CN104466924A - 基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法。包括：保护智能中心建立基于保护智能中心的变电站系统的网络拓扑结构，并形成基本关联矩阵；变电站系统发生故障后，保护智能中心获取故障枢纽变电站和非故障枢纽变电站的距离元件信息和方向元件信息，并检查方向元件信息的完整性，如果方向元件信息存在缺失则对缺失信息进行标记，结合基本关联矩阵、距离元件信息和方向元件信息形成故障定位矩阵；保护智能中心根据故障定位矩阵确定能否识别故障拓扑节点，能则直接输出故障识别结果，完成故障定位，否则基于保护智能中心的后备保护退出运行，由各枢纽变电站的传统后备保护切除故障。本发明能极大地提高枢纽变电站系统的可靠性。

Description

基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法

技术领域

本发明属于电力网络保护技术领域，更具体地，涉及一种基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法。

背景技术

当前，在电网本体的发展上，不论是资源密集型的西部地区，还是负荷密集型的东部地区，均已形成能够直接决定区域电网稳定乃至大电网稳定的枢纽变电站群。这些枢纽变电站群同时面临着二次系统高度集中后保护可靠性降低和灾变后二次系统恢复缓慢的问题。为解决上述问题，面向智能变电站群的保护智能中心应运而生。

保护智能中心作为变电站系统的一部分，为变电站系统中的区域变电站群提供后备保护，有力地保证了区域二次系统的可靠性，其构建于区域变电站群地理中心点附近的地下掩体内，抗震等级为一级，与各枢纽变电站建立基于光纤的信号联系，同时各枢纽变电站之间也建立了基于广域通信网的联系。保护智能中心与各枢纽变电站之间通过高效的信号联系实现了对各枢纽变电站保护信息的镜像存储，同时利用这些信息在各枢纽变电站退出运行时为其提供坚强可靠的后备保护。

但是，保护智能中心的提出只是从理论层次解决了枢纽变电站群在应对灾变时如何提高二次系统可靠性的问题，由于保护智能中心作为整个枢纽变电站群的后备保护策略不同于以往的广域保护等后备保护，且在如何实现保护智能中心作为整个枢纽变电站群的后备保护方面研究甚少，因此，有必要为保护智能中心建立高容错性的后备保护方法，以保证保护智能中心为枢纽变电站群提供高可靠性的后备保护。

综上所述，有必要为基于保护智能中心的变电站系统提供能够有力保障其高可靠性的后备保护方法，对提高基于保护智能中心的变电站系统的可靠性具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其目的在于提高基于保护智能中心的变电站系统的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)保护智能中心建立基于保护智能中心的变电站系统的网络拓扑结构，并根据该拓扑结构形成m×n维基本关联矩阵P＝[p_ij]；其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，m为拓扑节点总数，n为拓扑方向元件总数，拓扑节点为线路、母线和变压器，拓扑方向元件为断路器。p_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件的关联性；(2)变电站系统发生故障后，保护智能中心获取故障枢纽变电站和非故障枢纽变电站的距离元件信息和方向元件信息，并检查方向元件信息的完整性，如果方向元件信息存在缺失则对缺失信息进行标记，结合基本关联矩阵、距离元件信息和方向元件信息形成故障定位矩阵；(3)保护智能中心根据故障定位矩阵确定能否识别故障拓扑节点，能则直接输出故障识别结果，完成故障定位；否则基于保护智能中心的后备保护退出运行，由各枢纽变电站的传统后备保护切除故障。

优选地，所述步骤(2)中，故障定位矩阵F＝[f_ij]，f_ij＝r_ij+d_ij+Δd_ij，其中，r_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于距离元件信息的关联性，d_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于方向元件信息的关联性，Δd_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件是否存在方向元件信息缺失。

优选地，所述步骤(2)中，第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的距离保护I段内时，r_ij＝1；否则r_ij＝0；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的正方向时，d_ij＝1；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的反方向时，d_ij＝-1；否则d_ij＝0；其中，所述正方向包括线路、母线和变压器的功率传输方向，所述反方向为与所述正方向相反的方向；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件存在方向元件信息缺失时， $\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ij}}=-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(r_{\mathrm{ij}}+d_{\mathrm{ij}});$ 否则Δd_ij＝0。

优选地，所述步骤(3)中，遍历所有m个拓扑节点，存在i使得时，能够识别故障拓扑节点，判定满足条件的第i个拓扑节点发生故障；否则无法识别故障拓扑节点。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：针对保护智能中心作为整个枢纽变电站群的后备保护策略，对常见的广域保护等后备保护进行改进，利用保护智能中心与周围枢纽变电站的通信建立变电站系统的拓扑结构，在考虑了可能存在方向元件信息缺失的情况下，确定故障定位矩阵进而完成故障拓扑节点的确定，准确性高，适用于基于保护智能中心的变电站系统，极大地提高了枢纽变电站系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法流程图；

