CN103944153A - 一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，所述配电网包括一次线路、光纤网络、无线网络、智能终端和分布式电源，所述自适应智能保护方法的保护过程包括以下步骤：区域划分；故障检测；瞬时性故障判定；网络重构。配电网发生故障时，能够在分布式电源并网运行条件下通过各区域内的智能终端相互协作，完成故障区域的定位与隔离以及瞬时性故障的处理；当判定故障为永久性故障后，各智能终端向配电网主站上传故障信息，主站利用这些信息进行计算，生成当前条件下最优化的复电方案，通过网络完成非责任断电区域的恢复供电。

Description

一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法

技术领域

本发明涉及配电网保护领域，具体涉及一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法。

背景技术

配电网与用户直接相连，承担着各用户的送配电任务，是电力***中极其重要的组成部分。相对于输电网络，配电网有其独特的特点：供电半径短，供电分支多，用户负荷比较分散并且往往具有一定的随机性以及我国的配电网多采用中性点不直接接地的架构等。配电网的这些特点造成了其保护整定工作比输电网要困难、复杂。此外，我国长期以来对输电网络的重视程度高于配电网络，在输电网络建设方面的投入高于在配电网方面的投入，这些因素造成了配电网络的自动化水平远落后于输电网络的自动化水平。

对于传统的配电网，不论是辐射状架构的网络还是环网架构的网络，在正常运行情况下，其功率流动一般都是单向的，***的保护整定问题比较容易实现；然而随着智能电网的建设，越来越多的分布式电源出现在配电网中，分布式电源给电网带来好处的同时也对配电***的保护提出了更高的要求。分布式电源接入配电网后，在正常运行的情况下配网中出现了双向潮流的问题，此外加上分布式电源的输出功率往往不是一个恒定值，这使得传统的继电保护方案不再适用。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法。

为克服上述技术缺陷，本发明提供如下的技术方案：

一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，所述配电网包括一次线路、光纤网络、无线网络、智能终端和分布式电源，所述自适应智能保护方法包括以下步骤：

步骤1：区域划分，根据智能终端安装的位置将配电网划分成若干个区域并且将同一区域内的智能终端设定为同一通信组，同一通信组内的智能终端相互通信并自主选择工作模式；

步骤2：故障检测，各智能终端对配电线路的状态进行在线检测，当三相线路中的任一相的实时电流超过其设定值时则判定有故障发生；

步骤3：故障处理，故障电流途经的区域进行区域内智能终端的相互通信，快速的完成故障区域的定位以及隔离；

步骤4：瞬时性故障判定，故障区域隔离后，主供电方向的智能终端进行自动重合闸，通过自动重合闸的结果判定是否是瞬时性故障；若为瞬时性故障，主供电方向的智能终端向本区域内的其它智能终端发布合闸命令；若为永久性故障，此时主供电方向的智能终端进行加速闭锁并向本区域内的其它智能终端发布闭锁命令。

