基于ptn通讯技术和ieee1588网络对时协议的广域保护控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统继电保护和安全控制技术领域，特别涉及一种基于PTN(分组传送网，Packet Transport Network，其特点是在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本(TCO)，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。)光网络通讯技术和IEEE1588网络对时协议的广域保护技术。
【背景技术】
[0002]随着电网互联及电力市场的发展，电力系统将日渐接近其运行极限，其运行和控制将更为复杂，发生扰动和故障的可能性更大，后果也更严重，这对稳定控制提出了更高的要求。
[0003]常规的继电保护用于在电力系统发生故障后实现对故障元件的自动和快速切除、隔离故障，以保证人身和设备安全以及无故障部分的正常运行。现有的继电保护和安全自动装置不能适应电力系统发展的要求，主要问题如下:
[0004]保护动作判据都是基于本地测量数据，其选择性要求继电保护只能保护本地网络，没有考虑故障对整个电网的影响，难以对运行方式的不断变化的客观系统作出全面的反映。保护装置相互之间缺乏有效的协调，难以实现系统全局的安全稳定运行，在某些情况下(如发生连锁故障)会恶化系统的运行状况。在高负荷时期，这些关键的联络线上的传输功率可能接近输送功率极限。这种情况下运行的系统抗扰动的能力大大降低，很容易因为一条联络线发生偶然事故断开造成其余线路过负荷而相继断开，从而使事故蔓延，甚至造成系统崩溃。美国8.14大停电事故最初就是从几条线路相继断开开始的。
[0005]常规的后备保护虽然有比较大的保护范围，但其选择性的获得要以牺牲快速性为代价，动作时间过长，有时候难以发挥应有的保护作用。现有的继电保护配置当中，后备保护的时限整定遵循阶梯时限原则，为了保证选择性，后备保护的动作时限可能高达数秒。在电网规模和复杂程度越来越大的情况下，这一问题越显突出，至今仍无法很好的解决。
[0006]安全自动装置的主要作用是维护电网的安全稳定运行，在紧急情况下采取减负荷、切机以及系统解列运行等方式来避免电网崩溃而导致大停电事故。目前电力系统的安全自动装置和继电保护装置是两套独立的系统，二者之间缺乏有效的通信和配合，无法准确反映整个系统的变化情况。
[0007]随着计算机与网络通信技术的发展，特别是光纤的大量敷设，为获得广域电网多点电气量和状态量信息提供了必要的信息基础。同时，随着计算机处理能力的增强，为将继电保护系统和安全自动控制系统集成在一起提供硬件条件。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于PTN光网络通讯技术和IEEE1588网络对时协议的广域保护控制系统。该广域保护可以完成广域电网的线路保护、变压器保护、母线保护、开关失灵保护、低频减载、低压减载功能、广域备自投功能。
[0009]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种基于PTN通讯技术和IEEE1588网络对时协议的广域保护控制系统，所述广域保护控制系统包括站域保护子站、区域保护主站和广域保护主站；其特征在于:
[0010]站域保护子站基于PTN光网络和IEEE1588网络对时协议，利用PTN光网络将变电站内的同步数据共享，实现变电站站域保护功能；将关联紧密的若干变电站作为一个区域电网，利用PTN光网络将区域电网内各变电站的同步数据上送到区域保护主站，实现区域保护控制功能；将关联紧密的若干区域电网作为一个广域电网，利用PTN光网络将广域电网内各区域保护主站的同步数据上送到广域保护主站，实现广域保护控制功能；所述广域保护控制系统通过安装在被保护的广域电网各站域保护子站中的站域保护控制装置、安装在各区域保护主站中的区域保护控制装置和安装在广域保护主站中的广域保护控制装置实现站域、区域、广域电网的保护和控制。
[0011 ] 在所述广域电网中，所有变电站各间隔配置数据采集模块和执行单元，站域保护子站利用PTN光网络通讯技术和IEEE1588协议对时机制实现对该站域子站所属变电站的各间隔的电压、电流以及状态量的同步测量，并计算对应电压、电流的幅值、相位、频率、功率，将所计算的电压、电流的幅值、相位、频率、功率连同计算时刻的时间信息，以及测量到的状态量数据连同测量时刻的时间信息作为共享同步数据通过PTN光网络传送站域保护控制装置，站域保护控制装置根据本变电站共享的同步数据，判断是否本变电站内的元件出现异常或者故障，站域保护控制装置将本站共享同步数据和元件出现异常或者故障的判断结果上送至本站所属的区域保护主站中的区域保护控制装置。
[0012]区域电网中的区域保护控制装置根据本区域电网中各站域保护子中的站域保护控制装置上送的共享同步数据进行计算和分析以判断被保护的区域电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果生成相应的控制命令，通过PTN光网络下达给相应的站域保护控制装置。
[0013]区域保护控制装置根据多个相关站域保护控制装置上传的共享同步数据完成分析和判断，并辅以站域保护控制装置根据本地的判定结果来协同完成保护和控制功能。
[0014]安装在广域保护主站中的广域保护控制装置根据所包含的各区域保护控制装置上送的共享同步数据进行计算和分析以判断被保护的广域电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果生成相应的控制命令，通过PTN光网络下达给相应的区域保护控制装置。
[0015]对于广域电网所属的区域电网之间的联络线路和区域电网内的线路，广域保护控制装置和区域保护控制装置可以将广域电网内线路分别同时使用差动保护和集成式后备保护。
[0016]集成式后备保护采用2段式距离保护、2段零序方向保护、TV断线后2段过流保护，以及过负荷保护。当广域电网中某条线路因过负荷或者故障导致该线路退出运行，该线路所属区域保护控制装置或站域保护控制装置会自动提高同一功率断面线路的过负荷保护电流定值和时间定值，从而避免连锁跳闸事故。
[0017]当所述站域保护控制装置检测并判断到本站所属线路发生故障时，通过PTN光网络向相应间隔的执行单元发跳闸令跳开故障线路各侧断路器，经过设定延时后，如果故障线路还有电流，则认为该断路器失灵，则由站域保护控制装置通过PTN光网络向相应间隔执行单元发跳令跳开该故障线路上一级的断路器，避免事故的进一步扩大。
[0018]当所述区域电网发生故障并成功切除故障后，区域保护控制装置根据区域电网电源分布情况和区域电网运行情况，启动区域备自投功能，恢复供电，缩小失电范围。区域保护控制装置结合区域电网共享同步数据，综合计算区域电网各节点的有功、无功、频率，预估区域备自投动作后的情况，以达到智能恢复供电的目的。
[0019]所述当广域电网发生影响广域电网安全稳定的大扰动时，广域保护控制系统可以实现切机、切负荷、快速减出力等安全稳定控制功能，该广域保护控制系统是基于IEEE1588的同步数据系统，对时精度可以达到I微秒，完全满足广域电网安全稳定控制的要求。
[0020]本发明具有以下有益的技术效果:本发明基于高速数据通讯网络和网络对时同步数据，考虑利用高速数据网络将变电站内的数据共享，实现变电站站域保护功能；同时将关联紧密地若干变电站作为一个区域电网，利用高速数据网络将区域内各变电站的数据上送到区域主站，实现区域保护功能；将关联紧密的若干区域电网作为一个广域电网，利用高速数据网络将广域电网内各区域主站的数据上送到广域主站，实现广域保护功能。该系统区域保护功能是站在区域电网全局的高度来进行控制调度，要比传统的按间隔配置的控制装置更有效，更合理，该广域保护可以实