電力網管理系統的製作方法

2023-05-10 18:54:11

專利名稱：電力網管理系統的製作方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及一種用於將至少一個參數集合應用於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置的方法。此外，它涉及一種適合於將至少一個參數集合應用於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置的設備。
背景技術：
通過使用智能電子裝置(IED)來防止電力網出故障(例如短路)。IED中的保護功能例如在IEEE/ANSI標準中已經被標準化，並且在IEC 61850中例如作為邏輯節點是可用的。每一個保護性設定(setting)的目標是實現選擇性，即，最接近故障位置(例如在放射狀網絡的情況下為上遊)的保護繼電器使斷路器跳閘。所有其它繼電器可檢測故障， 但不會切斷或者至少僅在預定義延遲之後才切斷。這在常規保護出故障時確保備用保護。通常，對於給定電力網狀態在策劃(engineering)時定義保護功能的參數。但是， 這種狀態可隨時間而改變，並且因而應當調整保護參數。在一些情況下，策劃確實通過定義不同網絡狀態的設定組(例如夏季/冬季設定)來考慮那種情況，設定組通常定義保護功能的值集合。設置正確活動設定組則是公用事業的保護工程師或操作員的職責。通過引入基於微處理器的繼電器，形成了使用繼電器的新處理能力和可編程性在操作期間調整保護系統的行為的思路。直到那時，通常採用在繼電器的多種參數中體現的不可變行為來設計和實現保護系統。保護工程師將系統設計成使得它正確響應設計時可想到的電力系統中的所有意外事故。但是，由於保護系統可在大量不同情況下進行正確響應， 所以這種行為往往損害有利於可靠性的故障選擇性和網絡可用性。與此不同，基於計算機的繼電器甚至在已經將它們安裝在電力系統之後也允許改變其特性。雖然存在所提出的許多思路，但是繼電器設定調整的最值得注意的實現是設定組。數字繼電器具有存儲在不同系統條件下控制其行為的多個參數集合的容量。設定在策劃時定義並且上載到繼電器。在操作期間，人類操作員能夠通過向繼電器發送控制信號來切換活動設定組。關於切換時間以及切換到哪一組的判定仍然由操作員做出。此外，主要難題之一是微網的可響應主網故障和微網故障的保護系統，其中微網連接到主網。在第一種情況下，保護系統可以所需的速度將微網與主網分隔，以便保護微網負載。在第二種情況下，保護系統可在清除故障時分隔微網的最小部分。微網的分段、即多個孤島或子微網的創建可由微源(micro-source)和負載控制器來支持。在這些情況下，與保護系統的選擇性(錯誤的、不必要跳閘)和靈敏度(未檢測到的故障或延遲的跳閘)相關的問題會出現。尤其是，看到主網連接和孤島模式中的故障電流之間的較大差異可引起微網的保護中的差錯。微網保護系統可具有對故障的高靈敏度以及對分隔/劃分微網的選擇性，特別是在具有功率電子(PE)接口(低故障電流電平)的分布式能量資源(DER)的情況下。
實際上，關於在故障情況下是劃分微網還是將其關閉的判定取決於微網客戶的需要以及所涉及成本(保護和通信)對於通過劃分(例如降低的最終客戶中斷時間)所獲得的利益是否是合理的。實際上，微網的操作條件由於間斷微源(風力和太陽能)和周期負載變化而不斷變化。通常，短路電流的方向和幅度也將改變。同樣，網絡拓撲可定期改變，旨在損耗最小化或者實現其它經濟或操作目標。另外，可因主網中或者微網內部的故障而形成不同尺寸和內容的可控孤島。在這類情況下，繼電器協調的丟失可能發生，並且具有單個設定組的通用過電流 (OC)保護可能變得不充分，即，它不會對於所有可能故障保證選擇性操作。因此，必要的是確保為OC保護繼電器所選的設定考慮電網拓撲以及位置、類型和發電量的變化。否則，不希望的操作或者需要時無法進行操作可能發生。為了處理由具有功率電子接口的微源所主導的微網中的雙向功率流和低短路電流電平，需要新的保護原理，其中可周期地檢查/更新繼電器的設定參數，以便確保它們仍然是適當的。

發明內容
本發明的目的是提供針對(尤其包括分布式能量資源的)電力網中的故障的改進保護。按照第一方面，提供一種用於對於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置調整至少一個參數集合的方法，包括a)讀取電力網的當前網絡狀態，其中網絡狀態包括多個開關裝置的狀態；b)仿真電力網中的至少一個網絡故障；C)在考慮電力網的當前網絡狀態和網絡拓撲的情況下，使用由至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流來推斷至少一個智能電子裝置的至少一個新參數集合；d)在所述至少一個智能電子裝置的至少一個中設置所述至少一個參數集合。在可與本文的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，在步驟C)，在考慮預定義範圍之內的預測信息的情況下進一步推斷所述至少一個新參數集合。預測信息的預定義範圍通常可以是0. ^ulhjh、1 或Mh。在另一個實施例中，預測信息包括與天氣、例如風力渦輪機、光伏發電廠等分布式能量資源的狀態和/或負載的未來狀態有關的信息。尤其是，本發明處理保護電力網的智能電子裝置(IED)的保護參數設定。本發明的思路是擴大IED檢測保護設定調整的需要並且通知人類操作員關於該需要(例如通過報警)或者自動且自主地執行參數設定的能力，最終目標是提高選擇性、靈敏度(繼電器必須感測不同故障但不感測浪湧電流)和速度(繼電器必須在最短可能時間內反應)。在一個典型實施例中，按照本發明的方法針對下列步驟檢測對作為描述電力網的狀態(例如開關的位置)的變量的布爾函數的保護設定的調整的需要；在一個典型實施例中，通知操作員關於更新一個或多個IED的保護設定的需要；自動建議正確保護參數-在一個典型實施例中向操作員自動建議；在一個典型實施例中，每當檢測到對調整的需要時， 由IED(或者能夠與IED通信的裝置)自動地(並且自主地)更新保護參數。在一個典型實施例中，按照本發明的方法可適用於可能包括分布式發電的放射狀網絡中的過電流保護的設定。
