本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种分布式元件差动保护方法及系统。
背景技术：
目前，随着智能变电站发展迅速，有力推动了继电保护技术创新，但也暴露出一些问题。智能变电站由于合并单元以及智能终端的处理延时，使得保护的整组动作时间接近系统稳定计算边界，智能变电站继电保护多种技术路线并存，技术原则不统一，发展方向不明确，甚至突破了继电保护“四性”基本原则，给电网运行带来诸多潜在风险，智能变电站保护技术亟待提升。国家电网调〔2017〕458号《国家电网公司关于印发公司继电保护技术发展纲要的通知》要求，确定未来智能变电站继电保护采用以“采样数字化、保护就地化、元件保护专网化、信息共享化”为特征的就地化保护新技术，其中主变保护和母线保护等元件保护采用多子机分布式安装、无主式配置的保护系统。
主变保护采用分布式安装、无主式配置模式，每个保护子机采集本侧的模拟量和开关量，输出本侧开关跳闸出口，各个保护子机通过环形网络首尾连接，共享模拟量信息。同时每个保护子机具有完整的保护功能，主变保护结构如图1所示。
母线保护采用分布式安装、无主式配置模式，由多个保护子机构成，每个保护子机可接入一定数量间隔的模拟量和开关量，输出所接间隔开关跳闸出口，各个保护子机通过环形网络首尾连接，共享模拟量信息。同时每个子机具有完整的保护功能，母线保护结构如图2所示。
分布式元件保护采用基于基尔霍夫电流定律的差动保护方法，原理简单可靠，动作速度快，如公开号为“cn105703332a”，名称为“变压器抗ta饱和的差动保护方法及其装置”的中国专利，该差动保护方法为：采集被保护元件的电流，每个电流周波内采集n个电流采样点，并确定故障的起始时刻，若制动电流的变化量和差动电流的变化量同时出现，则判断为区内故障，启动差动保护；若制动电流的变化量先于差动电流的变化量出现时，则判断为区外故障。通过设定的判据更为准确的判断是区内故障还是区外故障，可以有效防止电流差动保护误动。但是在分布式安装、无主式配置模式下，各保护子机模拟量采样时刻存在差异，在发生复杂故障的情况下各保护子机反应出来的故障电流存在少许差异，进而影响整套系统内个别保护子机的动作行为，具体表现为动作速度不一致。通过动模仿真验证，在发展性故障和区外饱和转区内故障过程中，各保护子机保护动作出口时间有30-50ms差异，反应到实际电力系统中，就是跟故障点相连的断路器跳开时间相差30-50ms，这不仅影响电力生产管理部门的工作，更严重的是对相邻保护装置或安全自动装置的动作行为产生不利影响，甚至可能引起越级跳闸导致很大的损失，以至于带来一系列不良的社会影响。所以，保证分布式安装、无主式配置模式下元件保护动作一致性，对电力安全生产、电力系统安全稳定运行，为提高供电可靠性起到至关重要的作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种分布式元件差动保护方法及系统，用于解决多保护子机分布式安装、无主式配置模式下各保护子机的保护动作行为不一致的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种分布式元件差动保护方法，包括如下步骤：
当任一个保护子机启动差动保护时，判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机是否动作，若除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机动作，则仅对启动差动保护的保护子机进行差动逻辑判别，若差动逻辑判别满足动作条件，则启动差动保护的保护子机动作。
为了正确选择分布式元件差动保护动作判别逻辑，若判断除所述其中一个保护子机外的其他保护子机均未动作时，则对启动差动保护的保护子机进行区内外判别、饱和判别、波形特征判别及差动逻辑判别，若判断区内外判别、饱和判别、波形特征判别及差动逻辑判别均满足动作条件时，则启动差动保护的保护子机动作，同时向其他保护子机发送动作标志。保证了各个保护子机动作的一致性。
为了解决动作状态数据的有效性低的问题，所述动作标志通过动作状态数据发送，所述动作状态数据采用正反码编码的方式发送给其他保护子机，其他保护子机对接收到的正反码编码的数据进行正反码校验。提高了动作状态数据的有效性。
判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机是否动作，是通过解析动作状态数据来实现的。更加准确的判断出其他保护子机是否动作。
若判断出该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机动作，则启动差动保护的保护子机动作时同时闭锁向其他保护子机发送动作标志。避免了重复发送动作状态标志，解决了各保护子机的差动保护动作时间不一致的问题。
