基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法，能够自动识别当前复合电网的运行方式，通过实时采集备自投装置所在变电站的模拟量和保护动作信号，进行故障分析定位，同时结合就地备投和广域备投给出最优的电源投切策略，快速输出电气控制命令隔离故障，并对电网进行保护控制，系统反应速度快，提高供电可靠性、改善供电质量、提升电网运行效率，进而提高电网的可靠性，缩短故障导致的停电时间，从源头上排除结构性安全风险，实现复合供电系统自动切换的条件，使电网供电可靠性达到国际先进水平，具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统供电可靠性研究技术领域，具体涉及一种基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法。

背景技术

随着我国西电东输和全国联网的战略实施，电力安全随着电力网络的规模的日益扩大已经与人民生活以及社会稳定紧密结合在一起。由于电网事故造成的经济及政治的事件在国内外也屡见不鲜。目前，电网安全已经上升到国家安全问题。因为电力系统自动化规模逐渐扩大，出现大量的环网和短线路，对于智能电网的控制保护以及配电安全运行带来极大挑战。

以备投控制为特征的智能配电网是未来配电网发展的必然趋势。针对电网事故的复杂性和多变性，需要研究一种分级的自适应区域备自投系统，自动识别当前电网的运行方式，并利用实时网络通信进行多点综合比较，对于大规模复杂事故，实现快速、灵敏的故障定位以及故障切除，给出恢复策略并转换为电气指令，下发至具体备自投系统执行装置，恢复电网供电，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中针对电网事故的复杂性和多变性，没有提出可行的备投控制系统的问题。本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法，能够自动识别当前复合电网的运行方式，通过实时采集备自投装置所在变电站的模拟量和保护动作信号，进行故障分析定位，同时结合就地备投和广域备投给出最优的电源投切策略，快速输出电气控制命令隔离故障，并对电网进行保护控制，进而实现电力系统的备投，缩短电网故障的停电时间，提高供电质量，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，应用在双母分段带旁路接线的复合供电模式下，包括N个备自投系统装置，选择其中任意一台备自投系统装置作为备自投总站装置，各备自投系统装置均设置有模拟量采集接口、开入量采集接口和开出量输出接口；

双母分段带旁路接线复合供电模式下的各串供站分别连接有一台备自投系统装置；

所述备自投系统装置的模拟量采集接口，用于负责相应串供站的线路电压和线路电流模拟量采集，并根据采集量计算母线电压，并转化为相应的电气量状态信号，上送至备自投总站装置；

所述备自投系统装置的开入量采集接口，用于负责接收到的电气量状态信号和开关量信号，并进行故障定位，自动判定广域和就地备自投动作优先级，并通过备自投总站装置发送电气控制命令至相应的备自投装置；

所述备自投系统装置的开出量输出接口，用于负责接收到备自投总站装置发送的电气控制命令，完成对相应串供站的电气控制，实现供电切换。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，所述双母分段带旁路接线的复合供电模式下的电网，包括单个双母线电源站、单个独立电源站、多个串供站，所述多个串供站形成环形接线，所述单个独立电源站为内侧的串供站供电，正常运行模式下，开环点为两侧串供站的分段开关，剩余的串供站均为合位；非正常运行模式下，单个独立电源站退出运行，串供站形成环形手拉手式接线，所述串供站为单母分段串供站。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，所述备自投装置上送至备自投总站装置的电气量状态信号，包括I母和II母有压无压状态信号、一号进线和二号进线有压无压状态信号、一号进线和二号进线有流无流状态信号、进线故障电流状态信号、进线故障电流方向状态信号、进线故障零序电流状态信号和进线故障负序电流状态信号。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，所述备自投总站装置发送的电气控制命令，包括就地备自投允许命令、跳线路开关命令和合线路开关命令。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，其特征在于：N个备自投装置之间通过单模光纤相连接，并以GOOSE报文方式进行实时数据通信。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，所述备自投总站装置的投退通过对控制字的设置操作完成。

