一种基于5G通信网络的配电网的故障定位及保护方法与流程

一种基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护方法
技术领域：
1.本发明涉及配电网领域，尤其涉及一种基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护方法。


背景技术：

2.配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，是电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网具有电压等级多，网络结构复杂，设备类型多样，作业点多面广，安全环境相对较差等特点，因此配电网的安全风险因素也相对较多。另外，由于配电网的功能是为各类用户提供电力能源，这就对配网的安全可靠运行提出更高要求。如果配电网发生故障后，不能及时排除故障恢复供电，往往会造成停电停产的重大经济损失。
3.然而，配电网结构复杂，并且随着大量的电力电子器件开始在配电网使用，配电网的故障特性发生了显著改变，传统依靠过流或者距离元件的故障定位、隔离方法受到了极大的挑战，差动保护因其具有简单可靠的特点，可以及时的发现配电网的故障。但是，传统的差动保护以光纤专线通信为主，需在各相关设备之间配置光纤通道，具体的：对于单元级差动保护，针对两端线路，需要在两台装置之间配置一条光纤通道；针对三端线路，则需要在三台装置两两之间各配置一条光纤通道，共计需要三条光纤通道；针对四端线路，由于其复杂程度较高，采用传统光纤数据交互方式实现难度较大。而对于广域级差动保护，由于需要采用跨元件的电气量信息进行差动计算，一般只能采用主从式方式来实现，就地设备将就地的信息上送到主机，在主机中进行拓扑差动元件构建、差动电流计算以及故障判别，并将故障隔离动作命令下发各就地设备，由就地设备实现故障隔离。其不仅存在光纤接线复杂的问题，敷设成本高、施工难度大、运维难度大，一旦线路改建、扩建，则需要重新敷设光纤通道，保护配置不灵活，无法应对配电网海量连接的需求，而且需要具备主机进行综合判别。
4.目前，也有采用无线通信想主机发送信息的技术，但是，由于配电网中所有设备都需要给主机发送信息，如此，一些设备的通信距离势必较长，存在通信距离长、功耗大的问题，增加了运维成本，且故障率高、稳定性差。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护方法，可以大大降低敷设成本，且运维方便、简单、易操作、成本低，故障判断准确率高，并能及时的定位故障线路。
6.本发明由如下技术方案实施：
7.一种基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护方法，包括以下步骤：
8.s1、为配电网中的每台终端设备配置可断开故障电流的断路器，并在每台终端设
备的两端均配置可采集电流信号的采集装置，且每台终端设备均配置一个5g通信模块；
9.s2、以配电网中任意一台终端设备作为节点，以配电网输电线路作为支路，依据被保护区域的一次接线方式图，构建对应的拓扑结构树；
10.s3、为每台终端设备所对应的5g通信模块设置ip地址；
11.s4、启动差动保护模式，通过差动保护方法对配电网输电线路进行故障定位及保护，其包括以下步骤：
12.s41、通过同一条线路两端的采集装置按照同步采样的方式采集同一条线路两端的电流数据，并将采集到的电流数据、电流采集时的瞬时时间数据、以及与采集装置对应的5g通信模块的ip信息，共同作为sv报文；
13.s42、按照通信链接建立规则，由同一条线路两端的客户端终端设备向服务器终端设备发送客户端终端设备的sv报文；
14.s43、根据服务器终端设备所接收到的sv报文，按照单元级差动保护方法，判断相邻的两个终端设备之间的输电线路是否发生故障；
15.s44、如所述s43中判断两个终端设备之间的输电线路发生故障，则将客户端终端设备所对应的断路器切断，并根据服务器终端设备所接收到的sv报文中的ip信息，可以得知是哪个客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路发生故障；
16.同时，采用广域级差动保护方法，判断跨支路终端设备之间的输电线路是否发生故障；
17.s45、如所述s44中判断跨支路终端设备之间的输电线路发生故障，则将故障线路对应的客户端终端设备所对应的断路器切断，并根据服务器终端设备所接收到的sv报文中的ip信息，可以得知是哪个客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路发生故障。
18.进一步的，所述采集装置为合并单元。
19.进一步的，所述s2中，在构建拓扑树时，以任一终端设备为根节点，相邻终端设备作为子节点。
20.进一步的，所述s41中，采用基于gps时钟信号的同步采样方法对电流数据进行采集；
21.若服务器终端设备接收到的sv报文中的电流采集时的瞬时时间与服务器终端设备自身的sv报文中的电流采集时的瞬时时间不一致，则判断gps时钟信号出现异常，并将基于gps时钟信号的同步采样方法切换为采用恒温晶振守时对电流数据进行同步采集；
22.若采用恒温晶振守时对电流数据进行同步采集10分钟后，服务器终端设备接收到的sv报文中的电流采集时的瞬时时间与服务器终端设备自身的sv报文中的电流采集时的瞬时时间仍不一致，则将不同步采样的服务器终端设备和客户端终端设备退出差动保护模式，并将恒温晶振守时的同步方法切换为基于电压向量的同步采样方法。
23.进一步的，所述s42中，在通信链接建立时，将拓扑结构树中位于上一级的终端设备作为通信链接建立时的服务器，拓扑结构树中位于服务器下一级的终端设备作为通信链接建立时的客户端。
