本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种继电保护系统。
背景技术：
随着清洁能源的不断发展和普及，包括太阳能、风能等在内的清洁能源在能源结构中占有越来越重要的比例。而风力发电、太阳能光伏发电、小型水力发电等分布式发电技术的不断完善，使得分布式电源越来越普及，分布式电源逐渐成为电力系统中的重要组成之一。
然而，分布式电源并入公共电网的同时，对整个电力系统提出了新的挑战。传统的电力系统中通过公共电网向配电网提供电力，形成单电源辐射网络，而分布式电源并入公共电网后，传统的单电源辐射网络变成了一个多源网络。在传统的电力系统中，电流的方向是固定的，而在分布式电源并入公共电网后，公共电网和分布式电源互为支撑、联合运行，导致同一电路中电流的方向在不同的运行情况下可能不同，例如完全相反。
传统的电力系统中，通常采用检测单向电路中的电流大小和电压变化来判断是否存在短路等电力故障。而在分布式电源并入公共电网后，正常运行时电力网络中的潮流分布及电力故障时短路电流的大小、流向和分布，均会相较传统电力系统发生变化。传统的继电保护装置之间建立起来的配合关系也将被打破，传统的继电保护方式难以正确地判断电路中的电流大小、方向发生改变是正常运行产生的还是由于电路故障引起的，因而可能发生误判或不判，继电保护系统的保护动作行为和保护动作性能都会受到较大的影响。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种继电保护系统，用以解决分布式电源并入电力系统后，传统继电保护系统无法正确判断电力故障的技术问题。
本发明实施例中的继电保护系统，应用于包括主电网电源和分布式电源的配电网，所述系统包括：
保护从机，用于当从所述配电网中所述保护从机所在位置流向预设方向的电流大小大于预设阈值时，向保护主机发送从机参数信息，所述从机参数信息用于指示发送所述从机参数信息的发送端；
所述保护主机，用于接收所述从机参数信息；根据所述从机参数信息，确定所述配电网中的电力故障区段的故障区段信息；以及根据所述故障区段信息，控制所述保护从机隔离所述电力故障区段。
可选的，所述保护从机设置于所述配电网中的预设位置，所述保护从机具有与所述预设位置对应的从机编号，所述从机参数信息包括所述从机编号和/或所述保护从机的位置信息。
可选的，所述保护从机为至少两个，其中，每一个保护从机设置于所述配电网中不同的预设位置，每一个保护从机都有与其所在的预设位置对应的从机编号。
可选的，所述主电网电源包括变压器、公共连接点和母线；所述变压器的第一电压侧通过所述公共连接点与公共电网连接，所述变压器的第二电压侧与所述母线连接，所述分布式电源通过馈线与所述母线连接，所述馈线包括至少两级馈线，所述至少两级馈线中的一级馈线的一端连接到所述母线，所述至少两级馈线中的其余各级馈线的一端依次与上一级馈线连接，各级馈线与所述母线或上一级馈线连接的一端为上游端；
所述公共连接点、所述第二电压侧和各级馈线的两端，以及各级馈线上与其上游端的距离为预设距离的正整数倍的位置均为所述预设位置，每个预设位置均设置有对应的保护从机。
可选的，所述配电网中在电路上指向所述公共连接点的方向为上游方向，远离所述公共连接点的方向为下游方向，所述预设方向均为所述上游方向或均为所述下游方向。
可选的，所述预设方向均为所述下游方向，所述保护主机用于：
根据所述从机参数信息，确定所述从机参数信息表征的所述预设位置为候选故障端点，所述候选故障端点表征所述电力故障区段位于所述候选故障端点的下游方向；
根据所述候选故障端点，确定所述配电网中发生电力故障的最小范围为所述电力故障区段；
根据所述电力故障区段，确定所述电力故障区段的所述故障区段信息。
可选的，所述保护主机用于：
根据所述候选故障端点，确定所述候选故障端点中在电路上位于最下游的候选故障端点为第一故障端点；
确定所述第一故障端点下游方向与所述第一故障端点相邻的保护从机所在位置为第二故障端点；
确定所述第一故障端点和第二故障端点之间的电路为所述电力故障区段。
