CN105116246A - 一种电网运行保护实时在线分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电网运行保护实时在线分析方法，包括以下步骤：(1)、从调度控制中心的二次一次设备信息采集主站系统实时在线获取广域故障录波图信息；(2)、分别对各变电站内的录波数据进行重采样，使同一变电站的所有录波数据合并在一起；(3)、计算其所在区域的差流是否越限，据此判定故障元件；(4)、根据所述故障元件，判定相对应的保护必须动作；(5)、同步提取实际保护的动作信号。本分析通过变电站真实录波数据以及真实的保护动作信号，能够更加能够真实、客观的评价电网运行保护的性能，利用现场运行数据，在线完成保护动作的推导，同步与实际保护动作进行比对，不仅快速，而且更客观。

Description

一种电网运行保护实时在线分析方法

技术领域

本发明涉及一种电网运行保护实时在线分析方法。

背景技术

电力系统仿真是仿真领域中很大的一个分支,已有较长的历史,随着电力系统的发展,电源增多,电网扩大,自动化程度提高,许多计算与控制问题日益复杂,因此无论从现有技术上,还是从供电的可靠性及设备的安全性考虑,直接在实际电力系统中进行各种试验的可能性极小,物理模拟以购买数量众多的厂家设备到实验室进行研究，代价高昂。

目前，国内外在开展保护行为分析时，倾向于基于保护同原理，使用更详细的数据、更透明的过程及可观测的中间变量来进行推导。这种做法的缺点有三个：

1)保护原理同质化。因为是基于同样的保护原理，因此仿真的结果只能评价保护的逻辑是否同原理相符，并不能检验该原理本身；

2)使用保护自带的数据或者实验室仿真数据。保护自带的数据通保护装置本身的推导是一脉相承的，在原理一致的前提下，使用同样数据推导的结果并无二致，因此这种评价方式存在局限性；

3)实验室仿真评价替代工程评价。电网运行的场景和过程非常复杂，受诸多因素影响和制约，因此，单个环节和性能的评价，不能全面、客观的评价出保护装置在实际工程中的综合表现，而工程综合表现恰恰才是最尤其重要的。

发明内容

本发明所要解决现有电网运行保护分析不客观准确的技术问题，提出了一种电网运行保护实时在线分析方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种电网运行保护实时在线分析方法，包括以下步骤：

(1)、从调度控制中心的二次信息采集主站系统实时在线获取广域故障录波图信息，亦即来源于现场的实际信息；

(2)、从所述广域故障录波图信息中获取各变电站的录波数据，并分别对各变电站的录波数据进行重采样，使同一变电站的所有录波数据合并在一起，并保持时标一致和采样频率同步；

(3)、对变电站一次设备，包括线路、主变和母线，一一计算其所在区域的差流是否越限，据此判定故障元件；

(4)、根据所述故障元件，判定相对应的保护必须动作；

(5)、同步提取实际保护的动作信号，并将所述实际保护动作与所述必须保护动作相比对验证，判断两者是否一致。

进一步的，所述步骤(3)中，包括以下步骤：

(31)、以变电站内所有的一次设备为单位，包括线路、主变和母线，从全部录波通道中分别提取相应通道的录波数据，并进行采样时刻对齐及频率同步；

(32)、分别计算各一次设备的差流，并将计算结果与该间隔的差流越限值相比较，若计算结果不大于对应的差流越限值，则延时时间T后返回步骤(31)，否则执行步骤(33)；

(33)、从录波图中提取并确认该一次设备是否发生跳闸；

(34)、以变电站内一次设备的各支路来划分区域，所述区域的划分与一次设备对应的保护范围保持一致，分别计算它们的区域差流，包括线路差流、主变差流、母线差流。如果计算出的区域差流越限(大于0)，则可判定该区域一次设备为故障元件。

进一步的，所述步骤(3)中，在所述步骤(32)与步骤(33)之间还包括判断录波配置的一次设备参数是否正确以及判断二次回路是否正确连接的步骤，若判断录波配置一次设备参数正确以及二次回路连接正确，则执行步骤(33)，否则，后台校正并返回步骤(31)。

