基于故障元件識別的智能電網(wǎng)廣域后備保護關鍵技術研究.pdf

1、繼電保護是保障電網(wǎng)安全的第一道防線,當其快速、可靠動作時,可有效遏制電網(wǎng)狀態(tài)惡化;反之,則可能擴大事故范圍,甚至引發(fā)全網(wǎng)大面積停電事故。傳統(tǒng)后備保護利用被保護元件單側信息識別故障,存在整定計算繁瑣、對電網(wǎng)復雜運行方式適應性差、在大范圍潮流轉移時可能連鎖動作等突出問題。因此,加強繼電保護新原理與新技術的研究,構建性能優(yōu)良、適應復雜電網(wǎng)運行環(huán)境的繼電保護系統(tǒng),對保障電力系統(tǒng)運行安全,防范大范圍停電事故具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　近

2、年來,隨著廣域同步測量與通信技術的快速發(fā)展,利用電網(wǎng)多點量測信息識別故障元件,并以此構建基于故障元件識別的新型廣域后備保護的研究得到了廣泛關注,并已成為智能電網(wǎng)保護技術的重要發(fā)展方向。本文在國家自然科學基金重點項目“集中決策與分布實現(xiàn)相協(xié)調的大電網(wǎng)后備保護系統(tǒng)研究”(50837002)資助下,針對新型廣域后備保護系統(tǒng)的關鍵技術問題進行了深入分析與研究。
　　實際電網(wǎng)規(guī)模龐大、結構復雜,如何將其劃分為若干個合理的保護分區(qū),是廣域后備

3、保護需解決的關鍵問題之一。論文以廣域通信可靠性、保護系統(tǒng)投資經(jīng)濟性和分區(qū)通信量均衡性為指標,并以保護子站-中心站間的通信時延為約束,構建了廣域后備保護的分區(qū)性能評價體系。同時,提出了一種基于雙層聚類的自適應分區(qū)算法,以克服分區(qū)數(shù)目難以預先確定的問題。該算法根據(jù)各變電站的關聯(lián)支路數(shù),將電網(wǎng)初分為多個候選分區(qū),繼而根據(jù)候選分區(qū)數(shù)目確定進化群體中的基因鏈長度。之后,根據(jù)各基因鏈中基因值的變化,將未激活的候選分區(qū)逐一劃分至相應的分區(qū)中,實現(xiàn)對應

4、分區(qū)數(shù)目下的區(qū)域劃分操作。仿真結果表明,所述分區(qū)優(yōu)化算法可對不同規(guī)模電網(wǎng)進行合理劃分,分區(qū)結果的性能指標和通信時延均滿足應用要求。
　　利用廣域信息準確識別故障元件、通過故障區(qū)域搜索降低信息交互量是廣域后備保護的研究重點和核心,論文從不同角度對該問題進行了分析與研究。根據(jù)電網(wǎng)中各節(jié)點故障分量電壓的分布特性,提出了基于故障電壓比較的故障元件識別算法和故障區(qū)域搜索算法。其中,故障元件識別算法利用線路一側的故障電壓、電流測量值推算另一側

5、電壓故障分量和補償電壓分量。并利用兩者與實測值的比值為動作參數(shù),構建綜合比較判據(jù)。以保證算法在線路阻抗與兩側系統(tǒng)阻抗相對大小不同時,均能正確識別故障元件。故障區(qū)域搜索算法通過檢測節(jié)點故障電壓與支路故障電流的變化幅度確定故障所在區(qū)域,進而減少廣域通信量。并通過母線序電壓排序搜索故障關聯(lián)線路,減小故障元件識別計算量。仿真結果表明,故障區(qū)域搜索算法可通過子站啟動檢測和故障關聯(lián)線路搜索,有效降低子站上傳信息量和提高故障元件識別效率。故障元件識別

6、算法在多種復雜條件下均能做出正確判斷,具有較高的靈敏性與良好的安全性。
　　論文根據(jù)電網(wǎng)中各支路故障分量電流的分布特性,提出了基于故障電流分布的故障元件識別算法和故障區(qū)域搜索算法。其中,故障元件識別算法根據(jù)最大故障電流出現(xiàn)在實際故障線路一側、故障線路兩側的故障電流一般存在較大差異等特性分別構建識別判據(jù)。繼而將2種判據(jù)綜合運用,利用兩者間的互補性進一步提高故障元件識別算法的整體性能。故障區(qū)域搜索算法通過對子站關聯(lián)支路進行故障電流比幅

7、,選取準故障疑似線路。之后通過關聯(lián)矩陣計算,在上傳信息的準故障疑似線路中搜索故障疑似線路,進一步縮小故障區(qū)域。仿真結果表明,所述故障區(qū)域搜索算法可有效降低子站信息傳輸量和中心站故障元件識別計算量。故障元件識別算法可正確識別各種內部故障,并在非故障擾動發(fā)生時可靠不誤動,具有良好的安全性。
　　廣域后備保護需采集電網(wǎng)內多點量測信息識別故障元件,如何保證其在信息缺失和錯誤情況下作出正確決策,是廣域后備保護工程應用中亟待解決的技術難題。論

8、文利用D-S證據(jù)理論,提出了基于多源信息融合的智能決策模型與算法。其中,決策算法利用Manhattan距離衡量證據(jù)多屬性間的沖突程度,進而以證據(jù)的可依賴度為權重對證據(jù)源與合成規(guī)則進行修正,克服了經(jīng)典合成規(guī)則在高沖突證據(jù)融合時易產(chǎn)生悖論的問題。同時,以廣域后備保護故障識別元件、就地保護元件的動作信息為證據(jù),建立了廣域后備保護智能決策模型。利用支路故障電流選線對距離Ⅱ、Ⅲ段元件的信任度進行輔助計算。并將決策結果的信任區(qū)間細分為非故障、不確定