廣域保護(hù)研究現(xiàn)狀

廣域保護(hù)研究現(xiàn)狀徐巖繼電保護(hù)與安全控制技術(shù)研究所華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院（博士，副教授）主要內(nèi)容廣域保護(hù)背景、意義1廣域保護(hù)系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)2廣域后備保護(hù)算法及實(shí)例3主要內(nèi)容廣域保護(hù)系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)2廣域后備保護(hù)算法及實(shí)例3廣域保護(hù)背景、意義研究背景我國的電力工業(yè)以及電網(wǎng)建設(shè)在過去的幾十年中成就顯著。到2010年底，全國電力裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)突破9億千瓦，在過去的31年中裝機(jī)容量共累計(jì)增長了14倍，并連續(xù)14年處于世界第二位[1]。188912134328344364304192320042006200920102003247472007342683153020052008全社會用電量（億千瓦時(shí)）華北電網(wǎng)華東電網(wǎng)西北電網(wǎng)華中電網(wǎng)東北電網(wǎng)南方電網(wǎng)西電東送南北互供全國聯(lián)網(wǎng)電力發(fā)展格局正在逐步實(shí)現(xiàn)，我國正在形成一個(gè)弱聯(lián)系的全國互聯(lián)大電網(wǎng)。500kv220kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站2020年西電東送方案京津唐長江三角洲珠江三角洲傳輸功率1.2億千瓦3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2015-2020DCPossibleInternationalconnection伴隨著我國電力工業(yè)市場化的進(jìn)程，各互聯(lián)電網(wǎng)之間的功率交換越來越頻繁，輸電線路也日趨工作于穩(wěn)定極限的邊緣。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和運(yùn)行控制的難度之大在世界范圍內(nèi)也是罕見[2-7]。如何保證復(fù)雜大電網(wǎng)的安全運(yùn)行是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的課題。世界各國發(fā)生大停電事故事故名稱發(fā)生時(shí)間事故后果美國西部大停電2003.8.14損失負(fù)荷61.8GW，停電8州1省5000萬人，停電面積24000平方公里，最長停電29小時(shí)，損失300億美元。意大利2003.9.28影響5400萬人口（全國人口93%），6,400MW的功率缺額，最后導(dǎo)致頻率崩潰，停電19小時(shí)，損失3億歐元。華中電網(wǎng)停電事故2006.7.126臺發(fā)電機(jī)組跳閘，損失出力6000MW；華中和華北的弱聯(lián)系單回500kV聯(lián)絡(luò)線手動(dòng)解列；華中電網(wǎng)的正常頻率從50Hz下降到49.1Hz，負(fù)荷損失近2580MW。歐洲電網(wǎng)大停電2006.11.4法國和德國人口最密集的地區(qū)以及比利時(shí)、意大利、西班牙、奧地利的部分地區(qū)發(fā)生停電，其中包括法國首都巴黎部分地區(qū)。大多數(shù)地區(qū)在半小時(shí)內(nèi)恢復(fù)供電，最嚴(yán)重的地區(qū)停電達(dá)1個(gè)半小時(shí)。日本停電2011.3.11出現(xiàn)嚴(yán)重的電力短缺，僅東京地區(qū)的電力供應(yīng)缺口就高達(dá)

1000萬千瓦原因:強(qiáng)臺風(fēng)“達(dá)維”海南省2005.9.262008年初中國南方雪災(zāi)

對電力系統(tǒng)的影響今年1月10日以來，我國南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的低溫、雨雪冰凍天氣，給輸變電設(shè)施帶來大面積覆冰，覆冰厚度普遍超過30毫米，局部地區(qū)達(dá)到80毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成輸電線路大量倒塔、斷線，電力設(shè)施大范圍損毀。國家電網(wǎng)公司所屬10個(gè)省級電網(wǎng)遭受嚴(yán)重災(zāi)害。公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)華中、華東及所屬10個(gè)省級電網(wǎng)遭受嚴(yán)重災(zāi)害，其中湖南、浙江、江西電網(wǎng)設(shè)施損毀嚴(yán)重。公司經(jīng)營區(qū)域共有37個(gè)地市的545個(gè)縣（區(qū)）、2706萬用戶受到影響。公司所屬電網(wǎng)共有17.2萬基高壓桿塔倒塌，1.2萬基受損；高壓線路斷線12.9萬處；低壓線路倒斷桿51.9萬基，低壓線路受損15.3萬公里；各電壓等級線路停運(yùn)15.3萬條，變電站停運(yùn)884座；公司系統(tǒng)通信光纜受損約2860公里，國家電網(wǎng)直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)104.5億元。

中國南方最低溫度是零下五攝氏度，中國北方很多地方的氣溫可以達(dá)到零下二三十?dāng)z氏度，為什么沒有形成這樣的冰呢？中國電力工程顧問集團(tuán)公司高級工程師梁正平介紹說，南方第一濕度比較大，第二氣溫在零攝氏度和零下五攝氏度之間，非常適宜上凍，在一定風(fēng)的作用下冰的厚度還不斷地增加。中國電力顧問公司總工程師吳云說，像這樣的雙回線鐵塔，它的重量大概是6噸，但是在結(jié)了冰后，重量大概達(dá)到50噸，是原來的6倍，因此壓垮了鐵塔，導(dǎo)致輸變電線路斷電。

災(zāi)害原因

國家電網(wǎng)3月8日在北京舉行新聞發(fā)布會，國家電網(wǎng)受災(zāi)最嚴(yán)重的湖南、浙江電網(wǎng)抗災(zāi)救災(zāi)重建工作取得最后勝利，至此，國家電網(wǎng)公司轄區(qū)電網(wǎng)供電能力恢復(fù)到雪災(zāi)前水平，提前20天完成了黨中央、國務(wù)院提出的任務(wù)。為提高電網(wǎng)應(yīng)對冰雪的應(yīng)對能力，國家電網(wǎng)公司正在調(diào)研提高電網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的方案。據(jù)有關(guān)人士估算，改造電網(wǎng)至少需要5000億元以上。災(zāi)后重建南方電力受災(zāi)嚴(yán)重的原因是電力設(shè)備抗災(zāi)能力不夠。對此，國家電網(wǎng)公司表示，今年將投資2500多億元加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，提高電網(wǎng)的抗災(zāi)能力。國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞說：“今年計(jì)劃電網(wǎng)投資2532億元，基建任務(wù)十分繁重，爭取在用科技減災(zāi)、科技破冰方面盡快立項(xiàng)?！?/p>