步骤5：网络重构，主站利用智能终端上传的故障信息并根据既定的条件生成网络重构方案，恢复非责任断电区域的供电。

进一步的，所述步骤1的区域划分的划分方法为：

(1)、馈线末端安装的智能终端单独划分为一个区域；

(2)、中间线路中的智能终端只要是相邻的均划分为同一区域；

(3)、分布式电源与馈线的公共连接点处安装智能终端。

进一步的，进行所述步骤2时，流入所述区域的功率方向为正方向，流出所述区域的功率方向为负方向；

智能终端利用电流互感器以及电压互感器检测到的线路中实时的电压、电流参数计算出流过智能终端监测点处故障功率的大小、方向。

进一步的，进行所述步骤2时，智能终端检测到有故障发生后立即进入保护流程。

进一步的，进行所述步骤3时，检测到故障发生后，相邻智能终端通过通信相互交换故障信息，同一区域的智能终端利用这些故障信息即可以判定故障是区域内故障还是区域外故障。

进一步的，故障判定的方法为：区域内只有正向的故障功率而没有负向的故障功率则判定故障为区域内故障；

区域内既有正向的故障功率又有负向的故障功率则判定故障为区域外故障。

进一步的，进行所述步骤3时，当故障判定为区域内故障时本区域内所有的智能终端进行分闸操作；

当故障判定为区域外故障时本区域内所有的智能终端均转入后备保护；

若一个智能终端同时在故障区域与非故障区域，其应按照区域内故障的保护流程进行动作。

进一步的，进行步骤4时，判定故障性质的具体的操作流程如下：

(1)、在正常供电时，每一个区域内的智能终端相互交换功率信息，判定该区域的主供电方向；

(2)、当发生区域内故障时，本区域内所有的智能终端均进行分闸操作，在故障切除后延时一段时间，本区域主供电方向处的智能终端进行自动重合闸，若自动重合闸成功则说明故障为瞬时性故障；若自动重合闸失败则说明故障为永久性故障。

进一步的，故障判定为瞬时性故障时，主供电方向的智能终端向本区域内的其它智能终端发布合闸命令。

进一步的，故障判定为永久性故障时，主供电方向的智能终端进行加速闭锁并向本区域内的其它智能终端发布闭锁命令。

本发明结合分布智能保护与集中智能保护两种方式的优点，具有良好的自适应能力；本发明中的智能终端有两种工作模式，保护初始化时，各区域内的智能终端通过相互比对功率信息自主确定工作模式。配电网发生故障时，能够在分布式电源并网运行条件下通过各区域内的智能终端相互协作，完成故障区域的定位与隔离以及瞬时性故障的处理；当判定故障为永久性故障后，各智能终端向配电网主站上传故障信息，主站利用这些信息进行计算，生成当前条件下最优化的复电方案，通过网络完成非责任断电区域的恢复供电。本方法能够实现含高渗透率分布式电源的配电网***的经济、稳定地运行；具备响应速度快、故障定位准确性高、瞬时性故障处理效果好、智能后备保护以及实用性强的特点。

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为应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法的结构示意图；

图2为本发明应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法的流程图；

图3为本发明应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法的一种具体实现方式的流程图；

图4为本发明中智能终端工作模式1状态下的工作流程图；

图5为本发明中智能终端工作模式2状态下的工作流程图；

图6为本发明实施例的区域划分示意图。

附图说明：

图1中IE1-4为智能终端，同一区域的智能终端通过光纤网络相互通信，智能终端与主站之间通过无线网络进行通信

图5中IE1-17为智能终端，虚线矩阵为按照区域划分规则划分的十三个区域，每个区域内的智能终端处于同一个独立的通信组。

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和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，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。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例

请参阅图1，为应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，现在的配电网***一般由配电网、光纤网络、无线网络、智能终端和分布式电源组成。

请参阅图2，本发明应用于含高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，包括以下步骤：

步骤1：区域划分，根据智能终端安装的位置将配电网划分成若干个区域并且将同一区域内的智能终端设定为同一通信组，同一通信组内的智能终端相互通信，自主选择工作模式。具体是，初始化时，同一通信组内的智能终端相互交换功率信息，各智能终端通过对比自己的功率值以及相邻智能终端的功率值即可以自主确定工作模式。在进行区域划分时需要遵循以下几个原则：1)、馈线末端安装的智能终端单独划分为一个区域；2)、中间线路中的智能终端只要是相邻的均划分为同一区域；3)、分布式电源与馈线的公共连接点处要安装智能终端。

步骤2：故障检测，各智能终端对配电线路的状态进行在线检测，当三相线路中的任一相的实时电流超过其设定值时则判定有故障发生。当线路中的智能终端检测到有故障发生后立即进入保护流程，配网中的各智能终端利用终端中的电流互感器以及电压互感器检测到的线路中实时的电压、电流参数计算出流过智能终端监测点处故障功率的大小、方向。计算功率方向时需要规定功率方向，功率方向的设定规则为：在进行区域划分后，对于每一个特定的区域，规定流入区域的功率方向为正方向，流出区域的功率方向为负方向。

