配电网保护定值整定方法、终端设备和存储介质与流程

1.本技术涉及一种配电网技术领域，具体涉及配电网保护定值整定方法、终端设备和存储介质。


背景技术：

2.分布式能源相对于传统化石能源具有成本低和清洁环保等优点，因此被大量接入电网。大量分布式电源的并网改变了配电网的网架结构和运行方式，给配电网的安全性和可靠性带来挑战。其中，分布式电源并网对馈线故障点的助增电流改变了馈线潮流的单一方向和电流大小，使配电网继电保护装置的定值整定难度加大，可能导致配网保护拒动、误动、上下级配合不当等问题，极大影响配电网的安全稳定运行，也对配电网保护的动作速度和保护范围带来了更大的挑战。
3.大容量分布式电源的并网使得配电网保护的整定方法和配合方式变得更为复杂，传统的三段式电流保护不再适用。针对大容量分布式电源并网带来的挑战，现有的保护方案是在故障发生时，切除配电网中大多数分布式电源的接入，或者是利用限流器减少分布式电源向馈线故障点注入的短路电流，以保证原保护正确动作。这些方法对原有保护没有太大改动，虽然具有一定的经济性，但极大地限制了分布式电源的接入容量，影响保护的速动性、灵敏性和选择性，不符合分布式电源大容量并网的长期发展目标。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供了一种配电网保护定值整定方法、终端设备和存储介质，不会影响大容量分布式电源接入配电网。
5.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种配电网保护定值整定方法，包括：
7.获取线路中的主保护装置在所述线路发生第一故障时的第一动作时间，以及后备保护装置在所述线路发生所述第一故障时的第二动作时间，所述第一故障为所述线路能够发生的任意故障；
8.根据所述第一动作时间和所述第二动作时间建立整定优化模型的目标函数，所述整定优化模型的约束条件包括以下至少一项：过流保护动作特性约束条件、过流保护装置标准约束条件和主保护装置与后备保护装置配合约束条件；
9.通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解，确定所述线路在发生所述第一故障时的第一整定值；通过馈线上设置的录波设备获取所述第一故障发生时的录波数据，并根据所述录波数据确定所述第一故障的类型。
10.本技术实施例中，根据主保护装置在线路发生第一故障时的第一动作时间和后备护装置在线路发生第一故障时的第二动作时间建立整定优化模型的目标函数，再结合过流保护动作特性约束条件、过流保护装置标准约束条件和主保护装置与后备保护装置配合约束条件中的至少一项作为整定优化模型的约束条件。之后，通过蚁群算法整定优化模型进
行求解，确定线路在发生所述第一故障时的第一整定值。然后，通过馈线上设置的录波设备获取第一故障发生时的录波数据，并根据该录波数据确定第一故障的类型。因此，相对于传统的三段式电流保护因不具备方向性可能会发生误动甚至拒动，本技术实施例不会影响大容量分布式电源接入配电网，能够解决大容量分布式电源接入对配网保护带来的影响，有效提高配电网继电保护装置的动作时间和保护范围，为包含大容量分布式电源的配电网安全可靠运行提供助力。
11.基于第一方面，在一些实施例中，所述目标函数为：
[0012][0013]
其中，z为所述主保护装置的总数，h为所述后备保护装置的总数，t
iop
为第一故障下的主保护i的动作时间，t
jop
为第一故障下的后备保护j的动作时间。
[0014]
基于第一方面，在一些实施例中，所述过流保护动作特性约束条件为：
[0015][0016]
其中，t
op
为过流保护装置的动作时间，n1、n2为预设常数，i
fa
为故障电流；
[0017]
所述过流保护装置标准约束条件为：
[0018]
tds
min
≤tds≤tds
max
[0019]icdmin
≤i
cd
≤i
cdmax
[0020]
其中，tds
min
为时间整定系数的上限，tds
max
为时间整定系数的下限，i
cdmin
为启动电流的下限，i
cdmax
为启动电流的上限；
[0021]
所述主保护装置与后备保护装置配合约束条件为：
[0022]
馈线发生故障时，若所述主保护装置因故拒动，则所述后备保护装置启动动作，所述主保护装置的动作时间与所述后备保护装置的动作时间满足t
jop
＝t
iop
δt，其中t
jop
为所述后备保护装置的动作时间，t
iop
为所述主保护装置的动作时间，δt为预设时间差值。
[0023]
基于第一方面，在一些实施例中，通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解的过程为：
[0024]
构建一个基础随机路径(i,j)；
[0025]
在第t个时刻，蚂蚁k走到路径(i,j)的概率为p
ijk
，则：
[0026][0027]
式中，s
ij
(t)为第t个时刻，路径(i,j)上的信息素；e
ij
(t)为蚂蚁从节点i走到节点j的期望函数，e
ij
(t)＝1/l
ij
，l
ij
为节点i和j之间的距离；a为信息素影响因子，b为期望影响因子；