災(zāi)后反思2006年國外停電事故國家發(fā)生時(shí)間事故后果美國東北地區(qū)2006.10.28肆虐的狂風(fēng)將很多社區(qū)的樹木和電線桿連根拔起，造成美國東北部成千上萬的居民生活斷電。加拿大部分省2006.10.28每小時(shí)100千米的狂風(fēng)過后，兩省出現(xiàn)大面積停電，波及多倫多、蒙特利爾和魁北克城等大中城市，共有約8萬人受災(zāi)。歐洲電網(wǎng)2006.11.4法國和德國人口最密集的地區(qū)以及比利時(shí)、意大利、西班牙、奧地利的部分地區(qū)發(fā)生停電，其中包括法國首都巴黎部分地區(qū)。大多數(shù)地區(qū)在半小時(shí)內(nèi)恢復(fù)供電，最嚴(yán)重的地區(qū)停電達(dá)1個(gè)半小時(shí)。美國紐約2006.7.17天氣過熱，造成地下輸電線路損傷。紐約市在賴克斯島的監(jiān)獄群不得不啟用自備發(fā)電機(jī)，受此次停電事故影響的用戶人數(shù)可能高達(dá)10萬人。某些地區(qū)停電時(shí)間長達(dá)一周。日本東京2006.8.14東京、千葉和神奈川兩縣(省)的139.1萬用戶蒙受停電之苦，數(shù)以百計(jì)的交通信號燈“失明”，東京市繁如蛛網(wǎng)的地鐵和電車停運(yùn)，公共交通系統(tǒng)幾乎癱瘓，許多人被困在戛然而止的電梯中。Blackoutsintheworld,2006EuropePowerGridBlackout,2006.11.4CAB國外03年發(fā)生的大停電事故－特大停電事故是現(xiàn)代社會的災(zāi)難國家發(fā)生時(shí)間事故名稱事故后果美國2003.8.14北美東部網(wǎng)損失負(fù)荷61.8GW，停電8州1省5000萬人，停電面積24000平方公里，最長停電29小時(shí)，損失300億美元。瑞典丹麥2003.9.23瑞典－丹麥停電1800MW，影響500萬人用電，停6.5小時(shí)意大利2003.9.28意大利6,400MW的功率缺額，最后導(dǎo)致頻率崩潰，全國停電19小時(shí)。英國2003.8.28倫敦地鐵停電724MW，影響41萬用戶，50萬乘客被困，停電37分鐘～1小時(shí)馬來西亞2003.9.1馬來西亞馬來西亞北方5個(gè)州發(fā)生大停電事故，停電持續(xù)約4個(gè)小時(shí)。美國發(fā)生的其它大停電事故－預(yù)防特大停電事故是對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)事故名稱時(shí)間事故后果美國東北部大停電1965.11.9最長停電時(shí)間達(dá)13h，影響居民3000萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億美元。紐約大停電事故1977.7.13停電時(shí)間達(dá)25h，停電引起貧民區(qū)縱火與搶劫，華爾街計(jì)算機(jī)停電，損失價(jià)值超過百萬人小時(shí)。美國西部網(wǎng)大停電1994.12.14系統(tǒng)解列成東西南北四個(gè)大島，事故影響到14個(gè)州200萬人的用電。美國西部網(wǎng)大停電1996.7.2系統(tǒng)解列成五個(gè)孤島，事故影響14個(gè)州200萬用戶美國西部網(wǎng)大停電1996.8.10系統(tǒng)解列成四個(gè)孤島，事故影響9個(gè)州750萬用戶AnExample:August14,2003BlackoutintheUnitedStatesandCanada大停電的直接原因分析：在部分元件停運(yùn)檢修狀態(tài)下，局部發(fā)生故障；故障切除后運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移中部分輸電元件運(yùn)行異?；虮Ｗo(hù)誤動(dòng)；后備保護(hù)和自動(dòng)裝置切除過載的輸電元件；連鎖過載被切除后的輸電通道轉(zhuǎn)移及系統(tǒng)不穩(wěn)定；輸電網(wǎng)絡(luò)被大面積的無序斷開后低周波、低電壓、高周波等自動(dòng)裝置分散動(dòng)作使系統(tǒng)崩潰。大停電事故及其教訓(xùn)大停電事故的啟示：任意堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)都存在較薄弱的運(yùn)行方式和嚴(yán)重的運(yùn)行狀態(tài)；跟蹤運(yùn)行方式和適應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是不可缺或的；分散安裝、獨(dú)立動(dòng)作的自動(dòng)裝置可能保護(hù)電網(wǎng)，也可能切跨電網(wǎng)；電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的不安全，是大停電事故的直接原因；電網(wǎng)的無序解列、開斷造成了恢復(fù)的困難?？晌〉慕逃?xùn)：元件的故障或擾動(dòng)，在局部系統(tǒng)內(nèi)部采取措施來消除影響，不使其擴(kuò)散到局部系統(tǒng)外；區(qū)域系統(tǒng)之間輸電斷面上的故障，切除故障元件后盡量保持輸電斷面的完整性；反應(yīng)元件運(yùn)行異常的保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)的安全自動(dòng)裝置協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證網(wǎng)絡(luò)連接的強(qiáng)壯性，盡量滿足輸電能力與輸電需求的平衡，切不可獨(dú)立、無序亂動(dòng)；互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應(yīng)按功率盡可能平衡的原則有序解列，避免大面積停電，并有利快速恢復(fù)。各國學(xué)者從不同的角度對造成大停電事故的原因做過各種層次的分析，統(tǒng)計(jì)資料顯示，75％的大停電事故往往引發(fā)于后備保護(hù)配合不當(dāng)與連鎖反應(yīng)。面對新情況，需要重新思考、定位后備保護(hù)。事故分析：傳統(tǒng)保護(hù)的局限性

現(xiàn)有電網(wǎng)中的后備保護(hù)僅反應(yīng)保護(hù)安裝處的信息，受電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系與運(yùn)行方式的影響。后備保護(hù)配合關(guān)系復(fù)雜，動(dòng)作時(shí)間長。嚴(yán)重時(shí)有可能不滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性所要求的極限切除時(shí)間，進(jìn)而成為大電網(wǎng)的安全隱患。

為保證其可靠性，不得不按照最嚴(yán)酷的情況進(jìn)行配置和整定；為保證其選擇性，不得不犧牲后備保護(hù)的快速性與靈敏性。同時(shí)由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，就導(dǎo)致：后備保護(hù)配置與整定的難度大，且不能跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，甚至可能出現(xiàn)保護(hù)失配或靈敏度不足的情況。后備保護(hù)不能區(qū)分內(nèi)部故障與故障切除后引起的潮流轉(zhuǎn)移，這有可能導(dǎo)致重負(fù)荷情況下的后備保護(hù)連鎖跳閘。

然而由于存在變電站直流電源消失、主保護(hù)失效的可能，以距離三段為代表的傳統(tǒng)后備保護(hù)不能被完全取消，而需要進(jìn)行優(yōu)化配置以有效適應(yīng)當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多變的現(xiàn)狀。但是現(xiàn)有的僅依靠本地信息并考慮相互配合實(shí)現(xiàn)后備功能的保護(hù)設(shè)計(jì)理念在解決上述問題面前已經(jīng)捉襟見肘，這種局限性也導(dǎo)致了后備保護(hù)在眾多大停電事故中對系統(tǒng)崩潰扮演了推波助瀾的角色。傳統(tǒng)保護(hù)的局限性計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，隨著被應(yīng)用在電力系統(tǒng)的相量測量裝置PMU(PhasorMeasurementUnit)不斷增多，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)大范圍的同步數(shù)據(jù)采集[9]，逐漸構(gòu)成了廣域同步測量系統(tǒng)WAMS(WideAreaMeasurementSystem)。WAMSPMUPMUPMUWAMS可獲取全網(wǎng)同步動(dòng)態(tài)信息，并且高速數(shù)據(jù)傳輸可使主站的數(shù)據(jù)更新達(dá)到20～50ms[10]，這使得從電網(wǎng)整體最優(yōu)的角度進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)成為可能，一種基于網(wǎng)絡(luò)通信、多點(diǎn)信息綜合比較判斷的廣域保護(hù)系統(tǒng)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。WAMS研究如何充分發(fā)揮廣域繼電保護(hù)根據(jù)多點(diǎn)故障信息準(zhǔn)確判斷故障元件的能力，對傳統(tǒng)保護(hù)進(jìn)行補(bǔ)充，從而更準(zhǔn)確、更快速的切除系統(tǒng)故障，滿足復(fù)雜的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求，減少大停電等事故的發(fā)生，保證人們用電的質(zhì)量，具有重要的意義[11,12]。廣域保護(hù)的意義主要內(nèi)容廣域保護(hù)背景、意義1廣域后備保護(hù)算法及實(shí)例3廣域保護(hù)系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)對廣域保護(hù)的功能及控制手段等進(jìn)行了定義：廣域保護(hù)的定義依賴電力系統(tǒng)多點(diǎn)的信息，對故障進(jìn)行快速、可靠、精確的切除，同時(shí)分析故障切除對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并采取相應(yīng)的控制措施，可提高輸電線可用容量或系統(tǒng)可靠性，這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置功能的系統(tǒng)，稱為廣域保護(hù)系統(tǒng)[13]。廣域保護(hù)在電網(wǎng)保護(hù)控制中是基本定位于常規(guī)保護(hù)及SCADA/EMS之間的系同保護(hù)控制手段，其動(dòng)作范圍在100ms-100s之間

