CN204481571U - 一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，包括配电自动化主站、馈线开关、馈线终端(FTU)、对等通信网络和通信处理机。其中，多个馈线终端之间通过对等通信网络相连，点对点交换信息。联络开关对应的馈线终端作为合环操作的主控制单元，接受主站发送的合环指令，根据自身和前后开关处的电压信息，判断是否符合合环条件。馈线终端通过对等通信网实现点对点通信，不需通过主站中转，保证了信息传输的时效性；联络开关对应的馈线终端使用多点采集的电压信息综合判断，可保证合环条件判断的准确性，有效避免发生合环误操作。

Description

一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统。

背景技术

随着配电网建设的迅猛发展，我国配电网已基本形成了“闭环设计、开环运行”的网架结构，即线路可以由多个电源供电，正常运行时联络开关处于分位，联络开关两侧系统分列运行。在需要倒负荷或线路检修时，先闭合联络开关使线路合环，然后再断开合适的分段开关，可避免部分线路短时停电，提高供电可靠性。现有的合环技术主要是配电自动化主站根据配电终端上传的电网参数进行计算分析，判断系统是否符合合环条件，若符合则向联络开关对应的馈线终端(FTU)发送遥控合指令，馈线终端收到指令后控制联络开关合闸。然而，主站与终端之间存在通信延时，而配电网运行状况变化较快，当终端接收到主站发送的合闸指令时，系统的运行状况可能已经发生了变化而不具备合环条件，如果根据指令执行合环操作，则有可能引起难以控制的网络循环功率，导致保护动作、设备损坏等严重后果。因此有必要在控制联络开关合闸前，由FTU检测当前系统运行参数，对能否进行合环操作进行判断确认。

在配电线路建设时，馈线开关一般在两侧各配置一个单相电压互感器(PT)，分别检测AB相间电压和BC相间电压，PT同时为FTU供电，其二次侧额定电压为220V。于是FTU只能采集到开关两侧各一个线电压信号，且一个为AB相间电压、另一个为BC相间电压，仅通过这两个电压难以判断是否具备合环条件。在实际运行中，任何一个馈线开关都可能成为联络开关，无法通过对某个开关增加PT的方法解决电压信号不足的问题。

联络开关对应的FTU需要获得其他开关处的电压信息，才能判断系统是否具备合环条件。通过主站中转的通信方式延时较大，难以保证信息的时效性。而将馈线终端接入对等通信网络，各终端之间对等交换实时数据的方式，不需要通过主站中转，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。对等通信网可采用光纤以太网络，已有研究结果表明，采用无连接的传输层用户数据报协议(UDP)传输数据，在适当的网络流量下，其实际的传输延迟不会超过10ms。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，本系统由联络开关对应的馈线终端在合环操作前确认联络开关两侧系统处于同期运行状态，避免发生合环误操作。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，包括配电自动化主站、馈线开关、馈线终端、对等通信网络和通信处理机。其中，馈线终端分别与各自对应的馈线开关相连，对馈线开关进行监测与控制；多个馈线终端之间通过对等通信网络相连，点对点交换信息；配电自动化主站通过通信处理机接入对等通信网，与各个馈线终端通信。

所述馈线终端呈分布式设置，与配电线路上的馈线开关一一对应，且各馈线终端分别用于各自对应开关的测量与控制。

所述馈线开关两侧各装设一个电压互感器，分别检测AB相间电压和BC相间电压，电压互感器二次侧输出接入对应的馈线终端。

所述馈线开关中处于分位，且两侧都有电压的馈线开关为联络开关。

所述配电自动化主站是合环操作的发起单元，在配电网需要进行合环操作时，向联络开关对应的馈线终端发送合环指令。

所述联络开关对应的馈线终端作为合环操作的主控制单元，接受主站发送的合环指令，通过对等通信网与前后两相邻终端通信，实时获取前后两相邻开关处的电压信息，与合环定值进行比较，判断是否符合合环条件；若符合合环条件则控制联络开关合闸实现合环，若不符合则闭锁合环操作。

