本发明专利技术涉及利用暂态故障信息的智能电子设备及继电保护方法，智能电子设备包括通过过程层通信模块、站控层通信模块分别与过程层、站控层通信连接的测距录波模块、保护模块和测控模块，保护模块和测距录波模块分别用于根据过程层上传的暂态故障信息进行故障识别、线路保护和故障测距、录波；各模块之间及对外通信主要采用100Mbps以太网，实现了数据的高速交换和并行处理，保护模块在故障发生后的极短时间内识别故障方向、极性和距离等暂态故障信息，采用三取二逻辑，构成纵联保护，既实现了保护功能的快速动作，也提高了动作的可靠性；本发明专利技术实现了多功能一体化，适用于现有的智能变电站，提高了保护性能和测距精度，降低了设备成本和运行维护费用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统自动化
，涉及一种。
技术介绍
减小继电保护的动作时间是提高输电线路传送功率和增强系统暂态稳定性的有效措施之一。准确识别、处理和利用暂态故障信息，就能 够在故障发生后的极短时间内正确的判定故障，通常只需f3ms的时间，因此可以实现继电保护的超高速动作。但是，目前现场广泛应用的继电保护装置所采用的保护原理是建立在工频电气量的基础之上，通常采用滤波等方法来消除暂态过程对保护的影响，暂态故障信息往往被视为有害的干扰而被滤除掉，这样就延长了保护的动作时间。而仅利用暂态故障信息的继电保护仍停留在原理、算法研究阶段，实用化难度较大。随着智能电网的兴起与发展，光学电子式互感器、光纤以太网通信、高性能硬件平台、IEC61850和IEEE1588标准在智能变电站的应用取得了长足进步。这些不仅使暂态故障信息的有效利用成为可能，而且可以实现智能电子设备的多功能一体化，降低设备成本和运行维护费用。光学电子式互感器具有良好的暂态响应特性，准确记录暂态过程；动态范围宽，可同时满足高精度计量和保护的双重需求。光纤以太网通信和IEC61850的应用为实现信息共享标准化、多种功能一体化提供了条件。高性能硬件平台可满足快速处理暂态信号、执行多种功能的要求。采用IEEE1588网络对时，精度达1ms。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以减小继电保护的动作时间，提高测距精度，实现多功能一体化。为实现上述目的，本专利技术的利用暂态故障信息的智能电子设备包括通过过程层通信模块、站控层通信模块分别与过程层、站控层通信连接的测距录波模块、保护模块和测控模块，所述保护模块和测距录波模块分别用于根据过程层上传的暂态故障信息进行故障识另IJ、线路保护和故障测距、录波；所述站控层通信模块还串行通信连接有人机接口模块。进一步的，所述保护模块与过程层通信模块之间设有FPGA，该FPGA分别通过并行总线与保护模块、过程层通信模块连接。进一步的，所述过程层通信模块和站控层通信模块内均设有网络对时模块和以太网接口模块。进一步的，所述测距录波模块、保护模块、测控模块均采用IOOMbps以太网与站控层通信模块连接，测距录波模块、测控模块均采用IOOMbps以太网与过程层通信模块连接。进一步的，该智能电子设备对外通信均采用以太网，其中与过程层中合并单元之间的米样值传输米用点对点光纤以太网，传输协议符合IEC61850-9-2,与智能终端之间的开关量传输采用GOOSE点对点以太网；与其它间隔层设备之间采用GOOSE网络通信；与站控层设备之间采用丽S网络通信；对时采用IEEE1588网络对时。本专利技术的利用暂态故障信息的继电保护方法步骤如下 (1)智能电子设备的保护模块读取过程层上传的三相电压、电流采样数据； (2)基于改进梯度算法的启动元件动作后，提取启动时刻后f3ms的暂态故障分量； (3)根据故障方向、极性、距离判据进行故障识别，若其中两个或两个以上判据判别出故障发生在被保护线路，则发出跳闸命令；若未判别出被保护线路故障，则切换进入反应工频电气量的传统保护，进行相应的故障判别。进一步的，所述步骤(2)中基于改进梯度算法的启动元件启动判据为对电流故障分量进行相模变换，对所得到的线模量采用改进梯度算法，当前点后3个数据之和减去当前点前3个数据之和，得到当前点的梯度值，若该值大于启动定值，则当前点所在的时刻即为启动时刻，启动元件动作。 进一步的，所述步骤(3)中保护模块与线路对侧智能电子设备通过通信通道连接构成纵联保护，以获取线路对侧的暂态故障信息，故障方向、极性、距离的判据分别为 a)使用电压、电流暂态故障分量，利用经中值滤波后模量前、反行波的时域能量之比判别故障方向若时域能量之比小于定值，为正向故障；否则，为反向故障；经通信通道得到线路对侧的故障方向信息，若均为正向故障，则判别故障发生在被保护线路； b)使用电流暂态故障分量，若线路两端电流初始行波同极性，则判定为区内故障，异极性则判定为区外故障； c)使用电流暂态故障分量标定电流初始行波到达本侧智能电子设备安装处的时间，经通信通道得到线路对侧记录的电流初始行波到达时间，若两者时间之差大于或等于被保护线路长度与暂态电流波速的比值，则为区外故障，否则为区内故障。进一步的，测距录波模块利用暂态故障信息的测距是通过线路内部故障产生的初始行波到达线路两端所述智能电子设备安装处的绝对时间之差计算出故障距离；测距录波模块采用插值拟合方法逼近真实的到达时刻。