基于数据网的新型广域后备保护系统实现

在分析传统保护局限性的基础上,论述了广域保护提出的背景及其现状,研究了广域保护的性能、功能组成、功能划分和功能结构。以河南省电力公司洛阳供电公司管辖的某220kV局部输电网为基础,提出一种基于数据网的新型广域后备保护系统的硬、软件设计方案,并给出了该方案的意义、原理及保护算法。动模试验和现场试运行的结果验证了该方案的可行性和正确性。

基于潮流转移因子的广域后备保护方案

针对潮流转移引起的连锁跳闸问题,分析了现有后备保护方案存在的缺陷,提出了一种基于广域测量系统(WAMS)的可识别潮流转移的新型后备保护方案,引入了用于估算发生潮流转移后电网中潮流分布的潮流转移因子(flowtransferringrelativityfactor,FTRF)的概念,推导了FTRF矩阵的计算方法。对新英格兰10机39节点系统进行了潮流转移的仿真计算,验证了所提出广域后备保护方案的有效性。

基于故障电压比较的广域后备保护新算法

提出了一种基于故障电压比较的广域后备保护新算法,有助于解决传统后备保护整定配合复杂,潮流转移时易误动等问题。该算法利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值推算另一侧电压故障分量,以推算值与测量值的比值识别故障元件。并通过故障区域检测降低广域信息传输量,加快故障元件识别速度。该算法原理简洁,对保护范围内多点量测数据的同步性要求较低。基于川渝500kV电网测试系统的仿真结果表明,该算法在电网高阻接地、非全相运行、故障转换及重负荷转移等情况下均具有良好的动作性能。

集中决策式广域后备保护的分区模型与优化算法

广域后备保护具有整定配合简洁、不受电网潮流转移影响等优点,可有效防止由传统保护隐性故障引发的电网连锁跳闸事故。但如何在实际大规模电网中划分合理的保护区域是其面临的难题。本文针对集中决策式广域后备保护提出了相应的分区评价指标。以电网的分区最长通信距离评价广域通信的实时性,并结合分区经济性和均衡性指标构建了分区目标函数。同时,提出了一种基于二层搜索分区的优化分区算法。该算法通过优化分区搜索节点策略缩短了进化种群中的染色体长度,在自适应优化分区数目的同时,大幅减小了分区算法的搜索空间。基于IEEE 39和118节点系统的仿真表明,所述分区算法在对不同规模电网进行分区时均具有较高的运算效率,并能较好地满足分区评价指标的要求。

基于证据理论融合的广域后备保护新方法

为降低广域后备保护(WABP)通信流量,提高信息出错或丢失情况下保护决策的正确性,提出一种基于证据理论融合的WABP新算法。该算法在电网发生故障后,各子站首先根据启动元件动作情况和本站故障电流的分布特性,向主站上传站内少量线路的电流信息。然后,主站通过群体比幅识别候选疑似故障线路,并向相关子站索取故障疑似线路的保护信息域内的传统保护动作信息,采用改进的证据理论方法对相关信息进行融合判断,进而识别实际故障线路。仿真实例表明,该WABP算法具有采样同步要求低、广域通信流量小、在局部信息错误或丢失时仍能正确决策等良好性能。

基于故障关联因子的新型广域后备保护

提出一种基于故障关联因子(fault correlation factor,FCF)的广域后备保护新方法。该方法在系统正常运行情况下,根据网络拓扑结构及相量测量单元(phase measurement unit,PMU)的配置情况,初始化保护关联域;借助开关变位信息和启发式搜索技术快速更新保护关联域(protection correlation region,PCR)。在系统发生故障后,通过分析各关联域内差动电流故障稳态分量,界定故障关联域,实时计算该关联域内的故障关联因子,并据此确定具体的故障支路。新英格兰10机39节点系统的仿真结果表明:该方法不受系统运行方式的影响,计算简便,易于实现,且能够在PMU有限测点情况下快速、灵敏、可靠地判别故障位置。

基于故障电压分布的广域后备保护算法

为解决传统后备保护整定配合复杂,潮流转移时易误动等问题,提出一种基于故障电压分布的新型广域后备保护算法。该算法利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值估算另一侧的电压故障分量,以估算值与测量值的比值构成保护判据。该算法不受过渡电阻的影响,发生过负荷潮流转移时不会误动,且算法原理简洁、需要信息量少,对数据的同步性没有严格要求,便于实现。仿真算例表明,发生各种类型故障时,该算法均能正确识别故障线路。