。廣域保護(hù)的定義易維護(hù)及易擴(kuò)展性魯棒性有效性可靠性選擇性可測性廣域保護(hù)性能特點(diǎn)[14]廣域保護(hù)的性能特點(diǎn)有足夠的采樣點(diǎn)，從而能準(zhǔn)確得到所需的系統(tǒng)狀態(tài)，包括正常運(yùn)行狀態(tài)及故障。選擇性可測性能根據(jù)運(yùn)行準(zhǔn)則準(zhǔn)確判別不安全的系統(tǒng)狀態(tài)（包括預(yù)警及安全運(yùn)行域的確定）。這是廣域保護(hù)系統(tǒng)的核心要求。這不僅需要準(zhǔn)確可靠的同步測量數(shù)據(jù)，還依賴于有效的實(shí)時(shí)分析能力。自然還必須選擇正確的和最小的動(dòng)作行為來執(zhí)行預(yù)期的控制，以避免大面積的甩負(fù)荷或切機(jī)等不準(zhǔn)確操作。廣域保護(hù)的性能特點(diǎn)整個(gè)廣域保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)作要有足夠的可靠性。這牽涉到各個(gè)環(huán)節(jié)，從數(shù)據(jù)采集，通訊系統(tǒng)，軟件分析，到執(zhí)行終端（跳閘、切機(jī)、切負(fù)荷等）。應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)娜哂嗉皞浞?，并保證關(guān)鍵設(shè)備故障時(shí)備用件的自動(dòng)切換。有效性可靠性主要指穩(wěn)控措施的實(shí)施速度和精度。任何穩(wěn)控措施的實(shí)施都有速度要求，滿足這樣的要求需要硬件和軟件的協(xié)調(diào)配合。穩(wěn)控措施的實(shí)施精度直接影響到穩(wěn)控的效果，因而也需仔細(xì)考慮。廣域保護(hù)的性能特點(diǎn)在可靠地、安全地和穩(wěn)定地運(yùn)行的前提下，廣域保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到各種可能的系統(tǒng)運(yùn)行方式。對未考慮的運(yùn)行方式應(yīng)有防誤動(dòng)措施。易維護(hù)及易擴(kuò)展性魯棒性在實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用開放式及模塊式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能較好地滿足這樣的要求。廣域保護(hù)的性能特點(diǎn)廣域保護(hù)系統(tǒng)的功能組成以廣域信息的采集、傳送、分析和使用為主線，廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成基本上可以分為三大部分[15]。第一部分是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。由安裝在各變電站的同步相量測量裝置（PMU）之間相互通訊，及與安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心、變電站或發(fā)電廠的主站通訊構(gòu)成電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)（WAMS）實(shí)現(xiàn)對地域廣闊的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和分析。第二部分包括廣域繼電保護(hù)算法和廣域自動(dòng)控制策略，安裝在各變電站的PMU相互通訊，就地實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)功能，且主站根據(jù)采集到的電網(wǎng)中分布的各變電站PMU實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，檢測故障，分析擾動(dòng)，提出投切線路、負(fù)荷和機(jī)組等控制策略。廣域保護(hù)系統(tǒng)的功能組成第三部分是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，由安裝在各變電站的自動(dòng)控制裝置與安裝在調(diào)度的控制中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)廣域自動(dòng)控制策略。廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，變電站與變電站之間需要通信，同時(shí)在同其他子站通信時(shí)，變電站中的保護(hù)終端單元可以實(shí)現(xiàn)集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)。據(jù)此，廣域保護(hù)系統(tǒng)可分為集中式、分布式兩種結(jié)構(gòu)形式[16，17]。

集中式分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)在每個(gè)變電站設(shè)置一個(gè)中央處理單元，稱為廣域保護(hù)模塊，變電站的所有廣域保護(hù)算法都集中在中央處理單元中。集中式結(jié)構(gòu)繼電保護(hù)終端設(shè)備主要完成以下功能：采集保護(hù)安裝處的模擬量和開關(guān)量等信息；對采集到的信息進(jìn)行簡單的處理；與中央單元通信上傳信息，接受來自中央單元的命令信息；依據(jù)接收到的中央單元命令信息，執(zhí)行相應(yīng)的跳閘，分合開關(guān)等操作命令。集中式結(jié)構(gòu)中央單元接收來自多個(gè)繼電保護(hù)終端設(shè)備的信息，完成廣域保護(hù)系統(tǒng)的各種功能，做出繼電保護(hù)決策后再經(jīng)通信系統(tǒng)下達(dá)到繼電保護(hù)終端設(shè)備執(zhí)行。中央單元的功能：集中式結(jié)構(gòu)實(shí)際上只在功能決策環(huán)節(jié)上進(jìn)行了集中，而從信息的采集和通信角度看則屬于分層分布式的結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)在變電站各測量點(diǎn)裝設(shè)IED，每個(gè)IED的地位是平等的，在變電站內(nèi)不設(shè)中央單元。分布式結(jié)構(gòu)IED完成的功能主要有：分布式結(jié)構(gòu)與其它IED進(jìn)行對等(Peer-to-Peer)通信；根據(jù)自身的信息和通過通信系統(tǒng)接收到的來自其它IED的信息做出保護(hù)策略；根據(jù)自身做出的保護(hù)策略執(zhí)行跳、合開關(guān)的操作。采集安裝點(diǎn)的模擬量信息和開關(guān)量信息；在分布式結(jié)構(gòu)中保護(hù)策略是在各測量點(diǎn)的IED中完成的，在子站可以設(shè)上位機(jī)，但它們只對分布式的IED進(jìn)行管理和監(jiān)視，并不參與保護(hù)策略的形成過程。分布式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)與分布式結(jié)構(gòu)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)集中式結(jié)構(gòu)測量和命令執(zhí)行功能被分散到多個(gè)終端設(shè)備中完成，中央單元只保留決策功能。對中央單元的依賴程度很高，需要對中央單元進(jìn)行雙機(jī)或多機(jī)備用配置；信息交換的延時(shí)較大。分布式結(jié)構(gòu)受IED故障的影響較小，某個(gè)IED故障一般不會影響到整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的工作；通信延時(shí)不會較長。IED數(shù)量比較多，子系統(tǒng)之間的通信都是由IED來獨(dú)立完成的，廠站子系統(tǒng)之間的通信量會很大。集中決策與分布實(shí)現(xiàn)相協(xié)調(diào)后備保護(hù)總體方案 基于廣域信息的新型后備保護(hù)依據(jù)故障情況，分三個(gè)不同階段進(jìn)行考慮：故障前，故障中以及故障后：故障前根據(jù)PMU信息，實(shí)時(shí)跟蹤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\(yùn)行方式變化，并在線計(jì)算潮流轉(zhuǎn)移因子。故障中快速、準(zhǔn)確定位故障元件，界定關(guān)聯(lián)保護(hù)域，同時(shí)在線自適應(yīng)整定后備保護(hù)。進(jìn)而開放關(guān)聯(lián)域內(nèi)的后備保護(hù)，發(fā)布定值等相關(guān)信息。故障后利用PMU信息快速準(zhǔn)確識別潮流轉(zhuǎn)移，做出預(yù)防連鎖跳閘的控制策略。廣域信息與本地信息的協(xié)調(diào)配合關(guān)系完全依賴廣域信息確定保護(hù)的動(dòng)作情況。在線自適應(yīng)整定保護(hù)定值，結(jié)合廣域信息確定保護(hù)的動(dòng)作情況。根據(jù)本地實(shí)測的電氣量與利用廣域信息得到的電氣量是否一致決定保護(hù)的動(dòng)作行為。以變電站為基本單元實(shí)現(xiàn)廣域后備保護(hù)

廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成PMUPMUPMU其他測量數(shù)據(jù)PDCSCADA/EMSTSEWAPATCDSAOther數(shù)據(jù)庫顯示SPSSPSSPS預(yù)載穩(wěn)控策略獨(dú)立分布設(shè)備測量系統(tǒng)WAMS通

訊

通

訊

在線系統(tǒng)分析控制穩(wěn)控分析傳送容量監(jiān)督計(jì)算穩(wěn)控策略整定

穩(wěn)控終端設(shè)備帶遠(yuǎn)程通訊協(xié)調(diào)功能獨(dú)立分布設(shè)備

電力系統(tǒng)廣域保護(hù)（穩(wěn)控）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

(1)

功角矢量測量設(shè)備（PMU）功角矢量測量設(shè)備（PhasorMeasurementUnit）的基本功能為：①GPS同步采樣。功角測量設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換的采樣是按GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘同步進(jìn)行，因此無論系統(tǒng)覆蓋的地理范圍有多大，采樣點(diǎn)有多少，所有測得的數(shù)據(jù)都有精確的同步性。②實(shí)時(shí)測量采樣點(diǎn)電壓/電流的幅值及正序功角。更新速率至少為1/30s或1/25s。③故障記錄功能。類似傳統(tǒng)的故障錄波儀，錄波點(diǎn)的時(shí)間精度為微秒，并按IEEE1344規(guī)定的格式記錄。除了功角測量設(shè)備采集的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)外，常規(guī)測量設(shè)備所能提供的其他數(shù)據(jù)（如開關(guān)位置，發(fā)電機(jī)組投切狀態(tài)，繼電保護(hù)動(dòng)作信號等）也可作為廣域保護(hù)（穩(wěn)控）系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。相對相角測量原理示意圖

(2)功角數(shù)據(jù)集中器（PDC）功角數(shù)據(jù)集中器(PhasorDataConcentrator)的基本功能為接受、集成、儲存功角測量設(shè)備（或其他測量設(shè)備）采集的數(shù)據(jù)，并將它們傳輸給上一級分析軟件。儲存在PDC內(nèi)的數(shù)據(jù)還可用于各種離線分析。(3)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是電力系統(tǒng)穩(wěn)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。數(shù)據(jù)庫用于存儲實(shí)時(shí)的功角數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的潮流解（狀態(tài)估計(jì)輸出），并管理各種分析所需的數(shù)據(jù)（如預(yù)想事故集、穩(wěn)控策略、功率交易方案、穩(wěn)定數(shù)據(jù)等）。系統(tǒng)穩(wěn)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)庫之間還必須進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。(4)

顯示顯示系統(tǒng)的功能是提供人機(jī)界面和可讀的系統(tǒng)及設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、監(jiān)視分析結(jié)果、穩(wěn)控策略選擇及動(dòng)作結(jié)果等。

(5)

系統(tǒng)分析軟件系統(tǒng)分析軟件是廣域保護(hù)（穩(wěn)控）系統(tǒng)的心臟。它包括如下應(yīng)用軟件：拓?fù)錉顟B(tài)估計(jì)（TopologyStateEstimator,TSE）；廣域保護(hù)（Wide-AreaProtection,WAP）；有效輸電容量計(jì)算（AvailableTransmissionCapacity,ATC）；動(dòng)態(tài)安全分析（DynamicSecurityAssessment,DSA）；其他，如電壓及低頻振蕩失穩(wěn)的監(jiān)視及報(bào)警等。(6)

穩(wěn)控裝置終端（SPS）穩(wěn)控裝置終端的基本功能為：①根據(jù)本身測量的數(shù)據(jù)以及和其它設(shè)備的通信數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)判別系統(tǒng)的非正常運(yùn)行狀態(tài)（如功角不穩(wěn)定、頻率不穩(wěn)定、電壓不穩(wěn)定等）及事故類型；②控制邏輯的計(jì)算或接受；③執(zhí)行控制邏輯；④；控制邏輯的投入或退出。(7)通信廣域保護(hù)（穩(wěn)控）系統(tǒng)的通信要求分兩個(gè)方面，一方面是監(jiān)測測量（即PMU與PDC之間的通信），另一方面是穩(wěn)控系統(tǒng)和穩(wěn)控裝置終端之間的通信。監(jiān)測測量，常常也稱為廣域測量系統(tǒng)（WAMS），包括兩個(gè)內(nèi)容——實(shí)時(shí)功角測量和動(dòng)態(tài)性能/擾動(dòng)監(jiān)視（DynamicsPerformanceandDisturbanceMonitoring）。實(shí)時(shí)功角測量必須具有專用通信通道，能連續(xù)實(shí)時(shí)通信，保證每秒25次（50Hz系統(tǒng)）或30次（60Hz系統(tǒng)）的更新速率；動(dòng)態(tài)性能/擾動(dòng)監(jiān)視的功能是收集、管理、分析擾動(dòng)事件或故障后的數(shù)據(jù)，不必為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)為PMU數(shù)據(jù)及故障錄波儀、SOE記錄儀等其它設(shè)備的錄波信息。花都供電局實(shí)施的廣域保護(hù)國內(nèi)第一套廣域保護(hù)系統(tǒng)。采用廣域電流差動(dòng)作為110kV系統(tǒng)的后備保護(hù)。集成了低頻減載、低壓減載等安全自動(dòng)裝置的功能。解決“連鎖故障”、“開關(guān)失靈”、“死區(qū)保護(hù)”、“直流消失”等難題。實(shí)施廣域保護(hù)的四個(gè)變電站廣域保護(hù)設(shè)備連接圖田心站廣域保護(hù)屏柜連接圖子站的功能子站放置在被保護(hù)的電網(wǎng)區(qū)域的變電站、發(fā)電廠。子站由數(shù)據(jù)采集單元和控制執(zhí)行單元組成。數(shù)據(jù)采集單元利用高精度的GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓、電流相量以及狀態(tài)量的同步測量，并計(jì)算電氣量的幅值、相位、頻率等信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到主站?？刂茍?zhí)行單元接收并執(zhí)行主站發(fā)送的控制命令，并把執(zhí)行的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)反饋給主站。主站的功能主站由控制服務(wù)器和文件服務(wù)器組成，控制服務(wù)器實(shí)時(shí)收集子站上送的數(shù)據(jù)，根據(jù)子站上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析以判斷被保護(hù)的電網(wǎng)是否發(fā)生了異常和故障，并根據(jù)判斷的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)給相應(yīng)的子站下達(dá)控制命令。文件服務(wù)器實(shí)時(shí)存儲控制服務(wù)器收到的數(shù)據(jù)，并記錄存儲控制服務(wù)器下達(dá)給子站的各種命令和控制服務(wù)器的發(fā)出的其他信息，以備日后查詢分析。主站－子站組成示意圖廣域差動(dòng)保護(hù)采用高靈敏度的差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行線路故障判定。對于具有分支的線路，將距離系統(tǒng)電源最近的一端作為一側(cè)，將其它分支的電流做相量和計(jì)算作為另外一側(cè)。根據(jù)兩側(cè)電流的相量和的幅值作為差動(dòng)電流，將兩側(cè)電流相量差的幅值作為制動(dòng)電流，采用比率制動(dòng)特性進(jìn)行故障判定。采用GPS同步解決了傳統(tǒng)光纖縱差保護(hù)三端差動(dòng)同步困難的問題。廣域差動(dòng)保護(hù)對于具有分支的線路，將距離系統(tǒng)電源最近的一端作為一側(cè)，將其它分支的電流做相量和計(jì)算作為另外一側(cè)。如圖所示，T1距離電源最近，單獨(dú)作為一側(cè)電流，T2和T3距離電源較遠(yuǎn)，把T2和T3的電流做相量和后作為一側(cè)電流參與差動(dòng)計(jì)算。兩側(cè)電流的相量和的幅值作為差動(dòng)電流，兩側(cè)電流相量差的幅值作為制動(dòng)電流，采用比率制動(dòng)特性進(jìn)行判定。當(dāng)發(fā)生電流互感器斷線時(shí)，可以根據(jù)控制字的設(shè)置是否閉鎖差動(dòng)保護(hù)。廣域差動(dòng)保護(hù)

