廣域保護講座6-20定稿

1、主要內容廣域保護u 廣域后備保護定義u 廣域后備保護意義u 廣域后備保護算法u 廣域后備保護體系結構u 廣域后備保護通訊u 廣域后備保護發(fā)展趨勢u 廣域后備保護目前應用站域保護討論廣域后備保護定義 廣域后備保護是一套完整的保護方案，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，以防止保護動作導致系統(tǒng)崩潰。在廣域保護中，繼電保護和自動控制裝置融為一體，相互配合，協(xié)調動作，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。廣域后備保護意義 現(xiàn)有后備保護配置僅基于本地量信息完成后備保護功能，容易受過負荷等不正常運行狀態(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切

2、負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。 廣域后備保護根據(jù)電網(wǎng)相關區(qū)域內保護、開關動作狀態(tài)或電流/電壓等廣域信息判斷故障元件。廣域后備保護系統(tǒng)在廣域通信網(wǎng)絡的支持下采集空間多點廣域信息，通過智能優(yōu)化和信息處理技術進行綜合決策；由于明確故障線路和保護、開關狀態(tài)及不需要和傳統(tǒng)后備保護進行時限配合，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。廣域后備保護算法 第一類:基于電壓/電流等電氣量信息的廣域后備保護算法 利用原始采集的電壓、電流信息完成廣域后備保護，數(shù)據(jù)較為準確，但對通信實時性、同步性和帶寬的要求較高。 第二類:基于保護動作和斷路器狀態(tài)的廣

3、域后備保護算法。 利用己有保護元件進行分析，對設備改造較少，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)生時保護可能存在不正確動作，且這種不正確動作是無法預知的、具有不確定性。 第三類:基于保護動作和斷路器狀態(tài)、同時利用電壓/電流等電氣量信息的廣域后備保護算法。 第一類算法 文獻1提出一種基于故障關聯(lián)因子的廣域后備保護新方法。該方法在系統(tǒng)正常運行情況下，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲結構及相量測量單元的配置情況，初始化保護關聯(lián)域；借助開關變位信息和啟發(fā)式搜索技術快速更新保護關聯(lián)域。在系統(tǒng)發(fā)生故障之后，通過分析各關聯(lián)域內差動電流故障穩(wěn)態(tài)分量，界定故障關聯(lián)域，實時計算該關聯(lián)域內的故障關聯(lián)因子，據(jù)此確定具

4、體的故障支路。 文獻2提出一種基于故障匹配度的廣域后備保護新方法。該方法在系統(tǒng)正常運行時,根據(jù)系統(tǒng)拓撲和相量測量單元(PMU)的配置情況,形成保護關聯(lián)域。系統(tǒng)發(fā)生故障后,通過分析各關聯(lián)域內差動電流故障穩(wěn)態(tài)分量,界定故障關聯(lián)域,計算該關聯(lián)域內的故障匹配度,故障匹配度最小值對應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的支路判定為故障支路。支路故障穩(wěn)態(tài)等效模型 文獻3提出了一種基于增廣狀態(tài)估計的廣域繼電保護算法，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，進行準確的故障定位。利用相鄰區(qū)域保護裝置的兩側冗余信息，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，提高保護決策的準確度。當某線路兩端的保護裝置量測滿足保護啟動判據(jù)時, 啟動廣域后備保護, 搜集該線路和相鄰線路的保護裝置的量測數(shù)據(jù)以及這些線路兩端母線的母差保護裝置的量測數(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。當存在量測壞數(shù)據(jù)時, 可能把無故障線路當成可疑故障線路。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,把其相應的量測方程刪除, 然后轉步驟2,如果沒有壞數(shù)據(jù), 則轉步驟5。當壞數(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4提出一種基于序分量的廣域后備保護算法 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)母線差動保護的快速集中式后備保護功能，否則進入流程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原理對所有連接于該母線的線路進行區(qū)內和區(qū)外故障判定，最終選出故障線路，確認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5提出一種基于故障電壓分布的新型廣域后備保護算法。該算法利用線路一側電壓電流故障分量的測量值估算另一側的電壓故障分量。以估算值與測量值的比值構成保護判據(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6提出一種利用同步電壓相量進行輸電網(wǎng)絡故障定位的新方法。該方法首先運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。 定義了故障點的匹配指標, 進而基于該指標運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8提出一種基于多信息融合的廣域后備保護算法，根據(jù)電網(wǎng)結構形成系統(tǒng)單個元件故障編碼，基于保護動作信息（包括各變電站IED配置的主保護，距離保護段、段、段，方向保護以及斷路器失靈保護）和斷路器位置信息，建立適應度函數(shù)、期望函數(shù)數(shù)學模型。 將輸電系統(tǒng)元件作為故障識別的對象進行0-1狀態(tài)編碼，0表示正常狀態(tài)，1表示故障狀態(tài)。構造如下適應度函數(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 為正常運行時各組識別編碼的適應

