配电网差动保护系统及方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种配电网差动保护系统及方法。

背景技术：

传统配电网不考虑分布式能源接入，故障电流只存在于电源和故障点之间，通常仅在变电站10kV线路出口配置带方向的过流保护，该方案的优点是配置简单，缺点是选择性差，即使为分支线路安装过流保护装置，但由于配网线路电气距离短，10kV出口处和分支线路过流保护定值大小无法区分，只能通过让10kV出口处过流保护延时动作来确保选择性。另一方面，当主干线发生故障时，如果不在主干线分段断路器安装保护，将导致全线失电；若分段断路器安装过流保护，仍然只能通过延时来确保过流保护的选择性，分段较多时，将导致变电站出口处保护动作速度非常慢。

为了满足故障切除的快速性和故障定位的准确性，当前一种主流的做法是故障发生时，由变电站出口断路器快速切除故障，然后根据分段故障指示器定位故障，即故障点前的故障指示器由故障电流触发给出故障信号，然后由巡线工或联网得到故障信号，最终确定故障点。采用该方案能相对精确定位故障点，但也会引起非故障段停电，停电时间从几分钟到数十分钟不等。

随着分布式新能源的逐步推广，配网系统由辐射状逐步演变为多电源网络，故障发生时，不仅有从系统侧流向故障点的电流，也有从分布式电源侧流向故障点的电流，这使得现有的技术中根据故障指示器来确定故障点的方法不再适用于多电源网络的配电网。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种配电网差动保护系统及方法，以解决现有的技术中根据故障指示器来确定故障点的方法不再适用于多电源网络的配电网的问题。

根据本发明实施例第一方面，提供了一种配电网差动保护系统，主母线、从母线以及连接于所述主母线和所述从母线之间的配网线路，所述主母线设有主断路器，所述从母线设有从断路器，所述系统包括：差动保护主机、数个智能采集终端、光线路终端以及数个光网络单元；

所述差动保护主机与所述主母线连接；

所述数个智能采集终端与所述从母线连接；

所述光线路终端与所述差动保护主机连接；

所述数个光网络单元分别与所述数个智能采集终端连接；

所述光线路终端与一根主干光纤纤芯相连，所述主干光纤纤芯与数个无源分光器连接，所述数个光网络单元分别与所述数个无源分光器连接；

所述差动保护主机用于根据所述主母线采集第一电气量；接收所述从母线的第二电气量；根据所述第一电气量和所述第二电气量计算得出差动电流；根据所述差动电流判断所述配网线路是否发生故障；如果所述配网线路发生故障，则所述差动保护主机发出所述主断路器及所述从断路器的跳闸信号；

所述智能采集终端用于根据所述从母线同步采集所述第二电气量。

所述光线路终端和所述光网络单元仅传输商用数据。

所述光线路终端和所述光网络单元用专用芯片或FPGA实现，作为单独装置独立运行。

根据本发明实施例第二方面，提供一种配电网差动保护方法，用于上述配电网差动保护系统，所述方法包括如下步骤：

所述差动保护主机根据主母线采集第一电气量；

所述差动保护主机接收第二电气量，所述第二电气量为所述智能采集终端根据所述从母线同步采集得到；

所述差动保护主机根据所述第一电气量和所述第二电气量计算得出差动电流；根据所述差动电流判断所述配网线路是否发生故障；如果所述配网线路发生故障，则所述差动保护主机发出所述主断路器及所述从断路器的跳闸信号。

所述差动保护主机接收第二电气量，具体为：所述光线路终端和所述光网络单元之间通过私有协议交换电气量信息，或通过IEC 61850协议交换SMV、GOOSE报文和MMS报文。

所述光线路终端和所述光网络单元之间通过IEC 61850协议交换SMV、GOOSE报文和MMS报文，具体为：所述SMV、所述GOOSE报文和所述MMS报文带宽分配采用固定轮询周期和动态带宽分配的方法。

