本實用新型涉及一種電力系統(tǒng)繼電保護動模試驗系統(tǒng)，具體是一種用于廣域保護試驗的動模試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，無論是供電可靠性還是電能質(zhì)量上對供電的要求都越來越高。繼電保護作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要防線，其可靠性和速動性對隔離故障和防止事故擴大至關(guān)重要(尹項根，李振興，劉穎彤，劉寶.廣域繼電保護及其故障元件判別問題的探討.電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40(5)：1-8.)。傳統(tǒng)的繼電保護采用離線方式整定定值，而不能根據(jù)運行方式的變化進行調(diào)整。另外，當(dāng)系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移時，后備保護可能誤動會引發(fā)連鎖跳閘事故。

近年來隨著廣域測量技術(shù)的發(fā)展，使得基于電網(wǎng)多信息的廣域保護在電網(wǎng)的實際應(yīng)用成為可能。廣域繼電保護的核心思想在于利用電網(wǎng)中的廣域同步測量信息，通過多信息融合計算來識別故障元件并通過簡單邏輯配合來保證故障的可靠切除(李振興,尹項根,張哲,鄧星,王育學(xué).分區(qū)域廣域繼電保護的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與故障識別[J].中國電機工程學(xué)報,2011,28:95-103.)。然而廣域保護在在線自適應(yīng)整定、潮流轉(zhuǎn)移識別、基于故障元件識別等方面仍然還存在一些研究難點(何志勤,張哲,尹項根,陳衛(wèi).電力系統(tǒng)廣域繼電保護研究綜述[J].電力自動化設(shè)備,2010,05:125-130.)，同時廣域保護結(jié)構(gòu)和保護原理眾多，保護范圍大，一旦出現(xiàn)可靠性不足會給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來極大的風(fēng)險(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算法[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,03:938-943.)。因此為推進廣域保護的工程應(yīng)用，建立驗證廣域保護性能的動模試驗平臺有著重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種電力系統(tǒng)繼電保護動模試驗系統(tǒng)，包括動模廣域保護測量控制柜和動模廣域保護通信模擬柜，結(jié)構(gòu)簡單，可以連接電力系統(tǒng)動模實驗平臺，精確測試廣域保護各種原理、通信模式與時延、控制策略等；為廣域保護的研究提供可以精確模擬時延的動模仿真平臺。

本實用新型采取的技術(shù)方案為：

一種用于廣域保護試驗的動模試驗系統(tǒng)，包括動模廣域保護測量控制柜、動模廣域保護通信模擬柜。所述動模廣域保護測量控制柜包括1個集中決策中心CU、5個分布測量控制單元MU；所述動模廣域保護測量控制柜設(shè)有這6個模塊的接線端子；

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

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

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

所述測量控制裝置IED，用于測量3回電氣信號，其中每一回電氣信號包括三相電流/電壓信號和零序電流/電壓信號。

所述測量控制裝置IED，用于測量2路開關(guān)狀態(tài)信號；或者，用于輸出2路分/合閘開出信號。

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

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

所述直流電源逆變器，用于給動模廣域保護通信模擬柜內(nèi)提供直流電源。

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

所述測量控制裝置通信交換機SW，用于測量控制裝置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)動模實驗平臺。

本實用新型一種用于廣域保護試驗的動模試驗系統(tǒng)，有益效果如下：

(1)、該系統(tǒng)由動模廣域保護測量控制柜和動模廣域保護通信模擬柜組成，結(jié)構(gòu)簡單。

(2)、該系統(tǒng)可以精確模擬廣域保護各個環(huán)節(jié)的時延，廣域保護測試更加接近于工程實際系統(tǒng)，可加快推動廣域保護的工程應(yīng)用。

(3)、該動模廣域保護試驗系統(tǒng)可以連接動模實驗平臺，精確測試廣域保護各種原理、通信模式與時延、控制策略等，以實現(xiàn)廣域保護的動模仿真。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型系統(tǒng)的通信示意圖。