一种基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法，为上述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统的控制方法，包括复合供电电网正常运行控制模式、复合供电电网非正常运行控制模式，过程如下：

在复合供电电网正常运行模式下，各备自投装置的充电逻辑为就地备自投充电逻辑，各备自投装置判断其连接对应的串供站是否处于正常进线或者桥备投模式，若满足其中一种模式，则就地备自投系统投入进行就地备自投充电，并同时进行该模式充电至充电完成；

若各备自投装置满足就地备自投放电逻辑条件，则就地备自投投入放电；

复合供电电网非正常运行控制模式下，各备自投装置的充电逻辑为广域备自投充电逻辑，各备自投装置判断其连接对应的串供站形成的环形手拉手接线中，是否只有一个串供站的开关处于分位、同时剩余的串供站的开关皆在合位、且主供电源站两段母线有压、所有串供站母线有压、不存在其它放电条件，若上述条件同时满足，则控制各备自投装置广域备自投，以及开关处于分位串供站对应的备自投装置备进行就地备自投，并同时进行该模式充电至充电完成；若各备自投装置满足广域备自投放电逻辑条件，则广域备自投放电。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法，其特征在于：所述就地备自投放电逻辑条件，满足以下条件之一即可，具体为(1)区域备自投系统未投入；(2)备用开关不处于跳位；(3)进线开关被人工断开；(4)动作过程中开关拒跳或拒合；(5)就地备自投动作成功。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法，其特征在于：所述广域备自投放电逻辑条件，满足以下条件之一即可，具体为(1)区域备自投系统未投入；(2)开环点开关合位；(3)开环点所在的备自投装置接收异常；(4)主站接收任一备自投装置信息时通信异常；(5)主供电源站两段母线无压；(6)任一开关位置异常；(7)任一串供开关被人工跳开；(8)串供开关拒跳；(9)串供站的某线路投检修；(10)开环点两侧故障；(11)开环点所在电站母线故障；(12)开环点对侧电站母线故障；(13)开环点所在线路故障；(14)开环点所在线路对侧开关偷跳；(15)系统动作后未确认；(16)广域备自投合闸动作。

前述的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法，在充电完成后，各备自投装置自动判定运行模式，若满足以下条件之一时：(1)非开环点开关跳位无流；(2)电源站母线无压且出线无流；(3)有母差保护动作；(4)有线路光纤纵差保护动作；(5)开环点所在串供站或其对侧串供站无压且进线无流，则区域备自投系统启动，进行故障定位，等待跳闸延时后，执行隔离故障的跳闸命令，当确认紧邻故障点失电站的原主供电源站开关跳位、线路无流且母线无压后，合上原开环点的线路开关，由另一侧的独立电源站恢复对失电串供站的供电，实现供电切换。

本发明的有益效果是：本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法，能够自动识别当前复合电网的运行方式，通过实时采集备自投装置所在变电站的模拟量和保护动作信号，进行故障分析定位，同时结合就地备投和广域备投给出最优的电源投切策略，快速输出电气控制命令隔离故障，并对电网进行保护控制，系统反应速度快，提高供电可靠性、改善供电质量、提升电网运行效率，进而提高电网的可靠性，缩短故障导致的停电时间，从源头上排除结构性安全风险，实现复合供电系统自动切换的条件，使电网供电可靠性达到国际先进水平，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统的系统框图；

图2是本发明的双母分段带旁路电源供电模式的示意图；

图3是本发明的链式供电模式的示意图；

图4是本发明的备自投系统装置的背板插件示意图；

图5是本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法的工作逻辑示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统，应用在双母分段带旁路接线的复合供电模式下，包括N个备自投系统装置，选择其中任意一台备自投系统装置作为备自投总站装置，各备自投系统装置均设置有模拟量采集接口、开入量采集接口和开出量输出接口；