[0028]
在第tn个时刻，信息素s
ij
(tn)按照公式：
[0029][0030]
更新，式中：α为信息素挥发系数，δs
ij
(t)为蚁群在路径(i,j)上留下的信息素增量，k为蚁群中的蚂蚁总数；为第k只蚂蚁经过路径(i,j)时留下的信息素增量，st为信息素强度；
[0031]
确定使得目标函数最优的整定方案的精英蚂蚁，并增大精英蚂蚁留下的信息素强度，利用当前最优路径替代其他蚂蚁所走的路径，精英蚂蚁的信息素增量公式如下：
[0032][0033]
式中：为精英蚂蚁的信息素增量，l
best
为精英蚂蚁所选择的最优路径长度，st为信息素强度；
[0034]
重复以上步骤，直至得到全局最优解。
[0035]
基于第一方面，在一些实施例中，对于馈线主接线，在两分段开关之间安装有不少于三个录波装置，所述三个录波装置分别位于所述馈线主接线的三个以上的位置，第一个位置为所述馈线主接线的首端开关位置处，第二个位置为所述馈线主接线的末端开关位置处，其余位置为所述馈线主接线上位于所述首端开关和所述末端开关之间的预设位置。
[0036]
基于第一方面，在一些实施例中，对于馈线支路，在分支开关端和配电变压器入口侧分别安装有一个录波设备，在所述分支开关端和配电变压器入口侧之间的预设位置处安装有一个录波设备。
[0037]
基于第一方面，在一些实施例中，所述根据所述录波数据确定所述第一故障的类型，包括：
[0038]
若在所述录波数据中的波形图中检测到零序电流和零序电压的特征，则确定所述第一故障的类型为接地故障；
[0039]
若在所述录波数据中的波形图中检测到某两相的电流增大、电压降低且电流反向，则确定所述第一故障的类型为两相故障；
[0040]
若在所述录波数据中的波形图中检测到三相电流增大、电压降低且无零序电流、无零序电压，则确定所述第一故障的类型为三相故障。
[0041]
基于第一方面，在一些实施例中，所述方法还包括：
[0042]
建立所述第一整定值与所述第一故障的类型的对应关系，并对所述线路进行灵敏度检验。
[0043]
第二方面，本技术实施例提供了一种配电网保护定值整定直装置，包括：
[0044]
动作时间获取模块，用于获取线路中的主保护装置在所述线路发生第一故障时的第一动作时间，以及后备保护装置在所述线路发生所述第一故障时的第二动作时间，所述第一故障为所述线路能够发生的任意故障；
[0045]
模型建立模块，用于根据所述第一动作时间和所述第二动作时间建立整定优化模型的目标函数，所述整定优化模型的约束条件包括以下至少一项：过流保护动作特性约束条件、过流保护装置标准约束条件和主保护装置与后备保护装置配合约束条件；
[0046]
求解模块，用于通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解，确定所述线路在发生所述第一故障时的第一整定值；
[0047]
故障类型确定模块，用于通过馈线上设置的录波设备获取所述第一故障发生时的录波数据，并根据所述录波数据确定所述第一故障的类型。
[0048]
第三方面，本技术实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面中任一项所述配电网保护定值整定方法的步骤。
[0049]
第四方面，本技术实施例提供了一种配电网保护定值整定系统，包括上述终端设备和多个录波设备，所述终端设备执行以下过程：
[0050]
获取线路中的主保护装置在所述线路发生第一故障时的第一动作时间，以及后备保护装置在所述线路发生所述第一故障时的第二动作时间，所述第一故障为所述线路能够发生的任意故障；
[0051]
根据所述第一动作时间和所述第二动作时间建立整定优化模型的目标函数，所述整定优化模型的约束条件包括以下至少一项：过流保护动作特性约束条件、过流保护装置标准约束条件和主保护装置与后备保护装置配合约束条件；
[0052]
通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解，确定所述线路在发生所述第一故障时的第一整定值；通过馈线上设置的录波设备获取所述第一故障发生时的录波数据，并根据所述录波数据确定所述第一故障的类型。
[0053]
第五方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述配电网保护定值整定方法的步骤。
[0054]
第六方面，本技术实施例提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述配电网保护定值整定方法的步骤。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1是本技术实施例提供的配电网保护定值整定方法的流程示意图；
[0057]
图2是本技术实施例提供的配电网保护定值整定装置的结构示意图；
[0058]
图3是本技术实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
[0059]
下面结合具体实施例对本技术进行更清楚的说明。以下实施例将有助于本领域的
