一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法。在配网各节点处部署边缘网关系统，通过系统中的终端控制器控制采集模块采集信息、控制节点开关进行开断操作，并通过无线边缘网关进行数据传输；包括步骤：配网拓扑变化时，节点边缘网关系统感知到开关变化量后采集电流数据并向配网中其他节点发送电流请求信号，收到该信号的节点将采集电流数据发送回拓扑变化的节点，由该节点对发来的电流数据进行相关性分析并根据相关性系数值判断新的拓扑关系；同时，依靠线路两端节点电流数据的相关性系数值判断故障区段，进而隔离故障。本发明专利技术优点在于能够自适应配网的拓扑变化而无需人为整定，同时克服了数据无线传输的时延和抖动问题。输的时延和抖动问题。输的时延和抖动问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法


[0001]本专利技术属于配电网继电保护
，尤其是涉及一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法。

技术介绍

[0002]配电网是能源互联网的重要基础，是影响供电服务水平的关键环节。随着分布式能源的大量接入，对配电网的安全性、经济性、适应性提出更高要求。
[0003]目前国内配电网的自动化程度不高，且多为小电流接地方式，当发生线路故障时，多由变电站10kV出线保护装置动作隔离故障，停电范围较大。部分地区采用了集中型馈线自动化或者分段器
‑
重合器模式来隔离故障，但集中型馈线自动化方式需要配网主站系统参与，保护动作时间长；电压/电流
‑
时间型重合器模式需要变电站出口断路器多次重合闸，对系统冲击大。随着越来越多的分布式电源接入到10kV配电网中，配电网变成了具有双端或者多端电源的网络。另一方面，为进一步提高供电可靠性，一些重要负荷区域采用了多电源、多联络，甚至是合环运行的运行方式。这些都将改变配电网的故障电流分布，使得上述集中型馈线自动化以及电压/电流
‑
时间型重合器模式不再适用。
[0004]智能分布式馈线自动化是通过配电终端之间对等通信，进行信息交互，不依赖于主站，自主快速的完成配网故障区段的定位、隔离、非故障区供电恢复。达到缩小停电面积，降低停电时间，减少停电次数的目的，极大提高配网供电可靠性。但智能分布式馈线自动化对通信要求较高，现场多采用光纤通信实现，成本较高。同时广大市郊、农电线路多为架空线，铺设光纤困难，部署智能分布式馈线自动化不易实现。
[0005]配电网在不同运行条件下表现出不同的拓扑结构，一般可分为经济性重构和故障性重构。当配网拓扑结构发生变化时，拓扑结构发送变化的部分其原有的继电保护逻辑将不再适用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法。
[0007]本专利技术方法有效解决配网拓扑变化带来的继电保护逻辑失效的问题，同时利用线路两端节点采集的电流序列进行相关性分析，克服了无线通信存在时延和抖动对传统配网差动保护可能造成误动的问题。
[0008]为实现以上专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法。
[0009]所述边缘网关系统包括：电流互感器、开关状态采集模块、数据存储器、节点开关、无线边缘网关、终端控制器；
[0010]所述终端控制器分别与所述的电流互感器、开关状态采集模块、数据存储器、节点开关、无线边缘网关通过有线方式依次连接；
[0011]所述自适应拓扑变化配电网保护方法包以下步骤：
[0012]步骤1：在配电网各节点位置部署边缘网关系统，所述电流互感器采集节点的实时电流序列，并通过终端控制器传输至所述无线边缘网关；所述开关状态采集模块采集节点的实时开关状态，并通过终端控制器传输至所述无线边缘网关；终端控制器将配电网中各节点电气连接状态录入所述数据存储器；
[0013]步骤2：若终端控制器通过开关状态采集模块检测到节点的实时开关状态由闭合变为断开状态，则开关状态变化的节点对应的终端控制器分析当前开关状态变化的节点与配电网中其他节点电气连接状态，终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据，并将报文请求信息通过无线边缘网关传输至与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器，与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据并通过无线边缘网关传输至开关状态变化的节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器；
[0014]步骤3：当开关状态变化的节点收到与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的终端控制器通过电流互感器采集并通过无线边缘网关发送的带有时间标签的实时电流采样数据后，将其与开关状态变化的节点自身终端控制器控制电流互感器采集的带有时间标签的实时电流采样数据在同一时间标签下截取采样数量为N的数据进行相关性分析并得到相关性系数；
[0015]步骤4：将开关状态变化的节点自身终端控制器控制电流互感器采集的带有时间标签的实时电流采样数据与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中各节点终端控制器通过电流互感器采集并通过无线边缘网关发送至开关状态变化的节点的带有时间标签的实时电流采样数据的相关性系数进行排序，选取其中最大的相关性系数绝对值|r
ij
|；相关性系数绝对值最大的电流采样数据所对应的配电网节点间建立了新的电气连接，从而实现了拓扑自适应识别。
[0016]步骤5：若终端控制器通过电流互感器检测到节点的过电流信号,将采集的带有时间标签的实时电流采样数据通过无线边缘网关传输至与检测到过电流信号的节点存在电气连接的配电网中节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器。与终端控制器通过电流互感器检测到过电流信号的节点存在电气连接的节点收到检测到过电流信号的节点发来的带有时间标签的实时电流采样数据后，自身终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据并与检测到过电流信号的节点通过无线边缘网关发来的带有时间标签的实时电流采样数据进行相关性分析，并通过相关性系数进行故障线路的识别得到故障线路两端的节点，故障线路两端节点的终端控制器控制线路两端节点的节点开关断开，实现故障线路的电气隔离。
