继电保护与安全稳定控制系统隐性故障研究综述及展望

继电保护与安全稳定控制系统的隐性故障成为国内外大停电事故的重要诱因之一.对继电保护隐性故障的研究现状,从隐性故障分类、隐性故障概率模型、对电网影响分析方法及隐性故障监测措施4个方面作了综述.安全稳定控制系统的隐性故障研究才刚起步,根据安全稳定控制系统的特点,提出了其在测量、策略、定值、通信和表决模式5个环节中可能存在的隐性故障.简要分析了继电保护、安全稳定控制系统和电厂涉网参数的配合隐患导致的隐性故障可能对电网造成的影响.最后指出未来隐性故障研究的方向包括建模、评估方法、研究成果应用、继电保护和安全稳定控制系统配合隐患问题以及二次设备运行管理5个方面.     

考虑继电保护隐性故障的风险评估技术研究

N-1假设是基于在电网发生故障时继电保护系统能够正确响应,而现有风险评估研究成果没有考虑继电保护隐性故障造成的系统风险。因此,需要基于概率分析模型重新评估电网运行准则,以更好地评估和控制大停电的风险。分析了继电保护隐性故障机理,根据智能变电站保护系统特征,提出了智能变电站继电保护隐性故障的在线辨识和诊断技术方案。在此基础上,提出了计及继电保护隐性故障的输电断面风险评估模型,通过量化指标评估隐性故障的严重性程度,并通过仿真计算验证了风险评估模型的可用性,为电网检修计划安排及稳定限额制定提供决策依据。     

电网继电保护隐性故障的危害及控制

为了减少继电保护及二次回路系统中存在的隐性故障对电网和电力设备的危害,提高继电保护装置的可靠性和稳定性,保障电力系统的安全稳定运行,通过分析巴西电网与广东电网的两个案例,将类似隐性故障根据其特点进行评估,提出了一些控制措施,对控制继电保护隐性故障具有一定参考价值.     

考虑隐性故障的继电保护重要度分析方法

提出基于电力系统连锁故障风险评估的继电保护隐性故障重要度分析的新方法。首先通过继电保护隐性故障概率模型得到保护设备的隐性故障概率,然后将风险评估理论与母线孤立、负荷失电和电力损失期望3个指标结合,最终建立起电网的Monte Carlo仿真模型,利用继电保护重要度分析方法,得出电网中保护设备引发电网连锁故障的重要度排序。IEEE14节点系统的应用结果证明了该方法的可行性和正确性。     

计及保护和断路器动作不确定性的隐性故障检测模型

有关研究表明75%的大停电事故都和继电保护装置的隐性故障有关,防止继电保护系统隐性故障的有效途径是建立隐性故障的监视和控制系统。同时,继电保护信息系统和广域测量系统的快速发展为继电保护隐性故障的检测提供了可用信息源。参考故障诊断构建解析模型的方法,将故障位置、保护启动、保护动作、断路器跳闸、保护返回以及重合闸等信号表示成逻辑变量,根据保护配置以及断路器动作规则以逻辑方程组的形式建立保护信号解析模型。然后,根据继电保护信息系统和广域测量系统所采集的相关信息,利用离散粒子群算法对该模型进行求解。同时,针对保护和断路器动作不确定性所造成得模型多解问题,建立相应的解集评价指标,以确定最符合实际情况的解。最后,将求解所得各信号期望状态与实际状态进行对比,以检测各保护装置是否存在隐性故障。算例表明,该方法可有效检测出存在隐性故障的保护装置。     

考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估

提出了考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估方法。采用继电保护隐性故障的概率模型描述保护装置对电力系统风险的影响,通过分析保护系统的机理表明保护装置在连锁故障中的作用,用母线孤立风险、负荷孤立风险、电网解列风险及系统综合风险来评估系统的连锁故障风险,并据此提出了减小系统连锁故障风险的预防措施。应用蒙特卡罗方法产生系统事故、保护装置和隐性故障的随机特性,编写了电力系统连锁故障风险评估与预防软件。IEEE118节点系统的应用结果证明了该方法的可行性及软件的有效性。     

继电保护系统隐性故障识别方法及软件设计与实现

继电保护系统的隐性故障可能引起保护误动或拒动,并影响电力系统的安全稳定运行,但目前还没有通用的识别系统。设计实现了带有案例模板库的继电保护隐性故障识别软件。首先建立了一套适用于逻辑判断和分析计算的编码方法。其次,建立了保护逻辑库,根据拓扑信息、保护启动、动作及保护配合关系识别可能存在的隐性故障。最后研究了隐性故障识别方法并设计了隐性故障识别软件。案例分析表明该软件能有效识别继电保护软件型隐性故障,具有较强的普适性。     