TA斷線識別根據(jù)被保護(hù)線路兩側(cè)（三側(cè)）的電流變化特征，可靠的識別TA斷線情況，避免TA斷線導(dǎo)致的誤動(dòng)。在發(fā)生故障的時(shí)候，線路各側(cè)電流均會發(fā)生突變，而TA斷線的時(shí)候，只有斷線側(cè)的TA電流發(fā)生突變，因此有了多側(cè)電流量，很容易識別TA斷線。防止電網(wǎng)連鎖故障當(dāng)某條線路因過負(fù)荷或者故障導(dǎo)致該線路退出運(yùn)行，可能導(dǎo)致同一功率斷面上的其他線路因過負(fù)荷跳閘退出運(yùn)行，從而出現(xiàn)連鎖故障。針對此問題，主站控制單元在某條線路跳閘后，自動(dòng)提高同一功率斷面的過負(fù)荷電流定值和時(shí)間定值，從而可以避免連鎖跳閘事故。防止電網(wǎng)連鎖故障當(dāng)L1線路退出運(yùn)行后，L2和L3將多承擔(dān)L1輸送的功率，容易導(dǎo)致L2和L3在L1退出運(yùn)行后發(fā)生過負(fù)荷跳閘，最終導(dǎo)致整個(gè)功率斷面斷開。為避免連鎖故障的發(fā)生，主站控制單元在某條線路跳閘后，自動(dòng)提高同一功率斷面的其他線路的過負(fù)荷電流定值和時(shí)間定值，降低過負(fù)荷保護(hù)在此情況下的過負(fù)荷的靈敏度。當(dāng)線路的電流超過原過負(fù)荷定值而小于提高后的定值時(shí)，控制服務(wù)器發(fā)出告警信息通知運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人為干預(yù)處理。防止電網(wǎng)連鎖故障低頻、低壓減載功能當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率低或者電壓低時(shí)，切除10kV側(cè)的部分負(fù)荷。由于廣域保護(hù)系統(tǒng)可以獲得整個(gè)電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、頻率以及開關(guān)量的狀態(tài)信息，因此廣域保護(hù)系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的策略選擇最優(yōu)的減載方式。低頻、低壓減載功能控制單元首先計(jì)算電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)母線的電壓和頻率，對于低壓減載保護(hù)，選擇電壓最低的母線。對于低頻減載，選擇頻率最低的母線。然后在該母線上切除負(fù)荷級別最低的線路。切除負(fù)荷之后，重新核算電網(wǎng)內(nèi)所有母線的頻率和電壓，重復(fù)上述步驟。如圖所示，母線K、M、N三條母線，根據(jù)子站上送的母線頻率信息，找到頻率最低的母線M，然后根據(jù)母線M上的三條負(fù)荷的重要程度，切除重要程度最低的負(fù)荷M1線路。切除M1后，重新核對母線K、M、N母線的頻率情況，重復(fù)上述步驟，直至系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許的范圍。低頻、低壓減載功能直流消失功能廣域保護(hù)監(jiān)測到站上某一條線路保護(hù)直流電源消失。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，則可根據(jù)與該線有關(guān)的其他子站的電氣量、開關(guān)量信息，判斷故障的位置，并發(fā)跳令跳開與該線有關(guān)的斷路器。開關(guān)失靈保護(hù)廣域保護(hù)檢測到某條線路的突變量元件啟動(dòng)，并且查到失靈保護(hù)動(dòng)作或已判出故障存在，經(jīng)過一定延時(shí)后，如果還有電流，則認(rèn)為斷路器失靈，發(fā)跳令跳開相關(guān)斷路器。開關(guān)失靈保護(hù)主站檢測到線路發(fā)生故障，發(fā)跳閘令跳開故障線路各側(cè)斷路器。經(jīng)過一定延時(shí)后，如果故障線路還有電流，則認(rèn)為斷路器失靈，發(fā)跳令跳開故障線路上一級的斷路器，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。如圖所示，L1線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，主站單元發(fā)跳閘命令給B1和B2斷路器，經(jīng)過200ms后，若B1處仍然有電流存在（電流大于0.1倍額定電流），則認(rèn)為B1開關(guān)拒動(dòng)，主站控制服務(wù)器發(fā)送跳令給B3和B5；若B2處仍然有電流存在，主站控制服務(wù)器發(fā)送跳令給B4和B6開關(guān)失靈保護(hù)死區(qū)保護(hù)廣域保護(hù)子站可收集每一變電站的進(jìn)出線，因此，可在廣域保護(hù)子站內(nèi)判廣域差動(dòng)保護(hù)，可判斷CT與斷路器之間的死區(qū)故障，跳開相關(guān)斷路器。主要內(nèi)容廣域保護(hù)背景、意義1廣域保護(hù)系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)2廣域后備保護(hù)算法及算例廣域后備保護(hù)原理研究方向包括區(qū)域電流差動(dòng)保護(hù)和基于廣域同步相量信息的故障定位方案包括區(qū)域縱聯(lián)方向保護(hù)、區(qū)域縱聯(lián)距離保護(hù)、基于專家系統(tǒng)等智能算法的故障元件識別方案基于在線自適應(yīng)整定原理的單端電氣量保護(hù)利用同步相量信息的保護(hù)利用邏輯量信息的保護(hù)包括基于在線自適應(yīng)整定的保護(hù)和潮流轉(zhuǎn)移識別算法方案基于廣域網(wǎng)的自適應(yīng)保護(hù)算法基于WAMS的潮流轉(zhuǎn)移識別算法基于在線自適應(yīng)整定原理的單端電氣量保護(hù)基于在線自適應(yīng)整定原理的單端電氣量保護(hù)基于廣域網(wǎng)的自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)采取分布式結(jié)構(gòu)，提出開關(guān)變位和線路故障兩種自適應(yīng)整定算法。自適應(yīng)保護(hù)開關(guān)變位線路故障基于廣域網(wǎng)的自適應(yīng)保護(hù)算法[18]開關(guān)變位自適應(yīng)整定算法所謂開關(guān)變位自適應(yīng)，就是當(dāng)開關(guān)變位后，通過拓?fù)浞治龅玫诫娋W(wǎng)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，再根據(jù)自適應(yīng)保護(hù)算法，按照當(dāng)前的電網(wǎng)拓?fù)溆?jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下的線路保護(hù)定值。算法的研究假設(shè)A處的背側(cè)系統(tǒng)

對于對側(cè)有分支線路的Ⅱ段電流保護(hù)的自適應(yīng)整定，根據(jù)在相鄰線路速斷保護(hù)范圍末端設(shè)置故障時(shí)，保護(hù)測量到的電氣量來整定自適應(yīng)定值。算法的研究其零序電流Ⅱ段保護(hù)的自適應(yīng)定值可整定為:式中:—依次在B-C、B-D、B-E線路的零序電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍末端設(shè)置金

—對應(yīng)得到最大值的保護(hù)A相鄰線路(B-C、B-D或B-E中的一段)B-i，在該線路末端設(shè)置金屬性單相接地短路故障時(shí)，保護(hù)A的最大零序電流測量值。屬性單相接地短路故障時(shí)，保護(hù)A的最大零序電流測量值?！赃m應(yīng)保護(hù)的可靠系數(shù)，與線路B-i的零序?段保護(hù)可靠系數(shù)取相同值。