在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，網絡拓撲包括低壓和中壓線路、多個開關裝置之間的連接等等。在另一個實施例中，智能電子裝置可控制電力網中的至少一個開關裝置、尤其是斷流器。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，參數集合包括至少一個參數，尤其是包括多個參數。在一個典型實施例中，參數集合的參數可包括至少一個智能電子裝置的保護設定。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，參數集合的參數包括跳閘電壓、跳閘時間、跳閘條件或跳閘特性。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，開關裝置的狀態可包括兩種狀態，具體而言是斷開開關狀態和閉合開關狀態。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，仿真網絡故障可位於電力網中。在另一個實施例中，仿真網絡故障可位於負載和/或分布式能量資源中。在另一個實施例中，分布式能量資源中的故障通常可通過裝置的保護(例如發電機保護)來清除。在一個典型實施例中，負載上的故障應當通過負載的保護(例如到電網的家庭連接處的主熔絲)來清除。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，電力網可包括兩個以上不同的智能電子裝置，其中至少兩個不同的智能電子裝置具有不同的參數集合。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，電力網是中壓和 /或低壓配電網。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，仿真基本上全部可預測網絡故障。在另一個實施例中，網絡故障包括短路、負載錯誤、閃電和/或類似的。在可與其它實施例進行組合的另一個實施例中，網絡狀態可包括離散化測量和/ 或狀態值，例如電流、電壓、分布式發電(DG)源等等。按照本發明的另一個方面，提供一種用於對於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置調整至少一個參數集合的方法，包括a)讀取電力網的當前網絡狀態， 其中網絡狀態包括多個開關裝置的狀態；b)根據當前網絡狀態從多個參數集合中選擇至少一個智能電子裝置的至少一個參數集合；c)在至少一個智能電子裝置中設置至少一個參數集合。但是在一個典型實施例中，設定或參數集合可在使用電力網之前預先計算。在可與本文的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，在步驟b)，在考慮預定義範圍之內的預測信息的情況下選擇至少一個新參數集合。預測信息的預定義範圍通常可以是0. 5hUh,6hU2h或Mh。在另一個實施例中，預測信息包括與天氣、例如風力渦輪機、 光伏發電廠等分布式能量資源的狀態和/或負載的未來狀態有關的信息。按照一個典型實施例，通過遍歷(through)多個網絡狀態進行置換來創建多個參數集合，其中，對於各網絡狀態i)在電力網中仿真至少一個網絡故障；以及ii)在考慮至少一個仿真網絡故障、網絡狀態和網絡拓撲的情況下推斷至少一個智能電子裝置的至少一個新參數集合。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，將各網絡狀態編碼為邏輯表達式、尤其是布爾表達式，尤其使得通過包含二進位值的向量來表示網絡狀態。在另一個實施例中，步驟i)和ii)通過遍歷基本上全部網絡狀態進行置換來創建。在一個典型實施例中，方法還可包括創建包含具體編碼為邏輯表達式的網絡狀態的表和/或資料庫，並且參數集合對應於表和/或資料庫中的各網絡狀態。在另一個實施例中，基本上只有對至少一個智能電子裝置的保護系統的行為具有影響的網絡狀態才可存儲在表和/或資料庫中。在一個典型實施例中，表和/或資料庫存儲在智能電子裝置中和/或變電站中、配電區中、網絡控制中心中的存儲裝置中。按照可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例，在步驟a)之後，該方法包括al)將實際網絡狀態編碼為邏輯表達式、尤其是布爾表達式，尤其使得通過包含二進位值的向量來表示網絡狀態。但是，布爾值簡化參數集合的推斷或者參數集合的選擇。此外，在一個典型實施例中，布爾值可簡化關於繼電器或開關設定是否必須調整的確定。在一個典型實施例中，步驟a)、b)、C)和/或d)在事件之後執行。但是，可確定、尤其是可自動確定調整繼電器設定或者智能電子裝置的設定的必要性。在一個典型實施例中，事件可以是網絡狀態的變化、天氣的變化、時間的變化。此外，在一個典型實施例中，至少一個新參數集合的推斷可包括與未來負載、未來可用能量資源等等有關的預測信息。但是，在另一個實施例中，預測可具有預測時間，其中尤其是，大致在預測時間應用至少一個智能電子裝置中的至少一個參數集合的設定。