CN105514953B - 智能变电站的自适应后备保护区域融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法。该方法主要包括：根据智能变电站的拓扑结构，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系；检测到智能变电站中的支路设备故障后，根据所述顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系、不同顶点设备之间的拓扑结构关系，获取故障的支路设备对应的自适应后备保护区域。本发明实施例的智能变电站的自适应后备保护区域融合方法通过利用数字化变电站后备保护的拓扑结构，在智能变电站或其邻近区域发生支路断路器故障时，可以准确地确定故障支路对应的融合区域，并有效地获取融合区域的自适应后备保护方案。

Description

智能变电站的自适应后备保护区域融合方法

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法。

背景技术

我国坚强智能电网的飞速建设与发展，对电网的安全稳定运行提出了新的挑战。智能变电站作为电网运行中的关键衔接点，对电网运行的安全性、供电的可靠性起着至关重要的作用，其研究也受到了广大学者的重视。

基于智能变电站的基础，衍生出了站域保护的概念。站域保护是一种“基于变电站统一采集的实时信息，以集中分析或分布协同方式判定故障，自动调整动作决策”的继电保护。继电保护的任务是反映被保护元件的故障或不正常运行状态，作为电网安全稳定运行的防线，必须适应甚至超前于电网发展的需求。

智能变电站的内部通过以太网通信来传输IEC61850标准化数字信息，除了可以大幅度简化设备的连接方式和系统结构，提高系统运行的可靠性之外，还可以集成原先面向某个特定应用或功能而设置的专用信息系统，形成一个统一的资源传输支撑平台，达成站内多源信息的应用共享机制。借此特性，智能变电站可促进站内各设备的充分联系，使站内的站域保护收集全站所有间隔的电压、电流及断路器、刀闸位置实时信息，这些冗余信息经融合后用以执行故障综合判断处理，为变电站内所有一次顶点设备提供集中的近后备保护和新型保护系统的构建及应用创造了必要的前提条件。但目前智能变电站仍沿用传统变电站后备保护中复杂的保护装置，并未有效地利用起智能变电站中充足的冗余信息对后备保护布局进行优化处理。

目前，现有技术中的一种智能变电站的后备保护最短路径的搜素算法主要包括：基于拓扑理论的网络保护模块作为全站系统级保护，该方法提出了基于数字化变电站的集中式保护，在传统的保护装置的基础之上，又增加了一种基于拓扑理论的网络保护模块，从而提供全站系统级保护，利用信息共享，提高了保护性能。

上述智能变电站的后备保护最短路径的搜素算法的缺点为：该方法适用于智能变电站的建设最开始起步的时候，集中式保护的通信基础非常简单，没有考虑变电站的接线方式、拓扑结构变化，自适应性差。

发明内容

本发明的实施例提供了一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，以实现有效对智能变电站中的断路器故障进行后备保护。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，包括：

根据智能变电站的拓扑结构，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系；

检测到智能变电站中的支路设备故障后，根据所述顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系、不同顶点设备之间的拓扑结构关系，获取故障的支路设备对应的自适应后备保护区域。

进一步地，所述的根据智能变电站的拓扑结构，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，包括：

将智能变电站的拓扑结构中的顶点上设置的设备作为顶点设备，拓扑结构中的支路上设置的断路器作为支路设备，根据智能变电站的拓扑结构构建顶点-支路邻接矩阵M，用所述顶点-支路邻接矩阵M表示智能变电站的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构，M中的元素表示为：

。

进一步地，所述的构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系包括：

根据智能变电站的拓扑结构构建顶点-顶点相邻矩阵C，用所述顶点-顶点相邻矩阵C表示智能变电站中不同顶点设备之间通过支路上设置的断路器相连的关系，C中的元素表示为：

。

进一步地，所述的检测到智能变电站中的支路设备故障后，根据所述顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系、不同顶点设备之间的拓扑结构关系，获取故障的支路设备对应的自适应后备保护区域，包括：

检测到某一个支路发生故障后，通过查询所述顶点-顶点相邻矩阵C，查询到故障支路直接相连的顶点设备，将故障支路直接相连的所有顶点设备进行融合得到融合区域；

通过查询所述顶点-支路邻接矩阵M，获取在所述顶点-支路邻接矩阵M中所述融合区域中顶点设备所在的行，并查找到所述顶点设备所在的行中所有元素值为T1的列，该列对应所述顶点设备相关联的所有支路，从所有支路中排除掉故障支路，通过所有支路中排除掉故障支路后的剩余支路对所述融合区域进行保护。

