基于故障元件識(shí)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(dòng)作時(shí),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(shí)別故障,存在整定計(jì)算繁瑣、對(duì)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(shí)可能連鎖動(dòng)作等突出問(wèn)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(duì)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(lái),隨著廣域同步測(cè)量與通信技術(shù)的快速發(fā)展,利用電網(wǎng)多點(diǎn)量測(cè)信息識(shí)別故障元件,并以此構(gòu)建基于故障元件識(shí)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(guó)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(duì)新型廣域后備保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(gè)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(wèn)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(shí)延為約束,構(gòu)建了廣域后備保護(hù)的分區(qū)性能評(píng)價(jià)體系。同時(shí),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(wèn)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(gè)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(shí)延均滿足應(yīng)用要求。
　　利用廣域信息準(zhǔn)確識(shí)別故障元件、通過(guò)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(duì)該問(wèn)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(shí)別算法和故障區(qū)域搜索算法。其中,故障元件識(shí)別算法利用線路一側(cè)的故障電壓、電流測(cè)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(cè)值的比值為動(dòng)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(duì)大小不同時(shí),均能正確識(shí)別故障元件。故障區(qū)域搜索算法通過(guò)檢測(cè)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?gòu)V域通信量。并通過(guò)母線序電壓排序搜索故障關(guān)聯(lián)線路,減小故障元件識(shí)別計(jì)算量。仿真結(jié)果表明,故障區(qū)域搜索算法可通過(guò)子站啟動(dòng)檢測(cè)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(shí)別效率。故障元件識(shí)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(shí)別算法和故障區(qū)域搜索算法。其中,故障元件識(shí)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(shí)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(shí)別算法的整體性能。故障區(qū)域搜索算法通過(guò)對(duì)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(guò)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(shí)別計(jì)算量。故障元件識(shí)別算法可正確識(shí)別各種內(nèi)部故障,并在非故障擾動(dòng)發(fā)生時(shí)可靠不誤動(dòng),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(cè)信息識(shí)別故障元件,如何保證其在信息缺失和錯(cuò)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(duì)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(shí)易產(chǎn)生悖論的問(wèn)題。同時(shí),以廣域后備保護(hù)故障識(shí)別元件、就地保護(hù)元件的動(dòng)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(duì)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