在另一個實施例中，事件可以是分布式能量資源的連接或斷開、例如到孤島模式或者到連接模式的網絡拓撲變化。此外，事件可包括分布式發電(DG)級的預測的變化。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的一個典型實施例中，系統狀態或網絡狀態可以僅在變化時、尤其是在使網絡狀態離散化時尤其經由通信基礎設施來發送。網絡狀態可經由IEC 61850的GOOSE消息來發送。在另一個實施例中，周期地執行步驟a)。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，步驟b)、c)和/或 d)可以僅當實際網絡狀態與前一個網絡狀態不同時才執行。在一個典型實施例中，僅當至少一個參數與至少一個實際參數不同時才設置至少一個智能電子裝置的參數集合。在一個典型實施例中，繼電器設定和/或參數集合僅發送給受影響繼電器或智能電子裝置。因此，可減少通信消息量。在另一個實施例中，網絡狀態包括所有開關的位置。按照一個典型實施例，網絡狀態包括連接到電力網的分布式能量資源的狀態和/ 或連接到電力網的負載的狀態。
在一個典型實施例中，分布式能量資源可以是柴油發電機、光伏能量源和/或風力能量源。在可與其它實施例進行組合的另一個實施例中，自動設置應用於智能電子裝置的參數集合。本發明的另一個方面可針對一種適合於對於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置調整至少一個參數集合的設備，其中該設備適合接收電力網的當前網絡狀態，其中所述網絡狀態包括多個開關裝置的狀態；其中該設備包括計算單元，該計算單元適合用於仿真電力網中的至少一個網絡故障，並且用於在考慮電力網的當前網絡狀態和網絡拓撲的情況下使用由至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流來推斷至少一個智能電子裝置的至少一個新參數集合；其中該設備還將參數集合提供給至少一個智能電子裝置，用於更新智能電子裝置的參數。在一個典型實施例中，提供一種自調整保護IED。按照另一個方面，提供一種適合對於具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置調整至少一個參數集合的設備，其中該設備適合接收電力網的當前網絡狀態，其中該網絡狀態包括多個開關裝置的狀態；其中該設備包括計算單元，該計算單元適合用於根據當前網絡狀態從多個參數集合中選擇至少一個智能電子裝置的至少一個參數集合；其中該設備還將參數集合提供給至少一個智能電子裝置，用於更新該電子裝置。按照可與其它實施例進行組合的一個典型實施例，將網絡狀態編碼為邏輯表達式、尤其是布爾表達式，尤其使得可通過包含二進位值的向量來表示網絡狀態。在另一個實施例中，該設備適合通過遍歷多個網絡狀態進行置換來創建多個參數集合，其中，對於各網絡狀態i)仿真至少一個網絡故障；以及ii)在考慮網絡狀態和網絡拓撲的情況下使用由至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流來推斷至少一個智能電子裝置的至少一個新參數集合。在一個典型實施例中，電力網包括放射狀網絡、網格網絡、過電流和定向過電流繼電器、帶有或沒有分布式發電機(DG)的網絡。在可與其它實施例進行組合的另一個實施例中，可在例如變電站中、區域中、網絡控制中心中和/或智能電子裝置中的中央計算機處收集網絡狀態。在一個典型實施例中，該設備是智能電子裝置或繼電器。在另一個典型實施例中，可在各繼電器或智能電子裝置中收集網絡狀態。但是在一個典型實施例中，受影響繼電器或智能電子裝置激活設定或參數集合， 而無需與其它繼電器進一步協調。因此，甚至僅在少數繼電器中的新設定的激活也不會使保護系統的行為惡化。在一個典型實施例中，電網通信基礎設施可設置在智能電子裝置之間。在另一個實施例中，如果一個繼電器或智能電子裝置無法確定新設定，則它可經由通信基礎設施從任何其它繼電器得到參數的新設定或集合。在可與其它實施例進行組合的一個典型實施例中，第一繼電器或第一智能電子裝置可在特定時間延遲之後和/或由於由相鄰裝置進行的其性能檢驗的結果而向第二繼電器或第二智能電子裝置發送請求。在一個典型實施例中，各繼電器或智能電子裝置計算或推斷新參數集合。然後，智能電子裝置使參數設定或集合準備就緒。在另一個實施例中，智能電子裝置或繼電器應請求，尤其是應變電站、網絡控制中心和/或另一個智能電子裝置或繼電器的請求來計算或推斷新參數集合。在一個典型實施例中，在具有至少兩個繼電器或智能電子裝置的電力網中，這些智能電子裝置其中之一可計算或推斷其它智能電子裝置或繼電器的參數集合或設定。但是，進行計算或推斷的繼電器或智能電子裝置可充當第一位的(primus inter pares)，並且可負責計算或者在繼電器無法執行計算時作為備用方案。通過從屬權利要求、描述和附圖，其它優點、特徵、方面和細節是顯而易見的。實施例還針對用於執行所公開方法並且包括用於執行所述方法步驟的設備部分的設備。此外，實施例還針對所述設備進行工作或者製造所述設備所用的方法。它還包括用於執行設備的功能或者製造設備的部分的方法步驟。方法步驟可通過硬體組件、固件、軟體、通過適當軟體所編程的計算機、通過其任何組合或者按照任何其它方式來執行。因此，IED的能力擴大到檢測保護設定調整的需要，並且通知人類操作員關於該需要(例如通過報警)或者自動地和/或自主地執行參數設定。因此，IED的選擇性、靈敏度 (繼電器可感測不同故障而不感測浪湧電流)和/或速度(繼電器可在最短可能時間中進行反應)得到提高。在一個典型實施例中，本發明的基於保護繼電器設定相關於微網狀態(例如拓撲、發電和負載)的調整的概念。