可选的，所述保护主机用于：
确定所述第一故障端点与所述至少两个故障端点之间的多条电路为所述电力故障区段。
可选的，所述保护主机用于：
发送切断指令至所述电力故障区段端点处的保护从机；其中，所述切断指令用于指示所述电力故障区段端点处的保护从机切断其所在位置的配电网中的电路。
可选的，所述保护从机还用于：
在所述保护从机发送所述从机参数信息经过预设时长后，若从所述保护从机所在位置流向所述预设方向的电流大小仍然大于所述预设阈值，切断其所在位置的配电网中的电路。
本发明实施例中，在设置保护从机时预设了监测方向，保护从机只有监测到向预设方向的电流大小大于预设阈值时才发送从机参数信息，保护从机发送从机参数信息时反映了电路故障发生在保护从机的预设方向。因而，包括主电网电源和分布式电源的配电网在不同运行模式下产生不同方向的电流不会影响到继电保护系统的正确判断，只有向预设方向的电流超过预设阈值时，保护从机才会发送从机参数信息，避免了分布式电源并入电力系统后由于电力方向变化导致的误判和不判。
进一步地，保护主机接收到从机参数信息后会对从机参数信息进行分析，通过逻辑判断能够智能地确定出配电网中的电力故障区段并生成故障区段信息，同时，根据故障区段信息，保护主机能够结合实际情况灵活地控制保护从机与电力故障区段隔离，有效地将电力故障的影响范围控制到最小，整个过程迅速、有效且准确性较高。
进一步地，由于保护从机只需监测向预设方向的电流大小是否超过预设阈值，保护从机的装置简单，安装便捷，节约成本。并且，由于保护从机发送的从机参数信息仅仅用于确定该保护从机，不包括电流方向和电流大小等其它信息，因而从机参数信息的内容较为简单，在传输过程中不易出错、性能稳定。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中继电保护系统的一种示意图；
图2为本发明实施例中继电保护系统的另一种示意图；
图3为本发明实施例中继电保护系统的另一种示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例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。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
请参见图1，本发明实施例提供一种继电保护系统，该系统可以应用于包括主电网电源和分布式电源100的配电网中，其中，主电网电源通常连接到公共电网，由公共电网提供稳定的电力，主电网电源也可以连接到其它电网，与其它电网共享电力，而分布式电源100通常为小型水力发电站、风力发电站、光伏发电站等规模较小、发电量相对于大型发电站较低的电源类型，通常该类电源受环境等因素影响的可能性较大。此外，本发明实施例中的分布式电源100可以为一个或多个，当分布式电源100为多个时，其电源类型可以相同也可以不同，在此不做限制。在本发明实施例中，分布式电源100可以仅仅为此配电网中的负载提供电力，也可以同主电网电源互为补充，例如，当分布式电源100采用光伏发电时，由于天气原因导致某段时间内分布式电源100的发电量不足而无法满足此配电网中的负载用电时，通过主电网电源补充输入电力，以充分满足所有负载的电力需求，而当分布式电源100的发电量充沛，分布式电源100产生的电量超过此配电网中负载的电力需求时，可以将分布式电源100产生的额外电力通过主电网电源并入公共电网或其它配电网，对于主电网电源和分布式电源100之间的电力如何分配和调度，本发明实施例不做限制。
请继续参见图1，本发明实施例中的继电保护系统包括保护从机200和保护主机300。