基于马尔科夫链和蒙特卡洛法的继电保护风险评估策略研究

提出了一种利用马尔科夫链和蒙特卡洛法对电网继电保护系统运行风险进行评估的新策略。首先利用马尔科夫链计算保护隐性故障的发生概率,然后利用蒙特卡洛抽样算法对电网进行故障仿真,记录每次的故障路径,循环仿真直到设置的最大仿真次数,继而依据仿真得到的故障路径计算电网继电保护的综合风险,根据风险评估结果,即可定位系统继电保护的薄弱环节。该策略可有效加强电网保护性能,进一步避免电网连锁故障的发生。仿真实验结果验证了策略的可行性。     

基于语义网的智能站继电保护隐性故障辨识诊断技术研究

继电保护系统的隐性故障是造成保护误动或拒动、系统失稳并造成大面积停电的重要原因之一。分析了继电保护隐性故障机理,应用语义网技术,在CLIPS平台上建立了智能变电站领域知识库和继电保护隐性故障辨识规则库。对变电站一次系统、二次系统、通信系统、辅助系统的建模体系进行说明,并在此建模基础上进一步关联了隐性故障辨识规则库。同时,以某500 kV智能变电站为例,通过可视化平台验证了静态特性、动态特性和不确定隐性故障辨识规则与处理策略的有效性,为智能变电站运维检修及故障排查提供决策依据。     

继电保护及故障信息系统的设计与实现

文章介绍了继电保护及故障信息系统的基本概念、原理和设计思想.依据IEC61850和IEC61970等有关标准,提出了继电保护及故障信息系统的实现方法,并设计了一套分层分布式的继电保护及故障信息系统.该系统能适应继电保护系统比较分散的运行特点,从整个电网的角度对继电保护设备和故障信息进行管理,使相关的使用人员能够随时了解整个电网特别是电网中的继电保护设备的运行情况,可以根据收集到的设备信息对全网范围的保护设备进行各种行为分析,力保所有设备健康运行.还可以对故障时的数据进行判断,准确定位故障点,快速查出故障设备及故障出现的原因.可供同种类型的系统的设计和改进借鉴.     

电力系统广域继电保护研究综述

分析了传统继电保护在保障电网安稳运行时存在的问题,对基于广域信息的继电保护研究涉及的主要内容进行了综述,包括:在线自适应整定、潮流转移识别、基于故障元件识别的广域后备保护.在线整定的目的是根据系统运行方式的变化,调整保护定值至最佳状态.计及的运行方式变化包括:电力设备投退、发电机出力与负荷变化等.潮流转移识别旨在防止传统后备保护的不适当动作引发电网连锁跳闸事故,主要方法有:支路开断前后输电断面的有功潮流比较、相邻支路电流比较.广域后备保护利用电网多点量测信息确定故障元件的具体位置,从根本上克服了传统后备保护整定复杂、可靠性低的问题.主要研究包括:基于传统主保护理论的故障识别算法、广域信息的容错性算法.最后,提出了以基于故障元件识别的广域后备保护为基础,构建面向智能电网的广域继电保护系统,并对其发展方向进行了展望.     

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。     

基于分区域广域继电保护系统的故障识别算法

随着电网的日趋扩大化与复杂化,基于广域多点信息的广域继电保护系统在向工程实际化转变的过程中越来越受到通信水平的制约。基于广域继电保护系统有限性的思想,对复杂结构的电网进行有序的区域划分,并将故障的识别与保护的动作在各个区域内完成,减小了对通信系统的压力。针对已划分的保护区域,提出了基于故障方向信息比较原理的区域故障识别算法,利用故障时方向元件判别的故障方向,经简单的运算,判断故障的位置。以IEEE10机39节点系统为例,对保护区域进行了划分,并对其中一个保护区域内的故障情况进行了仿真验证,其结果验证了故障识别算法的可行性。     

继电保护故障信息系统应用研究

继电保护故障信息系统是目前电网故障分析和保护信息处理的有效解决方案,介绍了广西电网继电保护故障信息系统的构成及技术特点,并对该系统主要应用功能进行了描述.     