24.进一步的，所述s43中，单元级差动保护的具体方法为：
25.首先，由同一条线路两端的客户端终端设备将其对应的sv报文数据通过其自身的
5g通信模块发送给服务器终端设备；
26.其次，服务器终端设备根据接收到的sv报文数据中的电流数据与自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
27.如差动电流为0，则判断连接客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路正常；
28.如差动电流不为0，则判断连接客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路发生故障。
29.进一步的，所述s44中，广域级差动保护的具体方法为：
30.首先，将拓扑结构树中故障线路所对应的客户端终端设备的下一级终端设备作为新的客户端终端设备，将其对应的sv报文数据通过其自身的5g通信模块，发送给故障线路所对应的服务器终端设备；
31.其次，服务器终端设备根据接收到的sv报文数据中的电流数据与自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
32.如差动电流为0，则判断连接新的客户端终端设备与故障线路所对应的客户端终端设备之间的输电线路正常，即新的客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路正常；
33.如差动电流不为0，则判断连接新的客户端终端设备与故障线路所对应的客户端终端设备之间的输电线路发生故障，即新的客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路发生故障。
34.本发明的优点：
35.通过配置5g通信模块，利用5g通信模块来发送sv报文，各终端设备之间取消了光纤通道，无需敷设通信线缆，可以大大降低敷设成本，对于改建、扩建的情况，也无需重新敷设通信线缆，运维方便简单易操作，可大大降低运维成本；且各终端设备之间可以按照通信链接建立规则建立通信连接，大幅度简化了多端差动的通信接线。
36.通过为5g通信模块设置ip地址，一旦判断有线路发生故障，根据服务器终端设备接收到的sv报文中的ip信息，可以得知所接收到的sv报文是哪个客户端服务器对应的sv报文，进而得知是哪个客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路发生故障，最终实现对故障线路的快速定位，提高了运维的效率。
37.本发明主要以gps时钟信号的同步方法对电流数据进行采集，当gps同步信号异常后，及时的更换为采用恒温晶振守时对电流数据进行同步采集，如一定时长后，服务器终端设备接收到的sv报文中的电流采集时的瞬时时间与服务器终端设备自身的sv报文中的电流采集时的瞬时时间仍不一致，则退出差动保护模式，并将恒温晶振守时的同步方法切换为基于电压向量的同步采样方法；如此，通过多种同步方法可以确保差动电流的准确性，进而提高了故障判断的准确率，同时，如输电线路两端的两个终端设备的电流采集时间长时间无法同步，则将无法同步采样的终端设备及时的退出差动保护，以避免断路器误动作。
38.另外，通过建立相应的通信链接建立规则，无论采用单元级差动保护方法还是广域级差动保护方法，本发明中均无需配置单独的主机，仅需要相邻的终端设备或者跨支路的终端设备之间进行通信，可缩短通信距离，降低功耗和运维成本，同时，也降低了故障率，提高了差动保护的稳定性。
附图说明：
39.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。
40.图1为实施例2中的9节点的架空线路；
41.图2为实施例2中以终端设备103作为根节点为例构建的拓扑结构树。
具体实施方式：
42.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做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。
43.实施例1：
44.一种基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护方法，包括以下步骤：
45.s1、为配电网中的每台终端设备配置可断开故障电流的断路器，并在每台终端设备的两端均配置可采集电流信号的采集装置，且每台终端设备均配置一个5g通信模块；所述采集装置为合并单元。
46.s2、以配电网中任意一台终端设备作为节点，以配电网输电线路作为支路，依据被保护区域的一次接线方式图，以任一终端设备为根节点，相邻终端设备作为子节点，构建对应的拓扑结构树；
47.s3、为每台终端设备所对应的5g通信模块设置ip地址；
48.s4、启动差动保护模式，通过差动保护方法对配电网输电线路进行故障定位及保护，其包括以下步骤：
49.s41、通过同一条线路两端的采集装置按照同步采样的方式采集同一条线路两端的电流数据，并将采集到的电流数据、电流采集时的瞬时时间数据、以及与采集装置对应的5g通信模块的ip信息，共同作为sv报文；
50.本实施例中，采用基于gps时钟信号的同步采样方法对电流数据进行采集；
51.若服务器终端设备接收到的sv报文中的电流采集时的瞬时时间与服务器终端设备自身的sv报文中的电流采集时的瞬时时间不一致，则判断gps时钟信号出现异常，并将基于gps时钟信号的同步采样方法切换为采用恒温晶振守时对电流数据进行同步采集；
52.若采用恒温晶振守时对电流数据进行同步采集10分钟后，服务器终端设备接收到的sv报文中的电流采集时的瞬时时间与服务器终端设备自身的sv报文中的电流采集时的瞬时时间仍不一致，则将不同步采样的服务器终端设备和客户端终端设备退出差动保护模式，并将恒温晶振守时的同步方法切换为基于电压向量的同步采样方法。