10、度 為實時計算的各組識別編碼的適應度siEiEIEEE 10機 39節(jié)點系統(tǒng) 文獻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算法，根據(jù)線路關聯(lián)系數(shù)推導線路保護相關矩陣。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10提出了一種同時利用傳統(tǒng)保護元件相量測量單元（PMU）數(shù)據(jù)的廣域后備保護算法。先將實時獲得的廣域保護動作加權，得到綜合判斷值，然后采用高斯函數(shù)獲得對應的故障概率。同時根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由正序電壓幅值、線路兩側正序電流相角差，計算得到PMU數(shù)據(jù)對應的故障概率，再將兩種故障概率加權綜合。 我自己

11、已研究的算法 當線路的主保護至少有一側未動作而其 兩側的保護有動作時，就啟動該線路的廣域后備保護決策.通過廣域通信網(wǎng)絡收集各廣域后備保護元件(主保護、距離I段、距離II段、距離III段、方向元件）的動作值，進行加權計算，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動作對應的綜合判斷故障概率PI。 再由PMU 獲得各線路的故障概率PM。 然后將兩者進行加權融合，得到最終的故障概率 多組實驗表明該方法具有較高準確性、適應性。多組實驗表明該方法具有較高準確性、適應性。廣域繼電保護系統(tǒng)的體系結構 集中式結構集中式結構： 集中式保護系統(tǒng)由控制中

12、心進行決策，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)廣域保護的優(yōu)勢。但是集中式結構對控制中心設備要求過高，因此必須配置備用的中心設備；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)的準確性、可靠性、實時性決定著控制中心的分析結果。集中式結構 分散式結構分散式結構： 分散式保護系統(tǒng)由各分散的保護終端SPT進行決策，各保護終端利用一定范圍內信息，通過相對簡單的算法和判據(jù)，實現(xiàn)可靠、靈敏的系統(tǒng)保護功能。即使某個保護終端決策功能失效，鄰近終端可以作為后備。分散式結構能較好地克服集中式對控制中心設備要求過高的問題。但作為分散式系統(tǒng)的決策單元，保護終端獲得電網(wǎng)

13、信息有限，分析和決策能力有限，因此分散式結構往往不能做到全局最優(yōu)控制。分散式結構 分層區(qū)域式的保護系統(tǒng)由三層構成：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功能的PMUs (Phase Measure Units)；RDU完成數(shù)據(jù)采集保護控制功能，實現(xiàn)一個保護分區(qū)的系統(tǒng)保護；SMC對本地保護中心進行協(xié)調。在分層區(qū)域式保護系統(tǒng)中，RDU與此區(qū)域內LMU通過光纖連接，正

14、常運行時，監(jiān)測本區(qū)域內LMU的運行狀態(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)行閉鎖或操作相應的斷路器；另一方面將判斷結果送至SMC，SMC負責實時協(xié)調和監(jiān)控各區(qū)域保護系統(tǒng)。 分層式系統(tǒng)中保護中心SMC根據(jù)下級單元的判斷結果從邏輯上進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中心計算量大的弊端，對通訊系統(tǒng)的要求也相應降低。廣域后備保護通信一種廣域通信方式 SDH網(wǎng)絡廣域通信技術為了實現(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的直接連接方式、與基于網(wǎng)關代理的間接連接方式兩種通信模式在應用上的差異：兩種通信模式在應用上的差異