所述对等通信网络使用光纤以太网，采用无连接的传输层用户数据报协议(UDP)传输数据，实现各馈线终端之间的点对点直接通信。

本实用新型的工作原理为：在需要进行合环操作时，配电自动化主站向联络开关对应的馈线终端发送合环指令；联络开关对应的馈线终端接收到合环指令后，通过对等通信网与前后两相邻终端通信，实时获取前后两相邻开关处的电压信息；联络开关对应馈线终端综合自身采集的电压及通信获取的前后开关处电压信息，与提前设定的定值进行比较，判断是否符合合环条件；若符合合环条件则控制联络开关合闸实现合环，若不符合则闭锁合环操作。

所述合环条件包括：联络开关两侧各线电压幅值满足设定值、两侧相对应的线电压幅值差小于设定值、联络开关采集的两个线电压相位之差满足设定值。当三个条件同时满足时，认为两侧系统处于同期状态，联络开关合闸，执行合环操作；否则，闭锁合环操作。

本实用新型的有益效果为：在合环前由联络开关对应的馈线终端判断两侧系统是否同期，确定同期运行再进行合环操作，可有效避免发生非同期运行合闸的合环误操作；联络开关对应的馈线终端获取前后开关处的电压信息，结合自身采集的电压进行综合判断，可解决联络开关处获取电压不足的问题，保证合环条件判断的准确性；馈线终端接入对等通信网络，各终端之间可通过对等通信网实现点对点通信，不需通过主站中转，通信延时小，保证了信息传输的时效性。

附图说明

图1为本实用新型配电网合环操作控制系统的控制流程图；

图2为本实用新型提出的配电网合环操作控制系统结构示意图；

图3为馈线终端测量电压信号示意图。

其中，CB1、CB2为出线开关，S1—S7是馈线开关、其中S4为联络开关，FTU1—FTU7分别为各馈线开关对应的馈线终端，RTU1、RTU2为出线开关对应的站内终端，各FTU、RTU接入对等通信网络，PT为单相电压互感器，FTU为馈线开关对应的终端。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，包括配电自动化主站、馈线开关、馈线终端(FTU、包括站内终端RTU)、对等通信网络和通信处理机。其中，馈线终端分别与各自对应的馈线开关相连，对馈线开关进行监测与控制；多个馈线终端之间通过对等通信网络相连，点对点交换信息；配电自动化主站通过通信处理机接入对等通信网，与各个馈线终端通信。

配电网架构为“闭环设计、开环运行”，以双端电源供电的“手拉手”环网为例，根据运行情况不同，任一馈线开关都可作为联络开关使用。在图2中FTU4对应的S4开关为联络开关，正常运行时S4处于分位，系统开环运行。

在线路检修或转移负荷需要倒闸操作时，采用先合上联络开关再断开分段开关的方法，可以避免开关倒闸引起的部分用户短时停电。例如变电站M的变压器发生过载，计划将开关S2下游负荷由变电站N转供。如果先断开开关S2再合上联络开关S4，则会导致S2与S4之间的用户短时停电；应该先合上联络开关S4使线路合环，再断开S2实现转供，在此过程中不会有用户发生停电，提高了供电可靠性。

配电网运行状况变化较快，由于主站与终端之间存在通信延时，当终端接收到合闸指令时，系统的运行状况可能已经发生了变化而不具备合环条件，甚至一侧线路可能已因故障跳闸，如果执行合环操作则有可能引起严重后果。本实用新型提出在执行合环操作前，由联络开关对应终端对两侧系统运行状态进行判断，确认系统是否具备合环条件。

如图3中所示，现场一般在开关两侧各配置一个单相电压互感器(PT)，分别检测AB相间电压和BC相间电压。于是图2中终端FTU4只能获得变电站M侧AB相间的线电压U_M·AB和变电站N侧BC相间的线电压U_N·BC，难以通过这两个电压信息判断是否具备合环条件。本实用新型提出，联络开关对应的终端通过对等通信网络，与前后两相邻开关的馈线终端通信，获取两侧相邻开关处的电压信息，结合自身电压信息进行判断。如图2中所示，FTU4通过对等网络与FTU3、FTU5通信，获取开关S3、S5处的电压信息，其中S3处电压信息为变电站M侧线电压U_M·AB和U_M·BC，S5处电压信息为变电站N侧线电压U_N·AB和U_N·BC。

