一種基于分布式存儲的配電網拓撲自適應保護方法與流程

本發明公開了一種基于分布式存儲的配電網拓撲自適應保護方法，屬于配電網自動化領域。

背景技術：

隨著電力系統的建設和發展，配電網自動化成為必然趨勢，其中網絡拓撲的分析和自適應成為研究的關鍵問題。現有的研究主要以集中式的方式面向對象對全配電網的設備進行建模，生成全網的拓撲，該方式依賴于集中控制器，且通訊的負擔隨著全網拓撲的復雜度增加，將持續增加，嚴重影響系統的可靠性、安全性和工作效率。

近年來提出了分布式存儲的概念，目標是將數據分散存儲在多臺獨立的設備上，減少集中式存儲的存儲壓力。然而在配電網中尚未對該技術充分應用，且結合配電網的特點，以及配電網中新能源接入后，即插即用、分布式保護技術的迫切需求，需要對分布式存儲進行升級，參考配網主站的DMS系統，實現局部網絡的分布式數據存儲和管理，提高配電網對新能源的接納能力。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，需要解決的技術問題包括：

(1)解決配電網集中式控制方式下的對集中控制器的過渡依賴性，可靠性差的問題。

(2)解決集中式控制方式下通訊的負擔大的問題，且隨著全網拓撲的復雜度增加，將持續增加，嚴重影響系統的可靠性、安全性和工作效率。

(3)解決分布式存儲在配電網拓撲自適應中的應用問題，滿足配電網中新能源接入后，即插即用、分布式保護技術的迫切需求，需要對分布式存儲進行升級的應用需求。

為了更好地理解本申請的技術方案，現對本申請中出現的技術術語說明如下：

配電網終端單元：配電網測控保護一體化設備，可作為實現本發明的硬件基礎，該設備以開關為單位進行測量、控制、保護。

分布式存儲單元：配電網終端單元的信息存儲部分。

開關：線路通斷設備，可以代表某段線路的基本情況。因此配電網中一般以開關為對象，對該開關的電氣量開關量進行測量和控制。每一開關均對應一配電網終端單元，相應地也唯一對應一分布式存儲單元。

上下游節點：開關上游或者下游開關連接點為開關的上下游節點，在本申請中也稱作分布式存儲單元上下游節點或者配電網終端單元的上下游節點。

上下游開關：開關兩側的開關分別為上游開關和下游開關，上下游開關對應的配電網終端單元(分布式存儲單元)在本申請中又稱作上下游配電網終端單元(分布式存儲單元)。

據此，本發明提供了一種基于分布式存儲的配電網拓撲自適應保護方法。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種基于分布式存儲的配電網拓撲自適應保護方法，其特征在于，所述自適應保護方法包括以下步驟：

步驟1：以配電網終端單元的信息存儲部分作為分布式存儲單元，對配電網中所有分布式存儲單元進行初始化，構建通用的分布式存儲單元拓撲信息模型，基于分布式存儲單元進行保護配置，所有配電網終端單元通過采集本配電網終端單元所對應開關即本開關信息、基于SV實時快速通訊獲取相鄰上游配電網終端單元對應開關即上游開關的信息和下游配電網終端單元對應開關即下游開關的信息；

步驟2：當配電網中有開關退出或增加引起配電網拓撲變化時，根據增加或退出的開關及其兩側相鄰開關的拓撲信息模型實現配電網拓撲配置自適應；

步驟3：任一配電網終端單元能夠向上下游配電網終端單元下發獲取指令獲取整個配電網拓撲信息；

步驟4：分別通過投入分布式差動保護功能和分布式饋線自動化功能實現分布式差動保護和分布式饋線自動化。

本發明進一步包括以下優選方案：

所述步驟1具體包括以下內容：

步驟1.1：建立分布式存儲單元拓撲信息模型，拓撲信息模型包括本配電網終端單元對應的開關即本開關信息存儲集KGx、上游開關信息存儲集KGm[i]、下游開關信息存儲集:KGn[j]，其中i為上游開關的個數，j為下游開關的個數；所述上游為以本開關任意一側定義為上游，則另一側定義為下游；

步驟1.2：基于分布式存儲單元，進行保護配置，分別以一個開關的上下游節點為對象，對節點上的所有開關做差動電流計算，設定差動保護定值，并且設定上下游節點各支路的正方向為流向節點的方向；

步驟1.3：分布式存儲單元采集本開關信息，本開關信息包括本開關的地址信息、本開關的電壓和電流、本開關的開關量信息；

步驟1.4：分布式存儲單元基于SV實時快速通訊獲取相鄰的上游開關信息和相鄰的下游開關信息；上下游開關信息包含上下游開關的地址信息、上下游開關的電壓和電流、上下游開關的開關量信息；