本发明还提供了一种分布式元件差动保护系统，包括至少两个保护子机，各保护子机通过环网连接，当任一个保护子机启动差动保护时，判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机是否动作，若除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机动作，则仅对启动差动保护的保护子机进行差动逻辑判别，若差动逻辑判别满足动作条件，则启动差动保护的保护子机动作。
为了正确选择分布式元件差动保护动作判别逻辑，若判断除所述其中一个保护子机外的其他保护子机均未动作时，则对启动差动保护的保护子机进行区内外判别、饱和判别、波形特征判别及差动逻辑判别，若判断区内外判别、饱和判别、波形特征判别及差动逻辑判别均满足动作条件时，则启动差动保护的保护子机动作，同时向其他保护子机发送动作标志。保证了各个保护子机动作的一致性。
为了解决动作状态数据的有效性低的问题，所述动作标志通过动作状态数据发送，所述动作状态数据采用正反码编码的方式发送给其他保护子机，其他保护子机对接收到的正反码编码的数据进行正反码校验。提高了动作状态数据的有效性。
判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机是否动作，是通过解析动作状态数据来实现的。更加准确的判断出其他保护子机是否动作。
若判断出该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机动作，则启动差动保护动作的保护子机动作时同时闭锁向其他保护子机发送动作标志。避免了重复发送动作状态标志，解决了各保护子机的差动保护动作时间不一致的问题。
本发明的有益效果是：
本发明任一个保护子机启动差动保护时，判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机已经动作，则简化所述其中一个保护子机的动作判据，只对启动差动保护的保护子机进行差动逻辑判别，若差动逻辑判别满足动作条件，则启动差动保护的保护子机动作，保证本保护子机快速跳闸出口，确保了各保护子机均以最快的速度隔离故障点，避免了对相邻保护装置或安全自动装置的动作行为产生不利影响。本发明解决了分布式安装、无主式配置的跨间隔元件保护在区内复杂故障情况下，各间隔跳闸时间不一致的问题，确保任何故障下，各保护子机动作行为的步调一致，且能够快速隔离故障，提高了供电可靠性。
附图说明
图1为分布式主变保护系统结构框图；
图2为分布式母线保护系统结构图；
图3为本发明的分布式元件差动保护动作一致的检测方法的流程图；
图4为其他保护子机保护动作状态判别流程图；
图5为其他保护子机已动作时的保护逻辑图；
图6为其他保护子机未动作时的保护逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
分布式元件差动保护由多个保护子机协同配合完成整套保护功能，每个保护子机采集部分间隔模拟量，所采集的模拟量同时提供给本保护子机及其他保护子机使用，同时，每个保护子机均具备独立的保护逻辑功能，由于各保护子机模拟量采样时刻存在差异，在经过滤波计算后及发生复杂故障的情况下各保护子机所反应出来故障电流存在少许差异，进而影响整套系统内个别保护子机的动作行为，具体表现为动作行为不一致。
为了解决以上问题，本发明提供了一种分布式元件差动保护系统，包括至少两个保护子机，各保护子机通过环网连接，当任一个保护子机启动差动保护时，判断除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机是否动作，若除该保护子机外的其他保护子机中的任一个保护子机动作，则对启动差动保护的保护子机进行差动逻辑判别，若差动逻辑判别满足动作条件，则启动差动保护的保护子机动作。
利用分布式元件差动保护系统对各保护子机进行差动保护的方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：判别整套保护系统内其他任一保护子机是否已经动作；其目的是判定整套保护内其他保护子机是否先于本保护子机而动作，为步骤2的差动保护方案的选择提供判别依据。包含保护子机已经动作状态的数据组帧发送和对其他保护子机动作状态数据的接收判断两个部分。