步骤3：故障处理，流过故障电流的区域进行区域内智能终端的相互通信，快速的完成故障区域的定位以及隔离。检测到故障发生后，相邻智能终端通过通信相互交换故障信息，同一区域的智能终端利用这些故障信息即可以判定故障是区域内故障还是区域外故障。

当故障判定为区域内故障时本区域内所有的智能终端进行分闸操作，而当故障判定为区域外故障时本区域内所有的智能终端均转入后备保护。若一个智能终端同时在故障区域与非故障区域，其应按照区域内故障的保护流程进行动作。故障判定遵循以下几个原则：1)、如果一个区域只有正向的故障功率而没有负向的故障功率则判定故障为区域内故障；2)、如果一个区域既有正向的故障功率又有负向的故障功率则判定故障为区域外故障。

步骤4：故障判定，故障区域隔离后，主供电方向的智能终端进行自动重合闸，通过自动重合闸的结果判定是否是瞬时性故障。配电网中瞬时性故障占故障的70％左右，对于瞬时性故障的正确识别和处理能大大简化故障处理流程以及有效减小非必要断电区域，能够提高供电可靠度以及减小停电时间。对于故障性质的判定，其具体的操作流程如下：1)、在正常供电时，每一个区域内的智能终端相互交换功率信息，利用这些功率信息即可以判定出该区域的主供电方向；2)、当发生区域内故障时，本区域内所有的智能终端均进行分闸操作，在故障切除后延时一段时间，本区域主供电方向处的智能终端进行自动重合闸，若自动重合闸成功则说明故障为瞬时性故障，此时主供电方向的智能终端向本区域内的其它智能终端发布合闸命令，若自动重合闸失败则说明故障为永久性故障，此时主供电方向的智能终端进行加速闭锁并向本区域内的其它智能终端发布闭锁命令。

步骤5：网络重构，主站利用智能终端上传的故障信息并根据既定的条件生成网络重构方案，完成非故障区域的恢复供电任务。当故障为永久性故障时配电网需要进行网络重构以完成故障区段下游非故障区域的复电工作。在判定故障为永久性故障后，各智能终端将故障信息上传到后方主站，后方主站利用这些信息并根据事先设定的条件计算出当前条件下最可靠以及最经济的网络重构方案。本发明中的网络重构有两种不同的模式：重构模式一是以保证重要负荷持续供电为网络重构目标，重构模式二则是以保证配电网经济、稳定地运行为网络重构目标。

图4和图5分别举例说明了智能终端工作模式一和智能终端工作模式二的工作流程图。

请参阅图3，为上述自适应智能保护方法的一种具体实现方式。

优选地，在本实施例中，所述智能终端带有电流互感器和电压互感器。

请参阅图6，为变电站1、2、3与分布式电源1、2构成的10KV配电网络，IE1-17为安装在分段节点处的智能终端，其中IE6与IE10位于联络节点处，其开关状态为常开而其余的智能终端则处于闭合状态；按照区域划分规则，配电网划分为13个区域。

保护***初始化，处于同一通信组的IE2与IE3相互交换功率信息既可以判断出IE2方向为主供电方向。若配电网中F1点处发生瞬时性故障时，IE1-5均检测到故障电流，在判定配电网有故障发生后，各终端均立即进入保护流程，区域1-4内的智能终端相互通信交换故障功率信息，各区域内智能终端利用这些故障功率信息既可以判断故障为区域内故障还是区域外故障。各区域进行故障判断的具体操作如下：