双母分段带旁路接线复合供电模式下的各串供站分别连接有一台备自投系统装置；

所述备自投系统装置的模拟量采集接口，用于负责相应串供站的线路电压和线路电流模拟量采集，并根据采集量计算母线电压，并转化为相应的电气量状态信号，上送至备自投总站装置；

所述备自投系统装置的开入量采集接口，用于负责接收到的电气量状态信号和开关量信号，并进行故障定位，自动判定广域和就地备自投动作优先级，并通过备自投总站装置发送电气控制命令至相应的备自投装置；

所述备自投系统装置的开出量输出接口，用于负责接收到备自投总站装置发送的电气控制命令，完成对相应串供站的电气控制，实现电网的供电切换。

如图2所示，所述双母分段带旁路接线的复合供电模式下的电网，包括单个双母线电源站、单个独立电源站、多个串供站，所述多个串供站形成环形接线，所述单个独立电源站为内侧的串供站供电，正常运行模式下，开环点为两侧串供站的分段开关，剩余的串供站均为合位；非正常运行模式下，单个独立电源站退出运行，串供站形成环形手拉手式接线，所述串供站为单母分段串供站。

所述备自投装置上送至备自投总站装置的电气量状态信号，包括I母和II母有压无压状态信号、一号进线和二号进线有压无压状态信号、一号进线和二号进线有流无流状态信号、进线故障电流状态信号、进线故障电流方向状态信号、进线故障零序电流状态信号和进线故障负序电流状态信号。

所述备自投总站装置发送的电气控制命令，包括就地备自投允许命令、跳线路开关命令和合线路开关命令。

N个备自投装置之间通过单模光纤相连接，并以GOOSE报文方式进行实时数据通信，

所述备自投总站装置的投退通过对控制字的设置操作完成。

如图3所示，本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法，包括复合供电电网正常运行控制模式、复合供电电网非正常运行控制模式，过程如下，

在复合供电电网正常运行模式下，各备自投装置的充电逻辑为就地备自投充电逻辑，各备自投装置判断其连接对应的串供站是否处于正常进线或者桥备投模式，若满足其中一种模式，则就地备自投系统投入进行就地备自投充电，并同时进行该模式充电至充电完成；

若各备自投装置满足就地备自投放电逻辑条件，则就地备自投投入放电；

复合供电电网非正常运行控制模式下，各备自投装置的充电逻辑为广域备自投充电逻辑，各备自投装置判断其连接对应的串供站形成的环形手拉手接线中，是否只有一个串供站的开关处于分位、同时剩余的串供站的开关皆在合位、且主供电源站两段母线有压、所有串供站母线有压、不存在其它放电条件，若上述条件同时满足，则控制各备自投装置广域备自投，以及开关处于分位串供站对应的备自投装置备进行就地备自投，并同时进行该模式充电至充电完成；若各备自投装置满足广域备自投放电逻辑条件，则广域备自投放电。

所述就地备自投放电逻辑条件，满足以下条件之一即可，具体为(1)区域备自投系统未投入；(2)备用开关不处于跳位；(3)进线开关被人工断开；(4)动作过程中开关拒跳或拒合；(5)就地备自投动作成功。

所述广域备自投放电逻辑条件，满足以下条件之一即可，具体为(1)区域备自投系统未投入；(2)开环点开关合位；(3)开环点所在的备自投装置接收异常；(4)主站接收任一备自投装置信息时通信异常；(5)主供电源站两段母线无压；(6)任一开关位置异常；(7)任一串供开关被人工跳开；(8)串供开关拒跳；(9)串供站的某线路投检修；(10)开环点两侧故障；(11)开环点所在电站母线故障；(12)开环点对侧电站母线故障；(13)开环点所在线路故障；(14)开环点所在线路对侧开关偷跳；(15)系统动作后未确认；(16)广域备自投合闸动作。

