CN106021596B - 一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，包括以下步骤：步骤一，获取所有变电站内厂站和一次设备的接线图信息及实时状态信息；步骤二，根据接线图信息及实时状态信息采用树图算法，从变电站内的故障开关位置开始对站内一次设备进行拓扑，然后从站内拓扑到对侧变电站，直至完成所有变电站的拓扑；步骤三，以上拓扑形成的树图以最短路径树输出为电网故障电流冲击拓扑图。本发明通过电网故障电流冲击拓扑图的形式形象的展示了故障发生时刻故障电流对主干电网的冲击路径，为故障电流累积冲击的量化研究方面提供了准确的计算基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于计算电网故障冲击电流的动态拓扑分析方法，属于电网故障分析技术领域。
背景技术
随着电力系统的不断发展，电网的规模不断扩大、接线方式日趋复杂，投入电网的各种保护、故障录波器等二次设备越来越多，并且其功能也越来越先进，这些装置提供了更加丰富、全面的电网运行数据和信息，给变电站二次系统带来了一次巨大的技术革新。同时，各级电力数据网络的建立以及网络通信技术在电力系统中应用的深入，调度中心实时得到各种电网运行信息也成为现实。在此基础上，在调度中心综合利用微机保护、自动装置及故障录波器等二次设备提供的各种数据，可以进一步提高电力系统的自动化程度，保证系统安全、有效、稳定地运行。电网设备的可靠运行将直接关系到电力系统的安全性与可靠性，电网设备的故障，往往会导致恶性事故的发生，严重影响电力系统的正常运行，造成财产损失，甚至人身事故。
当电网发生短路故障时，设备上流过的穿越性短路电流都可能对设备产生一定的影响，长期多次的累积效应对设备影响更大。但目前针对短路电流的累积效应缺乏有效的定量分析系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，该方法实时拓扑分析故障发生时刻的电网结构，展示配网故障变电站对主网的放射性冲击路径，从而可以准确计算配网主变故障对主网的累积冲击电流效应。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，获取所有变电站内厂站和一次设备的接线图信息及实时状态信息；
步骤二，根据接线图信息及实时状态信息采用树图算法，从变电站内的故障开关位置开始对站内一次设备进行拓扑，然后从站内拓扑到对侧变电站，直至完成所有变电站的拓扑；
步骤三，以上拓扑形成的树图以最短路径树输出为电网故障电流冲击拓扑图。
进一步的，在所述步骤一中，一次设备包括断路器、刀闸、接地刀闸、母线、交流线段端、变压器和变压器绕组。
进一步的，在所述步骤二中，采用树图法进行拓扑分析的具体过程为，
1）故障开关两端的分析及拓扑
根据故障开关的编号需要查找所在站内侧的拓扑结构，首先查找其两侧的节点，如果查找到的节点类型是刀闸，通过获取其在故障时刻的接地状态判断刀闸的开合状态，如果是闭合则继续查找下一节点，如果是断开则停止；如果查找到的节点类型是交流线段端点，由于此处的交流线段端点相对于故障开关是站外侧节点所以不再继续拓扑；如果查找到的节点类型是母线，获取该母线的编号，进行该母线的分析及拓扑；
2）母线的分析及拓扑
根据故障开关两端分析及拓扑中的母线编号，遍历该母线上所有的节点，如果节点类型是刀闸，获取该刀闸的编号，进入母线侧刀闸的分析及拓扑，如果节点类型是断路器，获取该断路器的编号，进入断路器的分析及拓扑，如果节点类型是变压器绕组，进入变压器的分析及拓扑；
3）母线侧刀闸的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑中的刀闸节点编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的断路器节点，获取断路器编号，进入断路器的分析及拓扑；如果该刀闸断开则停止；