技术人员进一步理解本技术的作用，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本技术的保护范围。
[0060]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0061]
图1示出了本技术实施例提供的配电网保护定值整定方法的流程示意图。参见图1，上述配电网保护定值整定方法可以包括步骤101至步骤104。
[0062]
步骤101，获取线路中的主保护装置在所述线路发生第一故障时的第一动作时间，以及后备保护装置在所述线路发生所述第一故障时的第二动作时间，所述第一故障为所述线路能够发生的任意故障。
[0063]
本步骤中，第一故障可以为上述路线能够发生的任意故障，本实施例中并不限定第一故障的具体类型。
[0064]
示例性的，同一类型的主保护装置的第一动作时间相同，同一类型的后备保护装置的第二动作时间相同，而主保护装置和后备保护装置在线路中的位置以及故障点的位置，决定了执行保护动作的主保护装置和后备保护装置的个数。
[0065]
示例性的，线路上设置有n1个主保护装置和n2个后备保护装置。由于各个主保护装置在线路中的位置不同，所以各个主保护装置的第一动作时间不同。由于各个后备保护装置在线路中的位置不同，所以各个后备保护装置的第二动作时间不同。其中，第一动作时间与主保护装置在线路中的位置和故障点的位置等信息相关，第二动作时间与后备保护装置在线路中的位置和故障点的位置等信息相关。
[0066]
步骤102，根据所述第一动作时间和所述第二动作时间建立整定优化模型的目标函数，所述整定优化模型的约束条件包括以下至少一项：过流保护动作特性约束条件、过流保护装置标准约束条件和主保护装置与后备保护装置配合约束条件。
[0067]
一些实施例中，上述目标函数可以表征第一动作时间和第二动作时间之和的最小值。例如，目标函数可以为：
[0068][0069]
其中，z为所述主保护装置的总数，h为所述后备保护装置的总数，t
iop
为第一故障下的主保护装置i的动作时间，t
jop
为第一故障下的后备保护装置j的动作时间。
[0070]
例如，在线路出现故障时，主保护装置首先动作，迅速隔离故障。如果主保护装置失灵，后备保护装置进行动作。因此，后备保护装置的第二动作时间应当在主保护装置的第一动作时间上加入一时间阶梯(例如预设时间差值)。
[0071]
一些实施例中，所述过流保护动作特性约束条件可以为：
[0072][0073]
其中，t
op
为过流保护装置的动作时间，n1、n2为预设常数，i
fa
为故障电流。
[0074]
一些实施例中，所述过流保护装置标准约束条件可以为：
[0075]
tds
min
≤tds≤tds
max
[0076]icdmin
≤i
cd
≤i
cdmax
[0077]
其中，tds
min
为时间整定系数的上限，tds
max
为时间整定系数的下限，i
cdmin
为启动电流的下限，i
cdmax
为启动电流的上限。
[0078]
一些实施例中，所述主保护装置与后备保护装置配合约束条件可以为：
[0079]
馈线发生故障时，若所述主保护装置因故拒动，则所述后备保护装置启动动作，所述主保护装置的动作时间与所述后备保护装置的动作时间满足t
jop
＝t
iop
δt，其中t
jop
为所述后备保护装置的动作时间，t
iop
为所述主保护装置的动作时间，δt为预设时间差值。
[0080]
步骤103，通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解，确定所述线路在发生所述第一故障时的第一整定值。
[0081]
其中，通过蚁群算法对所述整定优化模型进行求解的思路为：首先构建一个基础随机路径，然后将每条路径上的信息素通过局部最优方案进行更新，只有选择使目标函数最优的整定方案的精英蚂蚁才被允许反复增加信息素，最后在信息素更新的过程中产生全局最优解。
[0082]
示例性的，步骤103的实现过程可以为：
[0083]
构建一个基础随机路径(i,j)；
[0084]
在第t个时刻，蚂蚁k走到路径(i,j)的概率为p
ijk
，则：
[0085][0086]
式中，s
ij
(t)为第t个时刻，路径(i,j)上的信息素；e
ij
(t)为蚂蚁从节点i走到节点j的期望函数，e
ij
(t)＝1/l
ij
，l
ij
为节点i和j之间的距离；a为信息素影响因子，b为期望影响因子；
[0087]
在第tn个时刻，信息素s
ij
(tn)按照公式：
[0088][0089]
更新，式中：α为信息素挥发系数，δs
ij
(t)为蚁群在路径(i,j)上留下的信息素增量，k为蚁群中的蚂蚁总数；为第k只蚂蚁经过路径(i,j)时留下的信息素增量，st为信息素强度；
[0090]
确定使得目标函数最优的整定方案的精英蚂蚁，并增大精英蚂蚁留下的信息素强度，利用当前最优路径替代其他蚂蚁所走的路径，精英蚂蚁的信息素增量公式如下：
[0091][0092]
式中：为精英蚂蚁的信息素增量，l
best
为精英蚂蚁所选择的最优路径长
