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.     

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。     

一种基于多信息融合的快速继电保护算法的研究与设计

继电保护可以充分地利用电网内的冗余测量信息进行故障识别,对电网故障进行快速隔离。考虑到电网在建设过程中的成本及经济效益问题,通常需要快速断路器和普通断路器配合使用,而快速断路器较普通断路器的速度快得多,这就导致断路器在串联使用时,存在时间配合问题,暴露出速动性和选择性的矛盾。基于此,提出和设计了一种基于多信息融合的快速继电保护算法,该算法根据电网结构形成故障识别编码,并利用网络中断路器速度相关参数信息,构建适应度函数和状态期望函数,解决快速断路器和普通断路器串联使用时的时间配合问题,将速动性和选择性统一,达到治理晃电等实际目的。     

基于关联矩阵的输电线路广域后备保护研究

介绍了广域保护的背景和现实意义,通过获取电力系统中的多点信息来实现新的保护和控制算法.在此基础上借助广域保护的分布式系统结构,采用基于变电站智能电子设备(IED)保护动作系数和关联系数矩阵的输电线路广域后备保护算法,实现新的电网故障判别机制,并结合具体的电网验证了算法的合理性和有效性.     

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。     

应用复合阻抗比较原理的广域方向保护算法

广域差动保护和广域综合阻抗保护均能够利用广域多信息实现快速识别故障,具有受过渡电阻、分布电容等影响较小的优点,但需要广域信息严格同步,特别是保护范围存在负荷电流时保护明显存在误判。以解决上述问题为出发点,提出基于复合阻抗比较原理的广域方向保护新算法。该算法依据常规纵联电流差动保护的同步信息,利用单端母线电压与线路差电流比值提出复合阻抗定义,进一步分析区内外故障下复合阻抗的动作特性,构建故障区域判断和故障支路判断方向信息,并应用广域多源方向信息提出广域方向保护新算法。该算法既保留了广域差动保护和广域综合阻抗保护的优点,同时克服了广域严格的同步性、高阻接地、负载电流等的影响;从工程意义上讲保护系统通信量小,易于实现。基于IEEE 10机39节点系统仿真结果验证该算法的有效性。     

基于遗传信息融合技术的广域继电保护

广域继电保护大范围、分布式的信息采集方式,以及自然灾害等因素,较易引起信息出错、丢失,甚至信息通道受损,信息的完备性直接影响保护的性能。针对现有广域继电保护研究对信息不完全条件考虑的不足,本文从信息融合的角度出发,提出一种基于信息融合技术的高容错广域继电保护工作模式。利用广域冗余电网信息,基于遗传算法的信息融合原理,结合基于故障方向的广域继电保护原理,有效辨识、纠正广域坏数据。建立了基于遗传算法的信息融合数学模型,仿真试验验证了上述模型的有效性。     

基于分相电流突变量相位比较的广域继电保护

随着数字化技术的发展,电流相位差动保护可以得到进一步的应用,特别是降低广域差动保护对精确同步采样的依赖。信息量大导致通信裕度降低是实现广域继电保护的难点。为降低系统通信量,并保证保护的灵敏度和可靠性,提出了一种基于分相电流突变量(简称ΔI)相位比较原理的广域继电保护故障元件识别算法。结合该算法在广域继电保护中的实现,阐述了分相ΔI启动算法、基于补偿电压过零点的同步校正方法以及采样点比对的相位差动策略及其配置于广域继电保护中的应用方案等关键问题。仿真结果表明该算法具有原理简单可靠、动作速度快、灵敏度高等优点,且能够适应高阻接地、非全相运行、故障发展及故障转移等复杂故障工况。     

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。     

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。     

具有容错性能的广域后备保护算法

广域信息采集易受干扰而出现信息丢失或信息畸变,现有广域保护理论对此考虑不足,文中提出了一种高容错性的广域后备保护算法,用于变电站集中式后备保护.集中式后备保护系统根据本站元件电压、电流信息计算得到的故障方向信息和故障距离信息,以及从相邻变电站收集到的故障方向信息和故障距离信息,通过容错判别来确定故障位置.算例表明,当保护范围内任何一个保护元件误动、拒动或其故障信息丢失时不会造成后备保护系统的错误判别.该算法简单可靠,具有极高的容错性.     