在充电完成后，各备自投装置自动判定运行模式，若满足以下条件之一时：(1)非开环点开关跳位无流；(2)电源站母线无压且出线无流；(3)有母差保护动作；(4)有线路光纤纵差保护动作；(5)开环点所在串供站或其对侧串供站无压且进线无流，则区域备自投系统启动，进行故障定位，等待跳闸延时后，执行隔离故障的跳闸命令，当确认紧邻故障点失电站的原主供电源站开关跳位、线路无流且母线无压后，合上原开环点的线路开关，由另一侧的独立电源站恢复对失电串供站的供电，实现电网的供电切换。

上述记载的“充电”一词延用备用电源自投装置里面的术语，区域备自投系统允许工作的各条件(如压板、控制字、开关位置、母线电压)满足后开始充电，经充电时间(可通过定值整定，一般默认为15秒)后完成充电准备工作，充电完成后备投逻辑才能启动，此处的充电理解为区域备自投系统满足工作条件、准备就绪。

下面根据本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法，介绍一具体实施例，

如图2所示的实施例中，正常运行下，1个双母分段电源站，1个独立电源站与3个串供站的双母分段带旁路接线供电模式一次接线中，C站和E站的分段开关为开环点，电源站A带出线开关A1A2，且C站I母与E站II母由电源站A供电；电源站B带出线开关B1B2，且C站I母、E站II母与D站由电源站B供电。各线路可能会出现线路故障，电源站以及串供站可能会发生母线故障，在发生上述任一故障导致某些母线失压时，本发明会跳开紧邻故障点失电站的原主供电源开关，启动就地备自投，优先合开关C3，若自投不成功，合E3；

当电源站B检修，B1D4和B2D5线路退出运行时，如图3所示，CDE站变成手拉手链式串供结构，此时开环点可为该结构上的任一线路开关或分段开关，而其他开关均在合位运行，在这种运行方式下，K1-K10处处可能会发生线路故障或母线故障，线路开关A1、A2、C1、C2、C3、D1、D2、D3、E1、E2、E3处可能会发生开关偷跳故障，电源站可能会发生母线失压故障。若发生上述任一故障导致三个站某些母线失电，本发明会自动跳开临近故障点的开关，合上开环点D1，保障隔离故障后的串供站分别由电源站A两段母线供电。

本发明的自适应区域备自投系统可支持2个220kV电源站、2到5个串供站的链式供电模式，一般情况下链式接线模式的串供站数目不会超过5个，该系统可以自动识别当前电网运行模式并根据故障类型投入相应的就地备投和广域备投动作。如K7故障，D站就地备投和广域备投都可能动作，一体化备自投系统优先动作广域备投，若广域备投不成功，可进行D站就地备投。

如图1所示，区域备自投系统按照分层控制的原则来配置整个备自投系统，在电源站及串供站分别设置备自投装置，可根据运行情况选取其中一台装置作为备自投总站装置。各备自投装置之间通过单模光纤进行物理层的串行连接，数据流通过各自备自投装置内嵌的以太网交换模块进行串行数据通信，在备自投装置和子站装置之间建立链路层星形连接，简化通信布线，降低通过使用外部交换设备进行数据通信的硬件成本，各备自投装置根据采集到的线路电压和线路电流模拟量计算母线电压并转化为相应电气量的状态信号，例如母线有压、母线无压、线路有流、线路无流等信号，与相应串供站以及相邻电源站开关量信号一起以遥信变位方式上送至备自投总站装置。

备自投总站装置根据接收到的电气量状态信号和开关量信号进行故障定位，自动判定广域和就地备自投动作优先级，根据备投成功与否分级发送跳闸或合闸命令至相应的备自投装置；其余备自投装置执行总站装置的命令，将接收到的跳闸、合闸命令转换为常规接点开出并接入到传统跳闸、合闸回路实现跳、合线路开关操作，同时完成所在变电站的合闸后加速保护、PT断线、CT断线等功能。