进一步地，所述的方法还包括：

根据所述顶点-顶点相邻矩阵C，找到通过正常支路与所述故障支路对应的顶点设备相连的正常顶点设备，根据所述顶点-支路邻接矩阵M找到所述正常顶点设备与所述融合区域相连的支路，根据所述顶点-支路邻接矩阵M找到所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路，将所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路中除去故障支路后的剩余支路，作为所述正常顶点设备与所述融合区域相连的支路的后备保护支路。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，基于变电站统一采集的实时拓扑信息，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系，清晰地表现数字化变电站后备保护的拓扑结构。在智能变电站或其邻近区域发生支路的断路器故障时，基于上述两个拓扑结构关系可以准确地确定故障支路对应的融合区域，并有效地获取融合区域的自适应后备保护方案。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法的处理流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种智能变电站的拓扑结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

在智能变电站或其邻近区域发生支路的断路器故障时，由于站内的网络通信容量大或者线路的互感器发生故障等等不同的情况，都可能导致站域集中式保护采集的信息发生丢失或其他各种状况。

本发明实施例旨在克服现有后备保护方法的不足，既可以防止保护在开关不同情况下有可能的拒动和误动，也能对利用电流差动保护方法的站域后备保护区域进行布局优化，节省断路器装置的动作设置，节约资源。为达到上述目的，本发明实施例提供的一种智能电站的自适应后备保护区域融合方法的处理流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：将智能变电站的拓扑结构中的顶点上设置的设备作为顶点设备，拓扑结构中的支路上设置的断路器作为支路设备，顶点设备可以为变压器、母线等，每个顶点为数字化变电站最小的保护单元，支路设备可以为断路器，表示顶点之间的拓扑结构的连接关系。

下面将顶点上设置的设备简称为顶点，将支路上设置的设备简称为支路。

根据变电站的拓扑结构，构建顶点-支路邻接矩阵M，来表示变电站的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构，M中的元素可以表示为：

在实际应用中，上述T1可以为1，上述T2可以为0。

构建顶点-顶点相邻矩阵C，来表示变电站中不同顶点设备之间通过断路器相连的关系，C中的元素可以表示为：

在实际应用中，上述T4可以为0。

步骤2：建立站域设备信息采集模块，通过采集智能变电站光纤以太网中传输的GOOSE报文，得到实时断路器信息，来获得各个支路的断路器状态。

一旦检测到某一个支路发生了断路器故障，或者某支路电流信息缺失等故障，则立即进入步骤3。

步骤3：检测到某一个支路发送故障后，通过查询顶点-顶点相邻矩阵C，查询到故障支路直接相连的顶点设备，将故障支路直接相连的所有顶点设备进行融合得到融合区域。

后备区域融合：在C矩阵中查找故障断路器直接相连的顶点设备，将其融合，融合区域扩展至无重叠为止，得到一个或多个融合区域中所有顶点设备的编号。

步骤4：在M中对应查找将不同融合区域中的顶点设备所在的行，并查找到该行中所有元素1所在的列，该列对应相关联的所有支路，排除掉故障支路，剩余对应的断路器对该进行保护。

通过查询所述顶点-支路邻接矩阵M，获取在所述顶点-支路邻接矩阵M中所述融合区域中顶点设备所在的行，并查找到所述顶点设备所在的行中所有元素值为T1的列，该列对应所述顶点设备相关联的所有支路，从所有支路中排除掉故障支路，通过所有支路中排除掉故障支路后的剩余支路对所述融合区域进行保护。

步骤5：根据顶点-顶点相邻矩阵C，找到通过正常支路与故障支路对应的顶点设备相连的正常顶点设备，根据顶点-支路邻接矩阵M找到正常顶点设备与融合区域相连的支路，根据所述顶点-支路邻接矩阵M找到所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路，将所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路中除去故障支路后的剩余支路，作为所述正常顶点设备与所述融合区域相连的支路的后备保护支路。

对主保护正常的顶点设备进行实时后备保护区域划分：在矩阵C中找到与该设备通过某断路器直接相连的其他顶点设备编号，在M矩阵中找到编号对应行的其余数值为1列对应的差动保护断路器，构成该设备的差动保护的后备区域。已经融合的区域可视为一个设备，由步骤4中得到的断路器进行保护。更大范围的后备保护区域重复该步骤依次外扩，从而得到不同范围的后备保护区域。

