一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了电力系统继电保护领域中一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统及方法。基于逻辑量信息的配电网区域保护系统由顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块组成；基于逻辑量信息的配电网区域保护方法包括采集配电网中各个节点的三段式电流保护装置动作信息，利用故障信息采集模块采集到的三段式电流保护信息和区域保护动作判据准确识别区内、区外故障，最后输出断路器跳闸或闭锁指令。本发明专利技术能够准确识别区内故障、闭锁区外故障，且以多信息构成冗余，具有较强的容错能力，同时由于采用逻辑量，信息交互量少，不受信息非同步的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护领域，尤其涉及一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统及方法。
技术介绍
配电系统通常为多分支辐射型结构，馈线段电气距离短，且存在T型连接的节点。这使得基于动作电流整定的保护选择性较差，而利用动作延时整定的保护不能满足速动性要求，系统安全稳定性难以保证。同时，基于就地信息的本地保护难以适应分布式电源(Distributed Generation,DG)接入和系统运行方式多变，潮流方向不确定等问题，存在较高的拒动或误动风险。基于广域信息的保护原理充分利用多点信息，从而使故障定位更为准确可靠。基于广域信息的保护原理最关键的问题是明确所利用信息的类型和处理信息的方法。目前，国内外学者对基于广域信息的保护方案研究包括：利用馈线段两端节点是否均流过故障电流判断故障线路、通过比较电流幅值差判断故障线路、集合所有保护从机的故障方向信息并利用矩阵算法进行故障搜索等，但对于DG接入的多源网络难以判断故障位置，也难以保证保护的速动性和可靠性。鉴于此，本专利技术提出基于逻辑量信息的配电网区域保护方案，消除多DG和多分支的影响，保证故障快速可靠切除。首先，分析多DG和多分支线路下本地电流保护存在的问题，在此基础上，提出三段式方向电流保护整定及配合原则，然后根据断路器配置情况划分区域范围，并结合电流保护动作信息 构成区域保护动作判据，准确识别区内故障、闭锁区外故障。该方案以多信息构成冗余，具有较强的容错能力，同时由于采用逻辑量，信息交互量少，不受信息非同步的影响。IEEE 33节点配电系统验证了保护方案的正确性和有效性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统，其特征在于，所述系统包括顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块；所述故障信息采集模块用于采集配电网中各个节点的三段式电流保护动作信息，并将所采集信息发送至故障定位模块；所述故障定位模块利用保护区域内各个节点的三段式电流保护动作信息得到区内保护信息逻辑值，然后根据区域保护动作判据得出区域保护动作信号；所述跳闸指令输出模块用于发出断路器跳闸或闭锁信号。一种基于逻辑量信息的配电网区域保护方法，其特征在于，所述方法包括步骤1、故障信息采集采集配电网中各个节点的三段式电流保护装置动作信息；步骤2、故障定位利用故障信息采集模块采集到的三段式电流保护信息和区域保护动作判据准确识别区内、区外故障；步骤3、结果输出判断断路器是否动作，输出断路器跳闸或闭锁指令。所述步骤2中的区域保护动作判据为设区域内有n个开关节点并按供电路径顺序编号；当末节点为断路器时，各节点的区内保护信息表示为其中，P为保护动作信息，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为电流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；表示开关i处的保护综合动作信息，i＝1,2,…,n-1,表示电流Ⅰ段、Ⅱ段或Ⅲ段动作；表示保护均不动作；Pj,Ⅲ为开关j处的电流Ⅲ段，Pj,Ⅲ＝1即动作，Pj,Ⅲ＝0即不动作；An-1表示区域内第n-1条支路的故障情况，用于确认故障是否发生在该支路上，An-1＝1时故障发生在该条支路上，An-1＝0时故障未发生在该条支路上；当末节点为末梢节点即为只连接用户或联络开关的节点，节点的区内保护信息表示为联立式(1)和式(2)，得区内保护信息逻辑值为E表示该区域内的故障情况，用于确认故障是否发生在该区域内，E＝1时表示故障发生在该区域内，E＝0时表示故障未发生在该区域内；Ak表示区域内第k条支路的故障情况，用于确认故障是否发生在该支路上，Ak值为1则表示故障发生在该条支路上，Ak值为0则表示故障未发生在该条支路上；区域保护动作判据为式中，M1为区域保护动作信号，M1为1表示保护动作，立即向首节点断路器发送跳闸信号并向上级区域发送闭锁信号，M1为0表示保护不动作；Ck表示下级保护区域闭锁信号，Ck为1表示收到闭锁信息，Ck为0即未收到闭锁信息。步骤3中判断断路器是否动作具体为当故障发生后，保护区域将定期收到首节点断路器的状态B，B值为1表示断路器闭合，B值为0表示断路器断开，当一定时间内B＝1且M1＝1，则表明保护出口动作信息与断路器信息不一致，判定断路器出现失灵故障，及时向主站发送断路器失灵信息；若未失灵则断开故障馈线段负荷开关。故障馈线段定位判据为式(5)，根据该判据能在断路器灭弧后断开m,m+1节点处的分段开关，恢复正常线路供电；M2表示第m节点与第m+1节点之间的支路故障情况，若M2值为0则表示该支路上无故障，M2值大于0则表示故障发生在该条支路上。有益效果本专利技术能够准确识别区内故障、闭锁区外故障，且以多信息构成冗余， 具有较强的容错能力，同时由于采用逻辑量，信息交互量少，不受信息非同步的影响。附图说明图1是本专利技术的一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统结构图。