(1)组帧发送部分具体方案为：若某个保护子机经完整的保护逻辑判别，满足预设的动作条件后跳闸出口，且未接收到其他保护子机已经动作的标志，则将本保护子机动作分状态发送给其他保护子机。本实施例所声称的分布式元件差动保护指的是分布式主变保护或者母线保护，其中主变保护的动作分状态包括a相纵差动作、b相纵差动作、c相纵差动作、a相差流速断动作、b相差流速断动作、c相差流速断动作，母线保护的动作分状态包括1母a相动作、1母b相动作、1母c相动作、2母a相动作、2母b相动作、2母c相动作、3母a相动作、3母b相动作、3母c相动作。为保证各保护子机间数据传输的可靠性，保护动作状态发送的数据组帧采用混合编码的方式，将保护动作状态转换为整形数据，每四位二进制数据表示一个状态，其中1010表示状态为真，0101表示状态为假；考虑到母线保护需要传输9个分相动作状态，32位无符号数可以表示为8个四位数，每个四位数表示一种工作状态，即一个32位无符号数可以传输8个工作状态，由于母线保护需要传输9个工作状态，考虑到数据的一致性，则需要采用另外一个32位无符号数传输9-16个工作状态，即需要采用2个32位无符号数。
为预防数据传输过程中出现异常，数据位被改写而影响其他保护子机的正确解析，保护状态的数据编码采用正反码配合的方式，且正反码不在同一个32位数据中体现，所以传输9个工作状态总共需要4个32位数，其中数据1为8个动作状态的正码，数据2为此8个动作状态的反码，数据3为另8个动作状态的正码，数据4为其反码。例如数据1的低四位1010和数据2的低四位0101时，表示1母a相动作状态为真，当数据1的低四位0101和数据2的低四位1010时，表示1母a相动作状态为假。为保证保护动作状态传输的时效性，在保护子机传送采样值数据的报文中开辟4个32位无符号整形数据的空间用于寄存保护动作状态数据，保护动作状态数据组帧完成后，按顺序写入次4个32位无符号整形数据的各个数据位，若动作状态数据不足则采用0填充补齐，数据打包完成后采用250微秒的时间间隔定时发送。
(2)接收判断部分具体方案为：各保护子机的运行过程中，任务执行过程实时接收其他所有保护子机的数据包，针对每个数据包逐一处理，数据包经过crc校验且校验通过后，再提取其中代表保护动作状态的数据位，然后将代表每一个动作状态的数据位进行正反码校验，正反码校验通过后进行状态真和状态假判别。若其中有任一保护子机的同一类动作状态为真，则置其他保护子机已经动作标志为真，比如母线保护子机2接收到保护子机1的a相差动动作标志，则置其他保护子机a相动作标志为真。为确保数据有效。可靠使用其他保护子机的保护状态，考虑到电力系统故障最长持续时间小于10s，所以，判别其他保护子机保护动作状态的有效期为10s，若接收到某个保护子机保护动作状态持续时间大于10s，则认为该状态不可信，判为无效数据。其他保护子机动作状态数据解码和判断逻辑如图4所示。
步骤2：若本保护子机已经判别启动差动保护判别，则根据整套保护内其他任一保护子机是否动作的情况，确定本保护子机的保护判别逻辑；其中，无其他保护子机动作标志时，本保护子机差动保护进行完整的区内外判别、饱和识别、波形特征识别及差动逻辑判别，满足动作条件时跳闸出口，同时向其他保护子机发送动作标志；若其他保护子机中任一个保护子机已经动作的情况下，本保护子机简化动作判别逻辑，仅判别差动逻辑是否满足动作条件，若满足动作条件则跳闸出口，同时闭锁向其他保护子机发送动作标志。
对于步骤2，其目的是选择分布式元件差动保护动作判别逻辑。在本保护子机故障启动后，首先判别是否有其他子机已经动作标志，若有其他子机动作标志则简化差动逻辑判别逻辑，不再进行区内外判别、饱和识别等，仅判别差动逻辑满足动作条件即跳闸出口；动作逻辑如图5所示(以a相差动为例)。若未收到其他保护子机已经动作标志，则本保护子机严格进行区内外判别、饱和识别、故障波形识别和差动逻辑判别，满足条件后动作出口，此时持续监测其他保护子机动作状态，若一直未收到其他保护子机动作状态，则在本保护子机出口的同时向其他保护子机发送本保护子机动作标志，动作逻辑如图6所示(以a相差动为例)。
本发明在在分布式安装、无主式配置模式的元件保护中，增加了各保护子机协同作战的环节，首先判断整个保护系统内其他保护子机是否动作，根据其他保护子机的动作情况，确定本保护子机的保护动作逻辑；其中，若其他保护子机已经动作，则简化本保护子机的动作判据，保证本保护子机快速跳闸出口。能够避免因各保护子机模拟量采样时刻存在差异及在经过滤波计算后故障电流波形特征不完全一致的影响，而导致的各保护子机动作行为不一致问题。通过仿真验证，在各类典型和复杂故障中，各保护子机保护动作出口时间时间差不超过5毫秒，使各保护子机动作行为的步调基本一致。且能确保各子机均以最快的速度隔离故障点，避免对相邻保护装置或安全自动装置的动作行为产生不利影响，保障电力系统安全稳定运行，提高供电可靠性。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。