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CN114400631B - 基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统 - Google Patents

基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统 Download PDF

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CN114400631B CN202210010930.XA CN202210010930A CN114400631B CN 114400631 B CN114400631 B CN 114400631B CN 202210010930 A CN202210010930 A CN 202210010930A CN 114400631 B CN114400631 B CN 114400631B
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Abstract

本发明公开了一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统，该系统包括台区智能终端和至少两台智能开关，所述台区智能终端存储有低压台区差动保护程序，该程序在执行时实现以下步骤：S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；S2、将接收到的信息进行处理，对比内置的台区拓扑图，计算各线段ΔI，后进行故障逻辑判断，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值；S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；以及S4、收到该智能开关的分闸执行信息并确认。本发明能够实现低压台区各级智能开关的有序跳闸，缩小停电范围。

Description

基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统低压配电网继电保护领域，尤其涉及一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统。
背景技术
低压台区是配电网的末级管理单元，直接联系着终端用电用户，低压台区的安全稳定运行是用户高质量及高可靠用电的保证，故作为低压台区安全运行第一道防线的继电保护系统就显得格外重要。
目前低压台区的继电保护系统存在下列问题：
(1)台区智能终端作为低压台区的“大脑”，肩负着管理智能开关的作用，但目前仅仅起到了将遥信、遥测信息上传至物管平台的“转发”作用，对智能开关缺乏继电保护方面的管控；
(2)智能开关作为继电保护系统的核心硬件支撑设备，往往采用了电流速断、过负荷保护、漏电保护三种结合的保护配置方案，但定值的大小往往采用根据经验设定，缺乏制定依据，且系统运行方式切换后，没有定值校核机制，无法保证保护动作的灵敏性；
(3)各级智能开关之间缺乏联动机制，其跳闸采用了各自孤立的“就地式”，难以保证保护动作的选择性。上述情况造成了低压台区继电保护系统配置的不合理，使其保障用电可靠性的能力大受影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统能够实现各级智能开关的有序跳闸，缩小停电范围。
为此，本发明一方面提供了一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，包括：(1)系统进行北斗/GPS对时，台区智能终端与各智能开关建立连接关系； (2)低压台区的所有智能开关通过宽带电力线载波通信方式向台区智能终端发送遥测、遥信信息；(3)台区智能终端根据接收到的信息，对比内置的台区拓扑图，计算各线段ΔI，然后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值；(4)台区智能终端找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出； (5)智能开关根据接收到的跳闸指令执行跳闸，并将跳闸执行信息返回台区智能终端；以及(6)台区智能终端收到跳闸执行信息并确认。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统，低压台区包括台区智能终端和至少两台智能开关，所述智能开关具有上下级关系，具备遥信、遥测、遥控功能，并且支持宽带电力线载波通信方式，所述台区智能终端具备边缘计算能力，存储有台区拓扑图及Iset值，所述台区智能终端存储有低压台区差动保护程序，该程序在执行时实现以下步骤：S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；S2、将接收到的信息进行处理，对比内置的台区拓扑图，计算各线段ΔI，后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值； S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；以及S4、收到该智能开关的分闸执行信息并确认。
本发明还提供了一种存储介质，其存储有低压台区差动保护程序，该程序在执行时实现以下步骤：S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；
S2、将接收到的信息进行处理，对比台区拓扑图，计算各线段ΔI，然后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值；S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；以及S4、收到该智能开关的分闸执行信息并确认。