所述SMV、GOOSE报文和MMS报文带宽分配采用固定轮询周期和动态带宽分配的方法，具体为：

设置一种新的REPORT上传和/或GATE下发机制，上行带宽划分为所述SMV、所述GOOSE报文、所述MMS报文三类，设置三个优先级，所述SMV优先级最高，所述GOOSE报文次之，所述MMS报文最低。

所述智能采集终端根据所述从母线同步采集，具体为：采用延时补偿手段或IEEE标准对时方式实现采样信息同步。

所述采用延时补偿手段或IEEE标准对时方式实现采样信息同步，具体为：

所述光线路终端根据内部晶振、同步于外部GPS或北斗时钟，输出秒脉冲或对时报文至所述差动保护主机；

所述差动保护主机的采样脉冲同步于所述光线路终端的秒脉冲或对时报文；

所述光网络单元通过延时补偿手段或IEEE标准和所述光线路终端的秒脉冲实现同步对时，并输出秒脉冲或对时报文；

所述智能采集终端的采样脉冲同步于所述光网络单元的秒脉冲或对时报文。

由以上技术方案可知，本发明的配电网差动保护系统及方法，所述配电网包括：主母线、从母线以及连接于所述主母线和所述从母线之间的配网线路，所述主母线设有主断路器，所述从母线设有从断路器，主母线、从母线以及连接于主母线和从母线之间的配网线路，主母线设有主断路器，从母线设有从断路器，系统包括：差动保护主机、数个智能采集终端、光线路终端以及数个光网络单元；差动保护主机与主母线连接；数个智能采集终端与从母线连接；光线路终端与差动保护主机连接；数个光网络单元分别与数个智能采集终端连接；光线路终端与一根主干光纤纤芯相连，主干光纤纤芯与数个无源分光器连接，数个光网络单元分别与数个无源分光器连接；差动保护主机用于根据主母线采集第一电气量；接收从母线的第二电气量；根据第一电气量和第二电气量计算得出差动电流；根据差动电流判断配网线路是否发生故障；如果配网线路发生故障，则差动保护主机发出主断路器及从断路器的跳闸信号；智能采集终端用于根据从母线同步采集第二电气量；可实现差动保护的灵活扩展，适应配网系统灵活多变的接线和运行方式，适应分布式能源的灵活接入，确保配网保护的选择性、快速性、可靠性和灵敏性，实现故障的快速定位和切除；同时，采用无源光网络，可用一根主干光纤纤芯和若干分支纤芯实现多个终端的灵活接入，可大量节约光纤资源，并且在保证同步性能和SMV、GOOSE报文快速可靠传输的基础上，还能传输MMS报文，实现智能采集终端的远端配置和信息调用，实现对多电源网络的配电网的差动保护。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的一种配电网差动保护系统的示意图；

图2为根据一优选实施例示出的一种配电网差动保护方法的流程图；

图3是改进的固定轮询周期动态带宽分配算法原理示意图。

图示说明：

其中，1-差动保护主机，2-智能采集终端，3-主干光纤纤芯，10-主母线，11-主断路器，20-从母线，21-从断路器，201-光线路终端，202-光网络单元，30-配网线路。

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、完整的描述，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作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。

请参阅图1，根据本发明实例的第一方面，提供一种配电网差动保护系统，所述配电网包括：主母线10、从母线20以及连接于所述主母线10和所述从母线20之间的配网线路30，所述主母线10设有主断路器11，所述从母线20设有从断路器21，所述系统包括：差动保护主机1、数个智能采集终端2、光线路终端(英文：Optical Line Terminal，缩写：OLT)201以及数个光网络单元(英文：Optical Network Unit，缩写：ONU)202；

所述差动保护主机1与所述主母线10连接；

所述数个智能采集终端2与所述从母线20连接；

所述光线路终端201与所述差动保护主机1连接；

所述数个光网络单元202分别与所述数个智能采集终端2连接；

所述光线路终端201与一根主干光纤纤芯3相连，所述主干光纤纤芯3与数个无源分光器连接，所述数个光网络单元202分别与所述数个无源分光器连接；

所述差动保护主机1用于根据所述主母线10采集第一电气量；接收所述从母线20的第二电气量；根据所述第一电气量和所述第二电气量计算得出差动电流；根据所述差动电流判断所述配网线路30是否发生故障；如果所述配网线路30发生故障，则所述差动保护主机1发出所述主断路器11及所述从断路器21的跳闸信号；

