一种基于IEC61850的区域电网数据共享的保护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ＩＥＣ６１８５０的数据共享式区域保护系统。该系统是基于高速数据通讯网络，考虑将关联紧密的若干条线路作为一个区域，区域内的各智能保护装置通过光纤互联，采用ＧＰＳ同步数据，信息共享，构建新型保护系统。这种保护系统，它利用了多个点共享同步信息，系统发生故障时能准确判断故障的位置，在通信正常时保护动作具有绝对选择性；主保护拒动或断路器失灵时能根据被保护的电力系统拓扑结构以及故障线路位置，筛选出需作为后备保护动作的保护单元，区域智能后备保护比传统后备保护动作时间短并且有更好的选择性，同时也大大简化了整定配合工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护和安全控制
，特别涉及一种基于IEC61850 的区域电网电气量和状态量信息共享的继电保护和安全控制系统和方法。
技术介绍
随着电网互联及电力市场的发展，电力系统将日渐接近其运行极限，其运行和控制 将更为复杂，发生扰动和故障的可能性更大，后果也更严重，这对稳定控制提出了更高 的要求。常规的继电保护用于在电力系统发生故障后实现对故障元件的自动和快速切除、隔 离故障，以保证人身和设备安全以及无故障部分的正常运行。1L有的继电保护和安全自 动装置不能适应电力系统发展的要求，主要问题如下-保护动作判据都是基于本地测量数据，其选择性要求继电保护只能保护本地网络， 没有考虑故障对整个电网的影响，难以对运行方式的不断变化的客观系统作出全面的反 映。保护装置相互之间缺乏有效的协调，难以实现系统全局的安全稳定运行，在某些情 况下(如发生连锁故障)会恶化系统的运行状况。在高负荷时期，这些关键的联络线上 的传输功率可能接近输送功率极限。这种情况下运行的系统抗扰动的能力大大降低，很容易因为一条联络线发生偶然事故断开造成其余线路过负荷而相继断开，从而使事故蔓 延，甚至造成系统崩溃。美国8.14大停电事故最初就是从几条线路相继断开开始的。常规的后备保护虽然有比较大的保护范围，但其选择性的获得要以牺牲快速性为代 价，动作时间过长，有时候难以发挥应有的保护作用。现有的继电保护配置当中，后备 保护的时限整定遵循阶梯时限原则，为了保证选择性，后备保护的动作时限可能高达数 秒。在电网规模和复杂程度越来越大的情况下，这一问题越显突出，至今仍无法很好的解 决。安全自动装置的主要作用是维护电网的安全稳定运行，在紧急情况下采取减负荷、 切机以及系统解列运行等方式来避免电网崩溃而导致大停电事故。目前电力系统的安全 自动装置和继电保护装置是两套独立的系统，二者之间缺乏有效的通信和配合，无法准 确反映整个系统的变化情况。随着计算机与网络通信技术的发展，特别是光纤的大量敷设，为获得区域电网多点 电气量和状态量信息提供了必要的信息基础。同时，随着计算机处理能力的增强，为将 继电保护系统和安全自动控制系统集成在一起提供硬件条件。IEC61850标准是国际电工委员会(IEC)发布的变电站自动化系统标准。中国已经从标准研究阶段过渡到工程应用 阶段，并已有多个基于IEC61850标准的变电站投入使用。IEC61850标准代表了变电站 自动化技术的发展方向。采用IEC61850标准后，变电站的所有信息都可以通过网络进行传递和共享，使得 继电保护装置可以获得更多的信息，从而为新型继电保护原理的应用创造必要的条件。 但对于在IEC61850标准体系下如何构建继电保护系统尚未有明确的技术方案。传统的 继电保护系统是面向电力元件的，诸如线路保护、变压器保护、母线保护、发电机保护、 电动机保护等等。各个保护设备之间缺乏有效的信息沟通和信息共享，使得传统的继电 保护系统常常顾此失彼，难以满足日益增长的电力系统的要求。基于区域电网里面的数 字化变电站的数据化信息的区域智能保护是未来继电保护技术的发展方向。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于IEC61850的区域电网电气量和状态量信息共享的保护控制 系统。该系统可以完成区域电网的线路保护、失灵保护功能以及低频减载、低压减载功 能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种基于IEC61850的区域电网数据共享的保护系统，该系统由若干个站点即变电 站和发电厂组成，各站点之间通过光纤以太网进行通信，同步进行数据采集，共享采集 数据；其特征在于，各个站点的站内系统的过程总线由光纤以太网构成，用于合并单元、智能操作箱与 智能保护装置之间的数据通信；合并单元实现对电网电压、电流、以及开关量的同步测量，并将测量数据发送到过 程总线上；GPS授时装置对站内系统所有的合并单元与智能操作箱进行授时，确保智能保护装 置从过程总线上获取合并单元上送的模拟量信息(即同步测量数据信息)以及智能操作 箱上送的开关量信息都带有GPS同步时标；智能保护装置计算本站点内的电网电压、电流的幅值、相位、频率信息，通过所述 光纤以太网将所计算的本站点内的电网电压、电流的幅值、相位和频率信息以及测量到 的状态量数据连同计算时刻的GPS时间信息传送到其他站点；智能保护装置根据本站点 数据和共享的其他站点的信息数据进行计算和分析以判断被保护的电网是否发生了异 常和故障，进而根据判断的结果和电网的综合信息生成相应的控制命令，通过网络下达 给相应的智能操作箱，确保该保护系统快速可靠的切除故障；同时实时存储收集到的数 据，并记录下达给智能操作箱的各种命令和发出的其他信息，以备日后查询分析。