实施例二

该实施例提供的一种智能变电站的拓扑结构图如图2所示，以下通过本发明的基于智能变电站全站信息的自适应后备保护区域融合方法应用到图2所示的拓扑结构图中说明该方法的应用。

在图2所示的拓扑中，一共有5个顶点，其中1和2属于已充电模块Ω，设立顶点3为目标顶点B，在此搜索已充电模块Ω到目标顶点B的最短路径，具体步骤如下：

步骤一：构建图2所示拓扑的顶点-支路邻接矩阵M，顶点-顶点相邻矩阵C

步骤二：实时检测断路器状态，如果此时断路器12发生信息缺失等故障情况，则立即进入步骤三。

步骤三：由矩阵C可得断路器12与顶点设备m、l直接相连，将顶点设备m、l融合，发现顶点设备m、l可以并为一个保护区，得到融合区域。

步骤四：在M中对应查找m、l所在的行，并查找到该行中所有元素1所在的列，该列对应顶点设备m、l相关联的所有支路，排除掉故障支路，利用剩余支路所在的断路器7、8、10、11对上述融合区域进行保护。

步骤五：分析其他的正常元件的后备保护区，例如j，由矩阵C易得顶点设备j的主保护为断路器3、4、9、11。j通过断路器11与m相连。M中m所在行数值为1的元素还有列7、8、10、11。m其余差动保护断路器还有7、8、10。即断路器7、8、10构成顶点设备j向l、m融合区域拓展的后备保护。

综上所述，本发明实施例的智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，基于变电站统一采集的实时拓扑信息，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系，清晰地表现数字化变电站后备保护的拓扑结构。在智能变电站或其邻近区域发生支路的断路器故障时，基于上述两个拓扑结构关系可以准确地确定故障支路对应的融合区域，并有效地获取融合区域的自适应后备保护方案。

本发明实施例的智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，可以根据电流差动保护“电路中流入节点电流的总和等于零”的原理，动态地对不同运行情况下(断路器闭合；断开；故障)的站域后备保护区域进行准确的分析计算，从而进行最合适的站域后备保护区域划分。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，其特征在于，包括：

根据智能变电站的拓扑结构，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系；

检测到智能变电站中的支路设备故障后，根据所述顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系、不同顶点设备之间的拓扑结构关系，获取故障的支路设备对应的自适应后备保护区域；

所述的根据智能变电站的拓扑结构，构建智能变电站中的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系，包括：

将智能变电站的拓扑结构中的顶点上设置的设备作为顶点设备，拓扑结构中的支路上设置的断路器作为支路设备，根据智能变电站的拓扑结构构建顶点-支路邻接矩阵M，用所述顶点-支路邻接矩阵M表示智能变电站的顶点设备与支路设备之间的拓扑结构，M中的元素表示为：

所述的构建不同顶点设备之间的拓扑结构关系包括：

根据智能变电站的拓扑结构构建顶点-顶点相邻矩阵C，用所述顶点-顶点相邻矩阵C表示智能变电站中不同顶点设备之间通过支路上设置的断路器相连的关系，C中的元素表示为：

所述的检测到智能变电站中的支路设备故障后，根据所述顶点设备与支路设备之间的拓扑结构关系、不同顶点设备之间的拓扑结构关系，获取故障的支路设备对应的自适应后备保护区域，包括：

检测到某一个支路发生故障后，通过查询所述顶点-顶点相邻矩阵C，查询到故障支路直接相连的顶点设备，将故障支路直接相连的所有顶点设备进行融合得到融合区域；

通过查询所述顶点-支路邻接矩阵M，获取在所述顶点-支路邻接矩阵M中所述融合区域中顶点设备所在的行，并查找到所述顶点设备所在的行中所有元素值为T1的列，该列对应所述顶点设备相关联的所有支路，从所有支路中排除掉故障支路，通过所有支路中排除掉故障支路后的剩余支路对所述融合区域进行保护。

2.根据权利要求1所述的智能变电站的自适应后备保护区域融合方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据所述顶点-顶点相邻矩阵C，找到通过正常支路与所述故障支路对应的顶点设备相连的正常顶点设备，根据所述顶点-支路邻接矩阵M找到所述正常顶点设备与所述融合区域相连的支路，根据所述顶点-支路邻接矩阵M找到所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路，将所述融合区域中的顶点设备相连的所有支路中除去故障支路后的剩余支路，作为所述正常顶点设备与所述融合区域相连的支路的后备保护支路。