区域1：IE1与IE2通信，可知本区域既有正向的故障功率又有负向的故障功率，由此判知故障为区域外故障，IE1与IE2均转入后备保护；

区域2：IE2与IE3通信，可知本区域仅有正向的故障功率，由此判知故障为区域内故障，IE2、IE3均进行分闸；

区域3：IE3与IE4以及IE6通信，可知本区域既有正向的故障功率又有负向的故障功率，由此判知故障为区域外故障，IE3与IE4以及IE6都应该转入后备保护，由于IE3同时位于区域2与区域3之间，分闸指令的优先级要高于后备保护的优先级，所以IE3最终进行分闸；

区域4：IE4与IE5通信，可知本区域既有正向的故障功率又有负向的故障功率，由此判知故障为区域外故障，IE4与IE5均要转入后备保护。

IE2与IE3分闸后，故障点所在的区域2被隔离，区域2以及其下游的区域3与4失去供电。IE2为主供电方向的智能终端其工作模式为模式1，IE3的工作模式为模式2，处于工作模式1的IE2经过延时后进行一次自动重合闸。由于F1点处发生的故障为瞬时性故障，所以IE2成功进行自动重合闸，IE2自动重合闸成功后向本区域内的其它智能终端(即IE3)发布合闸命令，IE3收到合闸命令后进行合闸，区域2与区域3以及区域4均恢复供电，本次保护流程结束。

若配电网F1处发生永久性故障，故障的定位与隔离环节与以上瞬时性故障的处理环节一样，当故障隔离后近源端智能终端IE2进行延时自动重合闸。由于故障为永久性故障，IE2自动重合闸失败进行加速闭锁并同时向区域2内的其它智能终端(即IE3)发布闭锁命令。IE2与IE3闭锁后各智能终端向主站发送故障信息，后方主站利用这些故障信息生成相应条件下最优化的网络重构方案，假设此时后方主站经过计算后得出闭合联络开关处的智能终端IE6为当前条件下最优化的网络重构方案，若没有接收到外部人工干预命令，后方主站自动将动作命令(即IE6合闸的命令)自动推送到IE6，IE6收到命令后进行合闸，非责任失电区域3与4恢复供电，本次保护流程结束。

本发明结合分布智能保护与集中智能保护两种方式的优点，具有良好的自适应能力；本发明中的智能终端有两种工作模式，保护初始化时，各区域内的智能终端通过相互比对功率信息自主确定工作模式。配电网发生故障时，能够在分布式电源并网运行条件下通过各区域内的智能终端相互协作，完成故障区域的定位与隔离以及瞬时性故障的处理；当判定故障为永久性故障后，各智能终端向配电网主站上传故障信息，主站利用这些信息进行计算，生成当前条件下最优化的复电方案，通过网络完成非责任断电区域的恢复供电。本方法能够实现含高渗透率分布式电源的配电网***的经济、稳定地运行；具备响应速度快、故障定位准确性高、瞬时性故障处理效果好、智能后备保护以及实用性强的特点。

与现有技术相比，本发明的更具体的有益效果为：

(1)、响应速度快，对于传统单一的集中智能保护，故障发生后，后方主站需要利用线路中各智能终端采集的故障信息才能计算出故障区域以及生成动作方案，这一过程时间较长，而本发明的保护方法只需要相邻智能终端交换故障信息即可判断出故障区域以及快速地将故障区域隔离；

(2)、准确性高，本发明采用一种独特的分布智能保护与集中智能保护相结合的保护方式，当配电网中有故障发生时，使用这种复合保护方式能够在分布式电源不解列的情况下准确、快速地完成故障的定位与隔离，同时由于本发明的复合保护方式结合两种不同的保护方式，相对于单一分布式保护或者集中式保护，***的容错能力得到了提高；

(3)、能够正确判断瞬时性故障，对于配电网络，故障多为瞬时性故障，正确的判别瞬时性故障既可以简化保护的后续流程又能够有效减小断电面积，所以说能否正确判断瞬时性故障显得很重要，相对于现有的分布式保护与集中式保护，本发明提出的近源端一次自动重合闸既能够准确判别故障是否是瞬时性故障又能够减小自动重合闸影响的区域，从而在对电网冲击较小的情况下完成瞬时性故障的处理；