所述站内系统的合并单元的采样率为每周波80点，采样的通信协议为5IEC61850-9-2 (特定通信服务映射(SCSM)通过IS0/IEC 8802-3的采样值标准)，通过该 协议，合并单元将采集到的模拟量信息发送到过程总线上。所述站内系统的智能操作箱与保护主机之间的通信协议为GOOSE (面向通用对象的 变电站事件)，所有配置好的信息(如跳闸、互锁、断路器状态)能在过程总线上传输； 智能操作箱A和智能操作箱B是功能完全相同的装置，任意装置收到保护主机的跳闸命 令都可以去执行相应的跳闸操作。所述站内系统的智能保护主机和智能保护从机可以按照国内继电保护标准要求的 双重化配置，任意智能保护主机和从机检测到故障，都可以快速地发出跳闸命令，确保 变电站集成保护系统可以快速可靠的切除故障。本专利技术是基于区域电网电气量和状态量信息共享的控制系统和控制方法，其综合判 断电力系统是否发生了故障和异常。采用分相电流差动作为线路的后备保护，避免了传 统的线路后备保护采用距离保护整定困难和动作时间较长的问题。某条线路跳闸后，自 动提高同一功率断面的其他线路的过负荷定值，解决了传统继电保护无法解决的连锁跳 闸的难题。本专利技术可以获得整个区域电网的电压和频率情况，可以综合考虑整个电网拓 扑结构，选择最优的切负荷方式，从而尽快地恢复电网稳定运行。在开关拒动的情况下， 本专利技术可以快速的给拒动开关相邻节点的开关发出跳闸命令，避免事故的扩大。可以明 显地提升继电保护和安全自动装置的功效，保证电网的安全稳定运行。附图说明图1所示为本专利技术的区域电网数据共享的保护系统结构示意图； 图2所示为变电站站内系统配置结构图。具体实施例方式下面根据说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步详细表述。本专利技术的基于IEC61850的区域电网数据共享保护系统由若干站点组成，各站点之间 通过网络进行通信，整个系统结构如附图l所示。区域电网由若干个站点、即变电站和 发电厂组成，各站点之间通过网络进行通信，共享采集数据。智能保护装置具有数据采 集模块，利用GPS卫星同步时钟实现对电网电压、电流以及状态量的同步测量，并计算 电网电压、电流的幅值、相位、频率信息，通过所述网络将所计算的电网电压、电流的 幅值、相位和频率信息以及测量到的状态量数据连同计算时刻的GPS时间信息传送到其 他站点。图2所示为变电站站内系统配置结构图，所述的站内系统的过程总线由光纤以太网 构成，用于合并单元、智能操作箱与智能保护之间的数据通信。GPS授时装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＩＥＣ６１８５０的区域电网数据共享的保护系统，所述保护系统由若干个站点组成，各站点之间通过光纤以太网进行通信，同步进行数据采集，共享采集数据，其中所述站点包括变电站和发电厂；其特征在于，　各个站点的站内系统的过程总线由光纤以太 网构成，用于合并单元、智能操作箱与智能保护装置之间的数据通信；　合并单元实现对电网电压、电流以及开关量的同步测量，并将测量数据发送到过程总线上；　ＧＰＳ授时装置对站内系统所有的合并单元与智能操作箱进行授时，确保智能保护装置从过程总线 上获取合并单元上送的所述同步测量数据以及智能操作箱上送的开关量信息都带有ＧＰＳ同步时标；　智能保护装置计算本站点内的电网电压、电流的幅值、相位、频率信息，通过所述光纤以太网将所计算的本站点内的电网电压、电流的幅值、相位和频率信息以及测 量到的同步测量数据连同计算时刻的ＧＰＳ时间信息传送到其他站点；智能保护装置根据本站点的同步测量数据和共享的其他站点的信息数据进行计算和分析以判断被保护的电网是否发生了异常和故障，进而根据判断的结果和电网的综合信息生成相应的控制命令，通过网络下达给相应的智能操作箱，确保该保护系统快速可靠的切除故障；同时实时存储收集到的数据，并记录下达给智能操作箱的各种命令和发出的其他信息，以备日后查询分析。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡敏，周虎兵，赵严凤，王友怀，杨增力，田文辉，
申请(专利权)人：湖北省电力公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]