一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法
【专利摘要】本发明公开了一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，终端采集汇总本间隔节点上的进线和各支路电量以及网络拓扑信息；通过快速对等网络通讯，发送本节点并接收处理上下游节点间隔的进线和各支路电量以及网络拓扑信息，同时对上下游节点的终端在线信息进行实时监测；根据针对配网单馈线网络、环网、花瓣网结构预设的自适应故障判断条件和组合逻辑，在配电网故障的情况下，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域；输出控制信号执行保护快速跳闸出口，跳开相应的开关隔离故障。本发明可用于智能配电网中，实现配电网单馈线、环网以及花瓣网等复杂网络结构下故障时的故障分析和快速故障隔离，有效提高了配网供电的可靠性。
【专利说明】
一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法
技术领域
[0001]本发明针对目前配电网设备故障时故障信息检测、故障点快速保护并隔离、故障恢复等，大多需要调度主站或人员的人工判断处理，或者需要配电工作人员的现场操作完成，故障隔离处理以及供电恢复时间长，影响配网的稳定运行和用户长期正常用电的问题，发明了一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法。属于电力系统智能配电网技术领域。
【背景技术】
[0002]由于配电网涉及用户多、覆盖区域广、用户性质复杂、网络分支多、拓扑结构复杂，运行稳定性和供电可靠性要求较高，这对配电网自动化系统的快速故障处理提出了较高的要求。而配电网保护及其故障定位，是故障隔离及配网重构的基础，对保证供电可靠性、提高供电质量具有重要意义。
[0003]目前，故障的定位和处理主要有以下几种方式:
一、基于故障指示器和通信子站组成的故障定位系统
当系统出现短路或接地故障时，指示器检测到短路故障电流或特定信号电流流过，指示器动作，通过通信系统，将动作信号传送发给主站(后台)系统，主站(后台)系统进行网络拓扑计算分析，将故障信息以短信方式通知有关人员，并与地理信息系统相结合，可以直接显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来。运行维修人员可以直接到故障点排除故障。特点:不需要改造一次设备、投资省、容易实施推广;缺点:故障定位分析时间较长，不能准确定位和隔离；
二、就地型重合器方式馈线自动化系统
依据“电压-时间型”原理，来电即合、无压释放的工作特性，与变电站现有的一次重合闸配合，通过电压时序逻辑检测，不依赖配电自动化主站及通信，确定故障区段位置，并闭锁故障点前、后电压型开关得电合闸的功能，实现故障区段的“就地隔离”。特点:不依赖通信及自动化主站实现“就地”故障隔离;缺点:开关逐级延时合闸，使事故区间判断、事故区域隔离和非事故区间的送电恢复时间较长;故障前电源侧非故障区段供电需要配电自动化主站控制。
[0004]三、基于roTU和自动化主站的集中型馈线自动化系统
相应的变电站线路/开关站/开闭所/柱上开关等处安装相应的FTU、DTU装置进行信号采集，通过通讯将保护动作信号、开关位置等信号上传至自动化主站。
[0005]配电自动化主站根据配电终端检测到的故障告警信息，结合变电站、开关站/开闭所的保护动作信号、开关分闸等相关信息进行综合判断，启动故障处理程序，确定故障类型和故障区段，实现故障区段隔离和恢复非故障区段供电。特点:无须保护配合，实施方便;对于网络拓扑复杂、分支较多的线路时处理相对方便，扩展性好;缺点:需要变电站重合闸配合;功能依赖主站端进行，故障定位隔离为分钟级，时间较长;每次故障时，整条线路都存在短时停电。
[0006]其他如基于光纤纵联差动的配电终端+自动化主站的馈线自动化系统能够解决无分支主干线的快速保护的问题，保护的选择性好，灵敏度也高。但该方法工程实现较复杂，对配网复杂拓扑和快速发展扩建的工程应用情况应对有限，不能根本上解决馈线保护适应性问题。
[0007]总之，配电网保护快速性研究及故障隔离的重点是其工程实用化的过程，即可提高控制性能，同时又能够自动适应各种配网网络拓扑结构，在不依赖主站系统的条件下数秒内完成故障隔离与恢复供电，以满足重要用户对供电可靠性更高的要求。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于提供一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，能够不依赖配网调度主站控制，自动适应各种配电网网络拓扑结构，实现数秒内有选择性的完成故障区域的隔离与恢复供电，满足重要用户对供电可靠性的高要求，提高配电网运行的稳定性和供电可靠性。
[0009 ]为实现上述发明目的，本发明是采取以下的技术方案实现:
一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:包括步骤一:终端采集汇总本间隔节点上的进线和各支路电量以及网络拓扑信息；
