廣域保護(hù)講座6-20定稿

1、主要內(nèi)容廣域保護(hù)u 廣域后備保護(hù)定義u 廣域后備保護(hù)意義u 廣域后備保護(hù)算法u 廣域后備保護(hù)體系結(jié)構(gòu)u 廣域后備保護(hù)通訊u 廣域后備保護(hù)發(fā)展趨勢u 廣域后備保護(hù)目前應(yīng)用站域保護(hù)討論廣域后備保護(hù)定義 廣域后備保護(hù)是一套完整的保護(hù)方案，它獲取電網(wǎng)多點信息，利用這些信息判斷故障元件并隔離，同時考慮故障切除之后對系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的影響，以防止保護(hù)動作導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在廣域保護(hù)中，繼電保護(hù)和自動控制裝置融為一體，相互配合，協(xié)調(diào)動作，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。廣域后備保護(hù)意義 現(xiàn)有后備保護(hù)配置僅基于本地量信息完成后備保護(hù)功能，容易受過負(fù)荷等不正常運(yùn)行狀態(tài)的影響，在非故障條件下也可能動作。線路過載情況下可通過切機(jī)切

2、負(fù)荷等控制措施來減輕或消除過載狀態(tài)，但是需要較大延時來完成控制策略。 廣域后備保護(hù)根據(jù)電網(wǎng)相關(guān)區(qū)域內(nèi)保護(hù)、開關(guān)動作狀態(tài)或電流/電壓等廣域信息判斷故障元件。廣域后備保護(hù)系統(tǒng)在廣域通信網(wǎng)絡(luò)的支持下采集空間多點廣域信息，通過智能優(yōu)化和信息處理技術(shù)進(jìn)行綜合決策；由于明確故障線路和保護(hù)、開關(guān)狀態(tài)及不需要和傳統(tǒng)后備保護(hù)進(jìn)行時限配合，所以能實現(xiàn)快速的和最實現(xiàn)快速的和最小范圍的故障隔離小范圍的故障隔離。廣域后備保護(hù)算法 第一類:基于電壓/電流等電氣量信息的廣域后備保護(hù)算法 利用原始采集的電壓、電流信息完成廣域后備保護(hù)，數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，但對通信實時性、同步性和帶寬的要求較高。 第二類:基于保護(hù)動作和斷路器狀態(tài)的廣

3、域后備保護(hù)算法。 利用己有保護(hù)元件進(jìn)行分析，對設(shè)備改造較少，原理簡單，所需信息量與通信量較少，易于實現(xiàn)，但由于故障發(fā)生時保護(hù)可能存在不正確動作，且這種不正確動作是無法預(yù)知的、具有不確定性。 第三類:基于保護(hù)動作和斷路器狀態(tài)、同時利用電壓/電流等電氣量信息的廣域后備保護(hù)算法。 第一類算法 文獻(xiàn)1提出一種基于故障關(guān)聯(lián)因子的廣域后備保護(hù)新方法。該方法在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相量測量單元的配置情況，初始化保護(hù)關(guān)聯(lián)域；借助開關(guān)變位信息和啟發(fā)式搜索技術(shù)快速更新保護(hù)關(guān)聯(lián)域。在系統(tǒng)發(fā)生故障之后，通過分析各關(guān)聯(lián)域內(nèi)差動電流故障穩(wěn)態(tài)分量，界定故障關(guān)聯(lián)域，實時計算該關(guān)聯(lián)域內(nèi)的故障關(guān)聯(lián)因子，據(jù)此確定具

4、體的故障支路。 文獻(xiàn)2提出一種基于故障匹配度的廣域后備保護(hù)新方法。該方法在系統(tǒng)正常運(yùn)行時,根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)浜拖嗔繙y量單元(PMU)的配置情況,形成保護(hù)關(guān)聯(lián)域。系統(tǒng)發(fā)生故障后,通過分析各關(guān)聯(lián)域內(nèi)差動電流故障穩(wěn)態(tài)分量,界定故障關(guān)聯(lián)域,計算該關(guān)聯(lián)域內(nèi)的故障匹配度,故障匹配度最小值對應(yīng)的支路判定為故障支路,并據(jù)此確定具體的故障位置。22100calIIRI 若該支路為故障支路,計算得到的故障匹配度很小,近似為0(考慮到實際系統(tǒng)中測量誤差與計算誤差的影響)。據(jù)此,本文將故障匹配度最小值對應(yīng)的支路判定為故障支路。支路故障穩(wěn)態(tài)等效模型 文獻(xiàn)3提出了一種基于增廣狀態(tài)估計的廣域繼電保護(hù)算法，通過搜集相鄰區(qū)域冗余量測