所述智能采集终端2用于根据所述从母线20同步采集所述第二电气量。

所述光线路终端201和所述光网络单元202仅传输商用数据。

所述光线路终端201和所述光网络单元202用专用芯片或FPGA实现，作为单独装置独立运行。

请参阅图2，根据本发明实例的第二方面，提供一种配电网差动保护方法，用于上述配电网差动保护系统，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、所述差动保护主机根据主母线采集第一电气量；

步骤S2、所述差动保护主机接收从母线的第二电气量，所述第二电气量为所述智能采集终端根据所述从母线同步采集得到；

步骤S3、所述差动保护主机根据所述第一电气量和所述第二电气量计算得出差动电流；

步骤S4、根据所述差动电流判断所述配网线路是否发生故障；

步骤S5、如果所述配网线路发生故障，则所述光线路终端发出所述主断路器及所述从断路器的跳闸信号。

所述差动保护主机1接收第二电气量，具体为：所述光线路终端201和所述光网络单元202之间通过私有协议交换电气量信息，或通过IEC 61850协议交换SMV、GOOSE报文和MMS报文。

所述光线路终端201和所述光网络单元202之间通过IEC 61850协议交换SMV、GOOSE报文和MMS报文，具体为：所述SMV、所述GOOSE报文和所述MMS报文带宽分配采用固定轮询周期和动态带宽分配的方法。

所述SMV、GOOSE报文和MMS报文带宽分配采用固定轮询周期和动态带宽分配的方法，具体为：

设置一种新的REPORT上传和/或GATE下发机制，上行带宽划分为所述SMV、所述GOOSE报文、所述MMS报文三类，设置三个优先级，所述SMV优先级最高，所述GOOSE报文次之，所述MMS报文最低。

所述智能采集终端2根据所述从母线20同步采集，具体为：采用延时补偿手段或IEEE标准对时方式实现采样信息同步。

所述采用延时补偿手段或IEEE标准对时方式实现采样信息同步，具体为：

所述光线路终端201根据内部晶振、同步于外部GPS或北斗时钟，输出秒脉冲或对时报文至所述差动保护主机1；

所述差动保护主机1的采样脉冲同步于所述光线路终端201的秒脉冲或对时报文；

所述光网络单元202通过延时补偿手段或IEEE标准和所述光线路终端201的秒脉冲实现同步对时，并输出秒脉冲或对时报文；

所述智能采集终端2的采样脉冲同步于所述光网络单元202的秒脉冲或对时报文。

本发明实时的关键点是用EPON实现两侧采样同步、高速数据通信。实现各侧同步采样的具体实施方式如下：和差动保护主机1相连的光线路终端201依据一个本地时钟或时间计数器，按一个采样周期产生一个周期性采样时刻序列，并将包含采样时刻、采样周期、往返路径时延或下行路径时延的同步采样信息下发给和智能采集终端2的光网络单元202，智能采集终端2采样时刻都由差动保护主机1的光线路终端201产生并下发，智能采集终端2依据此同步采样信息产生周期性采样脉冲；实现高速数据通信的具体实施方式如下：通过采用固定轮询周期和动态带宽分配相结合的方法，解决了IEC61850协议中SMV、GOOSE和MMS报文对于通信快速性、可靠性的协调问题；确保SMV每秒4000点等间隔传输，GOOSE报文开关量是否变位以动态间隔可靠传输，同时确保MMS报文的传输效率。