步骤二:通过快速对等网络通讯，发送本节点并接收处理上下游节点间隔的进线和各支路电量以及网络拓扑信息，同时对上下游节点的终端在线信息进行实时监测；
步骤三:根据针对配网单馈线网络、环网、花瓣网结构预设的自适应故障判断条件和组合逻辑，在配电网故障的情况下，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域；
步骤四:根据故障判断分析结果，输出控制信号执行保护快速跳闸出口，跳开相应的开关隔离故障；
步骤五:终端输出相应的告警提示信息，同时将遥信、遥测、告警、保护动作信号上传至配网主站，以辅助主站远程监视和现场故障恢复处理提供技术依据。
[0010]前述的一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤一，包括采集配电网的开闭所、环网柜、柱上开关等电网供电节点处线路运行的模拟量电压电流、开关分合位开关量、网络拓扑数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率、功率方向等电量参数，供后续配网故障判断和主站运行工况监测数据使用。
[0011 ]前述的一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤二，包括通过快速对等网络通讯，传输本节点并接收上下游节点间隔的电量及网络拓扑等信息，同时监测相关节点的终端在线情况，具体方法为:
21)将环网或者花瓣网，按照单环结构，组建基于以太网或者光纤通讯的快速对等通讯网络，将环上的所有节点接入网络中。
[0012]22 )通过快速对等通讯网络，所有节点均广播传输本节点的电压电流、保护启动、方向、网络拓扑结构等运行参数数据至网络上，供其他间隔接收使用；
2 3 )通过网络接收相邻节点的电压电流、保护启动、方向、网络拓扑结构等运行参数数据；
24)通过与相邻节点间固定时间间隔的心跳报文的传输，可以判断出相邻节点是否正常在线运行。如相邻节点不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展追溯至正常在线的相邻(上游/下游)节点，与其进行运行参数数据的交互，自适应调整该节点的故障保护范围。
[0013]对于单馈线和环网拓扑结构，按人为认定的电流流向确定上游以及下游的节点位置。
[0014]对于花瓣网拓扑结构，则在花瓣网节点处将其拆分为若干个环网拓扑，然后按照多个环网结构分别进行上下游的节点位置认定和通讯处理。
[0015]前述的一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤三，包括针对配网单馈线网络、环网、花瓣网结构，按照分散化故障判断条件和预定的组合逻辑，在配电网故障的情况下，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域，具体方法为:
31)在线路故障时，感受到故障电流的节点电流保护启动，同时主动的快速重复向网络上发送该节点的保护启动、方向、拓扑结构等运行参数信息。
[0016]32)采用基于镜像反射式的在线查询方式，主动查询相邻间隔终端是否在线，保证通讯网络上各节点信息实时可靠。
[0017]33)根据故障时本节点以及上下游相关节点的故障参数信息，根据预设的配电网故障判断条件和组合逻辑，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域，同时产生相应的告警信息。
[0018]a.根据电流保护情况，判断故障类型是否为单相接地故障、相间短路故障或者三相短路故障。
[0019]b.对于单馈线拓扑结构类型，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护不启动+启动节点电流方向一致的条件判断为本节点至下游节点间线路故障；
c.对于环网拓扑结构，当合环时，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护启动+本节点与上游(下游)节点电流方向一致+本节点与下游(上游)节点电流方向相反的条件判断为本节点至下游(上游)节点间线路故障；
当解环时，原理同单馈线拓扑结构。
[0020]d.对于花瓣网拓扑结构，按照多个环网结构拆分后，可各自独立的按照环网拓扑结构进行故障分析处理。
[0021]对于花瓣节点处，则需同时对多个开关节点的电流及其方向，以及网络拓扑进行综合分析判断。
[0022]前述的一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤四，根据前步骤三的故障判断分析结果，执行保护快速跳闸出口跳开相应的开关隔离故障。
[0023]对于单馈线拓扑结构类型、环网拓扑结构类型、花瓣网拓扑类型，均可按照前一步骤的判断，跳开故障判断点上游最近的节点开关，并联跳跳开最近的下游节点开关，切除并隔离故障。同时产生相应的故障告警信息，辅助主站运行人员或者配电检修维护人员对配电网故障进行快速决策分析和恢复供电处理。