在一個典型實施例中，可使用下列定義自適應保護一種在線活動，它修改對系統條件或要求的變化的優選保護性響應。它通常是自動的，但能夠包括及時人工幹預。自適應繼電器一種繼電器，它能夠通過外部生成信號或控制動作使其設定、特性或邏輯功能及時地在線改變。通常，自適應保護的目標不是在電力系統的變化之後重新建立保護系統的正確或可靠行為，原因在於初始設定通常將在所有情況下保護系統。調整而是針對提高選擇性、避免多餘跳閘等等，並且因而提高網絡的可用性。通常，自適應保護可按照其技術方式來分類-在繼電器計算和跳閘邏輯中包含附加測量，例如負載或故障特性。-向繼電器傳遞系統狀態信息、例如開關位置，並且在跳閘邏輯中使用該信息。-分析系統狀態(離線)，並且針對當前系統狀態來檢查繼電器設定，修改設定並且在必要時上載到繼電器。


為了能夠詳細了解本發明的上述特徵的方式，可參照實施例來進行以上概述的對本發明的更具體描述。附圖涉及本發明的實施例，並且描述如下圖Ib示出用於參數的離線計算的方法的流程圖；圖Ib示出使用離線計算的參數的方法的流程圖；圖2示出參數的在線計算的方法的流程圖；圖3示意示出網絡；圖4示意示出具有故障的圖3所示網絡；圖5示意示出故障之後的圖4所示網絡；
圖6示意示出網絡的另一個實施例；圖7示意示出具有故障的圖6所示網絡；圖8示意示出具有微網中央控制器的圖6所示網絡；圖9示意示出斷路器內部的本地保護功能；圖10示意示出事件表的結構；圖11示意示出微網保護和控制架構的一個實施例；以及圖12示意示出在線自適應保護算法的階段。可以設想的是，一個實施例的元件可有利地用於其它實施例中而無需進一步列舉。
具體實施例方式電力系統當前經歷操作要求方面的相當大變化-主要是由於解除管制並且由於增加的分布式能量資源(DER)量。在許多情況下，DER包括允許小規模(微源)發電的不同技術，並且其中一部分利用諸如太陽能、風力或水力能量之類的再生能量資源(REQ。使微源靠近負載的優點是降低傳輸損耗以及防止網絡擁塞。此外，使連接到低壓(LV)配電網的最終客戶的電力供應中斷的機會減小，原因在於在嚴重系統幹擾的情況下，相鄰微源、可控負載和能量存儲系統可工作在孤島模式(實際上，電力輸送能夠完全與主網的狀態無關)。 這是稱作微網的一個典型實施例。微網向最終客戶、公用事業和社會提供多種優點，例如-提高的能量效率，-最小化的總能量消耗，-降低的溫室效應氣體和汙染物排放，-提高的服務質量和可靠性，-節省成本的電力基礎設施更換。對於下列實施例的一般描述，可假定存在適當的(in place)變電站 (substation)自動化系統或者智能電子裝置(IED)之間諸如基於IEC 61850之類的至少一個通信基礎設施。還可假定其中主保護系統由過電流(OC)繼電器組成的網絡。在存在連接到網絡的分布式能量資源(DER)的情況下，主保護系統由定向過電流繼電器組成。在可與其它實施例進行組合的一個典型實施例中，IED是例如用於斷路器、繼電器、變壓器和/或電容器組的電力系統設備的基於微處理器的控制器。IED可從至少一個傳感器和電力設備接收數據。此外，IED可在它們感測到電壓、電流或頻率異常或者升高或降低的電壓電平時發出諸如使斷路器跳閘之類的命令，以便保持預期電平。在一個典型實施例中，IED可包含大約5至12個保護功能、用於控制單獨裝置的5至8個控制功能。此外， IED可包括通信功能。在一個實施例中，能夠通過分析網絡的基本拓撲和基本上所有開關的當前位置來表示電力系統的相關於拓撲的狀態。在可與其它實施例進行組合的一個典型實施例中，這個信息可映射到布爾邏輯的子句。邏輯公式又可對應於適合特定網絡狀態的繼電器設定。 因此，可通過使用開關狀態信息作為用於評估布爾公式的輸入來得到(定向)oc繼電器的設定。在其它實施例中，可使用其它邏輯來映射網絡狀態。在另一個實施例中，網絡狀態可以僅包括基本上全部開關的狀態、負載的狀態和/或分布式能量資源的狀態。網絡的拓撲則可單獨存儲和/或從網絡狀態以及(表示網絡元件和網絡節點等的示意性所有位置的)基本拓撲來推斷。通常，與智能電子裝置(IED)同義地使用術語「繼電器」。在一個典型實施例中，智能電子裝置可包括繼電器。通常，用於得出特定網絡狀態的繼電器設定的方法的兩個典型實施例會是可能的。在該方法的第一實施例中，能夠預先計算所有可能的設定。布爾公式則用作選擇適當設定的指標(index)。通常，當網絡具有較少數量的可能狀態時，可應用用於得出繼電器設定的這個實施例。那就意味著，可在安裝或連接網絡之前計算所有狀態。在該方法的第二實施例中，可在線計算繼電器設定，那就表示例如在開關的位置已經改變的情況下。確定正確繼電器設定的算法將相同布爾網絡表示作為輸入。在這種情況下，在第一種情況下在策劃時間期間使用的用於計算繼電器設定的規則包含在算法中， 並且能夠在網絡操作期間的任何時間運行。在上述兩個實施例中，可通過除了開關狀態之外還使用測量結果或其它可用信息來擴大與網絡狀態有關的信息。尤其是，與分布式能量資源(DER)的發電水平有關的信息可用於得到更準確的網絡狀態表示。這個信息可經過離散化，因此可用於擴大布爾邏輯的原始子句。在一個典型實施例中，還有可能結合預測(例如，對於DER發電水平，例如取決於氣候條件等和/或負載的預測)。同樣，該信息可用於擴大布爾公式或其它邏輯公式，因此可應用上述兩個機制。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，系統狀態信息或網絡狀態信息、即開關位置和/或上述擴大的離散化信息可經由變電站自動化系統的通信基礎設施周期地或者在發生變化時發送。按照一個實施例，可檢測對調整控制例如斷路器的IED的保護參數的需要。