度，st为信息素强度；
[0093]
重复以上步骤，直至得到全局最优解。
[0094]
步骤104，通过馈线上设置的录波设备获取所述第一故障发生时的录波数据，并根据所述录波数据确定所述第一故障的类型。
[0095]
对于馈线主接线，在两分段开关之间安装有不少于三个录波装置，所述三个录波装置分别位于所述馈线主接线的三个以上的位置，第一个位置为所述馈线主接线的首端开关位置处，第二个位置为所述馈线主接线的末端开关位置处，其余位置为所述馈线主接线上位于所述首端开关和所述末端开关之间的预设位置。
[0096]
例如，上述预设位置具体可以为：以首端开关和末端开关为线段的两个端点，上述预设位置位于线段的第一范围点和第二范围点之间。其中，第一范围点为线段上到首端开关的距离为线段的30％长度对应的点，第二范围点为线段上到末端开关的距离为线段的30％长度对应的点。示例性的，上述预设位置可以均匀分布在第一范围点和第二范围点之间。
[0097]
对于馈线支路，在分支开关端和配电变压器入口侧分别安装有一个录波设备，在所述分支开关端和配电变压器入口侧之间的预设位置处安装有一个录波设备。
[0098]
例如，上述预设位置具体可以为：以分支开关端和配电变压器入口侧为线段的两个端点，上述预设位置位于线段的第一范围点和第二范围点之间。其中，第一范围点为线段上到分支开关端的距离为线段的30％长度对应的点，第二范围点为线段上到配电变压器入口侧的距离为线段的30％长度对应的点。
[0099]
一些实施例中，上述根据所述录波数据确定所述第一故障的类型，包括：
[0100]
若在所述录波数据中的波形图中检测到零序电流和零序电压的特征，则确定所述第一故障的类型为接地故障；若在所述录波数据中的波形图中检测到某两相的电流增大、电压降低且电流反向，则确定所述第一故障的类型为两相故障；若在所述录波数据中的波形图中检测到三相电流增大、电压降低且无零序电流、无零序电压，则确定所述第一故障的类型为三相故障。
[0101]
作为举例，上述录波设备可以为录波传感器。
[0102]
可选地，一些实施例中，上述配电网保护定值整定方法还可以包括：
[0103]
步骤105，建立所述第一整定值与所述第一故障的类型的对应关系，并对所述线路进行灵敏度检验。
[0104]
上述配电网保护定值整定方法具有以下优点：
[0105]
1、传统的三段式定时线电流保护不具备方向性，相对于传统的三段式电流保护，本技术实施例更适应分布式电源产生的助增电流导致电网潮流方向改变的情况，更为灵活地整定继电保护装置定值。
[0106]
2、上述整定优化模型以最小化主保护装置及后备保护装置的动作时间为优化目标，保护的灵敏性和速动性更优。
[0107]
3、基于安装在馈线上的录波设备实时检测故障电流，提高了配电网继电保护装置定值整定的灵活性，有效避免保护装置的拒动、误动和漏动。
[0108]
4、通过安装在馈线上的录波设备实时录波数据能够精确判断故障类型，根据不同故障类型自适应匹配相应保护定值，提高保护装置的可靠性。
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0120]
所述存储器302可以是终端设备300的内部存储单元，例如终端设备300的硬盘或内存。所述存储器302也可以是所述终端设备300的外部存储设备，例如所述终端设备300上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器302还可以既包括所述终端设备300的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器302用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器302还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0121]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0122]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0123]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0124]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0125]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0126]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0127]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或
使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0128]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。