53.本实施例中，由于只是将不同步采样两个设备退出差动保护模式，而配电网中其他终端设备不受影响，仍处于差动保护模式下，因此，不会影响配电网整体的差动保护。
54.s42、按照通信链接建立规则，由同一条线路两端的客户端终端设备向服务器终端设备发送客户端终端设备的sv报文；
55.在通信链接建立时，将拓扑结构树中位于上一级的终端设备作为通信链接建立时的服务器，拓扑结构树中位于服务器下一级的终端设备作为通信链接建立时的客户端。
56.s43、根据服务器终端设备所接收到的sv报文，按照单元级差动保护方法，判断相邻的两个终端设备之间的输电线路是否发生故障；
57.单元级差动保护的具体方法为：
58.首先，由同一条线路两端的客户端终端设备将其对应的sv报文数据通过其自身的5g通信模块发送给服务器终端设备；
59.其次，服务器终端设备根据接收到的sv报文数据中的电流数据与自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
60.如差动电流为0，则判断连接客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路正常；
61.如差动电流不为0，则判断连接客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路发生故障。
62.s44、如所述s43中判断两个终端设备之间的输电线路发生故障，则将客户端终端设备所对应的断路器切断，并根据服务器终端设备所接收到的sv报文中的ip信息，可以得知是哪个客户端终端设备与服务器终端设备之间的输电线路发生故障；
63.同时，采用广域级差动保护方法，判断跨支路终端设备之间的输电线路是否发生故障；
64.广域级差动保护的具体方法为：
65.首先，将拓扑结构树中故障线路所对应的客户端终端设备的下一级终端设备作为新的客户端终端设备，将其对应的sv报文数据通过其自身的5g通信模块，发送给故障线路所对应的服务器终端设备；
66.其次，服务器终端设备根据接收到的sv报文数据中的电流数据与自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
67.如差动电流为0，则判断连接新的客户端终端设备与故障线路所对应的客户端终端设备之间的输电线路正常，即新的客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路正常；
68.如差动电流不为0，则判断连接新的客户端终端设备与故障线路所对应的客户端终端设备之间的输电线路发生故障，即新的客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路发生故障。
69.s45、如所述s44中判断跨支路终端设备之间的输电线路发生故障，则将故障线路对应的客户端终端设备所对应的断路器切断，并根据服务器终端设备所接收到的sv报文中的ip信息，可以得知是哪个客户端终端设备靠近服务器终端设备一侧的输电线路发生故障。
70.实施例2：
71.如图1为9节点的架空线路，即包括9个终端设备，其中101～109为9个终端设备，201～207为主供线路。按照实施例1的方法对该架空线路进行基于5g通信网络的配电网的故障定位及保护，包括以下步骤：
72.s1、在每台终端设备的两端均配置有合并单元，且每台终端设备均配置一个5g通
信模块，且每台终端设备均配置有断路器，本实施例中，为了方面描述，各终端设备的编号与断路器的编号一致。
73.s2、以终端设备103作为根节点为例，构建的拓扑结构树如图2所示。
74.s3、为每台终端设备所对应的5g通信模块设置ip地址；
75.s4、通过合并单元按照gps的同步方式采集同一条线路两端的电流数据，并将采集到的电流数据、电流采集时的瞬时时间数据、以及ip信息，共同作为sv报文；
76.s5、如图2中，终端设备103应与终端设备102和104终端设备建立通信链接时，终端设备103作为服务器终端设备，终端设备102和104终端设备均作为客户端终端设备；
77.其中，终端设备103与终端设备102建立链接时，作为客户端终端设备的终端设备102发起通信链接建立请求，主动向作为服务器终端设备的终端设备103发送终端设备102对应的sv报文，该通信链接主要用于针对线路202的差动保护；
78.s6、本实施例中，终端设备103与终端设备102和终端设备103与104终端设备之间，均是按照单元级差动保护方法建立单元级差动保护链接。
79.终端设备103根据接收到的来自终端设备102发送来的sv报文数据中的电流数据与终端设备103自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
80.如差动电流为0，则判断线路202正常；
81.如差动电流不为0，则判断线路202发生故障。
82.s7、如线路202发生故障，则将终端设备102所对应的断路器102切断，并采用广域级差动保护方法，判断终端设备102与下一级的终端设备101之间的线路201是否发生故障，具体方法为：
83.终端设备101主动向终端设备103发送终端设备101对应的sv报文，终端设备103根据接收到的来自终端设备101发送来的sv报文数据中的电流数据与终端设备103自身的sv报文数据中的电流数据，计算二者的差动电流；
84.如差动电流为0，则判断线路201正常；
85.如差动电流不为0，则判断线路201发生故障。
86.s8、如线路201发生故障，则将终端设备101所对应的断路器101切断，以实现对配电网的保护。
87.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。