除了可檢測更新繼電器參數的必要性的其它手段之外，布爾或其它邏輯公式的上述評估也可產生這種信息。使用所述方法，可得到當前網絡狀態的適當繼電器設定。可將這些設定與當前活動的繼電器設定進行比較。在一個實施例中，存在差異的情況下，可改變繼電器設定。當結合預測信息時，如以上對於一個實施例所述，參數調整的觸發也可以是時間相關的。在一個典型實施例中，預測可定義假定所預測條件成為現實的時間或者在它們成為現實之前的所定義時間，例如在它們成為現實之前的0. 5hUhU2h或Mh。因此，可在某個時間點觸發繼電器參數的調整。在一個典型實施例中，為了適應與預測的可能偏差，可建議實際網絡狀態的檢查以及可能的再次校正動作。定義對保護設定調整的需要的功能性可按照與基於拓撲的聯鎖規則 (inter-locking rules)相同的方式來建立。在一個實施例中，使用IEC 61850，使得相當於將各IED配置成監聽由其它IED所發送的、通常通知它們關於相關開關的位置供它們判定對保護設定重新配置的需要的特定GOOSE消息，其方式與控制聯鎖(CILO)邏輯節點使用其它(相關)開關的位置的輸入相關於聯鎖規則來確定開關能夠斷開還是閉合相同。在一個典型實施例中，必要時，相關開關和其它信息、例如功率流方向可在策劃時間確定，尤其是按照與對於聯鎖進行的相似方式來確定。注意，網絡狀態和/或拓撲的變化可要求調整多個保護功能的參數，並且因而可影響(尤其是獨立地影響)多個IED或繼電器。在一個典型實施例中，一旦已經確定對重新配置的需要，則可通過適當手段、例如通過監測器上的警告和/或通過基礎通信技術的專用報警消息來通知操作員。通過選擇充分的設定組或者通過改變IED中的保護參數來採取動作則是人的(例如操作員或保護工程師的)職責。在可與本文所公開的其它實施例進行組合的另一個實施例中，如果不希望有人工幹預，則可自動調整保護參數，在下一小節進行描述。在一個典型實施例中，對保護參數的重新配置的需要的檢測也可由能夠與IED進行通信的諸如網關或變電站中的站計算機之類的另一個計算裝置(或主機(master))來接管。相同方法則適用於那個計算裝置，並且它可取代它能夠與其進行通信的所有IED的檢測方法。每當對布爾公式或其它適當邏輯公式的一個輸入發生變化(基於事件)時執行和 /或周期地執行對保護參數的重新配置的需要的檢測。在一個典型實施例中，為了避免不必要的計算和/或(操作員)通知，可使用預設延遲，使得將多個連續變化「作為一個」來處理。下面描述斷路器或開關的繼電器的保護設定的自動更新。在一個實施例中，一旦確定對重新配置的需要，則相關保護參數可由IED自動更新。四種備選情況可適用，它們在一些實施例中可相互組合。1.在策劃時間期間預先計算每種可能的網絡狀態的保護參數，並且將其保存在 IED中。然後，關於相關開關的布爾邏輯以及可能其它離散(或離散化)標準可用於確定對應網絡狀態並且因而確定要應用的保護參數，然後它們能夠由IED獨立地設置。在一個實施例中，設定組的概念可用於存儲與相關網絡狀態對應的不同參數集合，只要IED提供足夠的參數集合就可。當可能情況(具有不同設定的網絡狀態)的數量不是過大(對處理能力的影響低)時，這種情況特別適用。2.在另一個實施例中，可由每個受影響IED按照與它在工程期間對於情況1進行的相似方式獨立地重新計算保護參數。用於確定繼電器設定的算法可以是位置無關的，即， 各繼電器可使用具有相同輸入信息、特別是網絡狀態的表示的相同算法。然後在各IED中獨立地設置保護參數(條件是它們與使用中的不同)。在可與其它實施例進行組合的這個實施例中，可無需人工幹預而自動計算參數設定，並且IED具有運行這種算法的處理能力。3.在另一個實施例中，能夠與所有IED進行通信的另一個計算裝置(或主機)(例如變電站中的站計算機、網關或者甚至繼電器之一)接管對保護功能的重新配置的需要的檢測。然後，同一個計算裝置(按照與情況1中所述相似的方式)使用預先計算表或者(按照與情況2中所述相似的方式)通過使用專用算法來確定在當前網絡狀態中要使用的參數。經修改的保護參數則由主機上載到所有IED。4.實施例情況3的變體是當網絡狀態變化要求重新配置在沒有直接連接(以通信方式)到同一個計算裝置(或主機)的IED中運行的保護參數時。在這種情況下，每一個主機可在其域中獨立地執行保護參數更新(其中域是它能夠與其直接通信的所有IED的集合)。通常，用於更新繼電器設定的上述四種情況在更新過程中均不要求事務行為，尤其是為了確保需要調整的所有保護功能實際上這樣做，而且同時這樣做。尤其是，在一個典型實施例中，沒有強制受影響繼電器全部更新其參數或者受影響繼電器均不更新其參數。 因此，在這個實施例中，不需要「提交(Commit)」或「退回(Revert back)」邏輯。「提交」或 「退回」邏輯通常表示事務行為。如果應用多個設定，或者如果新設定應用於多個裝置，則事務行為確保「全有或全無」。如果正確應用所有設定，則變化被提交，並且它從這個時刻開始是有效的。如果新值的任何單個應用失敗，則智能電子裝置可退回到前一個狀態，並且丟棄所有新設定。這通常又稱作「回退(rollback)」。尤其是，在一個實施例中，可以不需要事務行為中的「提交」或「退回」邏輯、即「全有或全無」。通常，保護系統沒有惡化，一組繼電器的一部分可能沒有成功應用新設定。尤其是，這意味著，無需強制繼電器之間相關於其參數更新的協調。在一個典型實施例中，(在設計時或在線地)確定正確繼電器設定的算法確保在一個繼電器無法更新其參數時沒有損害保護系統的行為。在(可能運行於不同IED的)多個過電流保護功能需要更新其參數的情況下，與根本沒有調整參數的情況相比，即使一個沒有使其設定被調整，選擇性和/或靈敏度也將得到提高。