如图3所示，在每个轮询周期内，OLT给每一个ONU下发两次GATE授权，第一次下发的GATE授权包括最高优先级业务(SMV，如SV1、SV2)带宽授权，如G1、G2、G'1、G'2，第二次下发的GATE授权包括中优先级业务(GOOSE报文，如GOOSE1、GOOSE2)和低优先级业务(MMS报文，如MMS1、MMS2)的带宽授权，如Gs1、Gs2、Gs'1、Gs'2。ONU1在G1授权窗口内，首先上传SMV，并在SMV之后紧接着上传一个REPORT报文(如R1、R2)，ONU申请带宽时，按三个优先级别分开申请，OLT收到ONU1上传的REPORT时，首先对SMV带宽申请立即进行分配，并下发一个授权G'1至ONU1；同理，ONU2在G2授权窗口内做同样处理；在OLT收到所有ONU上传的REPORT后，统计所有ONU的中、低优先级带宽申请，统筹分配带宽，并将中、低优先级业务分配的带宽通过Gs'1、Gs'2授权下发告之相应的ONU。

本算法是根据在第N个轮询周期内收到的REPORT报文，对第(N+1)个轮询周期(如T1)内带宽进行动态分配。从上述原理描述可以看出，动态带宽分配算法计算处理时间，并不占用带宽资源，整个动态带宽分配周期内不存在着任何空闲带宽浪费。本算法采用带宽三次分配两次下发机制：OLT按SMV、GOOSE、MMS三种优先级依次完成对三种类型业务的带宽分配；高优先级SMV业务带宽单独用一个GATE授权报文下发；中、低优先级GOOSE、MMS业务带宽，为了避免过频繁下发GATE报文导致占用过多下行带宽资源，GOOSE、MMS业务带宽合并到一个GATE授权中进行下发。

本算法将每个动态带宽轮询周期人为划分为两段：SMV上传部分Tup和GOOSE、MMS上传部分Tdown，Tdba＝Tup+Tdown，初始化时设定Tup＝TN/2,Tup和Tdown示意说明如图3所示。在Tup时间段内，当OLT收到ONU上传的REPORT报文时，立即对REPORT中申请的最高优先级业务(SMV)带宽申请进行授权，并下发一个授权GATE给ONU，并更新一下轮询周期内的Tup值；在Tup窗口结束时，OLT开始统计所有ONU上传的GOOSE、MMS带宽申请，首先依次对所有ONU申请的中优先级业务(GOOSE)带宽申请进行带宽分配，然后再依次对所有ONU的申请的低优先级业务(MMS)带宽申请进行带宽分配，最后将GOOSE、MMS带宽授权合并到一个授权GATE中并下发给相应的ONU。

由以上技术方案可知，本发明的配电网差动保护系统及方法，所述配电网包括：主母线、从母线以及连接于所述主母线和所述从母线之间的配网线路，所述主母线设有主断路器，所述从母线设有从断路器，主母线、从母线以及连接于主母线和从母线之间的配网线路，主母线设有主断路器，从母线设有从断路器，系统包括：差动保护主机、数个智能采集终端、光线路终端以及数个光网络单元；差动保护主机与主母线连接；数个智能采集终端与从母线连接；光线路终端与差动保护主机连接；数个光网络单元分别与数个智能采集终端连接；光线路终端与一根主干光纤纤芯相连，主干光纤纤芯与数个无源分光器连接，数个光网络单元分别与数个无源分光器连接；差动保护主机用于根据主母线采集第一电气量；接收从母线的第二电气量；根据第一电气量和第二电气量计算得出差动电流；根据差动电流判断配网线路是否发生故障；如果配网线路发生故障，则差动保护主机发出主断路器及从断路器的跳闸信号；智能采集终端用于根据从母线同步采集第二电气量；可实现差动保护的灵活扩展，适应配网系统灵活多变的接线和运行方式，适应分布式能源的灵活接入，确保配网保护的选择性、快速性、可靠性和灵敏性，实现故障的快速定位和切除；同时，采用无源光网络，可用一根主干光纤纤芯和若干分支纤芯实现多个终端的灵活接入，可大量节约光纤资源，并且在保证同步性能和SMV、GOOSE报文快速可靠传输的基础上，还能传输MMS报文，实现智能采集终端的远端配置和信息调用，实现对多电源网络的配电网的差动保护。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。