4）断路器的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑或母线侧刀闸分析及拓扑中的断路器编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该断路器的闭合状态，如果该断路器闭合，查找连接该断路器的线路侧刀闸，获取刀闸的编号，进入线路侧刀闸的分析及拓扑；如果在断路器的交流线段侧找不到刀闸，则直接查找连接的交流线段端，此交流线段端由于不是故障发生位置的节点，考虑通过此点获取站外拓扑，因此进而则获取线路的编号，进入线路的分析及拓扑；
5）刀闸线路侧的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑中的线路侧刀闸编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的线路编号，进入线路的分析及拓扑；如果该刀闸断开则停止；
6）线路的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑或线路侧刀闸分析及拓扑中获取的线路编号，获取线路名称，在线路设备表中根据名称查找线路编号，在物理设备属性扩展表中查找对侧变电站编号进入对侧变电站的分析及拓扑；
7）对侧变电站的分析及拓扑
根据线路分析及拓扑获取的变电站编号，在变电站设备表中查找变电站的电压等级，如果对侧变电站电压等级小于当前拓扑的变电站电压等级，则跳过不作处理，如果对侧变电站电压等级大于等于当前拓扑的变电站电压等级且小于某一设定电压等级，则将对侧变电站作为树形子节点同时进入对侧变电站继续递归进行分析及拓扑，如果对侧变电站电压等级大于等于某一设定电压等级，则该对侧变电站作为树形子节点，不再进行拓扑；
8）变压器的分析及拓扑
根据母线编号查找所有的变压器绕组节点，获取变压器绕组节点所在的变压器编号，根据变压器编号查找到变压器其他绕组节点，对电压等级大于当前绕组的节点，查找到对应的母线，然后进入母线的拓扑分析。
进一步的，所述的设定电压等级为220kV。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过电网故障电流冲击拓扑图的形式形象的展示了故障发生时刻，故障电流对主干电网的冲击路径，对故障电流累积冲击的量化研究方面提供了准确的计算基础。同时该拓扑图的分析过程中通过接地刀闸动态的感知各种开关的状态，从而准确判断故障发生时刻变电站是否启用备用机制，能够真实的捕捉到电网拓扑结构发生的变化，实现了电网拓扑的实时性分析，打破了原有电网拓扑分析停留在静态或准实时的现状，也对电网其他领域的应用产生较大的促进作用。
附图说明
图1是本发明方法的示意图；
图2是本发明的电网故障电流冲击拓扑图的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明中OPEN-3000电网调度自动化集成系统、智能电网调度控制系统基础平台（简称D5000 平台）和 PMIS系统 (Project Management Information System，项目管理信息系统)均为国家电网所应用的操作平台和系统。
如图1和2所示，本发明的一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，电网故障电流冲击拓扑图主要用于分析故障电流对主干网累积效应，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，获取所有变电站内厂站和一次设备的接线图信息及实时状态信息；
以电网OPEN-3000、D5000和PMIS系统平台的数据为基础，通过获取厂站、断路器、刀闸、接地刀闸、母线、交流线段端、变压器和变压器绕组一次设备的接线图节点信息及实时状态信息进行分析判断，利用递归算法和树图算法实现电网故障时刻的动态拓扑分析；
步骤二，根据接线图信息及实时状态信息采用树图算法，从变电站内的故障开关位置开始对站内一次设备进行拓扑，然后从站内拓扑到对侧变电站，直至完成所有变电站的拓扑；
电网故障电流冲击拓扑图是用于分析故障电流对电力主干网的影响，目标是发现故障发生时刻冲击的实际电流通路，采用树图法来建立电网故障电流的拓扑路径；
为确保拓扑的准确性和实时性，基于多源数据，从设备台帐、线路图节点、设备运行数据和故障数据，多方面动态搜索电网结构，即故障开关两端拓扑、母线拓扑、刀闸(母线侧)拓扑、断路器拓扑、刀闸(线路侧)拓扑、线路拓扑、对侧变电站拓扑和变压器拓扑，满足了实时性拓扑分析的数据要求同时也避免了单一数据源因数据缺失造成的计算失败风险，解决了计算电网故障冲击电流时无法获取准确的电网拓扑结构难题；