本发明解决了低压台区传统的继电保护方案保护配置不合理，开关动作正确率低，易出现越级跳闸或未动作的问题，大幅提高了低压台区继电保护动作的灵敏性和选择性，缩小了低压台区停电范围，保证低压台区的安全可靠运行。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统的结构框图；
图2是本发明的台区智能终端执行低压台区差动保护程序的流程图；
图3是低压台区拓扑结构图；以及
图4示出了本发明的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明结合宽带电力线载波通信技术，考虑多级多分支结构的电网结构，利用台区智能终端的边缘计算功能，采用改进的差动保护方法实现低压保护方案的更合理配置，使得低压台区继电保护系统具有良好的选择性及灵敏性，受行方式影响小，故障定位更精确，从而实现各级智能开关的有序跳闸，进而缩小停电范围，提高低压台区的供电可靠性。
与本发明相关的缩略语和关键术语解释如下：
配电网：从电源侧(输电网、发电设施、分布式电源等)接受电能，并通过配电设施逐级或就地分配给各类用户的电力网络。
低压台区：指(一台)变压器的供电范围或区域。
台区智能终端：台区各类设备的“管理者”，具备信息采集、物联网代理及边缘计算功能，支持营销、配电及用户侧的新兴应用。
智能开关：具备遥信、遥测、遥控功能，支持宽带电力线载波通信方式的低压开关。
如图1所示，本发明的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统包括台区智能终端和至少两台智能开关。
所述智能开关具有上下级关系，通过其中一台开关的闭合可以决定另一台开关能否够取电；所述智能开关应具备遥信、遥测能力，并能用宽带电力线载波的通信方式将信息上传至台区智能终端；所述智能开关还应具备遥控能力，能接受台区智能终端下发的跳闸指令，并根据指令跳开本断路器。
台区智能终端用于接收各级智能开关上传的遥信、遥测量，利用其边缘计算功能，处理接收到的信息并进行逻辑判断，满足跳闸条件时，向对应的智能开关发出跳闸指令，并监测智能开关返回的开关动作信息是否正确。
智能开关能够采集的信息包括三相电流、三相电压、功率、漏电流、开关位置及其他状态信息，状态信息包括时标、终端唯一编号和逻辑序列号。
台区智能终端应搭载北斗芯片，采用北斗授时同步方法，保证其所管理的智能开关采样高度同步。
台区智能终端及智能开关之间在发送数据时，采用CoAP物联网通信协议。
如图2所示，本发明的台区智能终端中运行有低压台区差动保护程序，该保护程序在执行时实现以下步骤：
S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；
S2、将接收到的信息进行处理，计算各线段ΔI，后进行故障逻辑判断；
S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；
S4、收到该智能开关返回的分闸执行信息并确认。
故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中：
ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，采用分层逐级比较计算的方式得到，即：
式中Iij表示流过编号为ij的智能开关的电流，I(i+1)j表示流过当前智能开关在拓扑关系中的下级智能开关的电流。
Iset为动作电流整定值，按躲过外部短路时的最大不平衡电流选取，即：
Iset＝KrelKnpKerKstIk.max
式中：
Krel为可靠系数，取1.2～1.3；
Knp为非周期分量系数；
Kst为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，不同时取1；
Ker为电流互感器10％的误差系数。
Ik.max为外部短路时流过电流互感器的最大短路电流。
“找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出”具体包括：
(1)在台区智能终端中提前内置了整个低压台区的拓扑结构图，各智能开关的上下级关系级其保护的线路段能够在拓扑结构图中清晰的展示，且图中的元件模型包含了智能开关和线路段的唯一编号；
(2)跳闸指令包含指令唯一编码、智能开关唯一编码、时标码、动作启动码等。
智能开关根据台区智能终端下发的跳闸指令，执行跳闸后，返回台区智能终端的遥信量包括：指令唯一编码、动作成功/失败编码、执行的时标码。
本发明还提供了一种存储介质，其存储有低压台区差动保护程序，该程序在台区智能终端上执行时能够实现上述方法的各步骤。
本计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
实施例
再参见图1，本发明的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统，包含两台以上智能开关；所述智能开关具有上下级关系；所述智能开关应具备遥信、遥测、遥控能力，支持宽带电力线载波的通信方式，使用CoAP通信协议。台区智能终端具备边缘计算能力，存储有台区拓扑图及Iset值，可进行故障逻辑判断并下发跳闸指令，其中Iset值可由人工输入，或由系统自动计算，计算式为Iset＝KrelKnpKerKstIk.max。
参见图3和图4，本发明的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法的执行流程如下：
(1)系统进行北斗对时，台区智能终端与智能开关建立连接关系；
(2)所有智能开关向台区智能终端发送信息，包括三相电流、三相电压、功率、漏电流、开关位置及其他状态信息，状态信息包括时标、终端唯一编号和逻辑序列号；