又进一步的，在所述步骤(34)中，若各区域的差流均没有越限，则进行报告存档。

进一步的，所述步骤(2)中，还包括对广域故障录波图进行转换的步骤，转换成符合电力行业标准的COMTRADE99格式数据文件。

进一步的，所述步骤(2)中，将各变电站的录波数据进行重采样，包括：采样点时标对齐、采样频率对齐、以及采样频率归一化及同步处理。

进一步的，所述采样点时标对齐的方式为：找到各录波数据中发生故障的突变点,把这个点作为各录波数据的对齐基准点。

进一步的，采样频率归一化及同步处理的方式为：用插值法把各录波数据的不同采样频率统一为同一采样频率。

进一步的，还包括将同一变电站的所有录波数据与接线图自动映射的步骤，完成从各录波通道到一次设备各支路电流采样的对应关系,电网故障时,各故障电流、区域差流计算值能够在接线图上得到直观显示。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：本电网运行保护实时在线分析方法，1、通过从调度控制中心的二次信息采集主站系统获取来源于变电站现场故障录波器所记录的真实客观数据，并非采用保护自带的数据，对电网运行过程中实际的录波数据进行分析判断，更加能够真实、客观的评价电网运行保护的性能，保证了评价的科学和合理性。2、基于现有普及和流行的省、网级别的调度调度控制中心(中调)的二次信息采集主站系统，实时在线获取广域故障录波信息，对各变电站的录波数据进行重采样使得同一变电站的所有支路的录波数据合并在一起，并采样频率同步,解决了不同源故障录波器采样频率不同、数据同步难等关键问题。3、利用差动原理进行故障诊断,实现了仅利用故障录波数据进行差流计算准确定位故障区域和评价保护动作行，采用区域大差流原理，以各支路差流是否越限的方法推导出故障元件，判定正确动作的保护，并将实际的动作保护与判定正确动作的保护相比较，这点同保护自身的工作机理不同，避免了工作原理的同质化。4、紧密同工程实际相结合，利用现场运行数据，在线完成保护动作的推导，同步与实际保护动作进行比对，不仅快速，而且更客观。

附图说明

图1是本发明所提出的电网运行保护实时在线分析方法的一种实施例流程图；

图2是图1中的录波数据进行差流计算步骤的流程图。

具体实施方式

保护评价最合适的工具是充分合理的运用故障录波数据，故障录波装置是保护装置的记录“黑匣子”及评判，也是电力系统变电站运行方式规定的标准配置。但是，传统的录波数据展示方法可以展示一个装置记录的单次故障波形，而电力故障发生过程中会有多个不同装置产生录波数据，分析这些数据时需要打开多个录波展示窗口，展示时存在以下问题：装置的时钟不一致，故障时刻波形无法对齐；装置的采样频率不同、记录压缩的方式不同，导致波形显示没法在同一个时间轴上对齐。尤其是复杂故障，时间跨度大，且同一台装置也会多次启动产生录波，传统的录波展示无法在同一个时间轴上展示故障的发展过程。本研究方法针对上述问题，提出一种电网运行保护实时在线分析方法，利用故障录波数据对电网运行保护实时在线分析，同时克服多数据源的录波数据不对齐以及频率不一致的问题，使用综合录波图的方式把来自多个装置的单次或若干次录波数据放到同一个时间坐标下进行展示、比较及分析的解决方案。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一，本发明提出了一种电网运行保护实时在线分析方法，如图1所示包括以下步骤：

S1、从调度控制中心(也即中调)的二次信息采集主站系统实时在线获取广域故障录波图信息，将各支路录波数据进行合并、时标对齐和采样率同步后，组成一台涵盖变电站所有一次设备全部支路信息的“大录波器”；本步骤通过从调度控制中心的二次信息采集主站系统获取数据，并非采用保护自带的数据，对电网运行过程中实际的录波数据进行分析判断，更加能够真实、客观的评价电网运行保护的性能，保证了评价的科学和合理性。

S2、从所述广域故障录波图信息中获取各变电站的录波数据，并分别对各变电站的录波数据进行重采样，使同一变电站的所有支路的录波数据采样频率同步；本步骤基于现有普及和流行的省、网级别的调度控制中心(中调)的二次信息采集主站系统，实时在线获取广域故障录波信息，对各变电站的录波数据进行重采样使得同一变电站的所有支路的录波数据采样频率同步,解决了不同源故障录波器采样频率不同、数据同步难等关键问题。