算法的研究—零序電流Ⅱ段保護(hù)可靠系數(shù)，一般取和都是在開關(guān)變位后結(jié)合當(dāng)前的運(yùn)行方式計(jì)算得到的。

其零序電流Ⅱ段保護(hù)的自適應(yīng)定值可整定為:算法的研究對于A處相間電流Ⅱ段保護(hù)的自適應(yīng)定值可整定為:式中：—依次在B-C、B-D、B-E線路的電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍末端設(shè)置金屬性三相短路故障時(shí)，保護(hù)A的最大短路電流測量值。

—對得到最大值的保護(hù)A相鄰線路B-i，在該線路末端設(shè)置應(yīng)金屬性三相接地短路故障時(shí)，保護(hù)A的最大短路電流測量值。算法的研究—自適應(yīng)保護(hù)的可靠系數(shù)，與線路B-i的電流速斷?段保護(hù)可靠系數(shù)取相同值。

—電流保護(hù)Ⅱ段保護(hù)可靠系數(shù)，一般取和都是在開關(guān)變位后結(jié)合當(dāng)前的運(yùn)行方式計(jì)算得到的。

在計(jì)算時(shí)，因?yàn)槭蔷€路末端故障，所以通過計(jì)算機(jī)短路計(jì)算可以很容易得到。而，需要離線計(jì)算的線路速斷保護(hù)范圍，從而計(jì)算保護(hù)范圍末端故障時(shí)的短路電流值。計(jì)算算法的研究線路速斷保護(hù)最大保護(hù)范圍的計(jì)算公式:式中：—電流速斷段保護(hù)可靠系數(shù)；—系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，保護(hù)背側(cè)等值阻抗;—被保護(hù)線路全長的阻抗。算法的研究總結(jié)開關(guān)變位時(shí)的自適應(yīng)整定算法，在保證保護(hù)間配合關(guān)系的前提下，可有效延長Ⅱ段保護(hù)的保護(hù)范圍，使得Ⅱ段保護(hù)的定值可以與電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行方式相匹配，有效提高了保護(hù)的靈敏性。并且避免了傳統(tǒng)整定方法中引入分支系數(shù)帶來的諸多問題，有效提高整定計(jì)算的速度和效率。但該算法只是對運(yùn)行方式有自適應(yīng)能力，對分支系數(shù)計(jì)算的自適應(yīng)能力并不明顯。線路故障自適應(yīng)整定算法線路故障自適應(yīng)整定算法是當(dāng)線路故障時(shí)的實(shí)時(shí)整定算法，由線路故障啟動(dòng)保護(hù)算法，采用故障時(shí)的實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)整定計(jì)算。不僅結(jié)合了當(dāng)前的運(yùn)行方式，而且結(jié)合故障參數(shù)進(jìn)行分支系數(shù)的自適應(yīng)計(jì)算。算法的研究假設(shè)當(dāng)線路B-E段發(fā)生短路時(shí)保護(hù)A的電流Ⅱ段保護(hù)定值整定方法為:算法的研究式中:—短路故障發(fā)生時(shí)，當(dāng)前的系統(tǒng)等值相電勢;—短路故障類型自適應(yīng)系數(shù)，兩相短路取，三相短路取1;—短路故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)安裝處到等效電源之間的實(shí)時(shí)等值阻抗；—短路線路B-E的速斷最大保護(hù)范圍的阻抗值;算法的研究—短路故障發(fā)生時(shí)，流過保護(hù)A的測量電流;—短路故障發(fā)生時(shí)，流過保護(hù)B的測量電流;—電流Ⅱ段可靠系數(shù)，一般取。和可以通過短路時(shí)測量單元測量直接得到。保護(hù)A的電流Ⅱ段保護(hù)定值整定方法為:算法的研究(l)當(dāng)前運(yùn)行方式等值阻抗Zs的計(jì)算公式：式中:、—保護(hù)處的故障分量電壓、電流?？赏ㄟ^故障前的電壓電流通過疊加原理求得:和、—故障前一個(gè)采樣點(diǎn)，保護(hù)B的測量單元測量到的B端的電壓和流過保護(hù)B的電流。式中其他參數(shù)的計(jì)算方法如下：

算法的研究(2)當(dāng)前系統(tǒng)等值相電勢Es計(jì)算公式：算法的研究(3)故障類型判別的自適應(yīng)系數(shù)

此處采取相電流突變量原理對故障類型及其故障相進(jìn)行判別。一般首先根據(jù)測量電流中是否含有零序分量，判定是接地短路還是不接地短路。若，則判斷為A相單相接地短路故障;若，則判斷為B相單相接地短路故障;若，則判斷為C相單相接地短路故障;其中，為整定系數(shù)，一般取4~8；為相電流差突變量。當(dāng)上述條件都不滿足時(shí)，判定為兩相接地故障。求三個(gè)相電流差突變量的最大值，與之對應(yīng)的兩相就是故障相。如果是接地短路，則:算法的研究若無零序電流，則判定故障為非接地故障：若，則判斷為AB兩相短路故障;若，則判斷為BC兩相短路故障;若，則判斷為以兩相短路故障;式中，—相電流突變量。當(dāng)上述條件都不滿足時(shí)，判定為三相短路故障。零序電流自適應(yīng)整定算法與之同理仿真分析如圖電網(wǎng)為110kV系統(tǒng)，系統(tǒng)中線路線路參數(shù)來自自貢電業(yè)局110kV電網(wǎng)。以計(jì)算保護(hù)A的自適應(yīng)相間電流Ⅱ段保護(hù)為例。運(yùn)行方式變化的自適應(yīng)算法1通過仿真、計(jì)算，得到保護(hù)A處電流Ⅱ段在相鄰線路的保護(hù)范圍。運(yùn)行方式變化的自適應(yīng)算法1傳統(tǒng)整定方法的電流Ⅱ段定值在任何運(yùn)行方式下保護(hù)定值不變。在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，傳統(tǒng)保護(hù)定值在相鄰線路的保護(hù)范圍最大，隨著運(yùn)行方式的變小，傳統(tǒng)保護(hù)定值在相鄰線路的保護(hù)范圍也會縮小，而且在最小運(yùn)行方式時(shí)，傳統(tǒng)定值在C-F段和C-B段的保護(hù)范圍都小于10%。傳統(tǒng)算法與自適應(yīng)算法的對比分析自適應(yīng)保護(hù)定值可以隨運(yùn)行方式的變化而改變定值，而且沒有傳統(tǒng)保護(hù)分支系數(shù)的誤差。在三種運(yùn)行方式下分別有配合運(yùn)行方式的三個(gè)自適應(yīng)定值，自適應(yīng)定值的保護(hù)范圍明顯大于傳統(tǒng)定值的保護(hù)范圍；當(dāng)運(yùn)行方式變化時(shí)，自適應(yīng)定值的保護(hù)范圍變化不大。由于線路故障自適應(yīng)算法本身就有計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行方式等值阻抗的能力，這里僅仿真計(jì)算系統(tǒng)正常運(yùn)行方式時(shí)，保護(hù)A對側(cè)線路分別短路時(shí)保護(hù)A的自適應(yīng)電流保護(hù)Ⅱ段定值。故障分別設(shè)置在線路C-D40%、C-F30%和C-B40%處，由上表的保護(hù)范圍可知，故障點(diǎn)均在保護(hù)A傳統(tǒng)定值和開關(guān)自適應(yīng)算法定值保護(hù)范圍外，本線路電流速斷保護(hù)范圍之內(nèi)。線路故障的自適應(yīng)算法2線路故障的自適應(yīng)算法2通過仿真、計(jì)算，得到線路C-D、C-F和C-B分別故障時(shí)保護(hù)A的線路故障自適應(yīng)定值和保護(hù)處測量電流值。故障線路傳統(tǒng)定值開關(guān)自適應(yīng)定值線路故障自適應(yīng)定值保護(hù)處測量電流線路C-D1387125912061213線路C-F1387125910051209線路C-B138712599791090根據(jù)圖表：三種故障的線路故障自適應(yīng)定值均小于保護(hù)處測量電流，線路故障自適應(yīng)保護(hù)可以靈敏動(dòng)作。結(jié)論：線路故障自適應(yīng)整定算法有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，可有效的延長電流保護(hù)Ⅱ段的保護(hù)范圍，在傳統(tǒng)定值和開關(guān)自適應(yīng)定值保護(hù)范圍之外故障時(shí)，線路故障自適應(yīng)定值也有較大的靈敏度。線路故障自適應(yīng)整定算法可實(shí)時(shí)選擇故障線路，對保護(hù)的每條相鄰線路的保護(hù)范圍都是同等級的。線路故障的自適應(yīng)算法2基于廣域網(wǎng)的自適應(yīng)保護(hù)算法基于WAMS的潮流轉(zhuǎn)移識別算法基于在線自適應(yīng)整定原理的單端電氣量保護(hù)基于在線自適應(yīng)整定原理的單端電氣量保護(hù)基于WAMS的潮流轉(zhuǎn)移識別算法[19]電力系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化之后，當(dāng)系統(tǒng)中某條聯(lián)絡(luò)線因故障被切除后，其上的潮流將被轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)中其他正常運(yùn)行的聯(lián)絡(luò)線上，引起正常線路的過載?；诠收锨霸诰€實(shí)時(shí)測量潮流分布和采用估算故障后的潮流分布，并通過故障后估算潮流與實(shí)時(shí)測量潮流的比較可以判斷這些線路的過載是否是由于潮流轉(zhuǎn)移所引起。若發(fā)生了潮流轉(zhuǎn)移，就應(yīng)當(dāng)在線路未達(dá)到其熱穩(wěn)定極限前正確地閉鎖保護(hù)，然后采取相應(yīng)的控制措施。算法的研究線路L1被切除后，其他線路上是否發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移的識別判據(jù)如下：k=2,3,4式中，—故障后的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)測量電流；—故障后的網(wǎng)絡(luò)估算電流；—考慮電網(wǎng)暫態(tài)過渡過程和各種誤差的門檻值。如圖，假設(shè)線路L1發(fā)生故障并被切除。線路L2、L3和L4的故障前潮流分布可以通過WAMS直接獲得，進(jìn)一步可以估算出發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移后線路L2、L3和L4上的潮流分布。比較線路L2、L3和L4上的故障后實(shí)時(shí)潮流分布和估算出的故障后潮流分布，就可以分辨出這些線路上是否發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移而引起保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)不等式成立時(shí)，說明故障后的實(shí)測潮流與按照潮流轉(zhuǎn)移估算的故障后潮流基本相符，將判斷保護(hù)的動(dòng)作是由于潮流轉(zhuǎn)移所引起。算法的研究因此，識別潮流轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵就是估算元件切除后系統(tǒng)內(nèi)的潮流分布。故障切除后潮流分布情況算法的研究假設(shè)線路切除前后系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入網(wǎng)絡(luò)的電流不變，根據(jù)電路疊加原理，故障切除后的網(wǎng)絡(luò)潮流可以認(rèn)為是由故障前的潮流和由線路切除所引起的轉(zhuǎn)移潮流分量組成。故障后網(wǎng)絡(luò)的估算電流