[0024]前述的一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤五，通过智能分布式快速通讯网络，接入配电网调度主站系统，进行相应的信息交互，上传相应的遥信、遥测信息，以及保护动作和故障区域判断、故障隔离等信息，辅助主站远程信号监视，并为配网运维人员现场故障恢复处理提供技术依据。
[0025]本发明的有益效果是:本发明设计了一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，可用于智能配电网内，自动适应配网结构和运行方式如合环/解环、双环、花瓣式等复杂网络拓扑结构变化，同时不依赖主站系统，实现配网故障的快速保护和故障区域隔离，最小化的限定配电网故障停电范围，有效提高配电网的安全水平和运行维护效率。
【附图说明】
[0026]图1为一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法流程图；
图2是一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法网络构架示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明作具体的介绍。
[0028]图1是本发明智能配电网分布式快速保护方法流程图。
[0029]首先采集配电网的开闭所、环网柜、柱上开关等电网供电节点处线路运行的模拟量电压电流、开关分合位开关量、网络拓扑等数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率、功率方向等电量参数，供后续配网故障判断和主站运行工况监测数据使用。
[0030]然后通过快速对等网络通讯，传输本节点并接收上下游节点间隔的电量及网络拓扑等信息，同时监测相关节点的终端在线情况，如相邻节点不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展追溯至正常在线的相邻(上游/下游)节点，与其进行运行参数数据的交互，自适应调整该节点的故障保护范围。
[0031]针对配网单馈线网络、环网、花瓣网结构，按照分散化故障判断条件和预定的组合逻辑，在配电网故障的情况下，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域:
a.根据电流保护情况，判断故障类型是否为单相接地故障、相间短路故障或者三相短路故障。
[0032]b.对于单馈线拓扑结构类型，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护不启动+启动节点电流方向一致的条件，判断为本节点至下游节点间线路故障；
c.对于环网拓扑结构，当合环时，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护启动+本节点与上游(下游)节点电流方向一致+本节点与下游(上游)节点电流方向相反的条件，判断为本节点至下游(上游)节点间线路故障；
当解环时，原理同单馈线拓扑结构。
[0033]d.对于花瓣网拓扑结构，按照多个环网结构拆分后，可各自独立的按照环网拓扑结构进行故障分析处理。
[0034]对于花瓣节点处，则需同时对多个开关节点的电流及其方向，以及网络拓扑进行综合分析判断。
[0035]根据故障判断分析结果，执行保护快速跳闸出口跳开相应的开关隔离故障，同时产生相应的故障告警信息，辅助运行人员或者配电检修维护人员对配电网故障进行快速决策分析和恢复供电处理。
[0036]最后，上传相应的遥信、遥测信息，以及保护动作和故障区域判断、故障隔离等信息，辅助主站远程信号监视，并为配网运维人员现场故障恢复处理提供技术依据。
[0037]图2是本发明一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法网络构架示意图。
[0038]如图2所示，该方法的网络主要由安装在配电网各线路开关节点处的智能配电终端，支持终端间快速对等交互的智能分布式快速通讯网络设备组成。
[0039]配电终端实时采集线路运行的模拟量电压电流、网络拓扑信息等数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率、功率方向等电量参数，供配电网故障判断和主站配网运行工况监测数据使用。
[0040]各个配电节点上的终端分别采集自己所在节点(环网柜、开闭所等)各支路的实时电压电流方向等故障量信息，同时向网络上发送本间隔节点的参数信息。
[0041]当线路发生故障时，同时主动问询相邻节点上终端是否在线，如相邻节点终端在线，则接收上下游节点传输来的该上下游节点电压电流方向等故障量信息，通过本终端内预设的故障分析判断逻辑，快速识别故障的类型/故障范围等信息，根据时限要求，延时跳闸切除故障相应的故障区域，恢复非故障区域的供电。