进一步的，测距录波模块的录波采用第二代小波变换算法——提升算法进行故障录波数据无损压缩，采用大容量存储设备记录电力系统受到各种扰动后的变化全过程。本专利技术的利用暂态故障信息的智能电子设备，遵循IEC61850标准，采用多CPU分布式结构，包括过程层通信模块、保护模块、测距录波模块、测控模块、站控层通信模块和人机接口模块，集成保护、测距、录波和测控等多种功能。过程层通信模块和保护模块之间采用FPGA进行并行数据交换，可快速传输大批量数据，充分保证保护的实时性。智能电子设备的对外通信均采用以太网，过程层通信模块通过直采方式接收光学电子式互感器传变的暂态信号，内部各模块之间主要采用IOOMbps以太网，实现数据的快速传输和并行处理。本专利技术适用于现有的智能变电站，不需要新增或改造其它设备，提高了保护性能和测距精度，实现了多功能一体化，降低了设备成本和运行维护费用。本专利技术的利用暂态故障信息的继电保护方法，在故障发生后的极短时间内(Urns)，准确识别故障方向、电流初始行波极性和电流初始行波到达时间等暂态故障信息，采用三取二逻辑，构成纵联保护，既实现了保护功能的快速动作，也提高了动作的可靠性；若利用暂态故障信息未判别出被保护线路故障，则切换进入传统保护原理，进行相应的故障判别，暂态故障信息的利用使保护性能进一步提高。附图说明图I是本专利技术的智能电子设备IED结构示意 图2是IED在智能变电站中的应用示意 图3是IED的保护模块工作流程图。具体实施例方式针对暂态故障信息在继电保护中实际利用难的问题，将暂态故障信息的利用与现有继电保护装置的成熟原理相结合，各取所长，互为补充，是一种行之有效的解决方案。多功能一体化智能电子设备IED的结构如图I所示，该智能电子设备IED包括过程层通信模块、保护模块、测距录波模块、测控模块、站控层通信模块和人机接口模块，集成保护、测距、录波和测控等多种功能于一体。智能电子设备IED在智能变电站中的应用如图2所示，IED属于间隔层设备，遵循IEC61850标准，对外通信均采用以太网 a)与过程层设备(合并单元、智能终端)的连接采用“直采直跳”方式，即与合并单元之间的采样值(SV)传输采用点对点光纤以太网，传输协议符合IEC61850-9-2，与智能终端之间的开关量传输采用GOOSE点对点以太网。这样可以减小网络传输延时，加快IED保护模块的动作速度。b)与其它间隔层设备之间采用GOOSE网络通信。c)与站控层设备(监控系统)之间采用丽S网络通信。d)对时采用IEEE1588网络对时，精度达1ms。智能电子设备IED的硬件体系采用多CPU分布式结构。过程层通信模块一方面对从过程层接收到的采样值、开关量输入等数据进行预处理并快本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种利用暂态故障信息的智能电子设备，其特征在于，包括通过过程层通信模块、站控层通信模块分别与过程层、站控层通信连接的测距录波模块、保护模块和测控模块，所述保护模块和测距录波模块分别用于根据过程层上传的暂态故障信息进行故障识别、线路保护和故障测距、录波；所述站控层通信模块还串行通信连接有人机接ロ模块。2.根据权利要求I所述的利用暂态故障信息的智能电子设备，其特征在于，所述保护模块与过程层通信模块之间设有FPGA，该FPGA分别通过并行总线与保护模块、过程层通信模块连接。3.根据权利要求I所述的利用暂态故障信息的智能电子设备，其特征在于，所述过程层通信模块和站控层通信模块内均设有网络对时模块和以太网接ロ模块。4.根据权利要求I所述的利用暂态故障信息的智能电子设备，其特征在于，所述测距录波模块、保护模块、测控模块均采用IOOMbps以太网与站控层通信模块连接，测距录波模块、测控模块均采用IOOMbps以太网与过程层通信模块连接。5.根据权利要求1-4中任一项所述的利用暂态故障信息的智能电子设备，其特征在于，该智能电子设备对外通信均采用以太网，其中与过程层中合并单元之间的采样值传输采用点对点光纤以太网，传输协议符合IEC61850-9-2，与智能終端之间的开关量传输采用GOOSE点对点以太网；与其它间隔层设备之间采用GOOSE网络通信；与站控层设备之间采用匪S网络通信；对时采用IEEE1588网络对时。6.ー种利用暂态故障信息的继电保护方法，其特征在于，该方法的步骤如下 (1)智能电子设备的保护模块读取过程层上传的三相电压、电流采样数据； (2)基于改进梯度算法的启动元件动作后，提取启动时刻后f3ms的暂态故障分量； (3)根据故障方向、极性、距离判据进行故障识别，若其中两个或两个以上判据判别出故障发生在被保护线路，则发出跳闸命令；若未判别出被保护线路故障，...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗四倍，贠保记，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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