式中，—故障前在線測量的線路電流；—線路L1切除后從線路L1轉(zhuǎn)移的電流分量。算法的研究故障前潮流分量通過在線實(shí)時(shí)測量得到，轉(zhuǎn)移潮流分量可以根據(jù)下圖所示的等值網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算。

僅含轉(zhuǎn)移潮流分量的等值網(wǎng)絡(luò)算法的研究對于一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)已經(jīng)給定的電力網(wǎng)絡(luò)，其轉(zhuǎn)移潮流

可以認(rèn)為是一個(gè)僅與故障前潮流分布相關(guān)的變量。式中，為線路L1被切除后線路L1相對于線路的潮流轉(zhuǎn)移因子（FTRF）。將代入

中，就可以得到網(wǎng)絡(luò)故障后的估算電流：算法的研究潮流轉(zhuǎn)移因子的計(jì)算轉(zhuǎn)移因子是一個(gè)僅與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)相關(guān)的比例系數(shù)，并可以在發(fā)生支路切除事件之前計(jì)算出來。對于一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)給定的電網(wǎng)，可以求出各支路之間的轉(zhuǎn)移因子，進(jìn)而得到網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移因子矩陣如下式中：“一”表示對角線元素沒有意義；b為原有網(wǎng)絡(luò)的潮流轉(zhuǎn)移等值網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù)。算法的研究得到電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)后，一旦網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式發(fā)生變化，即網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，就觸發(fā)轉(zhuǎn)移因子矩陣重新計(jì)算，得出一個(gè)與運(yùn)行電網(wǎng)相匹配的新的轉(zhuǎn)移因子矩陣。對于轉(zhuǎn)移因子矩陣中的第i列元素，其計(jì)算公式如下：式中：Y—發(fā)生支路切除事件的潮流轉(zhuǎn)移等值網(wǎng)絡(luò)的支路導(dǎo)納矩陣；A—潮流轉(zhuǎn)移等值網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)矩陣；—發(fā)生支路i切除事件的潮流轉(zhuǎn)移(）的行列式；、

—

中第a行和第b行第列元素的代數(shù)余子式；a、b—支路i的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號。等值網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣采用頻率50Hz、電壓230kV的3機(jī)9節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)進(jìn)行仿真仿真分析仿真分析根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移因子矩陣如下：仿真分析假定第50周期時(shí)圖中支路2出口處發(fā)生三相短路并在5個(gè)周期后支路被切除，故障后各支路電流分布及估算的潮流轉(zhuǎn)移結(jié)果如下表所示。由表可看出，在故障切除后的網(wǎng)絡(luò)中，電流最大的2條支路分別是支路1和支路3，其中支路3的電流最大。仿真分析支路1和支路3的電流變化情況如下圖所示支路1電流變化情況支路3電流變化情況式中的取值可選為30%。支路2的故障切除后，支路3的電流峰值出現(xiàn)在125周期，大小為347.39A。此時(shí)，支路3在母線7側(cè)的視在阻抗為392.77Ω，已經(jīng)進(jìn)入了距離Ⅲ段的動(dòng)作范圍，廣域保護(hù)裝置將啟動(dòng)潮流轉(zhuǎn)移識別程序，根據(jù)判據(jù)有?？梢?，計(jì)算結(jié)果滿足潮流轉(zhuǎn)移判據(jù)條件，因此，廣域保護(hù)裝置將發(fā)出閉鎖信號，從而避免了支路因潮流轉(zhuǎn)移引起的誤切除。仿真分析利用同步相量信息的保護(hù)電流差動(dòng)保護(hù)算法通過計(jì)算被保護(hù)元件各端電流差動(dòng)值來判斷是否發(fā)生了內(nèi)部故障，傳統(tǒng)電流差動(dòng)保護(hù)只能反映被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的故障，廣域電流差動(dòng)保護(hù)將保護(hù)范圍擴(kuò)至該元件的相鄰區(qū)域，不僅能為元件提供快速的差動(dòng)主保護(hù)，還可為相鄰區(qū)域提供動(dòng)作延時(shí)小、選擇性好的差動(dòng)后備保護(hù)。廣域電流差動(dòng)后備保護(hù)算法[20]IED的保護(hù)區(qū)域最大保護(hù)單元最小保護(hù)單元包括最小保護(hù)單元及與最小保護(hù)單元相鄰的線路和母線包括IED所在的線路和背側(cè)母線實(shí)現(xiàn)廣域差動(dòng)保護(hù)功能的重要環(huán)節(jié)是確定任意IED的保護(hù)范圍。故障發(fā)生后IED只與其保護(hù)范圍內(nèi)的其它IED交換信息，這些IED構(gòu)成了被研究IED的關(guān)聯(lián)域。算法的研究算法的研究在右圖的輸電系統(tǒng)中，IED安裝在斷路器處，與斷路器一一對應(yīng)。IED3對應(yīng)的保護(hù)范圍和所關(guān)聯(lián)IED如表所示

