本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，具體是一種用于廣域保護(hù)試驗(yàn)的動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無(wú)論是供電可靠性還是電能質(zhì)量上對(duì)供電的要求都越來(lái)越高。繼電保護(hù)作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要防線，其可靠性和速動(dòng)性對(duì)隔離故障和防止事故擴(kuò)大至關(guān)重要(尹項(xiàng)根，李振興，劉穎彤，劉寶.廣域繼電保護(hù)及其故障元件判別問(wèn)題的探討.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40(5)：1-8.)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)采用離線方式整定定值，而不能根據(jù)運(yùn)行方式的變化進(jìn)行調(diào)整。另外，當(dāng)系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移時(shí)，后備保護(hù)可能誤動(dòng)會(huì)引發(fā)連鎖跳閘事故。

近年來(lái)隨著廣域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，使得基于電網(wǎng)多信息的廣域保護(hù)在電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用成為可能。廣域繼電保護(hù)的核心思想在于利用電網(wǎng)中的廣域同步測(cè)量信息，通過(guò)多信息融合計(jì)算來(lái)識(shí)別故障元件并通過(guò)簡(jiǎn)單邏輯配合來(lái)保證故障的可靠切除(李振興,尹項(xiàng)根,張哲,鄧星,王育學(xué).分區(qū)域廣域繼電保護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與故障識(shí)別[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,28:95-103.)。然而廣域保護(hù)在在線自適應(yīng)整定、潮流轉(zhuǎn)移識(shí)別、基于故障元件識(shí)別等方面仍然還存在一些研究難點(diǎn)(何志勤,張哲,尹項(xiàng)根,陳衛(wèi).電力系統(tǒng)廣域繼電保護(hù)研究綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,05:125-130.)，同時(shí)廣域保護(hù)結(jié)構(gòu)和保護(hù)原理眾多，保護(hù)范圍大，一旦出現(xiàn)可靠性不足會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)(李振興,吳李群,王欣,李振華.應(yīng)用復(fù)合阻抗比較原理的廣域方向保護(hù)算法[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,03:938-943.)。因此為推進(jìn)廣域保護(hù)的工程應(yīng)用，建立驗(yàn)證廣域保護(hù)性能的動(dòng)模試驗(yàn)平臺(tái)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，包括動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜和動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以連接電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，精確測(cè)試廣域保護(hù)各種原理、通信模式與時(shí)延、控制策略等；為廣域保護(hù)的研究提供可以精確模擬時(shí)延的動(dòng)模仿真平臺(tái)。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種用于廣域保護(hù)試驗(yàn)的動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，包括動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜、動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜。所述動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜包括1個(gè)集中決策中心CU、5個(gè)分布測(cè)量控制單元MU；所述動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜設(shè)有這6個(gè)模塊的接線端子；

所述動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜包括通信管理機(jī)、直流電源逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)、同步GPS模塊、6個(gè)測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW；

所述集中決策中心CU、每一個(gè)分布測(cè)量控制單元MU均設(shè)有測(cè)量控制裝置IED；

所述集中決策中心CU、5個(gè)分布測(cè)量控制單元MU通過(guò)6個(gè)測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW與光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH相連。

所述測(cè)量控制裝置IED，用于測(cè)量3回電氣信號(hào)，其中每一回電氣信號(hào)包括三相電流/電壓信號(hào)和零序電流/電壓信號(hào)。

所述測(cè)量控制裝置IED，用于測(cè)量2路開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)；或者，用于輸出2路分/合閘開(kāi)出信號(hào)。

所述測(cè)量控制裝置IED連接同步GPS模塊，測(cè)量控制裝置IED由同步GPS模塊提供同步信號(hào)，并支持SV、GOOSE、MMS三種報(bào)文通信格式。

所述通信管理機(jī)，用于1個(gè)集中決策中心CU、5個(gè)分布測(cè)量控制單元MU在光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH上的通信。

所述直流電源逆變器，用于給動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜內(nèi)提供直流電源。

所述監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)，用于監(jiān)控SCADA系統(tǒng)，其與廣域保護(hù)系統(tǒng)相連。

所述測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW，用于測(cè)量控制裝置IED與光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH環(huán)網(wǎng)的通信。該系統(tǒng)連接電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

本發(fā)明一種用于廣域保護(hù)試驗(yàn)的動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，有益效果如下：

(1)、該系統(tǒng)由動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜和動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

(2)、該系統(tǒng)可以精確模擬廣域保護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)延，廣域保護(hù)測(cè)試更加接近于工程實(shí)際系統(tǒng)，可加快推動(dòng)廣域保護(hù)的工程應(yīng)用。

(3)、該動(dòng)模廣域保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)可以連接動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，精確測(cè)試廣域保護(hù)各種原理、通信模式與時(shí)延、控制策略等，以實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)的動(dòng)模仿真。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的通信示意圖。

