基于序电流相位比较和幅值比较的广域后备保护方法

基于广域测量系统(WAMS)和同步数字体系(SDH)光纤环网的广泛应用,广域继电保护有助于解决传统后备保护整定配合复杂,潮流转移时引起级联跳闸等问题成为目前研究的热点之一。本文基于分区域分布集中式广域继电保护系统结构,提出一种新型广域后备保护方法,该方法结合系统故障时线路序电压和序电流的分布特点,实时监视分区域各母线序电压的启动,通过对启动母线序电压进行排序选出疑似故障线路,并利用疑似线路两侧的序电流相位和幅值比较构成广域后备保护故障线路识别判据:区外故障时,电流相位相同,大小相等;区外故障时,电流相位相反,大小不定。该方法只需上传故障疑似线路信息,减小了系统的通信量和计算量,同时采用分布参数线路模型消除线路分布电容的影响。该方法原理简洁,易于整定,且适用于系统高阻接地、非全相运行、转换性故障及潮流转移等复杂运行工况,IEEE 10机39节点系统仿真结果表明了算法的有效性和适应性。     

基于故障关联系数的广域后备保护新方法

为了降低广域后备保护通信量,提高故障识别的容错性,提出了基于故障关联系数的广域后备保护新方法。在故障发生后,主站对子站上传的母线各序电压比例系数进行排序以确定候选故障线路。然后,主站向相关子站索取候选故障线路及其相邻线路的保护和方向元件的动作信息,用于计算线路的故障关联系数。最后,主站通过融合线路的故障关联系数并且和设定的门槛值进行比较来实现故障线路的识别。仿真算例表明,新算法广域通信量小,并且具有较高的容错性,可提高广域后备保护的性能。     

基于序电流灰色关联分析与多信息融合的广域后备保护算法

为了提高广域后备保护的容错能力,在集中分布式分区原则下,提出了电气量与多信息融合相结合的保护算法。该方法首先对分区内母线按照序电压分布特点排序后找出疑似故障线路。随后区域中心变电站将各个子站的录波数据计算得到疑似故障线路的综合序电流,之后利用灰色关联分析求得各疑似线路的故障度。同时,区域中心变电站向子站索取各IED回传的保护信息,计算疑似故障线路的故障度。最后,将两种故障度加权融合辨别故障位置。仿真算例表明,将电气量引入能够提高广域后备保护的容错能力,在复杂工况下也可以准确辨认出故障位置。     

基于多点PMU电压推算的广域后备保护故障线路识别算法

为了在有限:PMU下实现快速准确地识别故障线路,研究了一种利用多点电压推算的广域后备保护故障判别算法。采用母线间隔配置PMU策略,以未布置PMU节点为中心,从多个相邻PMU节点向中心节点分别进行正序、负序和零序电压的推算,得到中心节点的各序多个推算电压值及其差异值。建立故障线路的各序故障识别判据。选取差异值最大值对应的序分量来判断故障线路。基于电压推算值,求解故障点位置,辅助区分单一故障或相邻线路复故障。该方法的原理简单,计算量小,通信量较小,不受故障类型、故障点位置及过渡电阻的影响。IEEE 14节点系统的多组算例验证了该方法的有效性。     

广域后备保护故障识别方案

在广域信息基础上,提出了一种基于集中式结构的故障识别方案,根据各序分量排序情况确定故障区域,利用方向和纵差原理来判别故障元件。启动方式保证了经高阻短路故障情况下保护启动的灵敏性;故障区域划分方法既能缩小故障搜索范围,又能准确涵盖各故障元件;故障判别算法能够快速、准确地识别出线路及母线的简单、复合故障。提出了在断路器拒动、一点或一个站信息丢失情况下的故障识别策略。基于河北南网系统实际参数和运行断面进行了大量仿真,仿真结果验证了该方案的合理性和有效性。     

基于多Agent的广域保护系统体系研究

以提高广域继电保护自治性和适应性为目的,引入多Agent技术设计了广域保护系统的体系结构,并给出了广域保护Agent的设计思路。基于分区域分布集中式系统结构,讨论了广域保护子Agent的数据采集、系统通信、故障识别、知识库、结果执行、学习能力等多任务功能描述。利用多Agent系统并行工作与协作机制,构建了广域保护多代理的体系结构和工作机制,并给出了保护功能分解的多代理分层模型。同时结合广域保护功能,阐述了故障识别、结果执行、通信网络性能监视等几种典型子Agent的详细设计特点、结构、模型及其决策过程。通过多Agent在广域保护中的运用,可以有效实现大规模电网系统在不同运行工况下自适应保护。     

