CN105871063B - 基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统故障识别技术领域，尤其涉及一种基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法。其特征在于，基于信息融合的站间保护故障识别系统包括顺序相连的保护信息上传模块、站间信息交互模块、信息融合动作模块；保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息；站间信息交互模块基于信息上传模块上传的动作信息计算并发送站间交互信息；信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障。本发明对各类型故障时均能得到准确的判断结果，保护性能灵敏可靠，不仅实现了加速后备保护动作时间，同时还成功解决了保护定值整定难的问题。

Description

基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法

技术领域

本发明属于变电站电力系统故障识别技术领域，尤其涉及一种基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法。

背景技术

随着大规模新能源的接入和交直流混合超/特高压互联大电网的发展，仅利用本地信息的阶段式保护，在解决适应网络结构和运行方式多变等方面捉襟见肘；同时，分布式电源的接入使配电网由单辐射网络变成双端或多端网络，潮流分布及故障时短路电流的大小和流向发生根本性变化，原有靠定值整定的保护方式存在很大局限性，导致继电保护的灵敏性和选择性不能有效兼顾。在国内外发生的多次大停电事故中，保护的不合理动作通常是事故诱发和扩散的主因之一，并最终成为促使电网崩溃的助力。

摆脱局部或本地信息的束缚，站在电力系统全局角度，充分利用电网中的多点多元广域信息是解决传统保护上述问题的根本途径。国内外开展了基于多源信息的广域保护研究工作，并取得了一系列的成果。但目前的广域保护研究主要针对固定电网结构，功能较为单一，对复杂事件的处理能力以及对运行环境变化的适应能力差。业界对于广域保护在诸多问题上还未能达成共识，例如是采用集中式还是分布式系统构成模式，基于电气量还是逻辑量进行故障定位、构建保护算法等，造成了上传的信息量庞大、信息传输模式复杂、信息共享机制不明确等问题。另外，研究成果多聚焦于理论分析与仿真验证，对于工程实用性和可行性还欠缺考虑。

鉴于此，广域保护势必成为未来继电保护的发展方向，以改善传统保护性能，弥补现有保护不足。国家电网公司新一代智能变电站建设过程中，使用了更为先进的通信技术、传感器技术、智能化小型设备，为广域保护的发展提供了必要的技术支撑。与此同时，国家电网公司也大力支持广域保护研究，密集出台了一系列政策和规范。截止2014年底，国家电网已有6个首批新一代智能变电站示范工程投入运行。根据《2014年新一代智能变电站扩大示范工程建设计划》，国家电网公司还将在2014-2016年建设50个新一代智能变电站示范工程。而层次化保护是新一代智能变电站建设的重点内容之一，《2014年新一代智能变电站扩大示范工程技术要求》(国家电网智能〔2014〕867号)和《2014年新一代智能变电站扩大示范技术方案符合性评审意见》(智能〔2014〕6号文)中明确将层次化保护列入智能二次系统的关键技术。综上，国家电网公司的技术基础与政策支持均已齐备，必将进一步完善层次化保护体系和推进新一代智能变电站建设。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于信息融合的站间保护故障识别系统，其特征在于，所述识别系统包括保护信息上传模块、站间信息交互模块、信息融合动作模块；

所述保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息；

所述站间信息交互模块基于保护信息上传模块上传的动作信息计算并发送站间交互信息；

所述信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障。

所述保护信息上传模块利用出线的距离保护信号和零序电流信号，其中距离保护在传统整定值的基础上增设广域整定值：I段不变，II段按本线路末端1.25灵敏度整定，III段按相邻线路末端1.3灵敏度整定。

所述站间信息交互模块在故障发生后，若本站出线距离保护I或者零序I启动，则确认本线路出线发生故障，在跳开本侧线路断路器的同时，向对侧变电站主机传送“直接跳闸”信号，同时向其余相邻变电站传“允许远后备跳闸”信号；

故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，故障发生在本线路出线或者本线路下级线路，本变电站向对侧变电站主机传送“允许近后备跳闸”信号；

故障发生后，若本侧出线断路器收到跳闸指令，需通知相邻变电站为其提供失灵保护，本变电站向相邻变电站主机传送“允许远后备跳闸”信号。

所述信息融合动作模块在故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“直接跳闸信号”，确认故障位于本线路，跳开本线路断路器，相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作，同时向其余站发出信号，为其充当后备保护；

同理，故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许近后备跳闸”信号，确认故障位于本线路，跳开本线路断路器，相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作，同时向其余站发出信号，为其充当后备保护；