基于序分量的电网广域后备保护算法

随着电网规模的扩大和网络结构的日趋复杂,传统后备保护已经暴露出保护失效、引发连锁跳闸等许多缺陷。在合理有效地利用通信资源、尽力避免通信拥塞的设计原则下,提出一种基于序分量的集中式电网广域后备保护算法。该算法在故障处理流程的不同阶段使用不同内容和不同范围的广域信息进行全局决策,动作速度快,且不存在传统独立式后备保护整定配合复杂、应对大规模潮流转移可能误动等问题。仿真结果验证了该保护算法的有效性和正确性。

基于相关矩阵的电网广域后备保护算法

在采用本线路方向信息和距离信息的基础上,融合相邻线路方向信息,提出一种基于线路保护相关矩阵的广域后备保护算法,以实现简单可靠和容错性高的保护。该算法根据线路关联系数推导线路保护相关矩阵,通过计算该矩阵中各行元素之和并与门槛值比较即可实现故障元件判断。以IEEE 5机14节点系统为例,分别通过枚举法和蒙特卡洛随机抽样试验对算法的容错性进行研究,结果表明,所提出的广域后备保护算法具有较高的容错性,简单可靠。

电网广域后备保护代理的结构和工作机制研究

基于代理的广域后备保护系统通过多个自治代理,利用广域信息并行工作与协调,能够缩短后备保护动作时间、减少故障隔离范围和防止后备保护在电网异常事件中误动。该文研究了广域后备保护代理的结构和工作机制,建立了保护代理多部件的分层模型,分析其工作流程,构造协作关联域。基于代理之间交换数据型和请求型消息,提出了对等的混合协调模式。针对多代理系统的多种故障进行容错性处理,多个保护代理以协作策略和联合规则运行,使保护的整体性能得以加强,提高系统的可靠性和容错性。利用电网和通信系统同步仿真平台EPOCHS在一个简单电力系统上对所研究的代理进行仿真实验,验证了所提出代理工作机制的有效性和合理性。

基于故障电压比较与多信息融合的广域后备保护算法

为了提高广域后备保护系统的容错性,且使其在复杂工况下具有良好的动作性能,提出一种将故障电压比较和多信息融合相结合的广域后备保护算法。该算法利用本线路和相邻线路的保护动作值加权得到综合值,由其与故障门槛值的比值计算出对应的故障概率。同时利用相量测量单元(Phasor measurement unit,PMU)测得的线路一侧电压电流推算另一侧电压故障分量,以推算值与测量值的比值获得PMU数据对应的故障概率,将两种故障概率加权综合识别故障元件。该算法原理简洁,基于IEEE 4机8节点系统的算例结果表明,该算法在高阻接地、非全相运行再故障、故障转换等工况下具有良好的动作性能,多个保护拒动与误动时均能准确识别故障元件,有较高的容错性。

基于故障匹配度的广域后备保护新原理

提出一种基于故障匹配度的广域后备保护新方法。该方法在系统正常运行时,根据系统拓扑和相量测量单元(PMU)的配置情况,形成保护关联域。系统发生故障后,通过分析各关联域内差动电流故障稳态分量,界定故障关联域,计算该关联域内的故障匹配度,并据此确定具体的故障位置。采用新英格兰10机39节点系统的分布参数模型进行仿真验证,结果表明该方法不受系统运行方式的影响,能够在PMU有限测点情况下快速、灵敏、可靠地实现故障定位,且在定位过程中无需修改系统矩阵,计算量小,易于实现。

基于相邻变电站信息融合的广域后备保护系统

人工智能技术为广域后备保护容错性的研究提供了有力的技术平台。借助人工智能技术,文中提出了基于相邻变电站信息融合的广域后备保护算法,用于变电站集中式结构的后备保护。该保护系统收集所在变电站及相邻变电站内的各种主保护信息和后备保护信息,对获取的信息采取融合策略,构成遗传算法的适应度函数,通过遗传算法的最优搜索决策,纠正所在变电站内缺失或错误的信息。对IEEE 5机14节点系统的仿真结果表明,所提出的算法简单可行、可靠性高。

基于概率神经网络的广域后备保护故障判别研究

广域后备保护采集各节点相关信息,以判别电网某区域的故障元件。利用PNN的良好分类和容错能力,提出了基于PNN的广域后备保护故障判别新方法。以线路故障方向元件、线路距离Ⅱ段测量元件、主保护动作状态为PNN网络输入,利用确定故障下的状态信息矩阵作为训练样本,训练PNN网络;再用随机故障时的元件状态信息向量作为测试样本,通过大量仿真实验,模拟了多种信息不准确情况下的故障判别结果。实验证明基于PNN网络的广域后备保护故障判别,具有很好的容错性和正判能力。