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的測(cè)量控制裝置IED功能接線示意圖。

圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜接線示意圖。

圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的廣域保護(hù)動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)接線示意圖。

圖6為本發(fā)明系統(tǒng)的廣域保護(hù)測(cè)試原理示例圖。

具體實(shí)施方式

一種用于廣域保護(hù)試驗(yàn)的動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示，包括動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜、動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜。

所述動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜包括1個(gè)集中決策中心CU、5個(gè)分布測(cè)量控制單元MU；所述動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜下方設(shè)有這6個(gè)模塊的接線端子。

所述動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜包括通信管理機(jī)、直流電源逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)、同步GPS模塊、6個(gè)測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW。

所述集中決策中心CU、每一個(gè)分布測(cè)量控制單元MU均設(shè)有測(cè)量控制裝置IED。廣域保護(hù)試驗(yàn)的動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)的通信連接關(guān)系，如圖2所示，其中集中決策中心CU、分布測(cè)量控制單元MU通過(guò)6個(gè)通過(guò)通信交換機(jī)SW與光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH相連。并由通信管理機(jī)控制通信交換機(jī)SW來(lái)實(shí)現(xiàn)接入光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH方式。這里，可以選擇單環(huán)通信模式，也可以選擇雙環(huán)通信模式；在每一種通信模式下，可以選擇集中式通信或分布式通信，集中式通信即5個(gè)MU裝置通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)僅與CU裝置通信，MU集中所有信息實(shí)現(xiàn)故保護(hù)決策與控制，MU相互間不通信；分布式通信即6個(gè)IED之間均可以相互通信，彼此獲取全部信息實(shí)現(xiàn)保護(hù)判斷與決策。最后由同步GPS模塊為各IED裝置提供同步信號(hào)。

所述通信管理機(jī)，用于監(jiān)視和管理1個(gè)集中決策中心CU、5個(gè)分布測(cè)量控制單元MU在光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH上的通信。通信管理機(jī)可以采用南京磐能科技DMP2218裝置。

所述直流電源逆變器，用于給動(dòng)模廣域保護(hù)通信模擬柜內(nèi)提供直流電源。直流電源逆變器可以采用杭州雙辰科技230D10ZZ-220AC裝置。

所述監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)，用于監(jiān)控SCADA系統(tǒng)(采用南京磐能科技SE-1800系統(tǒng))，其與動(dòng)模廣域保護(hù)系統(tǒng)相連。

所述測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW，用于測(cè)量控制裝置IED與光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH環(huán)網(wǎng)的通信。測(cè)量控制裝置通信交換機(jī)SW可以采用witNet IES3009裝置。

所述測(cè)量控制裝置IED，如圖3所示。用于測(cè)量3回電氣信號(hào)，其中每一回電氣信號(hào)包括三相電流/電壓信號(hào)和零序電流/電壓信號(hào)。測(cè)量控制裝置IED可以采用南京磐能科技MMP5505裝置。

所述測(cè)量控制裝置IED，用于測(cè)量2路開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)，可以支持2路分合閘開(kāi)關(guān)量輸入。

所述測(cè)量控制裝置IED，用于輸出2路分/合閘開(kāi)出信號(hào)，可以支持2路分閘、合閘開(kāi)關(guān)量輸出。

所述測(cè)量控制裝置IED連接同步GPS模塊，測(cè)量控制裝置IED由同步GPS模塊提供同步信號(hào)，并支持SV、GOOSE、MMS三種報(bào)文通信格式。同步GPS模塊可以采用南京磐能科技DMP5296裝置。

動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)量控制柜面板接線說(shuō)明，如圖4所示，其中：

1為其中某個(gè)分布測(cè)量控制單元MU或集中決策中心CU的所有接線端子，總共包括6個(gè)模塊；

2為上述某個(gè)模塊的1路電流測(cè)量的接線端子，總共包括3回；

3、4、5、6分別為一路電氣測(cè)量中的A、B、C三相回路和零序回路；

7為1路合閘開(kāi)出信號(hào)；

8為1路分閘開(kāi)出信號(hào)；

9為1路合閘開(kāi)入信號(hào)；

一種廣域保護(hù)動(dòng)模測(cè)試系統(tǒng)接線示例，如圖5所示，其中：

測(cè)量控制裝置IED1模擬B1變電站測(cè)量控制系統(tǒng)，分別測(cè)量母線PT1電壓、相連接進(jìn)出線CT1電流、CT2電流，同時(shí)控制斷路器S1、S2。