其中，保护从机200可设置在配电网中，用于监测和控制配电网中的电路，当配电网中通过保护从机200所在位置的电路流向预设方向的电流大小超过预设阈值时，保护从机200将发送从机参数信息到保护主机300，该从机参数信息用于指示发送该从机参数信息的发送端，即通过从机参数信息可以确定到底是哪一个保护从机200发送的该从机参数信息。具体来说，预设方向是在安置保护从机200时即设定的方向，该预设方向不会自动发生改变，但可以经由人工进行调整。在本发明实施例中，预设方向可以为电路中指向分布式电源100的方向，也可以为指向主电网电源的方向。预设阈值是根据配电网中的实际需要进行设置的，根据配电网中需要监测的预设阈值不同，可以采用预设阈值为不同规格的保护从机，也可以在阈值可调的保护从机200上进行调整。从机参数信息用于直接确定发送从机参数信息的保护从机200是哪个，例如该从机参数信息可以包括保护从机200唯一的出厂信息识别码，和/或，该保护从机200所在的位置信息，等等。可选的，保护从机200可以包括监测单元和通信单元，其中监测单元用于监测电路中其所在位置向预设方向的电流大小是否超过预设阈值，通信单元用于发送从机参数信息，当监测单元监测到向预设方向的电流大小超过预设阈值，触发通信单元发送从机参数信息。在本发明实施例中，监测单元可以采用方向继电器。
保护主机300可以为具有数据处理能力的计算机或服务器，当保护主机300接收到从机参数信息后，通过对从机参数进行分析处理，即可确定出电力故障所在的电力故障区段，并根据该电力故障区段生成包括电力故障区段的故障区段信息。在保护主机300分析处理从机参数信息时，可以采用查询预先设置好的查询表的方式进行确定，该查询表中列明了从机参数信息所对映射的电力故障区段，例如，当从机参数信息包括表示保护从机200位置的位置代码时，查询表的内容可以包括位置代码、预设方向和电力故障区段，其中，在保护从机200为一个的情况下，该查询表中的电力故障区段即为保护从机200所在位置向预设方向上的配电网中的所有电路。在保护主机300分析处理从机参数信息时，也可以采用按照预设的规则进行逻辑判断的方式，对于保护主机300无法自动处理或有特殊情况时，还可以采用人工的方式对从机参数信息进行分析处理。
此外，在本发明实施例中，保护主机300可以为多个，例如当保护主机300为两个时，可以将其中一个设为备用保护主机，当正在运行的保护主机出现故障时，能够立即启用备用保护主机，避免因为保护主机300故障导致继电保护系统无法正常运行，又例如可以将多台保护主机300同时运行，各台保护主机300分别对从机参数信息进行分析处理，由最先确定出故障区段信息的保护主机300控制保护从机隔离电力故障区段，避免了因为没有及时发现保护主机300故障或没有及时启用备用保护主机时，继电保护系统不能正常运行的情形发生。
请参见图2，本发明实施例中的继电保护系统还可以包括通信链路400，通信链路400用于保护主机300和保护从机200之间的通信。通信链路400的类型可以包括多种，根据配电网实际需求的不同可以进行调整，例如可以采用无线通信链路或有线通信链路，也可以采用多种通信链路混用的方式，例如保护从机200距离保护主机300较远时可以采用无线通信链路，保护从机200距离保护主机300较近时，可以采用有线通信链路，本发明实施例对此不做限制。
在一种可能的实施方式中，保护从机200可以设置在配电网中的预设位置。在将保护从机200设置到该预设位置时，可以在保护从机200中设置该预设位置的编号，该编号即可以作为保护从机200的从机编号。当设置在该预设位置的保护从机200需要更换时，新更换的保护从机200同样可以使用之前被更换的保护从机200的从机编号继续作为其从机编号，也就是说，从机编号只与保护从机200所在的位置有关，与保护从机200的出厂信息识别码或自身的属性等均无关。在本发明实施例中，从机参数信息包括保护从机200的从机编号和/或保护从机200的位置信息。
在具体实施过程中，本发明实施例中的保护从机200可以包括一个或多个，例如请参见图3，图3中每一个方框即表示一个保护从机200，可见图3中图示了15个保护从机200。如图3中所示，本发明实施例中的分布式电源100也可以为多个，同时，图3中的微网可以指微电网，即由分布式电源100、储能装置、能量转换装置、负荷等组成的小型发配电系统，本发明实施例中的继电保护系统同样能够对微网进行控制和保护，在本发明实施例中，可以将一个微网的整体视为一个分布式电源100，例如图3中与图标602所示的馈线下游端连接的微网以及与图标603所示的馈线下游端连接的微网均可以分别视为一个分布式电源100。