5、信息，建立增廣狀態(tài)估計模型，進(jìn)行準(zhǔn)確的故障定位。利用相鄰區(qū)域保護(hù)裝置的兩側(cè)冗余信息，通過最優(yōu)估計修正量測誤差，通過對壞數(shù)據(jù)監(jiān)測和辨識，排除壞數(shù)據(jù)的影響，提高保護(hù)決策的準(zhǔn)確度。當(dāng)某線路兩端的保護(hù)裝置量測滿足保護(hù)啟動判據(jù)時, 啟動廣域后備保護(hù), 搜集該線路和相鄰線路的保護(hù)裝置的量測數(shù)據(jù)以及這些線路兩端母線的母差保護(hù)裝置的量測數(shù)據(jù)。逐個判斷每條線路兩端的量測數(shù)據(jù)是否滿足主保護(hù)的動作判據(jù), 若滿足則作為可疑故障線路, 否則作為無故障線路。當(dāng)存在量測壞數(shù)據(jù)時, 可能把無故障線路當(dāng)成可疑故障線路。寫出每個線路和母線的所有量測數(shù)據(jù)的量測方程, 并對量測方程組進(jìn)行狀態(tài)估計求解, 估計出狀態(tài)變量。檢測和辨識量測

6、中的壞數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)壞數(shù)據(jù)后,把其相應(yīng)的量測方程刪除, 然后轉(zhuǎn)步驟2,如果沒有壞數(shù)據(jù), 則轉(zhuǎn)步驟5。當(dāng)壞數(shù)據(jù)被全部排除后, 最后一次判定的可疑故障線路被確定為故障線路。 文獻(xiàn)4提出一種基于序分量的廣域后備保護(hù)算法 該算法采用三步流程處理故障。 流程1：找到最靠近故障點的母線（包含發(fā)生短路的母線本身） 母線，線路L 且 流程2：判別是母線短路還是線路短路，若確定為母線故障，則該故障處理流程將實現(xiàn)母線差動保護(hù)的快速集中式后備保護(hù)功能，否則進(jìn)入流程3。 .(11)iikset bistart setikset biikset biDUUDN且所有）或（且所有） 母線故障（或（存在） 線路故障ikikki

7、 流程3：利用正序電流相差保護(hù)原理對所有連接于該母線的線路進(jìn)行區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障判定，最終選出故障線路，確認(rèn)核后對該故障線路予以切除。 兩端正序電流相位差的絕對值，相差絕對值最小者為發(fā)生短路的線路，即發(fā)生短路的線路,min,fault lineikjklkset line 文獻(xiàn)5提出一種基于故障電壓分布的新型廣域后備保護(hù)算法。該算法利用線路一側(cè)電壓電流故障分量的測量值估算另一側(cè)的電壓故障分量。以估算值與測量值的比值構(gòu)成保護(hù)判據(jù)。 考慮到計算和測量誤差的影響，可取K=1.2，K為計算值與測量值的比值。max2 00022max(,)mnmnsetKKKKKKmax111max(,)mnsetKKKK

8、對以上仿真模型的求取 ，可得如下結(jié)果：max2 0K可以看出，對于故障線路求取的值均在1.2以上。 文獻(xiàn)6提出一種利用同步電壓相量進(jìn)行輸電網(wǎng)絡(luò)故障定位的新方法。該方法首先運(yùn)用對稱分量法和線性疊加原理建立故障后的附加正序網(wǎng)絡(luò)。 定義了故障點的匹配指標(biāo), 進(jìn)而基于該指標(biāo)運(yùn)用遍歷搜索方法尋找故障點位置。 僅在故障點時，才能完全匹配 ， 。11111jmDDjKKkm 0k 文獻(xiàn)7提出一種基于有限相量測量單元測量故障分量信息的故障定位算法，采用間隔母線配置PMU 的布點策略，計算兩個PMU節(jié)點之間各線路的故障點位置值，非故障線路值將超出正常范圍，通過對值的甄別得出故障線路故障點位置。Im()Imiki