采用树图法进行拓扑分析的具体过程为，
1）故障开关两端的分析及拓扑
根据故障开关的编号需要查找所在站内侧的拓扑结构，首先查找其两侧的节点，如果查找到的节点类型是刀闸，通过获取其在故障时刻的接地状态判断刀闸的开合状态，如果是闭合则继续查找下一节点，如果是断开则停止；如果查找到的节点类型是交流线段端点，由于此处的交流线段端点相对于故障开关是站外侧节点所以不再继续拓扑；如果查找到的节点类型是母线，获取该母线的编号，进行该母线的分析及拓扑；
2）母线的分析及拓扑
根据故障开关两端分析及拓扑中的母线编号，遍历该母线上所有的节点，如果节点类型是刀闸，获取该刀闸的编号，进入母线侧刀闸的分析及拓扑，如果节点类型是断路器，获取该断路器的编号，进入断路器的分析及拓扑，如果节点类型是变压器绕组，进入变压器的分析及拓扑；
3）母线侧刀闸的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑中的刀闸节点编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的断路器节点，获取断路器编号，进入断路器的分析及拓扑；如果该刀闸断开，则停止拓扑；
4）断路器的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑或母线侧刀闸分析及拓扑中的断路器编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该断路器的闭合状态，如果该断路器闭合，查找连接该断路器的线路侧刀闸，获取刀闸的编号，进入线路侧刀闸的分析及拓扑；如果在断路器的交流线段侧找不到刀闸，则直接查找连接的交流线段端，此交流线段端由于不是故障发生位置的节点，考虑通过此点获取站外拓扑，因此需要找到则获取线路的编号，进入线路的分析及拓扑；
5）线路侧刀闸的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑中的交流线段端刀闸编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的线路编号，进入线路的分析及拓扑；如果该刀闸断开，则停止；
6）线路的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑或线路侧刀闸分析及拓扑中获取的线路编号，获取线路名称，在PMIS系统数据库的线路设备表中根据名称查找线路PMIS编号，在物理设备属性扩展表中查找对侧变电站PMIS编号进入对侧变电站的分析及拓扑；
7）对侧变电站的分析及拓扑
根据线路分析及拓扑获取的变电站PMIS编号，在PMIS数据库变电站设备表中查找变电站的电压等级，如果对侧变电站电压等级小于当前拓扑的变电站电压等级，则跳过不作处理，如果对侧变电站电压等级大于等于当前拓扑的变电站电压等级且小于某一设定电压等级，则将对侧变电站作为树形子节点同时进入对侧变电站继续进行分析及拓扑，如果对侧变电站电压等级大于等于某一设定电压等级，则该对侧变电站作为树形子节点，不再进行拓扑；
一般将设定的电压等级为220kV,根据电力行业的标准规定，110kV及以下为配网，220kV及以上为主网。
8）变压器的分析及拓扑
根据母线编号查找所有的变压器绕组节点，获取变压器绕组节点所在的变压器编号，根据变压器编号查找到变压器其他绕组节点，对电压等级大于当前绕组的节点，查找到对应的母线，然后进入母线的拓扑分析。
步骤三，以上拓扑形成的树图以最短路径树输出为电网故障电流冲击拓扑图。
如果对侧变电站分析及拓扑中有结果输出，以原变电站节点为父节点，其对侧的变电站为叶子节点进行输出。同一变电站的叶子节点的数量没有限制，所有符合电压等级条件的变电站都可以输出到电流冲击拓扑树中来。在完成递归后需要生成电网故障电流冲击拓扑图的时候，以最短路径树的形式进行输出。需要排除闭环的拓扑结构，即对当前节点下级将生成的叶子节点进行重复性判断，如果发现已经出现，需要对整个树进行一次遍历和重排，保证每一个到叶子的路径都是最短路径。