我们知道，电站的保护装置包括：电源站配置母线保护装置；串供站配置母线保护装置和光纤纵差保护装置；其中各串供站的母线保护装置和光纤纵差保护装置的动作接点分别连接相应子站装置的开入量采集接口。

如图4所示，备自投装置背插CPU插件、AC插件、两块IO插件和电源插件。CPU插件负责模拟量采集和计算、子站状态逻辑运算以及线路状态分析、运行模式识别、备投逻辑运算与动作。并集成以太网交换模块，负责收发跳合闸命令、相应开关量信号，以及系统每个节点的报文交换；AC插件将线路电压和电流模拟量转化为小信号；IO插件负责开入信号的采集和跳闸、合闸出口。

如图5所示，本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投方法的工作逻辑，区域备自投系统能够通过各装置上送信息自动识别对应的运行模式，本实施例中，正常运行情况下，发生故障时各变电站备自投装置优先实行就地备投逻辑。当线路B1D4和B2D5均失电的故障情况发生时，区域备自投系统会跳开该线路上的开关，并优先合C3开关。若自投不成功，则跳开C3开关，合上E3开关。当旁路电源站退出运行时，对于链式接线模式下的串供回路，满足只有一个开关在分位，且运行状态满足预设的运行模式和充电条件时，区域备自投系统经过整定延时完成广域和就地备投充电。充电条件下，满足任一放电条件，则备自投系统立即放电。电网发生故障的情况下，备自投系统能够根据运行模式、故障类型、故障位置优先选择广域备投来实现快速恢复供电的目的。系统完成故障定位后，整组启动，等待跳闸延时后执行隔离故障的跳闸命令(同时发送跳开小电源命令)，确认跳闸开关变成分位且无流状态后再等待合闸延时合上开环点开关。若广域备自投不成功，则启动就地备投逻辑，并确保避免合于故障母线图中TU1为跳闸延时，TU3为合闸延时。

区域备自投系统动作逻辑与电网运行状态、串供站数目、开环点位置、电网故障类型密切相关。电网故障时，系统总站装置根据串供站数目、开环点位置、故障类型选择适合的备自投逻辑，跳开紧邻故障点失电站的原主供电源开关，合上串供回路原处于开环点的线路开关。以图2和图3所示的电网实际不同运行模式为例，分析其故障动作逻辑，具体如下表1、表2所示：

表1双母分段带旁路电源接线备自投动作逻辑表

序号故障定位备自投系统动作逻辑1.K1点故障跳开关A1C1，合开关C32.K2点故障跳开关C1C3，C站备投放电3.K3点故障跳开关C2C3，C站备投放电4.K4点故障跳开关C2D1，合开关C35.K5点故障跳开关D4D1D3，合开关C36.K6点故障跳开关D5D2D3，合开关E37.K7点故障跳开关D2E1，合开关E38.K8点故障跳开关E1E3，E站备投放电9.K9点故障跳开关E2C3，E站备投放电10.K10点故障跳开关A2E2，合开关E311.K11点故障跳开关D4B112.K12点故障跳开关D5B213.B1D4和B2D5均失电跳开关D4B1D5B2，合开关C3

表2链式接线备投动作逻辑表

综上，本发明的基于复合供电模式下的自适应区域备自投系统及方法，能够自动识别当前复合电网的运行方式，通过实时采集备自投装置所在变电站的模拟量和保护动作信号，进行故障分析定位，同时结合就地备投和广域备投给出最优的电源投切策略，快速输出电气控制命令隔离故障，并对电网进行保护控制，系统反应速度快，提高供电可靠性、改善供电质量、提升电网运行效率，进而提高电网的可靠性，缩短故障导致的停电时间，从源头上排除结构性安全风险，实现复合供电系统自动切换的条件，使电网供电可靠性达到国际先进水平，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。