图2是本专利技术实施方式中的配电网典型接线图。图3是本专利技术实施方式中的配电网区域划分示例图。图4是本专利技术实施方式中的典型故障位置邻域信息交互保护判据结果。图5是区域保护方案故障处理流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1是本专利技术提供的一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统结构图，包括顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块。图2为含DG的配电网典型接线图，矩形开关为断路器，圆形开关为负荷开关。实心表示开关为常闭状态，空心表示开关为常开状态，图中处于常开状态的开关为联络开关。配电网络存在馈线段繁多、节点数目庞大的特点，通常只在部分节点配置断路器，其他节点采用负荷开关作为分段开关，以减少设备投资成本。本地保护在故障发生时，首先由最近的断路器跳闸遮断故障电流，再将故障馈线段两端的负荷开关断开，恢复正常线路供电。这将导致保护范围内存在大量T型连接的DG和分支，严重影响本地保护的正常工作。由图2知，S1处的主保护必须切除L1、L2、L3、L7、L8、L10、L11馈线段任意位置的故障，导致S1在保护范围内存在多个T接DG，其助增作用缩小本地保护电流Ⅰ段的保护范围，大部分线路故障需由电流Ⅱ段以一定延时切除， 速动性受到严重影响。同时，多分支馈线结构下，单个保护需要切除多条线路的故障电流，导致电流Ⅰ段的保护范围更为缩短。例如，对S1的电流Ⅰ段进行整定时，需要躲过L3、L8、L11三条馈线段末端短路情况下的故障电流，导致本地保护范围严重缩小。同时，电流Ⅱ段根据DG额定容量计算最大分支系数以保证灵敏性，导致电流Ⅱ段往往超过下级Ⅰ段动作范围，能造成故障停电范围扩大。例如：S1的Ⅱ段根据DG1、DG2、DG3的额定容量进行整定，当L6发生故障时，能发生S4的Ⅰ段不动作，而S1的Ⅱ段和S4的Ⅱ段均动作的情况，进而导致一定延时后，断路器S1和S4均断开，整条馈线发生短时停电。由此，本地保护通过断路器节点实现配合，导致电流Ⅰ段保护范围缩短，保护速动性难以保证；而电流Ⅱ段存在较大的误动风险，能造成故障停电范围扩大。为解决本地保护存在的上述问题，本专利技术提出三段式方向电流保护整定及配置原则，进而利用保护动作情况构成区域保护逻辑判据。为避免T接DG助增电流对电流Ⅰ段的影响，每个分段开关均配置有保护装置，并根据自适应方向电流保护原理实现故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统，其特征在于，所述系统包括顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块；所述故障信息采集模块用于采集配电网中各个节点的三段式电流保护动作信息，并将所采集信息发送至故障定位模块；所述故障定位模块利用保护区域内各个节点的三段式电流保护动作信息得到区内保护信息逻辑值，然后根据区域保护动作判据得出区域保护动作信号；所述跳闸指令输出模块用于发出断路器跳闸或闭锁信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统，其特征在于，所述系统包括顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块；所述故障信息采集模块用于采集配电网中各个节点的三段式电流保护动作信息，并将所采集信息发送至故障定位模块；所述故障定位模块利用保护区域内各个节点的三段式电流保护动作信息得到区内保护信息逻辑值，然后根据区域保护动作判据得出区域保护动作信号；所述跳闸指令输出模块用于发出断路器跳闸或闭锁信号。2.一种基于逻辑量信息的配电网区域保护方法，其特征在于，所述方法包括步骤1、故障信息采集采集配电网中各个节点的三段式电流保护装置动作信息；步骤2、故障定位利用故障信息采集模块采集到的三段式电流保护信息和区域保护动作判据准确识别区内、区外故障；步骤3、结果输出判断断路器是否动作，输出断路器跳闸或闭锁指令。3.根据权利要求2所述的一种基于逻辑量信息的配电网区域保护方法，其特征在于，所述步骤2中的区域保护动作判据为设区域内有n个开关节点并按供电路径顺序编号；当末节点为断路器时，各节点的区内保护信息表示为 A 1 = Σ j = 2 n ( P 1 I , I I , I I I = 1 ) ∩ ( P j , I I I = 0 ) A 2 = Σ j = 3 n ( P 2 I , I I , I I I = 1 ) ∩ ( P j , I I I = 0 ) . . . A n - 1 = ( P n - 1 I , I I , I I I = 1 ) ∩ ( P n , I I I = 0 ) - - - ( 1 ) ]]>其中，P为保护动作信息，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为电流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；PiⅠ,Ⅱ,Ⅲ表示开关i处的保护综合动作信息，i＝1,2,…,n-1,PiⅠ,Ⅱ,Ⅲ＝1表示开关i处电流Ⅰ段、Ⅱ段或Ⅲ段动作；PiⅠ,Ⅱ,Ⅲ＝0表示保护均不动作；Pj,Ⅲ为开关j处的电流Ⅲ段，Pj,Ⅲ＝1即开关j处的电流Ⅲ段动作，Pj,Ⅲ＝0即开关j处的电流Ⅲ段不动作；An-1表示区域内第n-1条支路的故障情况，用于确认故障是否发生在该支路上，An-1＝1时故障发生在该条支路上，An-1＝0时故障未发生在该条支路上；当末节点为末梢节点即为只连接用户或联络开关的节点，节点的区内保护信息表示为 A 1 = Σ j = 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，刘畅，康胜阳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11