在一個實施例中，能夠基於事件(例如每當相關開關的位置發生變化時)或者周期地觸發對自動更新的需要。通常，能夠引入預設延遲，以便避免不必要的「中間」參數調整，使得將多個連續變化「作為一個」來處理。在另一個實施例中，代替自動更新保護參數，可應用人為監控過程所述方法之一能夠用於確定適當保護參數值；然後向人類操作員建議那些保護參數值，人類操作員則有接受它們(並且因而可自動設置它們)或者拒絕它們的選擇權。圖Ia示出方法的一個實施例的流程圖的第一部分。在圖Ia和圖Ib所示的實施例中，圖Ia所示的步驟1000至1070可在策劃時間、例如在網絡中已經安裝新開關或斷路器之前執行。在圖Ia所示的離線分析中，對於所有網絡配置，將狀態進行編碼，執行故障分析，並且隨後計算IED的設定等等。網絡的狀態可包括開關的配置，例如，開關或斷路器是斷開還是閉合、能量源的配置、負載的配置等等。例如，由例如光伏電站等分布式能量源所產生的電力可在一天、天氣和/或一年期間變化。在一個實施例中，這些狀態配置的每個可通過布爾子句來編碼(參見步驟1030)。在另一個實施例中，可使用另一個適當邏輯。在另一個步驟1040，進行故障分析。故障分析可包括網絡中的所有可預測故障，例如短路、負載故障等等。在另一個步驟1050，計算所有IED的最佳設定。在一個典型實施例中，可使用向負載提供電力的最佳可用性的設定。在計算所有網絡配置的設定之後，在一個典型實施例中，僅選擇有意義的配置。在一些實施例中，這個步驟可省略。尤其是，可丟棄對保護系統的行為沒有影響的配置。在另一個實施例中，僅計算有意義配置的設定，即，僅對有意義配置執行圖Ia所示具有步驟 1010、1020、1030、1040和1050的循環。那樣可減小計算量。在步驟1070，所有配置存儲在查找表或資料庫中。任何其它適當存儲方案可用於存儲配置。例如，配置可集中地存儲在與所有IED連接的主伺服器中。在另一個實施例中，各IED對於各網絡配置僅存儲供其使用的參數或設定。下面將在一個示範實施例中說明在網絡的操作期間如何調整設定或參數。針對圖 Ib來說明這個方面。在網絡操作期間，圖Ib所示的方法步驟的開始可以是基於事件的、例如在開關位置已經改變之後，或者周期地和/或人工地。然後，在步驟1080，讀取網絡狀態。例如，可讀取開關的所有位置。在下一個步驟1090，對網絡狀態進行編碼。編碼可以不僅包括開關位置信息，而且還可以包括與天氣、分布式能量資源所提供的電力等等有關的信息。在對信息進行編碼之後，經編碼的信息用於查找所存儲查找表中或資料庫中的匹配條目(步驟1100)。加載IED的設定或參數。 在一個典型實施例中，在步驟3000，將這些設定或參數與IED中的當前設定進行比較。如果例如所提出設定沒有與當前設定不同，則不需要動作。在所提出的新設定或參數與當前設定不同的情況下，在步驟3020，向操作員報警、向操作員報警並且對於IED提出新設定或參數或者向操作員報警並且在IED中自動設置所述設定或參數。在另一個實施例中，也可在沒有報警的情況下應用新設定。圖2示出方法的第二實施例的流程圖。在圖2的實施例中，沒有如已經針對圖Ia 和圖Ib所示的方法的實施例所述在策劃時間預先計算各IED的可能設定或參數，而是在已經檢測到新網絡狀態或者可以其他方式觸發方法的開始之後，在網絡的操作期間來計算可能的設定或參數。在網絡操作期間，圖2所示的方法步驟的開始可以是基於事件的、例如在開關位置已經改變之後，或者周期地和/或人工地。然後，在步驟2010，讀取網絡狀態。例如，可讀取開關的所有位置。在下一個步驟2020，對網絡狀態進行編碼。在一個典型實施例中，可將網絡狀態編碼為布爾邏輯。編碼可以不僅包括開關位置信息，而且還可以包括與天氣、分布式能量資源所輸送的電力等等有關的信息。在另一個實施例中，省略步驟2020。在步驟2030，將當前網絡狀態與前一個網絡狀態進行比較。尤其是，確定網絡狀態的變化對於保護系統是否重大。如果網絡配置或狀態變化不會影響保護系統的行為，則可避免故障的高成本分析。在另一個實施例中，省略比較步驟，而始終執行故障分析。步驟2040和2050對應於圖Ia所示實施例的步驟1040和1050。尤其是，在這些步驟中，分析網絡中可能的故障，並且計算IED或繼電器的設定或參數。步驟3000至3030對應於圖Ib所示的實施例的步驟3000至3030，使得為了簡潔起見，參閱圖Ib的描述。第一實用示例圖3中，一個實施例示出來自饋線自動化的一個示例。圖3示出兩個饋線10、20， 它們之間具有常開開關(聯絡開關(tie switch))CBl0過電流保護安裝在各斷路器CB1、 CB11、CB12、CB13、CB14、CB21、CB22、CB23 和 CB24 級。第一饋線10和第二饋線20由不同源12、22供電，並且通過常開開關(或聯絡開關)CBl分離。此外，圖3示出多個負載L11、L12、L13、L14、L21、L22、L23和L24。通過IED 中運行的、在各斷路器CB11、CB12、CB13、CB14、CB21、CB22、CB23和CBM級的過電流保護功能來確保網絡的保護。在本示例中，開關是斷路器，以便簡化論述。如圖4所示，故障可在到負載L12的線路上發生。如果經過正確策劃(即，如果正確設置所有過電流保護功能的保護參數)，則在斷路器CB12級的過電流保護功能可發起斷路器CB12的跳閘。因此，不再對負載L13和L14供電，如圖4所示。在第二饋線20的電源22具有足夠容量)的情況下，人工或自動饋線恢復算法可恢復送往負載L13和L14的電力，如下所述1.故障分隔斷開斷路器CB13。2.通過閉合聯絡開關或斷路器CBl對負載L13和L14的供電恢復。因此，在圖4所示的情況之後，饋線恢復算法因此通過如圖5所示斷開斷路器CB13 並且然後閉合聯絡開關CB1，來分隔負載L12中的故障。