9、kijZZZ 文獻(xiàn)8提出一種基于多信息融合的廣域后備保護(hù)算法，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成系統(tǒng)單個元件故障編碼，基于保護(hù)動作信息（包括各變電站IED配置的主保護(hù)，距離保護(hù)段、段、段，方向保護(hù)以及斷路器失靈保護(hù)）和斷路器位置信息，建立適應(yīng)度函數(shù)、期望函數(shù)數(shù)學(xué)模型。 將輸電系統(tǒng)元件作為故障識別的對象進(jìn)行0-1狀態(tài)編碼，0表示正常狀態(tài)，1表示故障狀態(tài)。構(gòu)造如下適應(yīng)度函數(shù)：*111*111()CABDEFNNNAjjBjjCjjjjjNNNDjjEjjFjjjjjE XAABBCCDDEEFF第二類算法 通過故障識別概率形成故障識別判據(jù)，判斷故障元件。siiisiisiEEKEEE 為正常運(yùn)行時各組識別編碼的適應(yīng)

10、度 為實時計算的各組識別編碼的適應(yīng)度siEiEIEEE 10機(jī) 39節(jié)點系統(tǒng) 文獻(xiàn)9嘗試引入了相鄰線路的方向信息，提出一種廣域后備保護(hù)算法，根據(jù)線路關(guān)聯(lián)系數(shù)推導(dǎo)線路保護(hù)相關(guān)矩陣。通過計算該矩陣中各行元素之和并與門檻值作比較即可判斷故障元件位置。 ,() out LiAF LiAF Lj LijFLAji 文獻(xiàn)10提出了一種同時利用傳統(tǒng)保護(hù)元件相量測量單元（PMU）數(shù)據(jù)的廣域后備保護(hù)算法。先將實時獲得的廣域保護(hù)動作加權(quán)，得到綜合判斷值，然后采用高斯函數(shù)獲得對應(yīng)的故障概率。同時根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由正序電壓幅值、線路兩側(cè)正序電流相角差，計算得到PMU數(shù)據(jù)對應(yīng)的故障概率，再將兩種故障概率加權(quán)綜合。 我自己

11、已研究的算法 當(dāng)線路的主保護(hù)至少有一側(cè)未動作而其 兩側(cè)的保護(hù)有動作時，就啟動該線路的廣域后備保護(hù)決策.通過廣域通信網(wǎng)絡(luò)收集各廣域后備保護(hù)元件(主保護(hù)、距離I段、距離II段、距離III段、方向元件）的動作值，進(jìn)行加權(quán)計算，得到該線路的綜合判斷值IA。對其做歸一化處理獲得貼近變量x，然后通過一個高斯函數(shù)，獲得該線路廣域后備保護(hù)動作對應(yīng)的綜合判斷故障概率PI。 再由PMU 獲得各線路的故障概率PM。 然后將兩者進(jìn)行加權(quán)融合，得到最終的故障概率 多組實驗表明該方法具有較高準(zhǔn)確性、適應(yīng)性。多組實驗表明該方法具有較高準(zhǔn)確性、適應(yīng)性。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)： 集中式保護(hù)系統(tǒng)由控制中

12、心進(jìn)行決策，控制中心集中決策可以做到系統(tǒng)全局最優(yōu)控制，更能體現(xiàn)廣域保護(hù)的優(yōu)勢。但是集中式結(jié)構(gòu)對控制中心設(shè)備要求過高，因此必須配置備用的中心設(shè)備；而且大量信息的集中處理使得控制中心計算量大，并對通信系統(tǒng)的依賴程度特別高，通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、實時性決定著控制中心的分析結(jié)果。集中式結(jié)構(gòu) 分散式結(jié)構(gòu)分散式結(jié)構(gòu)： 分散式保護(hù)系統(tǒng)由各分散的保護(hù)終端SPT進(jìn)行決策，各保護(hù)終端利用一定范圍內(nèi)信息，通過相對簡單的算法和判據(jù)，實現(xiàn)可靠、靈敏的系統(tǒng)保護(hù)功能。即使某個保護(hù)終端決策功能失效，鄰近終端可以作為后備。分散式結(jié)構(gòu)能較好地克服集中式對控制中心設(shè)備要求過高的問題。但作為分散式系統(tǒng)的決策單元，保護(hù)終端獲得電網(wǎng)

13、信息有限，分析和決策能力有限，因此分散式結(jié)構(gòu)往往不能做到全局最優(yōu)控制。分散式結(jié)構(gòu) 分層區(qū)域式的保護(hù)系統(tǒng)由三層構(gòu)成：位于最底層的本地測量單元LMU (Local Measure Unit)、位于中間層的區(qū)域決策層RDU (Region Decision Unit)和位于最頂層的系統(tǒng)監(jiān)控中心SMC (System Monitor Center)。 LMU是用來采集電網(wǎng)實時信息或同時附帶保護(hù)功能的PMUs (Phase Measure Units)；RDU完成數(shù)據(jù)采集保護(hù)控制功能，實現(xiàn)一個保護(hù)分區(qū)的系統(tǒng)保護(hù)；SMC對本地保護(hù)中心進(jìn)行協(xié)調(diào)。在分層區(qū)域式保護(hù)系統(tǒng)中，RDU與此區(qū)域內(nèi)LMU通過光纖連接，正

