一种站域保护系统

技术领域

本发明实施例涉及移动变电站技术领域，具体涉及一种站域保护系统。

背景技术

智能变电站通常的定义是：变电站内一次电气设备和二次电子设备均实现数字化通信，并具有全站统一的数据模型和通信平台，在此平台基础上实现智能装置间的互操作性，智能变电站的层次化继电保护分成三层：就地保护层、站域保护层和广域保护层，从而构成层次化继电保护结构，目前变电站的站域保护就产生于智能变电站的层次化继电保护中，其位置处在就地层与广域层之间起到层上起下作用，一方面与就地保护并行工作，协同完成智能变电站内保护和控制功能，另一方面作为上层广域保护子站之一，上送站域采集信息和执行广域下行命令，配合完成区域电网保护控制功能。

但是现有的站域保护系统还存在以下缺陷：

(1)站域保护系统仅对预定运行方式进行校核，缺乏自适应能力，当电网结构及运行方式频繁和大幅度改变时，易导致保护动作特性失配，可能造成误动或扩大事故。

(2)现有的站域保护系统仅从被保护对象的角度进行构建保护处理措施、获得本地间隔测量信息来作出判断和决策缺乏全局视野。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种站域保护系统，采用电流差动原理构建了基于实时多任务的电流数据采集、处理以及故障定位模型，利用核心逻辑模块对各差动区动作预置程序来进行实时故障分析处理，逻辑判断得出动作开关，能够快速、准确切除故障，保护电网的安全可靠运行，以解决现有技术中由于站域保护系统仅对预定运行方式进行校核、缺乏自适应能力以及判断和决策依据的信息量少导致的故障排除不及时的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种站域保护系统，包括数据收发模块、数据预处理模块、核心逻辑模块以及实时多任务内核控制模块，所述数据收发模块的信号端接收站内域名数据信息并传递至所述数据预处理模块，所述数据预处理模块通过构建的多通道数据线连接所述核心逻辑模块进行实时处理，所述核心逻辑模块的逻辑控制端集中断程序、调度、存储、任务管理功能于一体，通过应用服务程序访问接口连接所述实时多任务内核控制模块，所述实时多任务内核控制模块的数据端连接有文件管理系统，所述实时多任务内核控制模块的数据端通过TCP/IP协议栈连接所述FPGA控制模块。

作为本发明的一种优选方案，所述数据收发模块包括SV接收模块和Goose发送接收模块，所述SV接收模块采集来自于过程采样网络上的电压和电流瞬时值，所述Goose发送接收模块采集来自于过程采样网络上的断路器位置状态信息。

作为本发明的一种优选方案，所述SV接收模块和Goose发送接收模块的输出端通过所述数据预处理模块连接有相量计算模块，所述数据预处理模块采用FPGA数据预处理技术集中处理所述数据收发模块传递的采样值，通过所述相量计算模块引入各支路的电流同步相量进行站域保护故障起动判断前的逻辑计算。

作为本发明的一种优选方案，所述相量计算模块采用基于傅里叶变换的滑动离散方法按照采样周期对采样值进行两级分类求解相量，按照采样点数分别计算出其一级相量值后再乘方加和。

作为本发明的一种优选方案，将所述求解相量值输出至所述核心逻辑模块对电流差动值进行处理，所述核心逻辑模块包括故障启动模块、相量差动检测模块、故障定位模块以及延时模块，所述故障启动模块依据所述相量差动检测模块检测到的电流差动值信息通过所述故障定位模块对站域位置进行定位处理，同时通过所述延时模块对所述核心逻辑模块内部的时钟进行延迟处理。

作为本发明的一种优选方案，所述相量差动检测模块的信号端连接所述实时多任务内核控制模块，所述实时多任务内核控制模块采用星型闭环结构构建站控网络，依据所述站控网络质量最优的原则通过交换机选择最佳主时钟。

作为本发明的一种优选方案，根据所述最佳主时钟设置所述FPGA控制模块内部的处理频率，对所述站控网络中的一次断路器开关位置信息以及保护动作进行实时监测。

作为本发明的一种优选方案，通过所述FPGA控制模块实时监测结果构建所述故障启动模块的有效动作执行命令，所述故障启动模块依据站内电流互感器的电流状态作为起动元件条件。

作为本发明的一种优选方案，判断所述起动元件条件是否超过系统设定阈值以进入所述相量差动检测模块，所述相量差动检测模块采用工频变化量差动元件、瞬时值差动元件作为判断条件，所述瞬时值差动元件作为辅助判断条件。