S3、分别对所述各变电站的录波数据进行差流计算，判断各变电站是否有故障元件，若有故障元件则对故障元件进行确定；本步骤利用差流原理进行故障诊断,实现了仅利用故障录波数据进行差流计算准确定位故障区域和评价保护动作行，采用区域大差流原理，以各支路差流是否越限的方法推导出故障元件，判定正确动作的保护，并将实际的动作保护与判定正确动作的保护相比较，这点同保护自身的工作机理不同，避免了工作原理的同质化。

S4、根据所述故障元件判定必须保护动作；

S5、同步抽取实际保护动作，并将所述实际保护动作与所述必须保护动作相比对验证，判断两者是否一致。本步骤紧密同工程实际相结合，利用现场运行数据，在线完成保护动作的推导，同步与实际保护动作进行比对，不仅快速，而且更客观。若实际保护动作与所述必须保护动作是一致的，说明变电站内部署的保护可靠性和精确度高，否则，可靠性和精确度存在问题。

作为一个优选的实施例，所述步骤S3中，如图2所示，对所述各变电站的录波数据进行差流计算包括以下步骤：

S31、以变电站内所有的一次设备为单位，包括线路、主变和母线，从全部录波通道中分别提取相应通道的录波数据，并进行采样时刻对齐及频率同步；

录波装置生成的故障文件包含所有录波装置监视的电压、电流、开关量通道，一般会有64路模拟量、128路开关量，这些通道中真正对故障分析有意义的通道通常只有4路电压、4路电流以及若干开关量变位的通道。正确提取出真正发生故障的通道数据对专注于故障分析更有力，而不至于淹没在大量的无效数据识别工作中。

对于电压、电流的提取采用峰值和突变量结合比较的计算方法，为了提高提取准确度，增加通道属性判断。对于开关量通道，自动找出有变位的通道，再结合开关量通道属性过滤。

S32、分别计算各一次设备的差流，并将计算结果与该间隔的差流越限值相比较，若计算结果不大于对应的差流越限值，则延时时间T后返回步骤S31，否则执行步骤S33；

S33、从录波图中提取并确认该一次设备是否发生跳闸；

S34、以变电站内一次设备的各支路来划分区域，所述区域的划分与一次设备对应的保护范围保持一致，分别计算它们的区域差流，包括线路差流、主变差流、母线差流。如果计算出的区域差流越限(大于0)，则可判定该区域一次设备为故障元件。

各设备的差流越限值整定为电网最大运行方式时因负荷不平衡、TA误差等因素导致可能出现的差流,如果差流值大于对应一次设备整定的差流越限值,通过调度控制中心(中调)的二次信息采集主站系统远程调整故障录波器接入间隔通道名称、TA极性及变比系数,或者派人直接去变电站现场检查故障录波器是否已全部接入参与差流计算的一次设备全部支路的电流回路，以及是否存在多点接地问题，并及时进行消缺,保证电网正常运行时所有一次设备的差流计算值均接近于零。

所述步骤S3中，在所述步骤S32与步骤S33之间还包括判断录波一次设备配置参数是否正确以及判断二次回路是否正确连接的步骤，若判断录波一次设备配置参数正确以及二次回路连接正常，则执行步骤S33，否则，后台校正并返回步骤S31。

电网正常运行时，以固定时间间隔自动召唤故障录波采样并进行以变电站内一次设备支路为单元的各相电流差流计算，差流值应几乎为零。如果差流计算值大于对应整定的差流越限值，应首先采取措施排除录波器自身参数配置错误等原因。

在所述步骤S34中，若各区域的差流均没有越限，则进行报告存档，以便后续查看。

所述步骤S2中，还包括对广域故障录波图进行转换的步骤，转换成符合电力行业标准的COMTRADE99格式数据文件。对从保信主站、行波测距主站、录波联网主站获得障录波图进行转换，为后续的数据分析提供标准的数据文件内容。针对不同厂家、型号的设备生成的波形文件各有不同，分别进行单独处理，数据文件标准全部基于COMTRADE99格式。

所述步骤S2中，将各变电站的录波数据进行重采样，包括：采样点时标对齐、采样频率对齐、以及采样频率归一化及同步处理。

部署在电站站内的故障录波器装置启动值低(相对于保护启动值),可以长时间、高频率、全过程完整记录一次系统的各种扰动。利用高灵敏度启动值,经过频率归一化、采样同步算法处理,实现广域内不同故障录波器的故障数据采样频率相同、采样同步。

