主机。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信的配电网差动保护系统，其特征在于，所述采集单元包括电流互感器及电压互感器，所述电流互感器及电压互感器设置在配电网各区域电网节点处，用于采集配电网各区域电网节点处的电流及电压，所述电流互感器及电压互感器电性连接所述滤波单元。
3.根据权利要求2所述的基于5G通信的配电网差动保护系统，其特征在于，所述滤波单元包括硬件滤波单元及软件滤波单元，所述硬件滤波单元为硬件电容，用于过滤遥测毛刺，所述软件滤波单元用于过滤量测突变、错误遥测、抖动遥信遥测和判断暂时性故障，所述滤波单元及软件滤波单元电性连接所述CPU模块。
4.一种基于5G通信的配电网差动保护方法，应用于权利要求1-3任一所述的基于5G通信的配电网差动保护系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况；
步骤2：若未发现异常情况，则控制主机控制5G通信模块在低速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，并实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号进行存储；
步骤3：若判断存在异常情况，则控制主机控制5G通信模块在高速率模式下与分布式保护测控装置进行通信，通过控制主机及对应的分布式保护测控装置控制对应的断路器开合，实现配电网差动保护。
5.根据权利要求4所述的基于5G通信的配电网差动保护方法，其特征在于，步骤1中，分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，判断是否存在配电网异常情况，具体为：
分布式保护测控装置实时采集配电网各区域电网节点处的电压、电流、温度及断路器的分合信号，并对其进行分析，当分布式保护测控装置判别配电网三相电压低于设定低电压门槛，或负序电压高于设定负序电压门槛，或零序电压高于设定零序电压门槛时，判断为配电网电压存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网任一相电流高于过电流门槛，或任一相电流变化量高于电流变化量门槛时，判断为配电网电流存在扰动，此时配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别配电网温度高于预设值时，此时，判断配电网存在异常情况；当分布式保护测控装置判别断路器的分合信号与预设初始断路器分合状态不符时，此时，判断配电网存在异常情况。
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