以IED3為研究對象，其保護(hù)區(qū)域劃分為3部分：Ⅰ~Ⅲ。算法的研究（1）IED3發(fā)現(xiàn)故障時(shí)首先與對側(cè)的IED4和背側(cè)的IED2交換電流信息，判斷故障是否發(fā)生在最小保護(hù)區(qū)內(nèi)，若是則立即跳開所控制的斷路器3。動(dòng)作分析（2）若故障發(fā)生在線路L2上，但由于各種原因IED3無法獲得來自IED4的任何信息，則IED3將與IED5進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算，可判斷出故障位于IED3和IED5之間的區(qū)域，跳開斷路器3和5。同樣，若故障發(fā)生在母線B上但接收不到IED2的電流信息，則IED3會用IED1處的故障電流代替IED2的電流信息進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算，若滿足故障條件則跳開斷路器3和1。（3）對保護(hù)區(qū)域Ⅲ的分析以此類似。算法的研究IED3的關(guān)聯(lián)域可用下圖所示的“拓?fù)錁洹北硎?。算法的研究在廣域保護(hù)系統(tǒng)中對斷路器失靈問題做如下處理：IED發(fā)出跳閘命令后監(jiān)視斷路器狀態(tài)，一旦判斷發(fā)生斷路器失靈，立即向所有相鄰IED(保護(hù)I區(qū)對應(yīng)的IED)發(fā)斷路器失靈觸發(fā)信號，這個(gè)信號本質(zhì)上是跳閘允許信號，接收到斷路器失靈觸發(fā)信號的IED再根據(jù)各自測點(diǎn)是否存在故障電流最終確定是否跳閘。此外，IED還應(yīng)具備向其它IED發(fā)送跳閘信息完成遠(yuǎn)方直跳的功能，接收跳閘信息的對象為與之進(jìn)行電流差動(dòng)計(jì)算的IED。算法的研究IED保護(hù)范圍的確定和關(guān)聯(lián)域的劃分以IED7為研究對象，假設(shè)初始狀態(tài)下所有斷路器均處于閉合狀態(tài)，IED7的保護(hù)區(qū)域如表所示。以雙母線接線方式為例討論IED關(guān)聯(lián)域的劃分方法，結(jié)構(gòu)如下圖所示。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且結(jié)構(gòu)經(jīng)常變化的系統(tǒng)中，IED的保護(hù)區(qū)域和關(guān)聯(lián)域也不斷變化，必須確定適合各種條件的IED關(guān)聯(lián)域劃分準(zhǔn)則。算法的研究利用隔離開關(guān)的位置狀態(tài)確定線路與母線的連接關(guān)系，并結(jié)合基爾霍夫電流定律可糾正隔離開關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)不可靠導(dǎo)致的誤判。在確定母線與線路連接關(guān)系后，被研究對象IED7與其最小保護(hù)范圍內(nèi)其它IED的關(guān)系也隨之確定下來，如下表所示。對于IED7保護(hù)范圍內(nèi)所有其它IED同上表一樣列出各自保護(hù)I區(qū)的保護(hù)對象和所關(guān)聯(lián)的IED，利用這些對應(yīng)關(guān)系可方便地搜索出IED7的關(guān)聯(lián)域拓?fù)錁?。算法的研究為防止發(fā)生死循環(huán)或無限制的搜索，需設(shè)定必要的搜索限制條件：(l)從IED7的角度而言，保護(hù)區(qū)域邊緣的IED，如IED2、IED4、IED16和IED18，其最小保護(hù)范圍所包括的元件分別為L3、L4、L14和L15，不包括背側(cè)的母線。(2)對于母聯(lián)處的IED，如IED6、IED14等，其保護(hù)I區(qū)內(nèi)關(guān)聯(lián)的IED分別為接在兩條母線上的所有IED。(3)為每個(gè)搜索過的IED置標(biāo)志，搜索過的IED不再重復(fù)搜索。(4)不以母聯(lián)開關(guān)處的IED為起始搜索點(diǎn)。(5)IED關(guān)聯(lián)域的搜索受斷路器位置狀態(tài)制約，若某IED對應(yīng)的斷路器處于斷開狀態(tài)，則自動(dòng)停止對該分支的搜索。具體搜索過程如下圖所示IED7關(guān)聯(lián)域搜索流程圖搜索結(jié)果可用下圖所示的拓?fù)錁浔硎?/p>

IED7關(guān)聯(lián)域的拓?fù)錁淙鐖D是陜西銅川地區(qū)220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。仿真分析仿真分析假設(shè)以IED12為研究對象，所有斷路器的初始狀態(tài)位均為合位，因此分段母線連接運(yùn)行，從拓?fù)渖峡梢哉J(rèn)為是一條母線。對包含雙母線結(jié)構(gòu)的變電站，根據(jù)刀閘輔助節(jié)點(diǎn)的位置狀態(tài)、結(jié)合KCL定律，確定出線路和母線的連接關(guān)系。在IED12的保護(hù)范圍中，只有金鎖變電站是雙母線結(jié)構(gòu)，其它都是簡單的單母線結(jié)構(gòu)。因此對IED12而言，只需關(guān)心金鎖變內(nèi)的線路和母線連接關(guān)系。根據(jù)刀閘輔助節(jié)點(diǎn)位置狀態(tài)和KCL定律，經(jīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析可知：在金鎖變電站中，初始狀態(tài)下線路L6、L7和L8接在金鎖站Ⅰ母線上運(yùn)行，L9，L10和L11接在該站Ⅱ母線上運(yùn)行。仿真分析其次需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定IED12的最小和最大保護(hù)范圍所包含的電氣元件，如下表所示。仿真分析IED12保護(hù)范圍內(nèi)各電氣元件與IED的對應(yīng)關(guān)系如下表所示。仿真分析以IED12為起始點(diǎn)進(jìn)行搜索，由表所列關(guān)系可以搜索到IED12的最小保護(hù)范圍，包括線路L8和金鎖站Ⅰ母線。其中與IED43進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算保護(hù)線路L8，與IED10、IED11和IED16進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算保護(hù)金鎖站Ⅰ母線。上述IED構(gòu)成了IED12的第一級關(guān)聯(lián)IED。然后分別以IED43、IED10、IED11和IED16為搜索起始點(diǎn)，根據(jù)表所列關(guān)系，遵循規(guī)定的搜索限制條件，可以搜索到IED12的第二級關(guān)聯(lián)IED分別為IED41、IED42、IED9、IED13和IED1，對應(yīng)的保護(hù)對象分別為銅川站Ⅱ母線、線路L7、線路L6和金鎖站的所有母線。重復(fù)上述搜索過程，直至上表所列的每個(gè)IED均被置搜索標(biāo)志位。仿真分析得到的以IED12為樹根的拓?fù)錁淙缦聢D所示仿真分析動(dòng)作分析IED12感受到故障后，根據(jù)事先確定好的信息交換方式和交換范圍，獲取到其它IED的電流信息。根據(jù)生成的拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)，IED12與來自IED43的電流進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算，判斷故障是否位于線路L8上，同時(shí)與來自IED10、IED11、IED16三處的電流也進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算，判斷故障是否位于所在的背側(cè)母線—金鎖變電站Ⅰ母線上。如果是，停止電流差動(dòng)計(jì)算，所有判斷出差動(dòng)電流越限的IED均向所控制