基于故障元件識別的智能電網(wǎng)廣域后備保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全的第一道防線,當(dāng)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(kuò)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(hù)利用被保護(hù)元件單側(cè)信息識別故障,存在整定計(jì)算繁瑣、對電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行方式適應(yīng)性差、在大范圍潮流轉(zhuǎn)移時可能連鎖動作等突出問題。因此,加強(qiáng)繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)的研究,構(gòu)建性能優(yōu)良、適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的繼電保護(hù)系統(tǒng),對保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全,防范大范圍停電事故具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　近

2、年來,隨著廣域同步測量與通信技術(shù)的快速發(fā)展,利用電網(wǎng)多點(diǎn)量測信息識別故障元件,并以此構(gòu)建基于故障元件識別的新型廣域后備保護(hù)的研究得到了廣泛關(guān)注,并已成為智能電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的重要發(fā)展方向。本文在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“集中決策與分布實(shí)現(xiàn)相協(xié)調(diào)的大電網(wǎng)后備保護(hù)系統(tǒng)研究”(50837002)資助下,針對新型廣域后備保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了深入分析與研究。
　　實(shí)際電網(wǎng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如何將其劃分為若干個合理的保護(hù)分區(qū),是廣域后備

3、保護(hù)需解決的關(guān)鍵問題之一。論文以廣域通信可靠性、保護(hù)系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性和分區(qū)通信量均衡性為指標(biāo),并以保護(hù)子站-中心站間的通信時延為約束,構(gòu)建了廣域后備保護(hù)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(yīng)分區(qū)算法,以克服分區(qū)數(shù)目難以預(yù)先確定的問題。該算法根據(jù)各變電站的關(guān)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(jìn)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(yīng)的分區(qū)中,實(shí)現(xiàn)對應(yīng)

4、分區(qū)數(shù)目下的區(qū)域劃分操作。仿真結(jié)果表明,所述分區(qū)優(yōu)化算法可對不同規(guī)模電網(wǎng)進(jìn)行合理劃分,分區(qū)結(jié)果的性能指標(biāo)和通信時延均滿足應(yīng)用要求。
　　利用廣域信息準(zhǔn)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(hù)的研究重點(diǎn)和核心,論文從不同角度對該問題進(jìn)行了分析與研究。根據(jù)電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)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(cè)的故障電壓、電流測量值推算另一側(cè)

5、電壓故障分量和補(bǔ)償電壓分量。并利用兩者與實(shí)測值的比值為動作參數(shù),構(gòu)建綜合比較判據(jù)。以保證算法在線路阻抗與兩側(cè)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(diǎn)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(jìn)而減少廣域通信量。并通過母線序電壓排序搜索故障關(guān)聯(lián)線路,減小故障元件識別計(jì)算量。仿真結(jié)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(guān)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(fù)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(shí)際故障線路一側(cè)、故障線路兩側(cè)的故障電流一般存在較大差異等特性分別構(gòu)建識別判據(jù)。繼而將2種判據(jù)綜合運(yùn)用,利用兩者間的互補(bǔ)性進(jìn)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(guān)聯(lián)支路進(jìn)行故障電流比幅

7、,選取準(zhǔn)故障疑似線路。之后通過關(guān)聯(lián)矩陣計(jì)算,在上傳信息的準(zhǔn)故障疑似線路中搜索故障疑似線路,進(jìn)一步縮小故障區(qū)域。仿真結(jié)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(jì)算量。故障元件識別算法可正確識別各種內(nèi)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(hù)需采集電網(wǎng)內(nèi)多點(diǎn)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(hù)工程應(yīng)用中亟待解決的技術(shù)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(jìn)而以證據(jù)的可依賴度為權(quán)重對證據(jù)源與合成規(guī)則進(jìn)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(hù)故障識別元件、就地保護(hù)元件的動作信息為證據(jù),建立了廣域后備保護(hù)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(jìn)行輔助計(jì)算。并將決策結(jié)果的信任區(qū)間細(xì)分為非故障、不確定