步驟1.5：將步驟1.3、步驟1.4獲取的本開關信息以及相鄰上游開關、相鄰下游開關信息分別存儲在本開關信息存儲集KGx、上游信息存儲集KGm[i]、下游信息存儲集:KGn[j]中。

在步驟2中，當有開關退出時，配電網的拓撲自適應包括以下內容：

步驟2.1.1：退出開關向相鄰配電網終端單元發送“開關退出指令”；

步驟2.1.2：當退出開關的下游配電網終端單元接收到退出開關所發送的“開關退出指令”后，將所存儲的該退出開關的信息存儲集刪除，并將退出開關分所對應的布式存儲單元存儲的所有上游開關信息存儲集增加到下游分布式存儲單元的上游開關信息存儲集中；

步驟2.1.2：當退出開關的上游配電網終端單元接收到退出開關所發送的“開關退出指令”后，將所存儲的該退出開關的信息存儲集刪除，并將退出開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有下游開關信息存儲集增加到下游分布式存儲單元的下游開關信息存儲集中。

在步驟2中，當有開關增加時，配電網的拓撲自適應包括以下內容：

步驟2.2.1：增加開關建立分布式存儲單元拓撲信息模型，并向相鄰配電網終端單元發送“開關增加指令”；

步驟2.2.2：當增加開關的下游配電網終端單元接收到增加開關所發送的“開關增加指令”后，下游分布式存儲單元獲取增加開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有上游開關信息存儲集以替代該下游分布式存儲單元所存儲的相同的上游開關信息，并添加增加開關對應分布式存儲單元所存儲的該增加開關的信息存儲集；步驟2.2.3：當增加開關的上游配電網終端單元接收到增加開關所發送的“開關增加指令”后，上游分布式存儲單元獲取增加開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有下游開關信息存儲集以替代該上游分布式存儲單元所存儲的相同的下游開關信息并添加增加開關對應分布式存儲單元存儲的該增加開關的信息存儲集。

在步驟3中，任一配電網終端單元獲取配電網拓撲信息的步驟如下：

步驟3.1：以當前配電網終端單元的分布式存儲單元為起點，逐級向上游和下游分布式存儲單元發送“獲取指令”以及當前分布式存儲單元的“目標地址”，直至無下游或無上游的末端分布式存儲單元；

步驟3.2：收到“獲取指令”的分布式存儲單元記錄需要獲取配電網拓撲信息的當前配電網終端單元的“目標地址”；

步驟3.3：所有下游分布式存儲單元按照從下游至上游的次序依次將對應開關信息按“目標地址”向相鄰上游分布式存儲單元發送，當相鄰上游分布式存儲單元接收到相鄰下游分布式存儲單元發送的開關信息后，將下游各開關信息與本分布式存儲單元對應的開關信息拼接后再次按“目標地址”向相鄰上游分布式存儲單元發送；所有上游分布式存儲單元按照從上游至下游的次序依次將對應開關信息按“目標地址”向相鄰下游分布式存儲單元發送，當相鄰下游分布式存儲單元接收到相鄰上游分布式存儲單元發送的開關信息后，將上游各開關信息與本分布式存儲單元對應開關信息拼接后再次按“目標地址”向相鄰下游分布式存儲單元發送；

步驟3.4：需要獲取配電網拓撲信息的當前分布式存儲單元收到所有上下游分布式存儲單元拼接后的開關信息后通過結合當前分布式存儲單元對應的開關配置拼接生成全配電網的拓撲信息。

在步驟4中，分布式差動保護的具體內容如下：

步驟4.1.1：判斷當前分布式存儲單元上游節點差動電流是否大于差動保護定值，大于則控制當前分布式存儲單元對應的開關跳開；

步驟4.1.2：判斷當前分布式存儲單元下游節點差動電流是否大于差動保護定值，大于則控制當前分布式存儲單元對應的開關跳開。在步驟4中，分布式饋線自動化的具體內容如下：

步驟4.2.1：判斷當前分布式存儲單元對應的本地開關電流是否超過設定的過流定值，若當前分布式存儲單元對應的本地開關電流超過設定的過流定值，則進一步判斷電流方向；

步驟4.2.2：當電流方向指向上游且上游所有開關電流方向均流向本地開關時，或者，當電流方向指向下游且下游所有開關電流方向流向本地開關時，當前分布式存儲單元所對應的本地開關跳開。