圖3為本實用新型系統(tǒng)的測量控制裝置IED功能接線示意圖。

圖4為本實用新型系統(tǒng)的動模廣域保護通信模擬柜接線示意圖。

圖5為本實用新型系統(tǒng)的廣域保護動模測試系統(tǒng)接線示意圖。

圖6為本實用新型系統(tǒng)的廣域保護測試原理示例圖。

具體實施方式

一種用于廣域保護試驗的動模試驗系統(tǒng)，如圖1所示，包括動模廣域保護測量控制柜、動模廣域保護通信模擬柜。

所述動模廣域保護測量控制柜包括1個集中決策中心CU、5個分布測量控制單元MU；所述動模廣域保護測量控制柜下方設(shè)有這6個模塊的接線端子。

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

所述集中決策中心CU、每一個分布測量控制單元MU均設(shè)有測量控制裝置IED。廣域保護試驗的動模試驗系統(tǒng)的通信連接關(guān)系，如圖2所示，其中集中決策中心CU、分布測量控制單元MU通過6個通過通信交換機SW與光纖雙環(huán)網(wǎng)SDH相連。并由通信管理機控制通信交換機SW來實現(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MU裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)僅與CU裝置通信，MU集中所有信息實現(xiàn)故保護決策與控制，MU相互間不通信；分布式通信即6個IED之間均可以相互通信，彼此獲取全部信息實現(xiàn)保護判斷與決策。最后由同步GPS模塊為各IED裝置提供同步信號。

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

所述直流電源逆變器，用于給動模廣域保護通信模擬柜內(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，用于監(jiān)控SCADA系統(tǒng)(采用南京磐能科技SE-1800系統(tǒng))，其與動模廣域保護系統(tǒng)相連。

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

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

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

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

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

動模廣域保護測量控制柜面板接線說明，如圖4所示，其中：

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

2為上述某個模塊的1路電流測量的接線端子，總共包括3回；

3、4、5、6分別為一路電氣測量中的A、B、C三相回路和零序回路；

7為1路合閘開出信號；

8為1路分閘開出信號；

9為1路合閘開入信號；

一種廣域保護動模測試系統(tǒng)接線示例，如圖5所示，其中：

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

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

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

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

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

針對上述接線方式，測試廣域保護原理及其保護區(qū)域，如圖6所示。本實用新型在工作時，按圖1～5所示接好線即可以工作。下面以驗證廣域電流差動保護為例，在系統(tǒng)L1發(fā)生故障，集中決策中心CU啟動測量控制裝置IED1的三輪差動保護：

步驟1：第一輪保護，基于測量電流CT2，CT3的兩端電流保護范圍如圖6區(qū)域I所示。計算差動電流和制動電流(本次以一相為例，實際系統(tǒng)工作為三相電流差動和零序電流差動分別計算與保護判斷)

差動電流

制動電流

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

第一輪差動保護如果動作，集中決策中心CU將向測量控制裝置IED1發(fā)出跳S2斷路器開關(guān)，向測量控制裝置IED2發(fā)出跳S3斷路器開關(guān)。進一步，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開關(guān)；同理，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT2有故障電流，則向測量控制裝置IED3發(fā)出跳S4、S5斷路器開關(guān)，并發(fā)出告警信號。如果保護不動作，將啟動第二輪差動保護。

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

差動電流

制動電流

第二輪差動保護判據(jù)仍采用第一輪電流差動保護原理。如果動作，集中決策中心CU將向測量控制裝置IED1發(fā)出跳閘S2斷路器開關(guān)，向測量控制裝置IED3發(fā)出跳閘S4、S5斷路器開關(guān)。進一步，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開關(guān)；同理，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT4或者CT5有故障電流，則向測量控制裝置IED2發(fā)出跳S3斷路器開關(guān)，并發(fā)出告警信號。如果保護仍不動作，將啟動第二輪差動保護。

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

差動電流

制動電流

第三輪差動保護判據(jù)仍采用第一輪電流差動保護原理。如果動作，集中決策中心CU將向測量控制裝置IED1發(fā)出跳閘S2斷路器開關(guān)，向測量控制裝置IED4發(fā)出跳閘S6斷路器開關(guān)，向測量控制裝置IED5發(fā)出跳閘S7斷路器開關(guān)。進一步，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT1有故障電流，則向測量控制裝置IED1發(fā)出跳S1斷路器開關(guān)；同理，在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT6有故障電流，則向測量控制裝置IED4發(fā)出跳S8斷路器開關(guān)；在保護動作100ms延時后，仍能夠監(jiān)視到CT7有故障電流，則向測量控制裝置IED5發(fā)出跳S9斷路器開關(guān)；并發(fā)出告警信號。如果保護仍不動作，廣域差動保護返回。

動模廣域保護測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，通過連接電力系統(tǒng)動模實驗平臺，可以類似上述三個步驟，精確測試廣域保護各種原理以及相應(yīng)的通信模式、時延、控制策略等。