(3)台区智能终端根据接收到的信息，对比内置台区拓扑图，计算各ΔI，计算式为：以图3拓扑结构为例：ΔI11＝I11-(I21+I22)、ΔI21＝I21-I31、ΔI22＝I22-(I32+I33)、ΔI31＝I31-(I41+I42)。
(4)台区智能终端根据接收判断ΔI≥Iset是否成立，成立时下发跳闸指令至对应的断路器，跳闸指令包含指令唯一编码、智能开关唯一编码、时标码、动作启动码等；
(5)智能开关根据接收到的跳闸指令执行跳闸，并将反映跳闸执行情况的跳闸执行信息返回台区智能终端，跳闸执行信息(即分闸遥信量)包括指令唯一编码、动作成功/失败编码、执行的时标码；
(6)台区智能终端确认跳闸执行信息，结束流程。
本发明提出的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法及系统，解决了低压台区传统的继电保护方案保护配置不合理，开关动作正确率低，易出现越级跳闸或未动作的问题，大大提高低了压台区继电保护动作的灵敏性和选择性，缩小了低压台区停电范围，保证低压台区的安全可靠运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，包括：
(1)系统进行北斗/GPS对时，台区智能终端与各智能开关建立连接关系；
(2)低压台区的所有智能开关通过宽带电力线载波通信方式向台区智能终端发送遥测、遥信信息；
(3)台区智能终端根据接收到的信息，对比内置的台区拓扑图，计算各线段ΔI，然后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值；
(4)台区智能终端找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；
(5)智能开关根据接收到的跳闸指令执行跳闸，并将跳闸执行信息返回台区智能终端；以及
(6)台区智能终端收到跳闸执行信息并确认。
2.根据权利要求1所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，
所述ΔI采用分层逐级比较计算的方式得到，即：
上式中Iij表示流过编号为ij的智能开关的电流，I(i+1)j表示流过当前智能开关在拓扑关系中的下级智能开关的电流。
3.根据权利要求1所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，
所述Iset按躲过外部短路时的最大不平衡电流选取，即：
Iset＝KrelKnpKerKstIk.max；
上式中Krel为可靠系数，取1.2～1.3；Knp为非周期分量系数；Kst为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，不同时取1；Ker为电流互感器10％的误差系数；Ik.max为外部短路时流过电流互感器的最大短路电流。
4.根据权利要求1所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，所述低压台区的所有智能开关发送的信息包括三相电流、三相电压、功率、漏电流、开关位置及其他状态信息，状态信息包括时标、终端唯一编号和逻辑序列号。
5.根据权利要求1所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，所述跳闸指令包含指令唯一编码、智能开关唯一编码、时标码、动作启动码。
6.根据权利要求1所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护方法，其特征在于，所述智能开关根据台区智能终端下发的跳闸指令，执行跳闸后，返回台区智能终端的遥信量包括：指令唯一编码、动作成功/失败编码、执行的时标码。
7.一种基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统，低压台区包括台区智能终端和至少两台智能开关，其特征在于，
所述智能开关具有上下级关系，具备遥信、遥测、遥控功能，并且支持宽带电力线载波通信方式，所述台区智能终端具备边缘计算能力，存储有台区拓扑图及Iset值，所述台区智能终端存储有低压台区差动保护程序，该程序在执行时实现以下步骤：
S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；
S2、将接收到的信息进行处理，对比内置的台区拓扑图，计算各线段ΔI，后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值；
S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；以及
S4、收到该智能开关的分闸执行信息并确认。
8.根据权利要求7所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统，其特征在于，所述台区智能终端及智能开关之间在发送数据时，采用CoAP物联网通信协议。
9.根据权利要求7所述的基于宽带电力线载波通信的低压台区差动保护系统，其特征在于，在台区拓扑图中，元件模型包含了智能开关和线路段的唯一编号。
10.一种存储介质，其特征在于，存储有低压台区差动保护程序，该程序在执行时实现以下步骤：
S1、接收智能开关通过宽带电力线载波方式上送的遥测、遥信信息；
S2、将接收到的信息进行处理，对比台区拓扑图，计算各线段ΔI，然后进行故障逻辑判断，故障逻辑判断条件为ΔI≥Iset，其中，所述ΔI为各线路段首末两端智能开关的测量电流差值，所述Iset为动作电流整定值；
S3、找到满足故障逻辑判断条件的线路，生成跳闸指令并向其电源侧智能开关发出；以及
S4、收到该智能开关的分闸执行信息并确认。
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