(4)、智能后备保护，本发明中各智能终端在检测到故障信号后相互通信，当判别故障不在其所在的区域内时会转入后备保护状态，处于后备状态的智能终端在一定的时间内检测是否收到相邻智能终端发出的拒动信息，若收到则分闸，反之则解除后备保护状态，相对于现有保护***的后备保护方式，这种后备保护方式不用事先进行设定，是一种智能后备保护。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，所述配电网包括一次线路、光纤网络、无线网络、智能终端和分布式电源，其特征在于，所述自适应智能保护方法包括以下步骤：

步骤1：区域划分，根据智能终端安装的位置将配电网划分成若干个区域并且将同一区域内的智能终端设定为同一通信组，同一通信组内的智能终端相互通信并自主选择工作模式；

步骤2：故障检测，各智能终端对配电线路的状态进行在线检测，当三相线路中的任一相的实时电流超过其设定值时则判定有故障发生；

步骤3：故障处理，故障电流途经的区域进行区域内智能终端的相互通信，快速的完成故障区域的定位以及隔离；

步骤4：瞬时性故障判定，故障区域隔离后，主供电方向的智能终端进行自动重合闸，通过自动重合闸的结果判定是否是瞬时性故障；若为瞬时性故障，主供电方向的智能终端向本区域内的其它智能终端发布合闸命令；若为永久性故障，此时主供电方向的智能终端进行加速闭锁并向本区域内的其它智能终端发布闭锁命令。

步骤5：网络重构，主站利用智能终端上传的故障信息并根据既定的条件生成网络重构方案，恢复非责任断电区域的供电。

2.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

所述步骤1的区域划分的划分方法为：

(1)、馈线末端安装的智能终端单独划分为一个区域；

(2)、中间线路中的智能终端只要是相邻的均划分为同一区域；

(3)、分布式电源与馈线的公共连接点处安装智能终端。

3.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

进行所述步骤2时，流入所述区域的功率方向为正方向，流出所述区域的功率方向为负方向；

智能终端利用电流互感器以及电压互感器检测到的线路中实时的电压、电流参数计算出流过智能终端监测点处故障功率的大小、方向。

4.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

进行所述步骤2时，智能终端检测到有故障发生后立即进入保护流程。

5.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

进行所述步骤3时，检测到故障发生后，相邻智能终端通过通信相互交换故障信息，同一区域的智能终端利用这些故障信息即可以判定故障是区域内故障还是区域外故障。

6.根据权利要求5所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

故障判定的方法为：区域内只有正向的故障功率而没有负向的故障功率则判定故障为区域内故障；

区域内既有正向的故障功率又有负向的故障功率则判定故障为区域外故障。

7.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

进行所述步骤3时，当故障判定为区域内故障时本区域内所有的智能终端进行分闸操作；

当故障判定为区域外故障时本区域内所有的智能终端均转入后备保护；

若一个智能终端同时在故障区域与非故障区域，其应按照区域内故障的保护流程进行动作。

8.根据权利要求1所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

进行步骤4时，判定故障性质的具体的操作流程如下：

(1)、在正常供电时，每一个区域内的智能终端相互交换功率信息，判定该区域的主供电方向；

(2)、当发生区域内故障时，本区域内所有的智能终端均进行分闸操作，在故障切除后延时一段时间，本区域主供电方向处的智能终端进行自动重合闸，若自动重合闸成功则说明故障为瞬时性故障；若自动重合闸失败则说明故障为永久性故障。

9.根据权利要求8所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

故障判定为瞬时性故障时，主供电方向的智能终端向本区域内的其它智能终端发布合闸命令。

10.根据权利要求8所述的应用于含有高渗透率分布式电源的配电网的自适应智能保护方法，其特征在于：

故障判定为永久性故障时，主供电方向的智能终端进行加速闭锁并向本区域内的其它智能终端发布闭锁命令。