作为本发明的一种优选方案，所述工频变化量差动元件主要依据电网各元件工频电流变化量比例，配合差动元件的制动系数稳态比率共同完成站域的单元件差动保护。。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实质上是基于电流差动原理的站域保护系统，构建了基于实时多任务的电流数据采集、处理以及故障定位模型，通过检测差动区的突变量电流是否为零，利用故障元件的电流突变量极具增大特点定位故障点，依次检查各个差动区的差动电流样本，利用核心逻辑模块对各差动区动作预置程序来进行实时故障分析处理，逻辑判断得出动作开关，快速、准确切除故障，整个站域保护系统能够实时保护扩展范围跳闸切除故障，进而保护电网的安全可靠运行。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施方式中站域保护系统的结构框图。

图中：

1-数据收发模块；2-数据预处理模块；3-核心逻辑模块；4-实时多任务内核控制模块；5-故障启动模块；6-相量差动检测模块；7-故障定位模块；8-延时模块；9-文件管理系统；10-述FPGA控制模块；11-Goose发送接收模块；12-SV接收模块；13-相量计算模块。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种站域保护系统，通过采样数据收发模块、数据预处理模块、相量计算模块和站域保护模块对站域内的数据进行采集、处理并计算相量信息，利用站内电流采样值信息及故障电流突变量变化特点，采用基于电流差动方法处理站域故障，设定差动起动元件，分析差动区内各类故障情况，作出逻辑动作执行，当单元件差动区拒动时，通过其它三类差动区的协作处理可以在最小范围内快速有选择性地切除或隔离故障。

包括数据收发模块1、数据预处理模块2、核心逻辑模块3以及实时多任务内核控制模块4，所述数据收发模块1的信号端接收站内域名数据信息并传递至所述数据预处理模块2，所述数据预处理模块2通过构建的多通道数据线连接所述核心逻辑模块3进行实时处理，所述核心逻辑模块3的逻辑控制端集中断程序、调度、存储、任务管理功能于一体，通过应用服务程序访问接口连接所述实时多任务内核控制模块4，所述实时多任务内核控制模块4的数据端连接有文件管理系统9，所述实时多任务内核控制模块4的数据端通过TCP/IP协议栈连接所述FPGA控制模块10。

本实施例中，整个保护系统涵盖整个智能变电站所有元件，利用其电压、电流、断路器动作信息集中决策，采用网络采集网络跳闸方式实现全站元件后备保护、简易母线差动保护及自动控制等功能，目标是加快切除故障，保证电网可靠稳定运行。

本实施例中，实时多任务内核控制模块4包括应用服务程序、实时多任务内核、输入/输出文件系统函数、TCP/IP网络协议和文件存储访问服务等部分组成，集中断程序、调度、存储、任务管理功能于一体按照排序运行、管理系统资源，实时多任务操作系统是为上层的高级应用软件提供可调用驱动程序，存储保护中的IEC61850拓扑结构模型数据。

所述数据收发模块1包括SV接收模块12和Goose发送接收模块11，所述SV接收模块12采集来自于过程采样网络上的电压和电流瞬时值，所述Goose发送接收模块11采集来自于过程采样网络上的断路器位置状态信息。

本实施例中，所述SV接收模块12遵守网络采样协议，经过合并单元(MU)整合干涉后打上时间标签的实时信息，由于SV采用的主要为一次的电压和电流值，所以数据量非常大需要提前预处理以减轻主CPU的过渡计算工作量。

本实施例中，Goose发送接收模块11块的接收模块采集来自于过程采样网络上的断路器位置状态信息，以太网多播报文传输形式为基础，具有数据量小、突发性强的特点；Goose发送接收模块11块的发送模块将保护跳闸和联锁命令送到过程Goose网络上，进而动作相应的一次设备断路器和开关，实时性要求极高要达到毫秒级。

所述SV接收模块12和Goose发送接收模块11的输出端通过所述数据预处理模块2连接有相量计算模块13，所述相量计算模块13的输出端连接所述核心逻辑模块3，所述数据预处理模块2采用FPGA数据预处理技术集中处理所述数据收发模块1传递的采样值，通过所述相量计算模块13引入各支路的电流同步相量进行站域保护故障起动判断前的逻辑计算。