本發明可以實現以下有益效果：

(1)區別與傳統的集中式拓撲，需要根據實際現場的情況配置，無法建立通用的拓撲模型。基于分布式數據存儲和管理的配網拓撲配置自適應方法所建立的分布式存儲單元拓撲模型能夠實現通用化，易用性更高。

(2)本發明實現了配網信息的分布式的數據存儲和管理，解決了傳統的集中式存儲和管理的可靠性、安全性差，效率低的弊端。

(3)本發明考慮了配電網線路拓撲變化的情況，實現拓撲的自適應配置，滿足新能源接入即插即用后的需求，提高了配電網對新能源的接納能力。

(4)本發明基于分布式存儲單元，提出相應的分布式差動保護和分布式饋線自動化的實現方法，一定程度上為分布式的故障定位技術提供了有效解決途徑，且邏輯更為簡單，實現了通訊與保護的獨立配置與控制，可靠性更高。

附圖說明

圖1是本發明基于分布式存儲的配電網拓撲自適應保護方法流程示意圖；

圖2是通用分布式存儲單元模型圖；

圖3是開關退出拓撲自適應方法示意圖；

圖4是開關增加拓撲自適應方法示意圖；

圖5是典型配網圖例；

圖6是基于配網圖例的分布式數據存儲系統圖例；

圖7是配網全局拓撲獲取使能發送示意圖；圖8是配網全局拓撲拼接示意圖；

圖9是基于分布式存儲單元的分布式差動保護實現示意圖；

圖10是基于分布式存儲單元的分布式饋線自動化實現示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明公開的技術方案進行詳細的說明。

如圖1所示，本發明公開的一種配電網拓撲配置自適應保護實現方法，包含以下4個步驟：

步驟1：對所有配電終端單元進行基于分布式存儲的配電網拓撲自適應及保護方法的初始化，并實現信息獲取：由配電網終端單元的信息存儲部分作為分布式存儲單元，對配電網所有分布式存儲單元進行初始化，構建通用的分布式存儲單元拓撲信息模型，基于分布式存儲單元進行保護配置，所有分布式存儲單元通過采集本分布式存儲單元對應開關(在本申請中，也簡稱“本開關”)的實時信息、基于SV實時快速通訊獲取相鄰上游和下游分布式存儲單元對應開關(簡稱“上游開關”“下游開關”)的實時信息；

其詳細步驟包括：

步驟1.1建立分布式存儲單元拓撲信息模型：本開關信息存儲集KGx；上游開關信息存儲集:KGm[i]；下游開關信息存儲集:KGn[j]。其中i為上游開關的個數，j為下游開關的個數；其中所述上游為以開關任意一側定義為上游，則另一側定義為下游，進一步確定全網中其他開關的上下游關系。

步驟1.2基于分布式存儲單元，進行保護配置：(1)分布式差動保護：分別以一個開關的上下游節點為對象，對節點上的所有開關做差動電流計算，設定差動保護定值；(2)分布式饋線自動化：分別以一個開關上下游節點為對象，設定上下游節點各支路的正方向為流向節點的方向。

步驟1.3分布式存儲單元采集本開關信息：KGx，本開關信息包括本開關的地址信息、本開關的電壓和電流、本開關的開關量信息。

步驟1.4分布式存儲單元基于SV實時快速通訊獲取相鄰上游開關信息Ux[i]和下游開關信息Dx[j]。所述Ux[i]為上游任一分布式存儲單元的信息數據集；所述Dx[j]為下游任一分布式存儲單元的信息數據集；信息數據集包含所有開關的通訊地址、模擬電氣量信息(電壓、電流)、開關量電氣量信息。

步驟1.5將步驟1.3、步驟1.4獲取的本開關信息以及相鄰上游開關、相鄰下游開關信息分別存儲在本開關信息存儲集KGx、上游信息存儲集KGm[i]、下游信息存儲集KGn[j]中：KGm[i]＝Ux[i]，KGn[j]＝Dx[j]。

若未初始化則按照步驟1.1～1.5的順序進行初始化和信息獲取，若已初始化則直接進入步驟1.3進行信息獲取。

步驟2：開關退出或增加引起拓撲變化的拓撲自適應方法：當開關退出或增加引起拓撲變化，可通過對增加或退出的開關和兩側開關的信息模型按照拓撲自適應方法升級實現拓撲配置自適應；

當有開關退出時，配電網的拓撲自適應包括以下內容：

步驟2.1.1：退出開關向相鄰配電網終端單元發送“開關退出指令”；

步驟2.1.2：當退出開關的下游配電網終端單元接收到退出開關所發送的“開關退出指令”后，將所存儲的該退出開關的信息存儲集刪除，并將退出開關分所對應的布式存儲單元存儲的所有上游開關信息存儲集增加到下游分布式存儲單元的上游開關信息存儲集中；