14、常運(yùn)行時，監(jiān)測本區(qū)域內(nèi)LMU的運(yùn)行狀態(tài)，在擾動發(fā)生后，對LMU上傳信息綜合分析并作出相應(yīng)的決策。決策作出后，一方面下傳至LMU，執(zhí)行閉鎖或操作相應(yīng)的斷路器；另一方面將判斷結(jié)果送至SMC，SMC負(fù)責(zé)實時協(xié)調(diào)和監(jiān)控各區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)。 分層式系統(tǒng)中保護(hù)中心SMC根據(jù)下級單元的判斷結(jié)果從邏輯上進(jìn)行故障定位和全局決策，理論上能有效解決集中式廣域保護(hù)中心計算量大的弊端，對通訊系統(tǒng)的要求也相應(yīng)降低。廣域后備保護(hù)通信一種廣域通信方式 SDH網(wǎng)絡(luò)廣域通信技術(shù)為了實現(xiàn)廣域通信能實現(xiàn)地址過濾等通信要求，可以對基于隧道技術(shù)的直接連接方式、與基于網(wǎng)關(guān)代理的間接連接方式兩種通信模式在應(yīng)用上的差異：兩種通信模式在應(yīng)用上的差異

15、：帶寬的要求。在帶寬富裕的情況下，才能采用基于隧道技術(shù)的通信模式，可以實現(xiàn)多個變電站通信的直接連接，配置的要求。基于隧道技術(shù)的通信模式，配置過后即使通信內(nèi)容改變，通信仍可繼續(xù)進(jìn)行；但是網(wǎng)關(guān)代理模式通信內(nèi)容改變，必須重新配置。 報文的處理。基于隧道技術(shù)的通信模式，不會對報文進(jìn)行解析.網(wǎng)關(guān)代理模式，必須對報文進(jìn)行解析廣域后備保護(hù)發(fā)展趨勢 PMU的引入，為故障元件的檢測提供了新的數(shù)據(jù)源 廣域后備保護(hù)算法將日趨完善 相關(guān)硬件條件逐步完善，比如廣域通訊網(wǎng)絡(luò)、高性能計算機(jī) 由于自治性、協(xié)作性，引入多Agent技術(shù) 人們已嘗試廣域后備保護(hù)工程化設(shè)計與應(yīng)用廣域保護(hù)的應(yīng)用實例 2009年4月3日，南方電網(wǎng)公司重

16、點科技項目“基于廣域信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)的研究與實施”通過了專家組的成果鑒定。 專家組認(rèn)為，該項目提出并實施的基于廣域信息的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電網(wǎng)的協(xié)同控制，并取得了多方面的創(chuàng)新成果；基于同步采樣的廣域信息網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)裝置首次在國際上投入工程運(yùn)行，項目成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，對繼電保護(hù)乃至整個二次系統(tǒng)的發(fā)展都具有重要的引導(dǎo)意義。 該系統(tǒng)從2008年5月28日在廣州供電局4個變電站投入試運(yùn)行以來，經(jīng)歷了多次區(qū)內(nèi)外故障，保護(hù)系統(tǒng)均正確動作。實際應(yīng)用中可能存在的問題與挑戰(zhàn) 若在整個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)集中保護(hù)，由于系統(tǒng)規(guī)模增大造成的大量數(shù)據(jù)采集點、海量數(shù)據(jù)、傳輸距離和速度等因素,會增加廣域繼電保護(hù)實現(xiàn)的難

17、度。 將增加保護(hù)配置、運(yùn)行和維護(hù)的難度，保護(hù)可靠性難以得到保證。 因此，還應(yīng)該結(jié)合實際系統(tǒng)進(jìn)行廣域繼電保護(hù)區(qū)域結(jié)構(gòu)的確立，綜合考慮、合理利用智能電網(wǎng)新技術(shù)，使廣域繼電保護(hù)更有利于實際應(yīng)用。二.站域保護(hù) 新一代智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的架構(gòu)和配置新一代智能變電站繼電保護(hù)配置方案中,將變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)分成三層:就地保護(hù)層、站域保護(hù)層和廣域保護(hù)層。 站域保護(hù)定義：一種基于變電站統(tǒng)一采集的實時信息，在站控層以集中分析或分布協(xié)同方式判定故障，自動調(diào)整動作決策的繼電保護(hù)。站域保護(hù)意義 1)站域保護(hù)可解決現(xiàn)有變電站中雙回線保護(hù)所存在的各類困難和問題: 2)可解決單端量或雙端量故障測距原理都受雙回線間零序互感