如图1所示，是本实用新型提出的配电网合环操作控制系统进行合环控制的主要步骤，结合图2对主要步骤说明如下：

(1)调度员或主站系统判定需要进行合环操作后，由主站向联络开关S4对应的馈线终端FTU4发送合环指令，该合环指令为含有合环标志的遥控合指令；

(2)FTU4接收接收到合环指令后，首先确认对应开关是否为联络开关；如果是联络开关则继续执行步骤(3)，否则闭锁合环并上报主站；确认联络开关的条件是开关处于分位，且开关两侧采集到的电压均大于有压定值，即满足

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{M\·\mathrm{AB}}>U_T\\ U_{N\·\mathrm{CB}}>U_T\end{array}\right.$

其中U_M·AB、U_N·CB分别为联络开关M侧AB相间线电压幅值和N侧CB相间线电压幅值，U_T为有压定值，一般可设为额定电压的0.7倍；

(3)FTU4通过对等通信网络获取相邻两个开关S3、S5处的电压信息，结合自身可采集的两个线电压信息进行计算，得到联络开关S4处另外两个线电压；计算公式为：

$U_{M\·\mathrm{CB}}=U_{S3\·\mathrm{CB}}\frac{U_{M\·\mathrm{AB}}}{U_{S3\·\mathrm{AB}}}$

$U_{N\·\mathrm{AB}}=U_{S5\·\mathrm{AB}}\frac{U_{N\·\mathrm{CB}}}{U_{S5\·\mathrm{CB}}}$

其中U_M·CB、U_N·AB分别为联络开关M侧CB相间和N侧AB相间的线电压幅值，U_S3·AB和U_S3·CB是开关S3处的线电压，U_S5·AB和U_S5·CB是开关S5处的线电压。

(4)将联络开关S4两侧的电压信息与合环定值进行比较，判断当前系统是否具备合环操作条件；判据包括：S4两侧线电压幅值均满足设定值、S4两侧相对应的线电压幅值差均小于设定值、S4采集的两个线电压相位之差满足设定值；当上述三个条件均满足时，认为系统处于同期状态，符合合环条件；

(5)如果符合合环条件则执行所述合环指令控制联络开关合闸，并上报主站已执行合闸；否则闭锁合环操作，并将结果上报主站。

当其他馈线开关作为联络开关运行时，与S4是联络开关的情况类似，在此不再一一赘述。同样的道理，本实用新型提出的方法也适用于其他环网形式，包括但不限于多分段多联络网、单环电缆网、双环电缆网、多供一备等网架结构。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：包括配电自动化主站、馈线开关、馈线终端、对等通信网络和通信处理机；其中，馈线终端分别与各自对应的馈线开关相连，对馈线开关进行监测与控制；多个馈线终端之间通过对等通信网络相连，点对点交换信息；配电自动化主站通过通信处理机接入对等通信网，与各个馈线终端通信。

2.如权利要求1所述的一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：所述馈线终端呈分布式设置，与配电线路上的馈线开关一一对应，且各馈线终端分别用于各自对应开关的测量与控制。

3.如权利要求2所述的一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：所述馈线开关两侧各装设一个电压互感器，分别检测AB相间电压和BC相间电压，电压互感器二次侧输出接入对应的馈线终端。

4.如权利要求1所述的一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：所述馈线开关中处于分位，且两侧都有电压的馈线开关为联络开关；所述配电自动化主站是合环操作的发起单元，在配电网需要进行合环操作时，向联络开关对应的馈线终端发送合环指令。

5.如权利要求4所述的一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：所述联络开关对应的馈线终端作为合环操作的主控制单元，接受主站发送的合环指令，通过对等通信网与前后两相邻终端通信，实时获取前后两相邻开关处的电压信息，与合环定值进行比较，判断是否符合合环条件；若符合合环条件则控制联络开关合闸实现合环，若不符合则闭锁合环操作。

6.如权利要求1所述的一种基于终端对等通信的配电网合环操作控制系统，其特征是：所述对等通信网络使用光纤以太网，采用无连接的传输层用户数据报协议传输数据，实现各馈线终端之间的点对点直接通信。