保护从机200数量越多时，通常能够将电力故障区段的范围确定得越小，更加接近电力故障发生的准确位置，并且在隔离电力故障区段后，受影响的范围也会越小。其中，每一个保护从机200设置于不同的预设位置，每一个保护从机200都有其各自的从机编号，每一个保护从机200各自的从机编号都对应其在配电网中的位置。当从机参数信息包括从机编号时，查询表中的内容可以包括从机编号、从机编号对应的预设位置、从机编号对应的预设方向和从机编号集合对应的电力故障区段，其中，从机编号集合对应的电力故障区段可以是根据从机编号集合中的从机编号所对应的预设位置、预设方向等信息通过逻辑判断得出的，通过列举出所有可能存在的从机编号集合并列出对应的电力故障区段，可以反映出所有可能存在的电力故障情形，以及可以反映出所有电力故障情形下对应的电力故障区段。通过预先设置查询表的方式，保护主机300接收到从机参数信息时，能够直接从查询表查询出电力故障区段，省去了发生电力故障时的逻辑判断过程，使得整个继电保护系统对于电力故障区段的判断更加高效、稳定。
在一种可能的实施方式中，请参见图3，本发明实施例中的主电网电源可以包括变压器501、公共连接点502和母线503，变压器501的第一电压侧通过公共连接点502与公共电网连接，变压器501的第二电压侧连接到母线503，通常公共电网中的电压高于配电网中的电压，因而通常第一电压侧为高压侧，第二电压侧为低压侧，通过主电网电源向配电网中的负载提供电力时，变压器501为降压器，由配电网中的至少一个分布式电源100向公共电网并入电力时，变压器501为升压器。每一个分布式电源100通过馈线连接到母线503，其中，馈线包括至少两级馈线，例如包括一级馈线和二级馈线，根据配电网的实际运行环境，馈线还可以包括一级馈线和二级馈线外其它层级的馈线，一级馈线的一端连接到母线503，其余各级馈线的一端依次与上一级馈线连接。如图3所示，在本发明实施例中图标601所示的馈线为一条一级馈线，即一级馈线601，图标602所示的馈线为一条二级馈线，即二级馈线602，图标603所示的馈线为一条三级馈线，即三级馈线603。各级馈线与母线503或上一级馈线连接的一端为上游端。在本发明实施例中，公共连接点、第二电压侧和各级馈线的两端，以及各级馈线上与其上游端的距离为预设距离的正整数倍的位置均为预设位置，每一个预设位置均设置有保护从机200，例如在本发明实施例的一级馈线601上，从一级馈线601上游端开始每隔10千米设置一个保护从机200。
可选的，在本发明实施例的配电网中，配电网的电路中指向公共连接点502的方向为上游方向，远离公共连接点502的方向为下游方向，每一个保护从机200的预设方向都统一为上游方向或统一为下游方向。例如在本发明实施例中统一每一个保护从机200的预设方向为下游方向。
当每一个保护从机200的预设方向都为下游方向时，保护从机200发送从机参数信息即表征电力故障位于该保护从机200所在位置的下游方向，例如位于公共连接点502的保护从机200发送从机参数信息即表征电力故障发生在配电网内。具体来说，保护主机300根据从机参数信息中包括的从机编号和/或位置信息，确定从机参数信息所表征的预设位置，进而可以将确定出的预设位置作为候选故障端点。
由于每一条从机参数信息均代表了一个预设位置，因而候选故障端点的数量与保护主机300接收到的从机参数信息的数量相等，根据从机参数信息的数量，候选故障端点的个数可以为一个或多个，例如当保护主机300接收到的从机参数信息为5条时，候选故障端点也对应为5个，各个候选故障端点表征电力故障区段位于该候选故障端点的下游方向。
保护主机300根据候选故障端点，确定配电网中发生电力故障的最小范围为电力故障区段。
当候选故障端点为单个时，可以将配电网中该候选故障端点的整个下游方向的电路看作是电力故障区段。