[0017]作为优选，步骤1所述节点的实时电流虚序列，定义为：
[0018]I
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N][0019]其中，I
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N]表示配电网中第i个节点第k个时刻采集的电流，M表示配电网中节点的数量，N表示采集时刻的数量；
[0020]对实时电流序列正方向定义如下：若功率方向为经过开关流入节点，则定义电流为正向；若功率方向为经过节点流入开关，则定义电流为反向；
[0021]步骤1所述节点的实时开关状态，定义为：
[0022]S
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N][0023]其中，S
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N]表示配电网中第i个节点第k个时刻采集的开关状态，若S
i,j
＝1表示配电网中第i个节点第k个时刻采集的开关状态为闭合状态，若S
i,j
＝0表示配电网中第i个节点第k个时刻采集的开关状态为断开状态，M表示配电网中节点的数量，N表示采集时刻的数量；
[0024]步骤1所述配电网中各节点电气连接状态，定义为：
[0025]flag
i,j
,i∈[1,M],j∈[1,M],i≠j
[0026]其中，flag
i,j
表示配电网中第i个节点与第j个节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法,其特征在于，所述边缘网关系统包括：电流互感器、开关状态采集模块、数据存储器、节点开关、无线边缘网关、终端控制器；所述终端控制器分别与所述的电流互感器、开关状态采集模块、数据存储器、节点开关、无线边缘网关通过有线方式依次连接；所述自适应拓扑变化配电网保护方法包以下步骤：步骤1：在配电网各节点位置部署边缘网关系统，所述电流互感器采集节点的实时电流序列，并通过终端控制器传输至所述无线边缘网关；所述开关状态采集模块采集节点的实时开关状态，并通过终端控制器传输至所述无线边缘网关；终端控制器将配电网中各节点电气连接状态录入所述数据存储器；步骤2：若终端控制器通过开关状态采集模块检测到节点的实时开关状态由闭合变为断开状态，则开关状态变化的节点对应的终端控制器分析当前开关状态变化的节点与配电网中其他节点电气连接状态，终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据，并将报文请求信息通过无线边缘网关传输至与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器，与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据并通过无线边缘网关传输至开关状态变化的节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器；步骤3：当开关状态变化的节点收到与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中节点对应的终端控制器通过电流互感器采集并通过无线边缘网关发送的带有时间标签的实时电流采样数据后，将其与开关状态变化的节点自身终端控制器控制电流互感器采集的带有时间标签的实时电流采样数据在同一时间标签下截取采样数量为N的数据进行相关性分析并得到相关性系数；步骤4：将开关状态变化的节点自身终端控制器控制电流互感器采集的带有时间标签的实时电流采样数据与开关状态变化的节点电气连接状态为断开的配电网中各节点终端控制器通过电流互感器采集并通过无线边缘网关发送至开关状态变化的节点的带有时间标签的实时电流采样数据的相关性系数进行排序，选取其中最大的相关性系数绝对值|r
ij
|；相关性系数绝对值最大的电流采样数据所对应的配电网节点间建立了新的电气连接，从而实现了拓扑自适应识别；步骤5：若终端控制器通过电流互感器检测到节点的过电流信号,将采集的带有时间标签的实时电流采样数据通过无线边缘网关传输至与检测到过电流信号的节点存在电气连接的配电网中节点对应的无线边缘网关，进一步由无线边缘网关传输至终端控制器。与终端控制器通过电流互感器检测到过电流信号的节点存在电气连接的节点收到检测到过电流信号的节点发来的带有时间标签的实时电流采样数据后，自身终端控制器通过电流互感器采集带有时间标签的实时电流采样数据并与检测到过电流信号的节点通过无线边缘网关发来的带有时间标签的实时电流采样数据进行相关性分析，并通过相关性系数进行故障线路的识别得到故障线路两端的节点，故障线路两端节点的终端控制器控制线路两端节点的节点开关断开，实现故障线路的电气隔离。2.根据权利要求1所述的基于边缘网关系统的自适应拓扑变化配电网保护方法,其特
征在于，步骤1所述节点的实时电流序列，定义为：I
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N]其中，I
i,k
,i∈[1,M],k∈[1,N]表示配电网中第i个节点第k个时刻采集的电流，M表示配电网中节点的数量，N表示采集时刻的数量；对实时电流序列正方向定义如下：若功率方向为经过开关流入节点，则定义电流为正向；若功率方向为经过节点流入开关，则定义电流为反向；步骤1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林军，蒋红亮，王旭杰，王申华，何韶华，徐政，曹俊，陈迪忠，钟超，刘吉权，熊庄，方运，陈红坤，李昊，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司武义县供电公司武汉大学，
类型：发明
国别省市：