所述相量计算模块13采用基于傅里叶变换的滑动离散方法按照采样周期对采样值进行两级分类求解相量，按照采样点数分别计算出其一级相量值后再乘方加和。

本实施例中，所述相量计算模块13按照采样点数分别计算出其一级相量值后再乘方加和，接下来的二级相量计算是在两个累计级数和之间取差值得出时间差上的级数和，这样再以此为基础算出相量的幅值、虚部和实部数值。

将所述求解相量值输出至所述核心逻辑模块3对电流差动值进行处理，所述核心逻辑模块3包括故障启动模块5、相量差动检测模块6、故障定位模块7以及延时模块8，所述故障启动模块5依据所述相量差动检测模块6检测到的电流差动值信息通过所述故障定位模块7对站域位置进行定位处理，同时通过所述延时模块8对所述核心逻辑模块3内部的时钟进行延迟处理。

本实施例中，所述核心逻辑模块3利用设定好的先行起动元件条件来躲避电压断线时的误动作现象，核心逻辑模块3分为四类差动区即单元件差动区、线路－母线差动区、变压器－母线差动区和多元件协作差动区，根据各区的差动电流突变量不同及结合零序、工频和稳态差动变化量特性进行故障判断定位。

本实施例中，所述故障定位模块7的故障处理逻辑有两个模块：一个是面向单元件本身直接判断出站域范围内的故障元件，达到延时t跳开故障元件相关联的断路器；另一个包括线路－母线差动、变压器－母线差动和多元件协作差动三者配合协作处理故障工作。

两个模块达到相应延时跳闸后，还必须进一步验证跳闸的有效性，判断差动电流是否存在来推断此故障切除/隔离是否成功，未切除必须下发保护动作扩展跳闸命令。

所述相量差动检测模块6的信号端连接所述实时多任务内核控制模块4，所述实时多任务内核控制模块4采用星型闭环结构构建站控网络，依据所述站控网络质量最优的原则通过交换机选择最佳主时钟。

根据所述最佳主时钟设置所述FPGA控制模块10内部的处理频率，对所述站控网络中的一次断路器开关位置信息以及保护动作进行实时监测。

通过所述FPGA控制模块10实时监测结果构建所述故障启动模块5的有效动作执行命令，所述故障启动模块5依据站内电流互感器的电流状态作为起动元件条件。

判断所述起动元件条件是否超过系统设定阈值以进入所述相量差动检测模块6，所述相量差动检测模块6采用工频变化量差动元件、瞬时值差动元件作为判断条件，所述瞬时值差动元件作为辅助判断条件。

本实施例中，瞬时值差动元件判断原则：将站内全部电流互感器电流状态写入数据库中，通过遍历方法比较差动元件相连的两个及以上电流互感器电流是否同时满足电流突变量较大变化条件，若是，就认为差动先行起动元件起动，马上进入故障判断流程中；否则，当只有一个CT电流起动，还要进一步判断与之相连的母线电压是否存在，要充分考虑到一侧为弱电源或无电源情况，这时考证母线电压也存在，立即进入故障判断流程中，否则就是电压断线告警。

所述工频变化量差动元件主要依据电网各元件工频电流变化量比例，配合差动元件的制动系数稳态比率共同完成站域的单元件差动保护。

本实施例中，所述故障定位模块7在故障启动判断中，要对各个差动区进行差动电流甄别，当差动区电流大于预先设定的整定值门槛时，则认为发生站内故障，这时故障点的差动区电流突变最大，核心逻辑模块3故障定位获取成功后马上启动故障处理程序，反之闭锁站域保护，站内没有发生故障事件，继续检查瞬时电流采样值。

本实施例中，所述核心逻辑模块3利用所述故障定位模块7内部的两个模块分类的各差动区电流，开始判断是否满足差动区动作条件，满足动作条件的待达到延时后，站域保护动作跳开故障元件断路器，然后再次判断该差动区内是否仍有差流存在，差流的持续存在说明故障未切除，这时需要下发该保护动作的扩展跳闸命令。

该基于电流差动原理的站域保护系统，构建了基于实时多任务的电流数据采集、处理以及故障定位模型，通过检测差动区的突变量电流是否为零，利用故障元件的电流突变量极具增大特点定位故障点，依次检查各个差动区的差动电流样本，利用核心逻辑模块对各差动区动作预置程序来进行实时故障分析处理，逻辑判断得出动作开关，快速、准确切除故障，整个站域保护系统能够实时保护扩展范围跳闸切除故障，进而保护电网的安全可靠运行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。