其中，所述采样点时标对齐的方式为：找到各录波数据中发生故障的突变点,把这个点作为各录波数据的对齐基准点。广域网内不同故障录波器装置存在时钟误差,导致录波数据不能根据采样绝对时刻实现采样同步。本方案的解决方法是找到各个录波数据中发生故障的突变点,把这个点作为各个录波数据的对齐基准点。

其中，采样频率归一化及同步处理的方式为：用插值法把各录波数据的不同采样频率统一为同一采样频率。本方案采用插值法把不同采样频率统一为同一采样频率,对没有采样点的波形数据进行包络线方式压缩显示,同时录波数据中只记录有效值的压缩存储部分,进行相应处理。

还包括将同一变电站的所有录波数据与接线图自动映射的步骤，完成从各录波通道到一次设备各支路电流采样的对应关系,电网故障时,各故障电流、区域差流计算值在接线图上实时直观显示。继电保护基础数据平台是全网一次、二次设备的数据库,包含一次设备连接情况及二次保护配置情况。故障录波系统也是基于一次系统采样的分布式系统,基于录波器的TA建模只需将设备关联的基础数据平台中设备TA进行一一对应的配置,即可完成从录波通道到一次设备各支路电流采样的对应关系,通过TA统一标识建模这一关键环节,将两个系统协调起来,故障录波通道与基础数据中TA配置可自动映射,电网故障时,各间隔的故障电流、区域差流计算值可在接线图上实时直观显示。正常运行时系统潮流正常,各差流计算分区无越限,故障类型为母线故障,对母线差流进行计算验证结果是否越限。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、从调度控制中心的二次信息采集主站系统实时在线获取广域故障录波图信息，亦即来源于现场的实际信息；

（2）、从所述广域故障录波图信息中获取各变电站的录波数据，并分别对各变电站的录波数据进行重采样，使同一变电站的所有录波数据合并在一起，并保持时标一致和采样频率同步；

（3）、对变电站一次间隔，包括线路、主变和母线，一一计算其所在区域的差流是否越限，据此判定故障元件；

（4）、根据所述故障元件，判定相对应的保护必须动作；

（5）、同步提取实际保护的动作信号，并将所述实际保护动作与所述必须保护动作相比对验证，判断两者是否一致。

2.根据权利要求1所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，所述步骤（3）中，包括以下步骤：

（31）、以变电站内所有的一次设备为单位，包括线路、主变和母线，从全部录波通道中分别提取相应通道的录波数据，并进行采样时刻对齐及频率同步；

（32）、分别计算各一次设备的差流，并将计算结果与该间隔的差流越限值相比较，若计算结果不大于对应的差流越限值，则延时时间T后返回步骤（31），否则执行步骤（33）；

（33）、从录波图中提取并确认该一次设备是否发生跳闸；

（34）、以变电站内一次设备的各支路来划分区域，所述区域的划分与一次设备对应的保护范围保持一致，分别计算它们的区域差流，包括线路差流、主变差流、母线差流，如果计算出的区域差流越限，则可判定该区域一次设备为故障元件。

3.根据权利要求2所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在所述步骤（32）与步骤（33）之间还包括判断录波配置的一次设备参数是否正确以及判断二次回路是否正确连接的步骤，若判断录波配置一次设备参数正确以及二次回路连接正确，则执行步骤（33），否则，后台校正并返回步骤（31）。

4.根据权利要求3所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，在所述步骤（34）中，若各区域的差流均没有越限，则进行报告存档。

5.根据权利要求3所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，所述步骤（2）中，还包括对广域故障录波图进行转换的步骤，转换成符合电力行业标准的COMTRADE99格式数据文件。

6.根据权利要求5所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，所述步骤（2）中，将各变电站的录波数据进行重采样，包括：采样点时标对齐、采样频率对齐、以及采样频率归一化及同步处理。

7.根据权利要求6所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，所述采样点时标对齐的方式为：找到各录波数据中发生故障的突变点,把这个点作为各录波数据的对齐基准点。

8.根据权利要求7所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，采样频率归一化及同步处理的方式为：用插值法把各录波数据的不同采样频率统一为同一采样频率。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电网运行保护实时在线分析方法，其特征在于，还包括将同一变电站的所有录波数据与接线图自动映射的步骤，完成从各录波通道到一次设备各支路电流采样的对应关系,电网故障时,各故障电流、区域差流计算值能够在接线图上得到直观显示。