CN101399443A - 一种提高超高压电网保护定值整定性能的电网断点求取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高超高压电网保护定值整定性能的电网最小断点求取方法，属于电力系统继电保护技术领域。首先，获取电网当前拓扑结构，通过预先整定，形成配合关系图；其次，通过回路的有效组合，确定配合关系图的所有简单回路；然后，采用优化回路矩阵法，确定断开所有简单回路的较优断点；最后，根据断点集中确定的断点，以其作为起始保护，其定值按照保证选择性或者保证灵敏性进行整定，其余保护的整定配合在这些保护整定完毕后进行。本发明对于包含多环网的超高压电网，可以确定出断开所有真正死锁回路的较优断点，提高保护定值的整体性能。

Description

一种提高超高压电网保护定值整定性能的电网断点求取方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及电力系统继电保护计算机辅助整定方法。

背景技术

在电力系统继电保护整定计算过程中，每一线路的后备保护必须与相邻线路的主、后备保护在动作定值和动作时间上进行配合，以保证相邻线路出口故障时保护动作的选择性。但是，随着电力工业的不断发展，超高压电力系统逐渐形成多环网网络结构，这种网络结构给继电保护整定计算工作带来了困难。对于处于同一环路的保护，保护可能会出现相互等待、无法继续整定的情况，称之为“死锁”。

1967年，美国人A.H.Knable首次提出了“断点”的概念解决死锁问题[1]，其基本思想是：确定一组能断开网络中所有回路的保护，称之为断点，以其作为起始保护进行整定，其余保护的整定配合在这些保护整定完毕后进行。由于选作断点的保护与配合保护可能无法满足灵敏性或者选择性的要求，断点的位置和数目对保护的整体性能有重要影响，因此，自断点的概念提出以来，断点的求取问题一直是继电保护工作者和整定计算软件开发人员关注的重要课题之一[2-5]。

目前，现有的断点求取方法包括如下步骤：

1)基于电网的拓扑结构，形成配合关系图。即用节点表示保护，有向边表示保护

间的配合关系，形成配合关系图。

2)确定所有简单回路。即确定配合关系图中所有的简单回路。

3)求取最优断点。即找到一组能够断开所有简单回路的、最优的断点。

随着电力系统互联的不断发展，现代电网规模日益扩大，逐渐形成了全国统一甚至跨国的大型联合系统，这种大规模的电力系统对现有断点求取方法提出了新的挑战。目前广泛应用的基于图论的、根据系统的所有简单回路确定断点的断点求取方法法^[2-6]在处理大规模电力系统时都存在计算量大、计算效率低的不足，对于有些系统甚至无法求解。对于这种电力系统，断点的确定完全依赖于人工进行，所确定的断点不是断开所有死锁回路的最小断点，导致系统中的失配点增多，降低了保护定值的整体性能。

参考文献：

[1]A.H.Knable.Electrical power systems engineering.Mc Graw Hill，1967.

[2]V.V.Bapeswara Rao and K.Sankara Rao.Computer Aided Coordination ofDirectional Relays：Determination of Break Points [J].IEEE Transactions onPower Delivery，1988，4(2)：545-548.

[3]陈允平，王旭蕊，等(Chen Yunping，Wang Xurui，et al).继电保护机辅整定中形成简单回路的新方法(A New Method for Enumerating All Simple Loops in theCalculation on Relay Protection Setting Values)[J].电网技术(Power SystemTechnology)，1993，(3)：28-34.

[4]陈允平，周泽昕，等(Chen Yunping，Zhou Zexin，et al).继电保护定值计算机计算中的图论新算法(The New Graph Algorithm for Computer-aided Design ofProtection System Coordination)[J].电网技术(Power System Technology)，1995，19(4)：31-37.

[5]吕飞鹏，米麟书，等(Lu Feipeng，Mi Linshu，et al).环网方向保护配合最小断点集的神经计算方法(Neural Approach to Determine Minimum Break Point Set forOptimal Coordination of Directional Protective Relays in Multi-loop Networks)[J].中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE)，1997，17(3)：184-189.