广域后备保护通信模式及其性能评估

良好的广域通信系统(wide area communication s y s t e m,WA C S)对广域后备保护(w i d e-a r e a b a c k u p protection,WABP)正确、快速地切除电网故障具有至关重要的作用,但目前的广域通信系统不能很好地满足WABP的需求。该文针对中国电力通信网,根据WABP的广域通信特点,研究了WABP的通信模式,包括广域通信服务模型和通信网络。在通信服务模型方面,继承了IEC 61850标准,并提出了减小广域通信流量的措施。在广域通信网络方面,提出了以太网接入方式的同步数字体系以太网(Ethernet over synchronous digital hierarchy,EOS)的传输模式,并建立了基于以太虚拟专线业务(Ethernet virtual private line,EVPL)的广域通信网络。最后对所提出的WABP通信模式的网络性能评估指标进行了分析。IEEE 14节点广域网络的仿真结果表明,采用以太网接入的EOS传输模式的广域通信网络,并采取相应的优先级区分、优先级队列(priority queue,PQ)调度等提高网络服务质量措施后,很好地满足了WABP各类业务的网络时延约束和功能需求,明显优于准同步数字系列(plesiochronous digital hierarchy,PDH)接入方式。

电力系统广域后备保护中的贝叶斯网故障诊断方法

提出一种广域后备保护中的基于贝叶斯网的故障诊断方法,将传统保护测量元件的动作信号作为证据,权衡证据信息量、诊断模型规模与诊断实时性要求来划分诊断区,分析了保护误动、拒动的随机特性,根据各保护的保护范围的特点,建立诊断区故障诊断模型。算例结果表明该方法正确、有效,具有较强的容错能力。

广域后备保护多代理系统的仿真建模与实现

针对广域后备保护多代理系统分布式协作的特点,为广域后备保护代理构造了环境感知、情景感知、综合决策等智能模块和接口,设计了多代理系统的容错性处理措施。EPOCHS是将电力系统电磁暂态仿真软件EMTDC/PSCAD、机电动态仿真软件PSLF、网络通信仿真软件NS2、Agent集成的电力和通信同步仿真环境,将保护代理映射到EPOCHS予以仿真设计和实现,构造了电网的EMDTC/PSCAD模型和SDH通信网络的NS2仿真模型。通过仿真系统可观察保护代理的内部活动和多代理间的交互过程,从而评价广域保护算法及策略。通过3个仿真实例证明广域后备保护多代理仿真系统的代理设计是正确的。仿真试验能够有效地检验在电力系统故障、保护代理失效、断路器失灵等多种情景下多代理推演带来的整体性能。

基于故障关联系数的广域后备保护新方法

为了降低广域后备保护通信量,提高故障识别的容错性,提出了基于故障关联系数的广域后备保护新方法。在故障发生后,主站对子站上传的母线各序电压比例系数进行排序以确定候选故障线路。然后,主站向相关子站索取候选故障线路及其相邻线路的保护和方向元件的动作信息,用于计算线路的故障关联系数。最后,主站通过融合线路的故障关联系数并且和设定的门槛值进行比较来实现故障线路的识别。仿真算例表明,新算法广域通信量小,并且具有较高的容错性,可提高广域后备保护的性能。

广域后备保护故障识别方案

在广域信息基础上,提出了一种基于集中式结构的故障识别方案,根据各序分量排序情况确定故障区域,利用方向和纵差原理来判别故障元件。启动方式保证了经高阻短路故障情况下保护启动的灵敏性;故障区域划分方法既能缩小故障搜索范围,又能准确涵盖各故障元件;故障判别算法能够快速、准确地识别出线路及母线的简单、复合故障。提出了在断路器拒动、一点或一个站信息丢失情况下的故障识别策略。基于河北南网系统实际参数和运行断面进行了大量仿真,仿真结果验证了该方案的合理性和有效性。

基于HLA/Agent的广域后备保护仿真平台设计

为检验广域后备保护算法在广域通信网络环境下的保护性能和保护动作后对电力系统运行的影响,开发了一套基于高层体系结构(high-level architecture,HLA)和Agent的OPNET和PSCAD/EMTDC联合同步仿真平台WAPSS(widearea protection synchronizing simulator)。论述了WAPSS平台的总体结构、各重要组成部分的功能和接口方式以及多Agent的设计,最后以一仿真实例验证了平台的正确性和有效性。保护和通信的联合同步仿真平台WAPSS为广域后备保护工程实现提供了有效的仿真工具。