故障发生后，若本站出线距离保护II/III或者零序II/III/IV启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许远后备跳闸”信号，确认故障位于本线路上级线路，延时跳开本线路断路器，为上级线路提供远后备，相对传统保护而言大大加速了远后备动作时间。

基于信息融合的站间保护故障识别方法，其特征在于，该方法步骤为：

步骤1：保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息，并传输至站间信息交互模块；

步骤2：站间信息交互模块利用保护动作信息，计算站间交互信息，并传输至信息融合动作模块；

步骤3：信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障。

有益效果

本发明提出一种基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法，不仅适用于常规的单电压等级电网，同时也适用于包含变压器在内的多电压等级电网。本专利提出的基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法，该方法在站域保护的基础上，以变电站为基本单元，利用站域主机，仅与一级相邻的站域主机进行通信，获得线路两侧信息，故障发生后，保护系统经逻辑判断排除故障，实现本站出线和下级出线的保护功能，具有以下优点：

1、由于仅与相邻变电站进行信息交互，通信方式简单、布线方便易行，每个站都设有保护单元，独立判断故障，可靠性高；

2、该构成模式与具体电网结构无关，是一种通用的标准化构成模式，具有很强的普适性；

3、当广域保护主机故障退出时，各保护变电站使用传统保护方式，即可自然蜕化到传统的保护模式。

基于RTDS平台的算例验证结果表明，本发明对各类型故障时均能得到准确的判断结果，保护性能灵敏可靠。该系统实现了加速后备保护动作时间，同时还成功解决了保护定值整定难的问题。

附图说明

图1为本发明所提出的基于信息融合的站间保护故障识别系统结构示意图。

图2为三个变电站的典型配置图。

图3为距离保护I动作站间信号传递逻辑图。

图4为距离保护II动作站间信号传递逻辑图

图5为出线断路器收到跳闸指令站间信号传递逻辑图。

图6为本地距离保护II结合“直接跳闸”信息跳闸逻辑图。

图7为本地距离保护II结合“允许近后备跳闸”信息跳闸逻辑图。

图8为本地距离保护III结合“允许远后备跳闸”信息跳闸逻辑图。

图9为RTDS仿真模型图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

本发明提出一种基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法。图1为本发明所提出的基于信息融合的站间保护故障识别系统结构示意图。

基于信息融合的站间保护故障识别系统，该系统包括保护信息上传模块、站间信息交互模块和信息融合动作模块；保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息；站间信息交互模块基于信息上传模块上传的动作信息计算并发送站间交互信息；最后，信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障。

本发明提供的基于信息融合的站间保护故障识别系统的工作方式为：

1.保护信息上传模块

以如图2所示三个变电站的典型配置为例，介绍广域保护具体实施方案。具体实施方案中，主要利用出线的距离保护信号和零序电流信号，其中距离保护在传统整定值的基础上增设广域整定值：I段不变，II段按本线路末端1.25灵敏度整定，III段按相邻线路末端1.3灵敏度整定。

2.站间信息交互模块

2.1直接跳闸逻辑

故障发生后，若出线距离保护I或者零序I启动，则确认本线路出线发生故障，在跳开本侧线路断路器的同时，向对侧变电站主机传送“直接跳闸”信号，同时向其余相邻变电站传“允许远后备跳闸”信号，广域域保护信号发送逻辑和图例如图3。

2.2允许近后备跳闸逻辑

故障发生后，若出线距离保护II或者零序II/III启动，故障有可能发生在本线路出线或者本线路下级线路，本变电站向对侧变电站主机传送“允许近后备跳闸”信号，广域域保护信号发送逻辑和图例如图4。

2.3允许远后备跳闸逻辑

故障发生后，若本侧出线出线断路器收到跳闸指令，需通知相邻变电站为其提供失灵保护，本变电站向相邻变电站主机传送“允许远后备跳闸”信号，广域域保护信号发送逻辑和图例如图5。

3.信息融合动作模块

3.1加速近后备逻辑

故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“直接跳闸信号”，确认故障位于本线路，跳开本线路断路器。相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作。同时向其余站发出信号，为其充当后备保护。具体跳闸逻辑和图例如图6。

同理，故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许近后备跳闸”信号，确认故障位于本线路，跳开本线路断路器。相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作。同时向其余站发出信号，为其充当后备保护。具体跳闸逻辑和图例如图7。