发明内容

本发明提出了一种提高超高压电网保护定值整定性能的电网最小断点求取新方法。对于包含多环网的超高压电网，采用本方法，可以确定出断开所有死锁回路的较优断点，提高保护定值的整体性能。

本发明提出的提高超高压电网保护定值整定性能的电网最小断点求取方法，包括以下步骤：

1)获取电网当前拓扑结构，通过预先整定，形成配合关系图。

a)选择任意保护作为整定起始点，进行整定计算，当死锁产生时，对未整定完毕的保护及其未配合保护，形成配合关系图。在该图中，节点为保护，边为保护间的配合关系。

b)采用非连通图分解和根节点去除的简化措施，对配合关系图进行简化。i.若配合关系图是不连通的，而是由几个连通子图构成，则针对每个连通子图执行后续步骤。

ii.去除配合关系图中所有的根节点。根节点，即与其相连的所有有向边均以该节点为起始节点的节点。

2)通过回路的有效组合，确定配合关系图的所有简单回路。

a)确定配合关系图的所有基本回路，设其数目为Num。

b)基本回路之间两两组合，得到所有由两个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合，设该集合为SUM2。

c)基本回路与SUM2中所有元素进行两两组合，得到由三个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合，设该集合为SUM3。

d)依此类推，若SUMi(i<Num)为空，则回路组合终止；若已经得到由Num个基本回路构成的简单回路或复合回路的组合，则回路组合终止。

e)去除回路组合SUM1，SUM2，…，SUMNum中的复合回路，即可得到配合关系图的所有简单回路。

3)采用优化回路矩阵法，确定断开所有简单回路的较优断点。

a)根据所有简单回路，形成回路矩阵。其列数为配合关系图的节点数，其行数为所有简单回路的数目。若回路i包含节点j，则第i行第j列的矩阵元素为1；否则为0。

b)从回路矩阵中任选对应保护不是工程非断点的一列(如第k列)，从回路矩阵中删除第k列非零的所有行，假设为m1行，形成新的回路矩阵；从新的回路矩阵中任选一列(如第j列)，从回路矩阵中删除第j列非零的所有行，假设为m2行；从所有(k，j)组合中挑选m1与m2之和最大的作为断点，放入断点集中；对新的回路矩阵重复上述步骤，直到回路矩阵为空。

4)根据断点集中确定的断点，以其作为起始保护，其定值按照保证选择性或者保证灵敏性进行整定，其余保护的整定配合在这些保护整定完毕后进行。

本发明提出的提高超高压电网保护定值整定性能的电网断点求取方法，其特点和优点在于：

1)在配合关系图的形成中，采用了预整定形成配合关系图的方法，仅仅对整定计算中确定会产生死锁的保护确定断点，降低了断点的求取规模，提高了保护定值的整体性能；针对配合关系图的特点，提出了非连通图分解和根节点去除的简化措施，降低配合关系图的规模，提高整个断点求取算法的效率。

2)在所有简单回路的确定中，以任何一个非基本回路的简单回路必定是一个基本回路与一个简单回路或复合回路的组合为理论基础，通过类推法确定所有简单回路，排除了基本回路组合过程中大量的无效组合，提高了确定所有简单回路的组合效率。

3)在断点的求取过程中，采用了优化回路矩阵法，具有简便、快速、计算量小等优点。

在进行包含复杂环网的超高压电网继电保护整定计算时，本发明可以避免将某些本不必失配的保护作为失配点，保证电网中失配的保护是断开真正死锁回路的较优断点，提高继电保护定值的整体性能。

附图说明

图1所示为电力系统拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图并通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细表述。

以图1所示网络具体阐述形成简单回路新方法的执行过程。

形成简单回路新方法的具体步骤如下：

1)选择边1、2、4、5、6、7作为树支，确定图1的基本回路，其数目为5，分别为BLoop1(3，4)，BLoop2(7，8)，BLoop3(5，6，10)，BLoop4(1，6，11)和BLoop5(2，4，7，9)。

2)基本回路之间两两组合，得到所有由两个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合SUM2，包括DLoop₁(2，3，7，9)，DLoop₂(2，4，8，9)，Dloop₃(1，5，10，11)。