步驟2.1.2：當退出開關的上游配電網終端單元接收到退出開關所發送的“開關退出指令”后，將所存儲的該退出開關的信息存儲集刪除，并將退出開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有下游開關信息存儲集增加到下游分布式存儲單元的下游開關信息存儲集中。

當有開關增加時，配電網的拓撲自適應包括以下內容：

步驟2.2.1：增加開關建立分布式存儲單元拓撲信息模型，并向相鄰配電網終端單元發送“開關增加指令”；

步驟2.2.2：當增加開關的下游配電網終端單元接收到增加開關所發送的“開關增加指令”后，下游分布式存儲單元獲取增加開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有上游開關信息存儲集以替代該下游分布式存儲單元所存儲的相同的上游開關信息，并添加增加開關對應分布式存儲單元所存儲的該增加開關的信息存儲集；

步驟2.2.3：當增加開關的上游配電網終端單元接收到增加開關所發送的“開關增加指令”后，上游分布式存儲單元獲取增加開關所對應的分布式存儲單元存儲的所有下游開關信息存儲集以替代該上游分布式存儲單元所存儲的相同的下游開關信息并添加增加開關對應分布式存儲單元存儲的該增加開關的信息存儲集。

步驟3：全局信息獲取拓撲自適應方法：向任一分布式存儲單元下發獲取指令獲取全網拓撲信息；步驟3所述的全局信息獲取拓撲自適應方法具體包括以下內容：

步驟3.1：以當前配電網終端單元的分布式存儲單元為起點，逐級向上游和下游分布式存儲單元發送“獲取指令”以及當前分布式存儲單元的“目標地址”，直至無下游或無上游的末端分布式存儲單元；

步驟3.2：收到“獲取指令”的分布式存儲單元記錄需要獲取配電網拓撲信息的當前配電網終端單元的“目標地址”；

步驟3.3：所有下游分布式存儲單元按照從下游至上游的次序依次將對應開關信息按“目標地址”向相鄰上游分布式存儲單元發送，當相鄰上游分布式存儲單元接收到相鄰下游分布式存儲單元發送的開關信息后，將下游各開關信息與本分布式存儲單元對應的開關信息拼接后再次按“目標地址”向相鄰上游分布式存儲單元發送；所有上游分布式存儲單元按照從上游至下游的次序依次將對應開關信息按“目標地址”向相鄰下游分布式存儲單元發送，當相鄰下游分布式存儲單元接收到相鄰上游分布式存儲單元發送的開關信息后，將上游各開關信息與本分布式存儲單元對應開關信息拼接后再次按“目標地址”向相鄰下游分布式存儲單元發送；

步驟3.4：需要獲取配電網拓撲信息的當前分布式存儲單元收到所有上下游分布式存儲單元拼接后的開關信息后通過結合當前分布式存儲單元對應的開關配置拼接生成全配電網的拓撲信息。

步驟4：基于分布式存儲的配電網保護方法：分別通過投入分布式差動保護功能和分布式饋線自動化功能實現分布式差動保護和分布式饋線自動化。

當已投入分布式差動保護，分布式差動保護的方法具體步驟為：

步驟4.1.1：判斷當前分布式存儲單元上游節點差動電流是否大于差動保護定值，大于則控制當前分布式存儲單元對應的開關跳開；

步驟4.1.2：判斷當前分布式存儲單元下游節點差動電流是否大于差動保護定值，大于則控制當前分布式存儲單元對應的開關跳開。

當已投入分布式饋線自動化，分布式饋線自動化的方法具體步驟為：

步驟4.2.1：判斷當前分布式存儲單元對應的本地開關電流是否超過設定的過流定值，若當前分布式存儲單元對應的本地開關電流超過設定的過流定值，則進一步判斷電流方向；

步驟4.2.2：當電流方向指向上游且上游所有開關電流方向均流向本地開關時，或者，當電流方向指向下游且下游所有開關電流方向流向本地開關時，當前分布式存儲單元所對應的本地開關跳開。

下面結合具體案例對配電網拓撲配置自適應與保護實現方法進行詳細描述。

由配電網終端單元(DTU)構成分布式存儲單元建立通用的分布式存儲單元拓撲信息模型，如圖2所示，分布式存儲單元拓撲信息模型包含上游5個開關對應的5個信息存儲集：KGm[1]～KGm[5]，下游5個開關對應的5個信息存儲集KGn[1]～KGn[5]，以及本地開關信息存儲集KG0。分布式存儲單元之間通過信息模型中存儲的關聯信息進行局部信息的交互。