測(cè)量控制裝置IED2、測(cè)量控制裝置IED3共同模擬B2變電站測(cè)量控制系統(tǒng)，測(cè)量控制裝置IED2分別測(cè)量母線PT2電壓、相連接進(jìn)出線CT3電流，同時(shí)控制斷路器S3；測(cè)量控制裝置IED3分別測(cè)量母線PT2電壓、相連接進(jìn)出線CT4電流、CT5電流，同時(shí)控制斷路器S4、S5。

測(cè)量控制裝置IED4模擬B3變電站測(cè)量控制系統(tǒng)，分別測(cè)量母線PT3電壓、相連接進(jìn)出線CT6電流、CT8電流，同時(shí)控制斷路器S6、S8。

測(cè)量控制裝置IED5模擬B4變電站測(cè)量控制系統(tǒng)，分別測(cè)量母線PT4電壓、相連接進(jìn)出線CT7電流、CT9電流，同時(shí)控制斷路器S7、S9。

集中決策中心CU模擬廣域保護(hù)決策系統(tǒng)，其與測(cè)量控制裝置IED1～5的接線按圖2所示。

針對(duì)上述接線方式，測(cè)試廣域保護(hù)原理及其保護(hù)區(qū)域，如圖6所示。本發(fā)明在工作時(shí)，按圖1～5所示接好線即可以工作。下面以驗(yàn)證廣域電流差動(dòng)保護(hù)為例，在系統(tǒng)L1發(fā)生故障，集中決策中心CU啟動(dòng)測(cè)量控制裝置IED1的三輪差動(dòng)保護(hù)：

步驟1：第一輪保護(hù)，基于測(cè)量電流CT2，CT3的兩端電流保護(hù)范圍如圖6區(qū)域I所示。計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流(本次以一相為例，實(shí)際系統(tǒng)工作為三相電流差動(dòng)和零序電流差動(dòng)分別計(jì)算與保護(hù)判斷)

差動(dòng)電流

制動(dòng)電流

保護(hù)判據(jù)采用三段式電流差動(dòng)保護(hù)原理，其中k₁＝0.3，k₂＝0.65，I_r1＝0.6I_N，I_r2＝3.0I_N

第一輪差動(dòng)保護(hù)如果動(dòng)作，集中決策中心CU將向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳S2斷路器開(kāi)關(guān)，向測(cè)量控制裝置IED2發(fā)出跳S3斷路器開(kāi)關(guān)。進(jìn)一步，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開(kāi)關(guān)；同理，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT2有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED3發(fā)出跳S4、S5斷路器開(kāi)關(guān)，并發(fā)出告警信號(hào)。如果保護(hù)不動(dòng)作，將啟動(dòng)第二輪差動(dòng)保護(hù)。

步驟2：第二輪保護(hù)，基于測(cè)量電流CT2，CT4，CT5的三端電流保護(hù)范圍如圖6區(qū)域II所示。分別計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流：

差動(dòng)電流

制動(dòng)電流

第二輪差動(dòng)保護(hù)判據(jù)仍采用第一輪電流差動(dòng)保護(hù)原理。如果動(dòng)作，集中決策中心CU將向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳閘S2斷路器開(kāi)關(guān)，向測(cè)量控制裝置IED3發(fā)出跳閘S4、S5斷路器開(kāi)關(guān)。進(jìn)一步，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開(kāi)關(guān)；同理，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT4或者CT5有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED2發(fā)出跳S3斷路器開(kāi)關(guān)，并發(fā)出告警信號(hào)。如果保護(hù)仍不動(dòng)作，將啟動(dòng)第二輪差動(dòng)保護(hù)。

步驟3：第三輪保護(hù)，基于測(cè)量電流CT2，CT4，CT5的三端電流保護(hù)范圍如圖6區(qū)域III所示。分別計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流：

差動(dòng)電流

制動(dòng)電流

第三輪差動(dòng)保護(hù)判據(jù)仍采用第一輪電流差動(dòng)保護(hù)原理。如果動(dòng)作，集中決策中心CU將向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳閘S2斷路器開(kāi)關(guān)，向測(cè)量控制裝置IED4發(fā)出跳閘S6斷路器開(kāi)關(guān)，向測(cè)量控制裝置IED5發(fā)出跳閘S7斷路器開(kāi)關(guān)。進(jìn)一步，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開(kāi)關(guān)；同理，在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT6有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED4發(fā)出跳S8斷路器開(kāi)關(guān)；在保護(hù)動(dòng)作100ms延時(shí)后，仍能夠監(jiān)視到CT7有故障電流，則向測(cè)量控制裝置IED5發(fā)出跳S9斷路器開(kāi)關(guān)；并發(fā)出告警信號(hào)。如果保護(hù)仍不動(dòng)作，廣域差動(dòng)保護(hù)返回。

動(dòng)模廣域保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)連接電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以類似上述三個(gè)步驟，精確測(cè)試廣域保護(hù)各種原理以及相應(yīng)的通信模式、時(shí)延、控制策略等。