[0042]上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自适应配电网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一:终端采集汇总本间隔节点上的进线和各支路电量以及网络拓扑信息； 步骤二:通过快速对等网络通讯，发送本节点并接收处理上、下游节点间隔的进线和各支路电量以及网络拓扑信息，同时对上、下游节点的终端在线信息进行实时监测； 步骤三:根据针对配网单馈线网络、环网、花瓣网结构预设的自适应故障判断条件和组合逻辑，在配电网故障的情况下，判断识别配电网的故障类型和故障区域； 步骤四:根据故障判断分析结果，输出控制信号执行保护快速跳闸出口，跳开相应的开关隔离故障； 步骤五:终端输出相应的告警提示信息，同时将遥信、遥测、告警和保护动作信号上传至配网主站，以辅助主站远程监视和现场故障恢复处理提供技术依据。2.根据权利要求1所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤一，包括采集配电网的开闭所、环网柜或柱上开关电网供电节点处线路运行的模拟量电压、电流、开关分合位开关量和网络拓扑数据，计算出线路的数字量电压/电流、功率、频率和功率方向电量参数，供后续配网故障判断和主站运行工况监测数据使用。3.根据权利要求1所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤二具体方法为: 21)将环网或者花瓣网，按照单环结构，组建基于以太网或者光纤通讯的快速对等通讯网络，将环上的所有节点接入网络中； 22)通过快速对等通讯网络，所有节点均广播传输本节点的电压、电流、保护启动、方向和网络拓扑结构运行参数数据至网络上，供其他间隔接收使用； 对于单馈线和环网拓扑结构，按设定的电流流向确定上游以及下游的节点位置； 对于花瓣网拓扑结构，则在花瓣网节点处将其拆分为若干个环网拓扑，然后按照多个环网结构分别进行上、下游的节点位置认定和通讯处理； 2 3)通过网络接收相邻节点的电压、电流、保护启动、方向和网络拓扑结构运行参数数据； 24)通过与相邻节点间固定时间间隔的心跳报文的传输，判断出相邻节点是否正常在线运行；如相邻节点不在线，则丢弃该节点信息，自动扩展追溯至正常在线的相邻节点，与其进行运行参数数据的交互，自适应调整该节点的故障保护范围。4.根据权利要求1所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤三具体方法为: 31)在线路故障时，感受到故障电流的节点电流保护启动，同时主动的快速重复向网络上发送该节点的保护启动、方向和拓扑结构运行参数信息； 32)采用基于镜像反射式的在线查询方式，主动查询相邻间隔终端是否在线； 33)根据故障时本节点以及上、下游相关节点的故障参数信息，根据预设的配电网故障判断条件和组合逻辑，快速判断识别配电网的故障类型和故障区域； a.根据电流保护情况，判断故障类型是否为单相接地故障、相间短路故障或者三相短路故障； b.对于单馈线拓扑结构类型，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护不启动+启动节点电流方向一致的条件，判断为本节点至下游节点间线路故障； c.对于环网拓扑结构，当合环时，根据本节点电流保护启动+上游电流保护启动+下游电流保护启动+本节点与上游/下游节点电流方向一致+本节点与下游/上游节点电流方向相反的条件，判断为本节点至下游/上游节点间线路故障； 当解环时，原理同单馈线拓扑结构； d.对于花瓣网拓扑结构，按照多个环网结构拆分后，可各自独立的按照环网拓扑结构进行故障分析处理； 对于花瓣节点处，则同时对多个开关节点的电流及其方向以及网络拓扑进行综合分析判断。5.根据权利要求4所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤四， 对于单馈线拓扑结构类型、环网拓扑结构类型和花瓣网拓扑类型，均按照步骤三的判断，跳开故障判断点上游最近的节点开关，并联跳跳开最近的下游节点开关，切除并隔离故障。6.根据权利要求5所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:切除、隔离故障的同时产生相应的故障告警信息。7.根据权利要求1所述的一种自适应配电网环网和花瓣网的智能分布式快速保护及故障隔离方法，其特征在于:所述步骤五，通过智能分布式快速通讯网络，接入配电网调度主站系统，进行相应的信息交互，上传相应的遥信、遥测信息，以及保护动作和故障区域判断、故障隔离信息，辅助主站远程信号监视。
【文档编号】H02H7/26GK106058831SQ201610634055
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610634055.7, CN 106058831 A, CN 106058831A, CN 201610634055, CN-A-106058831, CN106058831 A, CN106058831A, CN201610634055, CN201610634055.7
【发明人】李澄, 季昆玉, 陈颢, 蒋彪, 陆玉军, 何菲, 邹杰, 王伏亮, 王宁, 宁艳, 朱足君
【申请人】江苏方天电力技术有限公司, 江苏省电力公司泰州供电公司, 国网江苏省电力公司, 国家电网公司