3.2加速远后备逻辑

故障发生后，若本站出线距离保护II/III或者零序II/III/IV启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许远后备跳闸”信号，确认故障位于本线路上级线路，延时跳开本线路断路器，为上级线路提供远后备。相对传统保护而言大大加速了远后备动作时间。具体跳闸逻辑和图例如图8。

基于信息融合的站间保护故障识别方法的步骤为：

步骤1：保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息，并传输至站间信息交互模块；

步骤2：站间信息交互模块利用保护动作信息，计算站间交互信息，并传输至信息融合动作模块；

步骤3：信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障。

实施例：

在RTDS上搭建贵州六盘水的模型做仿真验证，模型仿真图如图9所示，分别在3号站1号线出口、中点、末端，下级线路出口、中点、末端，设置单相短路、相间短路、三相短路、两相接地短路、发展性故障以及转移性故障，对广域保护功能进行验证。验证结果如表1所示。

表1 RTDS仿真结果

验证结果表明，本发明所提出的基于信息融合的站间保护故障识别系统及其方法能够准确识别站间各种故障，满足保护快速性、选择性、灵敏性要求,加速后备保护动作时间，同时为下级线路提供后备保护。

Claims (3)

1.基于信息融合的站间保护故障识别系统，其特征在于，所述识别系统包括保护信息上传模块、站间信息交互模块、信息融合动作模块；

所述保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息；

所述站间信息交互模块基于保护信息上传模块上传的动作信息计算并发送站间交互信息；

所述信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障,

所述保护信息上传模块利用出线的距离保护信号和零序电流信号，其中距离保护在传统整定值的基础上增设广域整定值：I段不变，II段按本线路末端1.25灵敏度整定，III段按相邻线路末端1.3灵敏度整定，

所述站间信息交互模块在故障发生后，若本站出线距离保护I或者零序I启动，则确认本线路出线发生故障，在跳开本侧线路断路器的同时，向对侧变电站主机传送“直接跳闸”信号，同时向其余相邻变电站传“允许远后备跳闸”信号；

故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，故障发生在本线路出线或者本线路下级线路，本变电站向对侧变电站主机传送“允许近后备跳闸”信号；

故障发生后，若本侧出线断路器收到跳闸指令，需通知相邻变电站为其提供失灵保护，本变电站向相邻变电站主机传送“允许远后备跳闸”信号。

2.根据权利要求1所述的基于信息融合的站间保护故障识别系统，其特征在于，所述信息融合动作模块在故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“直接跳闸信号”，确认故障位于本线路，跳开本侧线路断路器，相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作，同时向其余站发出信号，为其充当后备保护；

同理，故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许近后备跳闸”信号，确认故障位于本线路，跳开本侧线路断路器，相对传统保护而言，消除了保护延时，加速了近后备动作，同时向其余站发出信号，为其充当后备保护；

故障发生后，若本站出线距离保护II/III或者零序II/III/IV启动，同时又收到对侧变电站发来的“允许远后备跳闸”信号，确认故障位于本线路上级线路，延时跳开本侧线路断路器，为上级线路提供远后备，相对传统保护而言大大加速了远后备动作时间。

3.基于信息融合的站间保护故障识别方法，其特征在于，该方法步骤为：

步骤1：保护信息上传模块基于保护线路间隔输出结果，提取距离保护和零序电流保护动作信息，并传输至站间信息交互模块；

步骤2：站间信息交互模块利用保护动作信息，计算站间交互信息，并传输至信息融合动作模块；

步骤3：信息融合动作模块依据站间交互信息和本地保护动作信息识别站间故障,

所述保护信息上传模块利用出线的距离保护信号和零序电流信号，其中距离保护在传统整定值的基础上增设广域整定值：I段不变，II段按本线路末端1.25灵敏度整定，III段按相邻线路末端1.3灵敏度整定,

所述站间信息交互模块在故障发生后，若本站出线距离保护I或者零序I启动，则确认本线路出线发生故障，在跳开本侧线路断路器的同时，向对侧变电站主机传送“直接跳闸”信号，同时向其余相邻变电站传“允许远后备跳闸”信号；

故障发生后，若本站出线距离保护II或者零序II/III启动，故障发生在本线路出线或者本线路下级线路，本变电站向对侧变电站主机传送“允许近后备跳闸”信号；

故障发生后，若本侧出线断路器收到跳闸指令，需通知相邻变电站为其提供失灵保护，本变电站向相邻变电站主机传送“允许远后备跳闸”信号。