基于负序分量的分布集中式广域后备保护研究

提出了一种基于负序分量的分布集中式广域后备保护方法。文章利用系统故障时线路负序电压的分布特点,通过对各母线负序电压的排序,确定由疑似故障母线和线路组成的疑似故障区,并采用分层搜索方法,首先对准疑似故障母线及线路关联IED处对应的负序功率方向进行判别,直至判定并切除故障母线或线路。该方法仅需将定义的准疑似故障区域的信息上传至决策中心,系统计算量和通信量大为减少,从而加快了故障元件的识别速度。算例仿真结果表明,该方法在高阻接地、潮流转移过负荷及转换性故障运行情况下均能良好动作,验证了此方法的有效性以及适用性。     

基于区域多信息融合的广域后备保护算法

针对广域保护通信流量大、容错性低等问题,提出了一种基于区域多信息融合的广域后备保护算法。首先,对保护系统进行区域划分,并根据故障电流的分布特性进行故障区域搜索,以减少广域保护的通信流量。其次,对故障区域内的保护动作信息进行归一化处理,并计算线路故障证据的基本概率赋值。最后,采用改进的D-S证据理论进行证据融合,进而识别故障线路。基于PSCAD搭建IEEE 39节点系统进行仿真验证,结果表明该算法能有效识别各类型故障,具有广域通信量小,信息容错性高等良好性能。     

含光伏电源配电网的复合序网自适应保护

含光伏电源(PV)的配电网,因光伏电源容量、并入位置不同,导致传统的三段式电流保护不能准确动作。针对这一问题,提出根据保护点复合序网电压和电流进行自适应电流保护整定的方案。首先,提取故障电压和正序故障电流相位差来判定故障发生在光伏电源上游还是下游。然后,由序分量判定故障类型,选定故障区域。最后,利用复合序网电压求取保护安装处的电流整定值,进行自适应保护动作。通过仿真验证了该保护方案可根据光伏电源并入位置、容量、发生故障位置的不同,实现自适应在线保护整定,能够有效提高本地保护范围。     

有限PMU下采用差动有功功率抗过渡电阻的广域后备保护

针对广域后备保护算法易受过渡电阻的影响,研究有限同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)下基于差动有功功率(differential active power,DAP)的广域后备保护算法。将电网分为若干区域,计算各区域的正序DAP,与阈值比较,判别故障区域。由有限的布置PMU母线电压推算出未布置PMU母线电压幅值,采用线路两侧的推算电压差可识别出故障区域中的故障线路。当发生高阻接地故障不能识别故障线路时,计算各线路的DAP,分析其在线路故障与正常时的差异特性。针对无分支和有分支结构,分别研究故障线路检测判据。对于有分支结构,采用动态加权因子,由各PMU侧电压电流较准确地推算未布PMU母线电压。根据未布置PMU母线各侧的推算电压之间的相位关系,构造线路正序、零序、负序DAP的故障判据。通过IEEE 39节点系统大量仿真实验验证算法的有效性。该算法能够准确检测故障线路,不受故障点位置、故障类型、负荷等影响,且在过渡电阻达到300Ω时仍能准确识别故障线路。     

分区域广域继电保护的系统结构与故障识别

为促进广域继电保护（wide area protection,WAP）从原理性探索向工程可实现应用性转化,提出分区域广域继电保护的系统结构和故障识别算法,构建了较为明确的保护体系。基于有限广域保护的特点,提出将广域电网划分为类蜂窝结构的分区域系统实现继电保护,并结合集中式和分布式系统结构的优点,提出了更加适合区域电网的分布集中式广域继电保护系统结构。基于智能电子设备（intelligent electronic device,IED）、子站处理单元（sub-station processing unit,ssPu）和区域集中决策中心（regional centralized decision center,RCDC）的3层系统结构通过相互通信实现保护区域的故障判断,同时,在通信系统中断时各层结构又具有独立决策的功能,提高了广域继电保护系统的可靠性。在建立系统层间互助机制的基础上,提出了区域距离保护,系统通过不同信息域的简单逻辑计算实现故障元件识别,可满足广域继电保护的选择性和快速性要求。用鄂东220kV电网系统模型验证了广域保护系统的有效性。     

考虑新能源发电不确定性的静态电压稳定故障筛选与排序方法

为了有效地分析电力系统设备故障和新能源发电不确定性对系统静态电压稳定的影响,提出了一种考虑新能源发电不确定性的静态电压稳定故障筛选与排序方法。假设各新能源发电出力为均值,建立N-1故障场景下确定性的电压稳定临界点模型,根据所得的故障后负荷裕度筛选得到严重故障集。考虑风电和光伏发电的随机分布,建立故障场景下的电压稳定概率评估模型,采用随机响应面法求解获得故障场景的负荷裕度累积概率分布。根据负荷裕度累积概率分布,设计了2种故障后系统电压稳定性的排序指标,确定严重故障集的排序。IEEE 118节点标准系统的计算结果表明,所提故障筛选与排序方法是有效的,可以甄别和排序各故障场景下系统的概率静态电压稳定性;根据故障排序结果构建的电力系统概率电压稳定域有助于对概率稳定边界的分析和研究。     