存儲單元通過采集本開關的信息、基于SV實時快速通訊獲取相鄰上游和下游的實時信息。

其中KGm[i]的數據獲取通過與DTUm-i通訊獲取；KGn[i]的數據獲取通過與DTUn-i通訊獲取。

當開關退出或增加引起拓撲變化，可通過增加或退出的開關和兩側開關的信息模型升級實現拓撲配置自適應，其策略為：如圖3所示當線路取消引起的開關退出，其局部信息模型升級方法為，由退出開關KG0向相鄰開關的分布式存儲單元發送“開關退出指令”，將本分布式存儲單元中原上游信息存儲集發送給下游所有的信息存儲單元DTUn-1～DTUn-5，替代KG0信息存儲集；將本分布式存儲單元原下游數據信息集發送給上游所有的分布式存儲單元DTUm-1～DTUm-5，替代KG0數據集；如圖4所示當線路增加引起的開關增加，其局部信息模型升級方法為，首先配置增加開關KG0所屬存儲單元的配置信息，并向相鄰存儲單元發送“開關增加指令”:將KG0信息存儲集發送給下游的所有的信息存儲單元DTUn-1～DTUn-5，替換原上游信息存儲集；將KG0信息存儲集發送給上游的所有的信息存儲單元DTUm-1～DTUm-5，替換原下游信息存儲集。

以如圖5所示的典型配網圖例為對象，建立如圖6所示的分布式數據存儲系統。包含DTU1～DTU10，分別以10個開關為對象，分別存儲了10個開關及其相鄰所有的開關的電氣量信息、關系信息、地址信息等。

基于分布式存儲單元可通過全局信息獲取拓撲自適應方法獲取全網拓撲信息，其策略為：如圖7所示，以DTU3分布式存儲單元為起點，逐級向上和下游發送“獲取指令”，直至下發至配置中無下游或無上游的分布式存儲單元，收到“獲取指令”的分布式存儲單元記錄獲取源分布式存儲單元的“目標地址”，無下游的分布式存儲單元DTU1、DTU4、DTU8、DTU6和DTU10向按照“目標地址”上游分布式存儲單元發送本地開關信息，無上游的分布式存儲單元“目標地址”向上游分布式存儲單元發送本地開關信息，當任一分布式存儲單元收到下游發來的開關信息，將本地的開關信息與之拼接后按照“目標地址”向上游分布式存儲單元發送拼接后的開關信息，當任一分布式存儲單元收到上游發來的開關信息，將本地的配置信息與之拼接后按照“目標地址”向下游分布式存儲單元發送拼接后的開關信息。如圖8所示DTU2、DTU4、DTU5、DTU7收到其一側發來的拓撲后，拼接生成了更大的局部拓撲，并發送給獲取源DTU3，DTU3通過拼接生成了全網的拓撲，該拓撲與圖4所示的典型配網拓撲一致。

分布式存儲單元可實現分布式差動保護、分布式饋線自動化：如圖9所示基于分布式存儲單元可配置分布式差動保護：分別以一個開關上下游節點為對象，對節點上的所有開關做差動電流計算，生成上游差動電流Ic-1和下游差動電流Ic-2,當差動電流Ic-1或Ic-2超過差動保護定值，控制本開關跳開。實現了差動保護的分布式獨立配置，且邏輯清晰簡單，實現了通訊與保護獨立配置和控制。

如圖10所示基于分布式存儲單元可可配置分布式饋線自動化：分別以一個開關上下游節點為對象，當本地開關KG0的電流I超過過流定值，電流方向指向上游，則在上游節點上所有開關電流方向流向該節點時，認為故障K在KG0的上游，控制本地開關KG0保護動作；類似的電流方向指向下游，則在下游節點上所有開關電流方向流向該節點時，控制本地開關保護動作。同樣的實現了饋線自動化的分布式獨立配置、以及通訊和保護也獨立配置和控制。

因此，通過上述一種基于分布式存儲的配電網拓撲自適應及保護方法，可以實現配電網電氣的分布式存儲與控制，滿足配網自適應配置的要求、具備獲取全局拓撲的能力，可靈活切換分布式和集中式存儲與控制方式，可達到新能源或者線路即插即入的目標。基于分布式存儲與控制，可實現分布式差動保護和分布式饋線自動化技術，控制邏輯清晰簡單，實現了通訊與保護的獨立配置與控制，可靠性更高。

以上實施例僅用于幫助理解本發明的核心思想，不能以此限制本發明，對于本領域的技術人員，凡是依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上所做的任何改動，均應包含在本發明的保護范圍之內。