3)基本回路与SUM2中简单回路或者复合回路两两组合，得到由三个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合SUM3，包括TLoop₁(2，3，8，9)。

4)基本回路与SUM2中简单回路或者复合回路两两组合，得到由四个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合SUM4，SUM4为空。

5)SUM4为空，回路组合中止。

6)去除回路组合SUM1，SUM2，SUM3，SUM4中的复合回路，得到图G的所有简单回路，包括BLoop1(3，4)，BLoop2(7，8)，BLoop3(5，6，10)，BLoop4(1，6，11)，BLoop5(2，4，7，9)，DLoop₁(2，3，7，9)，DLoop₂(2，4，8，9)，Dloop₃(1，5，10，11)，TLoop₁(2，3，8，9)。

新方法实施过程中进行的回路组合结果如表1所示。

表1 基本回路组合结果

经过比较可知，根据形成简单回路新方法求得的简单回路集合与按基本回路线性组合方法求得的简单回路集合完全相同。

表2和表3中列出了本发明公开的新方法和基本回路线性组合方法在计算量的比较，从表中数据可以看出，新方法可以减小计算量。

表2 回路组合次数

 

	基本回路线性组合方法	本发明方法
			两个基本回路组合	10	10
三个基本回路组合	10	8
			四个基本回路组合	5	2
五个基本回路组合	1	0

表3 回路组合矩阵行数

 

	基本回路线性组合方法	本发明方法
			两个基本回路组合	2	2
三个基本回路组合	3	2
			四个基本回路组合	4	2
五个基本回路组合	5	2

Claims (1)

1、一种提高超高压电网保护定值整定性能的电网最小断点求取方法，对于包含多环网的超高压电网，采用所述求取方法，确定出断开所有死锁回路的较优断点，其特征在于，该电网最小断点求取方法包括以下步骤：

1)获取电网当前拓扑结构，通过预先整定，形成配合关系图：

a)选择任意保护作为整定起始点，进行整定计算，当死锁产生时，对未整定完毕的保护及其未配合保护，形成配合关系图，在所述配合关系图中，节点为保护，边为保护间的配合关系；

b)采用非连通图分解和根节点去除的简化措施，对配合关系图进行简化：

i.若配合关系图是不连通的，而是由几个连通子图构成，则针对每个连通子图执行后续步骤ii；

ii.去除配合关系图中所有的根节点，所述根节点是指与其相连的所有有向边均以该节点为起始节点的节点；

2)通过回路的有效组合，确定配合关系图的所有简单回路：

a)确定配合关系图的所有基本回路，设其数目为Num；

b)基本回路之间两两组合，得到所有由两个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合，设该集合为SUM2；

c)基本回路与SUM2中所有元素进行两两组合，得到由三个基本回路构成的简单回路和复合回路的集合，设该集合为SUM3；

d)依此类推，若SUMi，为空，其中，i<Num，则回路组合终止；若已经得到由Num个基本回路构成的简单回路或复合回路的组合，则回路组合终止；

e)去除回路组合SUM1，SUM2，…，SUMNum中的复合回路，即可得到配合关系图的所有简单回路；

3)采用优化回路矩阵法，确定断开所有简单回路的较优断点：

a)根据所有简单回路，形成回路矩阵，其列数为配合关系图的节点数，其行数为所有简单回路的数目，若回路i包含节点j，则第i行第j列的矩阵元素为1，否则为0；

b)从回路矩阵中任选一列，如第k列，从回路矩阵中删除第k列非零的所有行，假设为m1行，形成新的回路矩阵；从新的回路矩阵中任选一列，如第j列，从回路矩阵中删除第j列非零的所有行，假设为m2行；从所有(k，j)组合中挑选m1与m2之和最大的作为断点，放入断点集中；对新的回路矩阵重复上述步骤，直到回路矩阵为空；

4)根据断点集中确定的断点，以其作为起始保护，其定值按照保证选择性或者保证灵敏性进行整定，其余保护的整定配合在这些保护整定完毕后进行。

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