基于智能過程總線技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),承擔(dān)了電力系統(tǒng)電能傳輸和轉(zhuǎn)換任務(wù)。繼電保護(hù)是變電站最為重要的功能之一,是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。我國(guó)第一代智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),采用過程總線通信,引入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),用簡(jiǎn)單的過程總線光纖網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)變電站一、二次設(shè)備間繁多的電纜聯(lián)接,并追加合并單元及智能終端對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行智能化處理,使得數(shù)字化保護(hù)在物理結(jié)構(gòu)及功能運(yùn)行方面與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)存在一定區(qū)別,其可靠性有待進(jìn)一步研究。另

2、外,過程總線通信網(wǎng)絡(luò)所固有的缺陷可能會(huì)對(duì)繼電保護(hù)可靠性產(chǎn)生一定影響。準(zhǔn)確評(píng)估過程總線網(wǎng)絡(luò)性能,對(duì)保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析及其網(wǎng)絡(luò)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要意義。為了維持保護(hù)系統(tǒng)可靠性,需要對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性檢修。如何利用有限的維修資源使保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)是一個(gè)值得研究的課題。
　　本文對(duì)上述問題進(jìn)行了深入研究,主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　1)據(jù)交換式以太網(wǎng)的工作原理以及IEC61850定義的過程總線發(fā)布/訂閱機(jī)制,提出了

3、通信網(wǎng)絡(luò)的最小空間模型。利用最小空間模型構(gòu)建過程總線通信網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)交換空間模型。給出了交換空間模型的多播組劃分方法,為過程總線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　2)深入研究了過程總線的兩種典型的數(shù)據(jù)阻塞模型(即,同步信號(hào)阻塞和非同步信號(hào)阻塞),針對(duì)QoS服務(wù)特性,推導(dǎo)以優(yōu)先級(jí)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)計(jì)算公式。根據(jù)以太網(wǎng)的固有阻塞特性,提出了一種通過比較訂閱端數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間的過程總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延評(píng)估算法。其特點(diǎn)是不需要同步時(shí)鐘源,測(cè)量精度高

4、,可作為過程總線網(wǎng)絡(luò)性能的在線診斷工具。
　　3)開發(fā)了過程總線數(shù)據(jù)流量生成器和接收器,搭建了繼電保護(hù)數(shù)字化仿真平臺(tái),實(shí)驗(yàn)測(cè)試了某一典型變電站的2種過程總線方案的網(wǎng)絡(luò)性能,驗(yàn)證了所提模型和方法的正確性。
　　4)提出了過程總線通信故障模型,從安全性和信賴性兩個(gè)方面,分析了通信故障對(duì)保護(hù)功能的影響。為了評(píng)估供電系統(tǒng)可靠性,建立了由通信故障引起的繼電保護(hù)拒動(dòng)模型。根據(jù)采樣值傳輸特性,提出了過程總線通信故障的檢測(cè)方法。
　　

5、5)根據(jù)國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和IEC61850-90-4組網(wǎng)工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則,提出了幾種典型過程總線組網(wǎng)方案。針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析,引入了改進(jìn)簡(jiǎn)化割集算法,并對(duì)各種過程總線方案進(jìn)行了可靠性分析。
　　6)提出了分布式保護(hù)系統(tǒng)元件可靠性指標(biāo)分配方法,建立了以系統(tǒng)可靠性和設(shè)計(jì)費(fèi)用為目標(biāo)的最優(yōu)化分配模型,并采用評(píng)價(jià)函數(shù)法將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題求解出系統(tǒng)的Pareto最優(yōu)解。
　　7)采用狀態(tài)空間法建立了保護(hù)系統(tǒng)的維修模型,提出