当候选故障端点为多个时，保护主机300确定多个候选故障端点中在电路上位于最下游的候选故障端点为第一故障端点。例如候选故障端点为公共连接点502、一级馈线601上游端、三级馈线603上游端这三个位置时，由于三级馈线603上游端在电路上位于这三个位置的最下游，因而三级馈线603上游端为第一故障端点。保护主机300确定第一故障端点下游方向与第一故障端点相邻的保护从机所在位置为第二故障端点，例如三级馈线603上游端为第一故障端点时，三级馈线603下游端即为唯一的第二故障端点，保护主机300确定三级馈线603上游端与三级馈线603下游端之间的电路为电力故障区段。而当第二故障端点为多个时，保护主机300确定第一故障端点与每一个第二故障端点之间的多条电路为电力故障区段，例如当第一故障点为二级馈线602上游端时，第二故障端点为二级馈线602下游端和三级馈线603上游端，电力故障区段为二级馈线602上游端与二级馈线602下游端之间的电路以及二级馈线602上游端与三级馈线603上游端之间的电路。
保护主机300根据电力故障区段，生成包括电力故障区段的故障区段信息。
可选的，保护主机300根据故障区段信息，确定电力故障区段的端点，该端点即为电力故障区段中每条电路的两端，即为前述的第一故障端点和第二故障端点。保护主机300发送切断指令至电力故障端点处的保护从机200，接收到切断指令的保护从机200根据切断指令的指示切断其所在位置的电路，达到隔离电力故障区段的目的。例如当第一故障端点为三级馈线603上游端时，三级馈线603上游端、三级馈线603下游端的保护从机200将接收到保护主机300发送的切断指令，三级馈线603上游端、三级馈线603下游端的保护从机200根据切断指令切断其所在位置的电路，又例如当第一故障端点为二级馈线602上游端时，二级馈线602上游端、二级馈线602下游端和三级馈线603上游端的保护从机200将接收到保护主机300发送的切断指令，二级馈线602上游端、二级馈线602下游端和三级馈线603上游端的保护从机200切断其所在位置的电路。
在一种可能的实施方式中，在保护从机200发送从机参数信息经过预设时长后，若从保护从机200所在位置流向预设方向的电流大小仍然超过预设阈值，发送从机参数信息的保护从机200将切断其所在位置的配电网中的电路，以避免由于系统故障导致保护从机200未能及时接收到切断指令时，电力故障区段隔离不及时造成严重安全事故。例如预设时长为10秒，当一级馈线601上游端、二级馈线602上游端的保护从机200发送从机参数信息10秒后仍然检测到向预设方向的电流大小超过预设阈值时，一级馈线601上游端、二级馈线602上游端的保护从机200切断其所在位置的电路。
本发明实施例中，在设置保护从机时预设了监测方向，保护从机只有监测到向预设方向的电流大小超过预设阈值时才发送从机参数信息，包括主电网电源和分布式电源的配电网在不同运行模式下产生不同方向的电流不会影响到继电保护系统的正确判断，避免了分布式电源并入电力系统后由于电力方向变化导致的误判、不判；
进一步地，本发明实施例中的保护主机300能够通过从机参数信息分析出发送从机参数信息的保护从机200，并能够分析出电力故障位于该保护从机200的哪个方向，因而保护主机300能够在包含主电网电源和分布式电源的配电网中确定出电力故障区段；
进一步地，由于本发明实施例中将多个保护从机200设置在配电网中不同的预设位置，使得保护主机300在确定电力故障区段时更加的精确，能够得出范围更小的电力故障区段，根据保护主机300确定的故障区段信息隔离电力故障区段，能够将隔离电力故障区段造成的影响控制在最小范围内；
进一步地，由于在保护从机200设置有超时保护机制，当保护从机200发送从机参数信息并经过预设时间后，保护从机200所在位置向预设方向的电流大小仍然超过预设阈值时，保护从机200将切断其所在位置的配电网中的电路，避免了由于系统故障导致保护从机200未能及时接收到切断指令时，电力故障区段隔离不及时造成严重安全事故的可能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。