图2是后备保护方法实例的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法包括如下步骤：

(1)保护智能中心根据从光纤通道获得的各枢纽变电站的运行数据和从广域通信网中获得的各枢纽变电站之间的信号联系，建立基于保护智能中心的变电站系统的网络拓扑结构，并根据该拓扑结构形成m×n维基本关联矩阵P＝[p_ij]，其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，m为拓扑节点总数，n为拓扑方向元件总数，拓扑节点为线路、母线和变压器，拓扑方向元件为断路器。p_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件的关联性，例如，p_ij为“+”表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联，p_ij为“-”表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件不关联。

(2)变电站系统发生故障后，保护智能中心获取故障枢纽变电站和非故障枢纽变电站的距离元件信息和方向元件信息，并检查方向元件信息的完整性，如果方向元件信息存在缺失则对缺失信息进行标记，结合基本关联矩阵、距离元件信息和方向元件信息形成故障定位矩阵。

故障定位矩阵F＝[f_ij]，其中，f_ij＝r_ij+d_ij+Δd_ij。

r_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于距离元件信息的关联性，例如，第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的距离保护I段内时，r_ij＝1；否则r_ij＝0。

d_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于方向元件信息的关联性，例如，第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的正方向(包括线路、母线和变压器的功率传输方向)时，d_ij＝1；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的反方向时，d_ij＝-1；否则d_ij＝0。

Δd_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件是否存在方向元件信息缺失，是则 $\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ij}}=-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(r_{\mathrm{ij}}+d_{\mathrm{ij}});$ 否则Δd_ij＝0。

(3)保护智能中心根据故障定位矩阵确定能否识别故障拓扑节点，能则直接输出故障识别结果，完成故障定位；否则基于保护智能中心的后备保护退出运行，由各枢纽变电站的传统后备保护切除故障。

其中，遍历所有m个拓扑节点，存在i使得时，能够识别故障拓扑节点，判定满足条件的第i个拓扑节点发生故障，否则无法识别故障拓扑节点。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例，对本发明的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法进行详细说明。

如图2所示，保护智能中心获得枢纽变电站1的拓扑结构，线路L₁发生故障，拓扑节点为线路L₁、线路L₂、母线B₁和变压器T₁，拓扑方向元件为断路器b₁～b₅，因此，m＝4，n＝5。

则根据定义，有基本关联矩阵：

$P=\left[\begin{array}{ccccc}+& -& +& -& -\\ -& +& -& +& -\\ +& +& -& -& +\\ -& -& -& -& +\end{array}\right]$

距离元件信息关联矩阵：

$R=\left[r_{\mathrm{ij}}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 2& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

方向元件信息关联矩阵：

$D=\left[d_{\mathrm{ij}}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 1& 0& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0\\ -1& -1& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

检测到变压器T₁与断路器b₅存在方向元件信息缺失，则有：

方向元件信息缺失矩阵：

$\mathrm{\ΔD}=\left[{\mathrm{\Δd}}_{\mathrm{ij}}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1\end{array}\right]$

因此有故障定位矩阵：

$F=\left[\begin{array}{ccccc}2& 0& 3& 0& 0\\ 0& 2& 0& -1& 0\\ -1& -1& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& -1\end{array}\right]$

可知，遍历所有4个拓扑节点，仅存在线路L₁使得因而采用本发明的方法能够准确识别故障拓扑节点，完成故障定位。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)保护智能中心建立基于保护智能中心的变电站系统的网络拓扑结构，并根据该拓扑结构形成m×n维基本关联矩阵P＝[p_ij]；其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，m为拓扑节点总数，n为拓扑方向元件总数，拓扑节点为线路、母线和变压器，拓扑方向元件为断路器。p_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件的关联性；

(2)变电站系统发生故障后，保护智能中心获取故障枢纽变电站和非故障枢纽变电站的距离元件信息和方向元件信息，并检查方向元件信息的完整性，如果方向元件信息存在缺失则对缺失信息进行标记，结合基本关联矩阵、距离元件信息和方向元件信息形成故障定位矩阵；

(3)保护智能中心根据故障定位矩阵确定能否识别故障拓扑节点，能则直接输出故障识别结果，完成故障定位；否则基于保护智能中心的后备保护退出运行，由各枢纽变电站的传统后备保护切除故障。

2.如权利要求1所述的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中，故障定位矩阵F＝[f_ij]，f_ij＝r_ij+d_ij+Δd_ij，其中，r_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于距离元件信息的关联性，d_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件基于方向元件信息的关联性，Δd_ij表示第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件是否存在方向元件信息缺失。

3.如权利要求2所述的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的距离保护I段内时，r_ij＝1；否则r_ij＝0；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的正方向时，d_ij＝1；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件关联且故障位置在第j个拓扑方向元件的反方向时，d_ij＝-1；否则d_ij＝0；其中，所述正方向包括线路、母线和变压器的功率传输方向，所述反方向为与所述正方向相反的方向；第i个拓扑节点与第j个拓扑方向元件存在方向元件信息缺失时， ${\mathrm{\Δd}}_{\mathrm{ij}}=-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(r_{\mathrm{ij}}+d_{\mathrm{ij}});$ 否则Δd_ij＝0。

4.如权利要求3所述的基于保护智能中心的变电站系统的后备保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中，遍历所有m个拓扑节点，存在i使得时，能够识别故障拓扑节点，判定满足条件的第i个拓扑节点发生故障；否则无法识别故障拓扑节点。