该方法实时拓扑分析故障发生时刻的电网结构，能展示配网故障变电站对主网的放射性冲击路径，计算短路电流发生时刻对高压侧电网的累计冲击影响范围，在此基础上，分别计算受影响的各个电网设备冲击电流的大小，迭代进行所有电网设备的电流冲击过程，从而可以准确计算配网主变故障对主网的累积冲击电流效应。
本发明基于故障数据和二次接线图进行冲击电流的拓扑效应分析，有助于运行和管理人员正确分析事故原因、及时处理事故、评价继电保护和断路器等设备的动作情况，能够提高电网故障信息的综合利用水平和电网调度自动化程度，改善电网安全稳定运行状况，具有巨大的社会效益和可观的经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，获取所有变电站内厂站和一次设备的接线图信息及实时状态信息；
步骤二，根据接线图信息及实时状态信息采用树图算法，从变电站内的故障开关位置开始对站内一次设备进行拓扑，然后从站内拓扑到对侧变电站，直至完成所有变电站的拓扑；
步骤三，以上拓扑形成的树图以最短路径树输出为电网故障电流冲击拓扑图；
在所述步骤一中，一次设备包括断路器、刀闸、接地刀闸、母线、交流线段端、变压器和变压器绕组；
在所述步骤二中，采用树图法进行拓扑分析的具体过程为，
1）故障开关两端的分析及拓扑
根据故障开关的编号查找其两侧的节点，如果查找到的节点类型是刀闸，通过获取其在故障时刻的接地状态判断刀闸的开合状态，如果是闭合则继续查找下一节点，如果是断开则停止；如果查找到的节点类型是交流线段端点则停止；如果查找到的节点类型是母线，获取该母线的编号，进行该母线的分析及拓扑；
2）母线的分析及拓扑
根据故障开关两端分析及拓扑中的母线编号，遍历该母线上所有的节点，如果节点类型是刀闸，获取该刀闸的编号，进入母线侧刀闸的分析及拓扑，如果节点类型是断路器，获取该断路器的编号，进入断路器的分析及拓扑，如果节点类型是变压器绕组，进入变压器的分析及拓扑；
3）母线侧刀闸的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑中的刀闸节点编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的断路器节点，获取断路器编号，进入断路器的分析及拓扑；
4）断路器的分析及拓扑
根据母线分析及拓扑或母线侧刀闸分析及拓扑中的断路器编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该断路器的闭合状态，如果该断路器闭合，查找连接该断路器的线路侧刀闸，获取刀闸的编号，进入线路侧刀闸的分析及拓扑；如果在断路器的交流线段侧找不到刀闸，则直接查找连接的交流线段端，如果找到则获取线路的编号，进入线路的分析及拓扑；
5）线路侧刀闸的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑中的交流线段端刀闸编号，通过其故障发生时刻的接地状态判断该刀闸的闭合状态，如果该刀闸闭合，查找连接该刀闸的线路编号，进入线路的分析及拓扑；
6）线路的分析及拓扑
根据断路器分析及拓扑或线路侧刀闸分析及拓扑中获取的线路编号，获取线路名称，在线路设备表中根据名称查找线路编号，在物理设备属性扩展表中查找对侧变电站编号进入对侧变电站的分析及拓扑；
7）对侧变电站的分析及拓扑
根据线路分析及拓扑获取的变电站编号，在变电站设备表中查找变电站的电压等级，如果对侧变电站电压等级小于当前拓扑的变电站电压等级，则跳过不作处理，如果对侧变电站电压等级大于等于当前拓扑的变电站电压等级且小于某一设定电压等级，则将对侧变电站作为树形子节点同时进入对侧变电站继续递归进行分析及拓扑，如果对侧变电站电压等级大于等于某一设定电压等级，则该对侧变电站作为树形子节点，不再进行拓扑；
8）变压器的分析及拓扑
根据母线编号查找所有的变压器绕组节点，获取变压器绕组节点所在的变压器编号，根据变压器编号查找到变压器其他绕组节点，对电压等级大于当前绕组的节点，查找到对应的母线，然后进入母线的拓扑分析。
2.根据权利要求1所述的一种电网故障电流冲击拓扑图的分析方法，其特征是，所述的设定电压等级为220kV。
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