基于遗传算法的区域电网智能保护

通过对广域保护应用基础研究,提出一种利用区域电网信息的智能保护系统,与现有主保护协同工作,加强电网继电保护水平,简化后备保护。同时,针对广域信息采集易受干扰而出现信息丢失或畸变等实际问题,以及现有广域保护原理对此考虑不足的情况,提出了包括基于状态关联的区域保护原理与基于遗传算法故障判别原理的区域电网智能保护的决策模块及其工作机制。建立了基于遗传算法的故障数学模型,仿真试验验证了该模型的有效性及高容错性。     

基于PSO-LIBSVM的广域后备保护新算法

广域后备保护利用电网线路IED和母线IED采集各元件相关信息,构造基于PSO-LIBSVM的线路和母线故障识别网络。以IED采集的信息作为输入向量,建立故障识别网络的训练样本矩阵;PSO算法寻找最优LIBSVM运行参数并训练故障识别网络,利用随机故障下的测试样本矩阵对线路和母线识别网络进行测试,以识别电网故障元件IED,进而确定故障元件。通过大量实验仿真了多种信息不准确情况下的故障识别,实验证明基于PSO-LIBSVM的广域后备保护新算法,识别准确率高,具有很好的容错性。     

基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究

提出了基于纵联比较原理的广域继电保护算法。该算法通过广域继电保护系统收集特定保护范围内各智能电子设备(IED)的故障方向信息,结合文中定义的IED动作系数AF和关联系数RF进行简单运算,即可确定出故障的位置。借鉴电力系统分析中的N?1原则,提出广域继电保护系统N个元件中的某一个元件失效时整个系统应仍能正确工作的N?1概念,分析了继电保护系统的N?1运行状况,提出了基于广域信息应对该运行状况的继电保护策略。算例分析表明:文中提出的广域继电保护算法原理简单、运算方便、判断结果准确,能较好地克服N?1运行状况带来的影响,可明显提高继电保护系统的性能。     

基于故障电压比较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系统的容错性,且使其在复杂工况下具有良好的动作性能,提出一种将故障电压比较和多信息融合相结合的广域后备保护算法。该算法利用本线路和相邻线路的保护动作值加权得到综合值,由其与故障门槛值的比值计算出对应的故障概率。同时利用相量测量单元(Phasor measurement unit,PMU)测得的线路一侧电压电流推算另一侧电压故障分量,以推算值与测量值的比值获得PMU数据对应的故障概率,将两种故障概率加权综合识别故障元件。该算法原理简洁,基于IEEE 4机8节点系统的算例结果表明,该算法在高阻接地、非全相运行再故障、故障转换等工况下具有良好的动作性能,多个保护拒动与误动时均能准确识别故障元件,有较高的容错性。     

新型广域后备保护方案的研究

对一种新型广域后备保护方案进行研究。该保护利用现代通信网络和时间同步技术,通过对广域范围内的故障电流及开关位置信息的采集和综合分析,判断故障区域和开关动作情况,利用实时网络拓扑图和跳闸函数实现最优后备保护跳闸方案。它不存在传统后备保护中动作时限和动作区域相互配合的问题,能大大缩短保护的整体动作时间,优化后备保护的整体功能。应用实例证明了该保护所具有的优点。     

电力系统广域后备保护中的贝叶斯网故障诊断方法

提出一种广域后备保护中的基于贝叶斯网的故障诊断方法,将传统保护测量元件的动作信号作为证据,权衡证据信息量、诊断模型规模与诊断实时性要求来划分诊断区,分析了保护误动、拒动的随机特性,根据各保护的保护范围的特点,建立诊断区故障诊断模型.算例结果表明该方法正确、有效,具有较强的容错能力.