继电保护综合故障分析系统研究与应用

为了解决传统人工故障分析模式下获取信息耗时长、信息不全,不能快速准确判断电网故障时保护是否正确动作,影响电网故障后快速复电的问题。本文以提高电力系统故障响应速度为导向,立足于智能电网的自动化、智能化的特征,提出研究一套变电站继电保护故障可视化分析及状态预警系统,实现基于SVG可视化技术的设备故障动态反演、多维度可视化综合故障分析及保护设备元件级状态监视与预警等主要功能。系统在电网故障时能够自动全面获取故障量特征信息,结合保护定值、开关量变位、保护动作时序等因素综合判断保护动作情况,进行动态反演,并将故障时保护相关信息及动作情况自动发送到移动终端,最终给出保护动作结论并提供检修方案让运维人员快速恢复电力系统。     

计及继电保护系统多模式隐藏故障的电网N-k风险分析

提出了一种计及继电保护系统多模式隐藏故障的电网N-k风险分析方法,建立了计及线路主保护、后备保护及断路器装置(拒动)的继电保护系统隐藏故障模型;利用综合功能组分解法和事件树法对电网N-k故障概率进行求解,并构建了包括电源孤立、负荷损失及输电断面传输功率极限下降的综合后果损失评价指标。算例分析结果表明:与计及单一隐藏故障模式的方法相比,所提的新方法可以提高N-k故障概率的计算准确度,辨识一些特殊的高风险N-k故障路径,并发现继电保护系统中的薄弱环节。     

基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估

针对继电保护隐性故障进行研究,改进了现有的隐性故障模型,并在此基础上评估了保护隐性故障造成连锁故障的运行风险。首先根据不同隐性故障造成保护不正确动作概率的不同,将隐性故障详细分类,建立了隐性故障概率模型;其次应用置信规则库,建立考虑环境和系统潮流影响的保护系统马尔可夫模型,将隐性故障概率模型和马尔可夫模型结合,建立精确隐性故障模型。再次,根据隐性故障造成连锁故障的传播机理,建立连锁故障模型,并从概率、网络结构、能量损失3个角度建立相关的严重度指标。最后,将模型应用于IEEE-118系统,通过对比传统隐性故障模型和文中所提精确隐性故障模型所得风险评估结果,验证了所提精确隐性故障模型更加贴合实际,其风险评估结果更加真实可靠。     

基于保护机理的隐性故障识别方法

继电保护隐性故障严重影响电力系统的安全可靠运行,尤其是保护整定方面存在的隐患不易被发现,可能扩大停电范围甚至造成连锁故障.对此,提出一种继电保护系统隐性故障识别方法.首先,建立了系统拓扑中线路、元件、断路器的编码规则,并根据编码和断路器跳闸情况确定疑似故障区域.其次,根据保护启动、动作及断路器跳闸的相关性,结合各保护配合关系,建立了保护动作逻辑关系式.再次,基于实际情况与预期情况最大吻合原则建立目标函数,采用优化算法求解,并通过对比得到隐性故障位置.案例分析表明,所提方法能有效发现保护定值和保护配合等软件类隐性故障.     

一起110 kV主变零序过电压保护动作分析

介绍了地区电网系统所发生的一起故障。此类故障虽然比较常见但继电保护装置动作情况比较特殊,完全不同于以往故障后动作行为。通过结合电网实际情况对该故障进行详细的理论分析,在对电网运行方式及负荷情况进行综合分析后,发现继电保护装置特殊的动作行为是由负荷反电动势及电网系统谐振所引起的。在问题原因分析清楚后,通过对一次设备、系统运行方式和保护整定方面提出了改进方案及对策,以避免该问题的发生。     

交直流混联电网交流系统故障特征分析

与传统交流电网相比,交直流混联电网在故障时会产生许多新的电气特征,从而对交流系统继电保护动作行为产生不利影响。为此,以±500kV宝-德及贵-广Ⅱ直流工程为模型,在大量实时数字仿真系统(RTDS)试验的基础上,从继电保护应用的角度出发,首次系统地分析了交直流混联电网交流系统的故障特征。研究表明,故障信息中的谐波主要表现为低频分量和非整次分量,且其含量基本不随时间而衰减;由于换流器的非线性特性,使得被保护元件背侧系统正、负序阻抗的幅值和相位均不再近似相等;交流系统单一故障通常具有复故障特点,上述特征将影响选相元件、距离元件、方向元件等保护的动作性能。研究成果为适用于交直流混联电网的继电保护研制及应用提供了依据。