18、的影響而無法實現(xiàn)準(zhǔn)確測距的缺陷; 3)通過站域保護(hù)所獲取的信息量，可彌補(bǔ)電子式互感器等一次設(shè)備異常時造成的該間隔保護(hù)功能的缺失，達(dá)到快速切除故障的目的。站域保護(hù)的功能 在一個智能變電站中，站域保護(hù)收集全站內(nèi)所有全站內(nèi)所有間隔的電壓、電流及斷路器、刀閘位置實時信息間隔的電壓、電流及斷路器、刀閘位置實時信息,可為變電站內(nèi)所有一次設(shè)備提供集中的近后備保護(hù),即具備線路近后備、母聯(lián)后備、母線后備、斷路器失靈后備和主變后備等保護(hù)功能。這些保護(hù)功能的體現(xiàn)是一個個獨立的功能模塊,各模塊之間通過站域保護(hù)的整體邏輯來相互配合,配合關(guān)系與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)類似,但站域保護(hù)不與就地保護(hù)有功能和定值上的配合關(guān)系。 站域保護(hù)

19、特點站域后備保護(hù)與單獨配置的快速主保護(hù)協(xié)同工作，互相補(bǔ)充站域保護(hù)可以通過數(shù)據(jù)通道獲取線路對端變電站的部分信息，這不改變站域保護(hù)不依賴WAMS系統(tǒng)的特點站域保護(hù)的硬件配置方案各個模塊功能簡單描述 數(shù)據(jù)采集模塊：通過IEC 61850規(guī)約從智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)上采集保護(hù)所需的電壓、電流電氣量，采集站內(nèi)各斷路器狀態(tài)信息。 故障判別模塊：利用本變電站元件的故障方向信息和故 障距離信息，計算各元件的故障方向信息和故障距離信息，執(zhí)行故障判別算法，確定故障位置。 跳閘決策模塊：站域保護(hù)集成母差保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)和低頻低壓減載等功能于一體，根據(jù)就地電氣量完成相關(guān)的保護(hù)邏輯判斷，并將判斷

20、結(jié)果以GOOSE方式通過過程層網(wǎng)絡(luò)、將跳閘策略發(fā)送到相應(yīng)間隔的智能終端。一種繼電保護(hù)配置方案 本配置方案中，不再按設(shè)備或間隔單獨配置后備保護(hù)，而統(tǒng)一配置站域后備保護(hù)，完成近后備保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)功能。 保護(hù)采用“直采直跳”的模式。 站域后備保護(hù)從過程層 SV 網(wǎng)絡(luò)獲取所需電氣量采樣值，通過過程層 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)向相應(yīng)的斷路器智能終端發(fā)送跳閘信息。一種繼電保護(hù)配置方案站域保護(hù)的方案研究跨線故障保護(hù)選相，由于共享了兩回線的交流信息，保護(hù)可采用六序分量原理實現(xiàn)準(zhǔn)確選相，也可以共享雙回線的差動繼電器動作信息實現(xiàn)后備保護(hù)的輔助選相；雙回線路縱聯(lián)零序保護(hù)易受零序互感影響而誤動，在共享雙回線信息后可綜合兩回線信息進(jìn)行故障判別，可采用鄰線故障信息閉鎖本線縱聯(lián)零序的方案防止其誤動；站域保護(hù)的方案研究阻抗繼電器動作范圍受鄰線運(yùn)行方式影響大，容易超越或拒動，此處可采用鄰線零序電流補(bǔ)償方案實現(xiàn)阻抗的準(zhǔn)確測量。同時保護(hù)還可收集兩回線開關(guān)位置、接地刀閘等信息，實時判別鄰線運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)距離段定值的自適應(yīng)調(diào)整兩回線的保護(hù)獨立完成自適應(yīng)重合閘功能相當(dāng)困難，在獲得鄰線的電氣量和保護(hù)跳閘信息后能采用更多的新方法實現(xiàn)故障性質(zhì)準(zhǔn)確判別 站域保護(hù)優(yōu)點及用途 與傳統(tǒng)的保護(hù)裝置相比，該保護(hù)可通過一套裝置實現(xiàn)原十多套獨立式保護(hù)裝置的功能，大量減少了保護(hù)配置的成本 該保護(hù)數(shù)據(jù)采集采用光纖直