因此，經由第二饋線20對負載L13 和L14恢復供電。但是，因此，與故障前的情況相比，通過斷路器CB14的功率流反向。因此，按照一個實施例，可更新斷路器CB14中的過電流保護的時間延遲設定-它可比CBl (並且因而斷路器CB24)中更快速地「進行反應」。換言之，如果斷路器CB14處和斷路器CBl處的兩個過電流功能均檢測到故障，則斷路器CB14處的過電流功能應當更快速進行反應。因此，為了確保選擇性標準，在斷路器CB14級的過電流保護設定則應當設置成比斷路器或聯絡開關CBl和斷路器CBM中的時間延遲更低(和/或與之不同的跳閘電流)。按照一個實施例，IED可檢測到可在沒有人工幹預(或集中實體)的情況下調整斷路器CB14中的過電流保護功能。通過監聽由斷路器CB13和聯絡開關CBl所發送的 GOOSE(面向通用對象的變電站事件)消息，它能夠確定通過斷路器CB14的功率流反向，並且因而斷路器CB14的過電流保護功能的當前設定不再被正確定義(不是選擇性的)。在另一個實施例中，包含斷路器CB14的過電流保護功能的IED具有可用的功率流檢測機制，使得這個信息足以觸發過電流保護的參數的調整需要。在這裡，在一個實施例中，或者可發出報警以通知操作員(例如在使用IEC 61850 時通過使用專用GGIO邏輯節點)，操作員則負責改變保護參數(例如，在一個典型實施例中，通過改變活動設定組)，或者在一個實施例中可自動更新這些設定。在一個實施例中，在檢測到過電流保護的參數需要調整時，能夠自動更新參數。通常，在一個實施例中，所有不同網絡拓撲的設定經過預先計算並且存儲在IED 內部。例如，關於相關開關的位置的布爾邏輯可用於選擇和應用正確保護設定情況。在圖 5的示例中，這可適用於斷路器CB14。如果存在足夠的設定組，則它們的使用是可能的。否則，在另一個實施例中，可使用內部表。此外，如果斷路器CB14的參數不能設置成比其它斷路器更低的延遲值，則「上遊」、即在電流源22的方向上的過電流保護功能(也就是斷路器 CB1、CBM、CB23、CB22*CB21的過電流保護功能)的參數也可能需要更新。那就意味著， 斷路器CB14的參數可設置成使得該斷路器比斷路器CBl更快速地「進行反應」，斷路器CBl 比斷路器CBM更快速地進行反應，斷路器CBM比斷路器CB23更快速地進行反應，斷路器 CB23比斷路器CB22更快速地進行反應，斷路器CB22比斷路器CB21更快速地進行反應。在一個典型實施例中，保持這些保護功能的IED還可監聽拓撲的變化，並且獨立地進行反應。在另一個實施例中，斷路器CB14的IED具有電力網或網絡拓撲的內部模型以及相關開關(在一個典型實施例中，圖3至圖5所示的所有斷路器)的位置，並且自動地重新計算充分的設定。那就意味著，參數或保護設定可以不在表中查找，而是在線分析。注意，位於「上遊」的斷路器CB1、CBM、CB23、CB22和CB21的過電流保護功能可按照相似或獨立地方式來更新。
在可與本文所述的其它實施例進行組合的另一個實施例中，具有到兩個饋線10、 20 中的所有開關 CBl、CBl 1、CB12、CB13、CB14、CB21、CB22、CB23 和 CB24 的通信的集中計算裝置或主機(例如站計算機、具有計算能力的網關)通過對所有所涉及IED的遠程命令來自動地進行參數設定。在一個實施例中，集中計算機對於各拓撲情況具有預先計算解決方案，即，各拓撲情況存儲在資料庫或表中。然後將各斷路器CBl、CBll、CB12、CB13、CB14、 CB21、CB22、CB23和CBM的參數發送給相應IED。在另一個實施例中，集中計算裝置或主機重新計算所有保護功能的設定，使得它們滿足選擇性標準。當IED具有受限存儲容量和/ 或計算資源時，這種(半集中)解決方案通常是優選的。在沒有單個計算裝置正(例如通過與所有所涉及IED的直接通信)控制所有所涉及IED的另一個實施例中，參數設定能夠分布於多個主機(例如通過它們之間可能的協調以確保時間協調設定)。第二實用示例下面描述具有分布式能量資源的實施例。與圖3至圖5所示的網絡相比，圖6所示的配電網在各饋線包括採用G來標記的多個分布式能量資源(DER)單元。DER可以是例如微源或能量存儲源。當斷路器(CB)CBl閉合時，微網連接到主中壓(MV)電網。斷路器CB2 和CB3常閉，而斷路器CB3. 2和6. 2常開。因此，圖6所示的網絡包括具有第一饋線和第二饋線的低壓(LV)部分，第一饋線帶有斷路器CB2和開關板SWB1、SWB2和SWB2，第二饋線帶有斷路器CB3和開關板SWB3、SWB5和SWB6。其中饋線是負載沿饋線段分接的放射狀的分布電網(distribution grid)的保護通常在假定單向功率流的情況下來設計，並且基於具有時間-電流鑑別能力的OC繼電器。 OC保護從向下流動的故障電流的高值檢測到故障。在現代數字繼電器中，跳閘短路電流能夠在大範圍之內設置(例如0.6-15XCB額定電流)。如果所測量電流高於跳閘設定，則繼電器進行工作，以便以協調研究所定義並且與所使用鎖定策略(沒有鎖定、固定分級鎖定、 定向分級鎖定)兼容的延遲使線路上的CB跳閘。在一個典型實施例中，分布電網可包括諸如太陽能或光伏(PV)板、風力和微氣體渦輪機、燃料電池之類的一個或多個DER。通常，大多數微源和能量存儲裝置不適合直接向電網供應電力，而是可採用功率電子器件(PE)與電網接口。PE接口的使用可引起(特別是孤島模式中的)微網保護中的許多難題。圖7表示與圖6所示相同的微網，其中兩個饋線連接到LV母線以及經由配電變壓器連接到MV母線。各饋線具有三個開關板3181、3182、3183、3184、3185、3186。