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?；谒淼兰夹g的通信模式，配置過后即使通信內容改變，通信仍可繼續(xù)進行；但是網(wǎng)關代理模式通信內容改變，必須重新配置。 報文的處理?；谒淼兰夹g的通信模式，不會對報文進行解析.網(wǎng)關代理模式，必須對報文進行解析廣域后備保護發(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 廣域后備保護算法將日趨完善 相關硬件條件逐步完善，比如廣域通訊網(wǎng)絡、高性能計算機 由于自治性、協(xié)作性，引入多Agent技術 人們已嘗試廣域后備保護工程化設計與應用廣域保護的應用實例 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)絡保護系統(tǒng)的研究與實施”通過了專家組的成果鑒定。 專家組認為，該項目提出并實施的基于廣域信息的區(qū)域網(wǎng)絡保護系統(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)絡保護系統(tǒng)裝置首次在國際上投入工程運行，項目成果達到國際領先水平，對繼電保護乃至整個二次系統(tǒng)的發(fā)展都具有重要的引導意義。 該系統(tǒng)從2008年5月28日在廣州供電局4個變電站投入試運行以來，經(jīng)歷了多次區(qū)內外故障，保護系統(tǒng)均正確動作。實際應用中可能存在的問題與挑戰(zhàn) 若在整個系統(tǒng)內實現(xiàn)集中保護，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實現(xiàn)的難

17、度。 將增加保護配置、運行和維護的難度，保護可靠性難以得到保證。 因此，還應該結合實際系統(tǒng)進行廣域繼電保護區(qū)域結構的確立，綜合考慮、合理利用智能電網(wǎng)新技術，使廣域繼電保護更有利于實際應用。二.站域保護 新一代智能變電站繼電保護系統(tǒng)的架構和配置新一代智能變電站繼電保護配置方案中,將變電站繼電保護系統(tǒng)分成三層:就地保護層、站域保護層和廣域保護層。 站域保護定義：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，自動調整動作決策的繼電保護。站域保護意義 1)站域保護可解決現(xiàn)有變電站中雙回線保護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)準確測距的缺陷; 3)通過站域保護所獲取的信息量，可彌補電子式互感器等一次設備異常時造成的該間隔保護功能的缺失，達到快速切除故障的目的。站域保護的功能 在一個智能變電站中，站域保護收集全站內所有全站內所有間隔的電壓、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,可為變電站內所有一次設備提供集中的近后備保護,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功能。這些保護功能的體現(xiàn)是一個個獨立的功能模塊,各模塊之間通過站域保護的整體邏輯來相互配合,配合關系與傳統(tǒng)的繼電保護類似,但站域保護不與就地保護有功能和定值上的配合關系。 站域保護

19、特點站域后備保護與單獨配置的快速主保護協(xié)同工作，互相補充站域保護可以通過數(shù)據(jù)通道獲取線路對端變電站的部分信息，這不改變站域保護不依賴WAMS系統(tǒng)的特點站域保護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)絡上采集保護所需的電壓、電流電氣量，采集站內各斷路器狀態(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：站域保護集成母差保護、變壓器保護、線路保護、斷路器失靈保護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的保護邏輯判斷，并將判斷

20、結果以GOOSE方式通過過程層網(wǎng)絡、將跳閘策略發(fā)送到相應間隔的智能終端。一種繼電保護配置方案 本配置方案中，不再按設備或間隔單獨配置后備保護，而統(tǒng)一配置站域后備保護，完成近后備保護和斷路器失靈保護功能。 保護采用“直采直跳”的模式。 站域后備保護從過程層 SV 網(wǎng)絡獲取所需電氣量采樣值，通過過程層 GOOSE 網(wǎng)絡向相應的斷路器智能終端發(fā)送跳閘信息。一種繼電保護配置方案站域保護的方案研究跨線故障保護選相，由于共享了兩回線的交流信息，保護可采用六序分量原理實現(xiàn)準確選相，也可以共享雙回線的差動繼電器動作信息實現(xiàn)后備保護的輔助選相；雙回線路縱聯(lián)零序保護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；站域保護的方案研究阻抗繼電器動作范圍受鄰線運行方式影響大，容易超越或拒動，此處可采用鄰線零序電流補償方案實現(xiàn)阻抗的準確測量。同時保護還可收集兩回線開關位置、接地刀閘等信息，實時判別鄰線運行狀態(tài)，實現(xiàn)距離段定值的自適應調整兩回線的保護獨立完成自適應重合閘功能相當困難，在獲得鄰線的電氣量和保護跳閘信息后能采用更多的新方法實現(xiàn)故障性質準確判別 站域保護優(yōu)點及用途 與傳統(tǒng)的保護裝置相比，該保護可通過一套裝置實現(xiàn)原十多套獨立式保護裝置的功能，大量減少了保護配置的成本 該保護數(shù)據(jù)采集采用光纖直