配电线路自适应相序识别方法

配电网故障测距主要依靠双端行波法和双端阻抗法,线路换相会造成故障点两侧终端采集的电压电流相序不对应,导致测距结果不可信,因此迫切需要自适应相序识别方法来解决双端电气量不对应的问题。在配电终端同步采样的前提下,利用沿线分布负荷对系统电压电流影响较小的特性,分析了两种换相方式的不同换相次数对于相邻配电终端采集电气量与故障信息产生的变化,提出了一种自适应相序识别方法。该方法通过计算相邻配电终端采集电气量的相似系数与相角差,统计同一次故障的动作或告警信息对应关系,判断其保护区内线路以何种方式换相以及换相次数,实现相序识别。通过判断配电终端采集电气量的相位超前关系,实现互感器反接的自动识别,无需外加装置或人工配置。仿真结果表明,该方法可有效识别任意相邻终端之间电压电流相序关系,具有较高的准确性,为双端测距法的工程应用提供了保障。     

低压配电网故障智能识别系统的研究

提出了一种识别380 V低压配电网故障的方法。以此为基础研发了低压配电网故障智能识别系统。通过在低压配网的相应位置,如箱式变电站的低压开关、低压电缆分支箱、环网柜等设备的电缆出口处安装该智能识别系统,自动记录故障区域、故障类别、故障前后的电量有效值和相关故障波形图,供技术人员比对、分析,确定故障区域和严重程度,为准确、快速处理电网故障提供依据。     

基于零序电压幅值差的配电网断线识别与隔离

由于配电网断线故障没有及时处理而造成的过电压、人畜伤亡、旋转电机损坏等事故时有发生。针对这一问题,首先分析了配电网发生断线后零序电压的分布特征,指出由于纵向断线造成系统的不平衡且电压不连续,断口两侧零序电压幅值差别较大。基于此特征,提出了基于零序电压幅值差的断线故障识别方法,并给出了基于配电网自动化系统的智能分布式和集中式两种故障处理模式。PSCAD仿真表明,所述方法在各种断线形态下都可以可靠定位,具有不受中性点接地方式、过渡电阻、负荷大小影响的特点,但依赖于通信。     

基于期望损失指标的电力系统故障筛选和排序

为了避免在故障筛选与排序中只考虑故障的严重程度,提出了一种新的故障筛选和排序的方法。它是以动态安全域的求解为基础,以故障的期望损失作为筛选和排序的指标,同时考虑故障发生时电力系统的经济性与随机性两个方面,更符合实际情况。首先,根据经验故障集,用小范围解析法计算电力系统发生故障时的动态安全域,从而求解发生故障时的改进的概率不安全指标和期望损失,根据故障在故障集中的比例筛选出期望损失比较大的故障线路,将其放入筛选集中。然后,根据误差比例控制曲线,控制计算动态安全域的精度,重新计算筛选集中电力系统发生故障时的动态安全域、期望损失和它们所占的比例,依据此比例进行排序。通过IEEE10机39节点系统算例验证了该方法能够快速、全面、准确地实现故障的筛选与排序。     

基于故障电压比较的广域后备保护新算法

提出了一种基于故障电压比较的广域后备保护新算法,有助于解决传统后备保护整定配合复杂,潮流转移时易误动等问题。该算法利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值推算另一侧电压故障分量,以推算值与测量值的比值识别故障元件。并通过故障区域检测降低广域信息传输量,加快故障元件识别速度。该算法原理简洁,对保护范围内多点量测数据的同步性要求较低。基于川渝500kV电网测试系统的仿真结果表明,该算法在电网高阻接地、非全相运行、故障转换及重负荷转移等情况下均具有良好的动作性能。     

高压电网自适应接地距离保护研究

为提高接地距离保护对高压电网高阻接地故障反应的灵敏性,提出了一种对过渡电阻Rg具有高度自适应动作边界的新型动作判据。根据接地阻抗继电器自适应动作判据的构成原则,在分析了负序电压极化的自适应阻抗继电器动作特性的基础上,分析了负序电压移相极化阻抗继电器的移相控制方法、移相极化的工作性能。分析表明,将负序电压根据近保护安装点侧系统的负序阻抗角的大小适当移相后作为极化电压,接地阻抗继电器对Rg不但有更好的自适应性,也保持了其方向动作的明确性。MATLAB仿真结果表明,新的动作判据确实提高了继电器对保护范围末端高阻接地故障动作的灵敏性和自适应性。