各開關板可具有星形或三角形配置(delta configuration)，並且將附圖中尤其採用G所標記的分布式能量資源(DER)和負載L連接到該饋線。圖9中，示出兩個外部微網故障(Fl、F2)和兩個內部微網故障(F3、F4)。所有低壓斷路器CB1、CB2、CB3、CB1. UCB1. 2、CBl. 3、CBl. 4、 CBl. 5、CB2. 1、CB2. 2、CB2. 3、CB2. 4、CB2. 5、CB3. 1、CB3. 2、CB3. 3、CB3. 4、CB2. 5、CB4. 1、 CB4. 2、CB4. 3、CB4. 4、CB4. 5、CB5. 1、CB5. 2、CB5. 3、CB5. 4、CB5. 5、CB6. 1、CB6. 2、CB6. 3、 CB6.4、CB6.5可具有不同的額定值，但在這個實施例中，配備有過電流(OC)保護，並且用於劃分微網、尤其是配電LV饋線。一般來說，微網中的保護問題能夠分為與微網操作狀態有關的兩組。表1示出微網保護問題的大類。表1還示出不同情況的「3S」(靈敏度、選擇性和速度)要求的重要性， 這為微網保護系統的設計標準提供基礎。
表 權利要求
1.一種用於調整具有多個開關裝置(CB)的電力網的至少一個智能電子裝置(IED)的至少一個參數集合的方法，包括a)讀取所述電力網的當前網絡狀態，其中所述當前網絡狀態包括所述多個開關裝置 (CB)的當前狀態；b)在考慮所述電力網的所述當前網絡狀態和網絡拓撲的情況下，基於由至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流，來推斷所述至少一個智能電子裝置的至少一個新參數值集合；c)將所述至少一個新參數值集合應用於所述至少一個智能電子裝置的所述至少一個參數集合。
2.如權利要求1所述的方法，其中在步驟b)，還在考慮預定義範圍之內的預測信息的情況下來推斷所述至少一個新參數值集合。
3.如權利要求1所述的方法，其中在步驟b)，根據所述當前網絡狀態從多個參數值集合中選取所述至少一個新參數值集I=I O
4.如權利要求3所述的方法，其中通過遍歷多個網絡狀態進行置換來創建所述多個參數值集合，其中對於各網絡狀態 i)在所述電力網中仿真至少一個網絡故障(F)；以及 )在考慮所述網絡狀態和所述網絡拓撲的情況下，使用由所述至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流，來推斷所述至少一個智能電子裝置的至少一個新參數值集合。
5.如權利要求4所述的方法，其中將各網絡狀態編碼為邏輯表達式、尤其是編碼為布爾表達式，尤其使得通過包含二進位值的向量來表示所述網絡狀態。
6.如權利要求4所述的方法，其中，通過遍歷基本上全部網絡狀態進行置換來創建步驟i)和ii)。
7.如權利要求4至6中的任一項所述的方法，還包括創建包含所述網絡狀態、尤其是編碼為邏輯表達式的所述網絡狀態的表和/或資料庫，並且所述參數值集合對應於所述表和/或所述資料庫中的各網絡狀態。
8.如權利要求1至7中的任一項所述的方法，其中，在步驟a)之後，所述方法包括 al)將所述實際網絡狀態編碼為邏輯表達式、尤其是編碼為布爾表達式，尤其使得通過包含二進位值的向量來表示所述網絡狀態。
9.如權利要求1至8中的任一項所述的方法，其中在事件之後執行步驟a)、b)和c)，或者周期地執行步驟a)。
10.如權利要求1至9中的任一項所述的方法，其中所述網絡狀態包括所有開關的位置。
11.如權利要求1至10中的任一項所述的方法，其中，所述網絡狀態包括連接到所述電力網的分布式能量資源(G)的狀態和/或連接到所述電力網的負載(L)的狀態。
12.一種用於調整具有多個開關裝置的電力網的至少一個智能電子裝置(IED)的至少一個參數集合的設備(MCC，IED)，其中-所述設備包括計算單元，所述計算單元用於仿真所述電力網中的至少一個網絡故障 (F)，並且用於在考慮所述電力網的網絡狀態和所述網絡拓撲的情況下基於由所述至少一個仿真網絡故障(F)所引發的仿真故障電流來推斷所述至少一個智能電子裝置的至少一個參數值集合；以及其中-所述設備適合於讀取所述電力網的當前網絡狀態，其中所述網絡狀態包括所述多個開關裝置(CB)的所述狀態；-所述設備適合於根據所述當前網絡狀態來推斷所述至少一個智能電子裝置的新參數值集合；以及-所述設備適合於將所述新參數值集合提供給所述至少一個智能電子裝置，用於更新所述智能電子裝置的所述至少一個參數集合。
全文摘要
本發明涉及用於使對於具有多個開關裝置(CB)的電力網的至少一個智能電子裝置(IED)調整至少一個參數集合的方法和設備，包括a)讀取電力網的當前網絡狀態，其中該網絡狀態包括多個開關裝置(CB)的狀態；b)仿真電力網中的至少一個網絡故障(F)；c)在考慮電力網的當前網絡狀態和網絡拓撲的情況下，使用由至少一個仿真網絡故障所引發的仿真故障電流來推斷至少一個智能電子裝置的至少一個新參數集合；d)在所述至少一個智能電子裝置中的至少一個智能電子裝置中設置至少一個參數集合。此外，本發明涉及用於對於具有多個開關裝置(CB)的電力網的至少一個智能電子裝置(IED)調整至少一個參數集合的設備和方法，包括a)讀取電力網的當前網絡狀態，其中所述網絡狀態包括多個開關裝置(CB)的狀態；b)根據當前網絡狀態從多個參數集合中選擇所述至少一個智能電子裝置的至少一個參數集合；c)在至少一個智能電子裝置中設置至少一個參數集合。
文檔編號H04B3/54GK102239645SQ200980149077
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月3日 優先權日2008年12月3日
發明者A·奧達洛夫, C·弗雷, O·戈爾利茨, T·科克, 張豔 申請人:Abb研究有限公司