CN106159915B - 一种广域保护故障定位系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电力系统故障识别技术领域的一种广域保护故障定位系统及其方法。广域保护故障定位系统包括顺序连接的数据收集模块、逻辑信息处理模块和逻辑判断模块；数据收集模块基于区域主机，提取各变电站上传的阶段式保护启动信号和断路器状态逻辑量信息；逻辑信息处理模块基于数据收集模块提取的逻辑量信息，形成区域电网连接状态矩阵及距离保护启动信息矩阵；最后，逻辑判断模块基于逻辑信息处理模块得到的状态矩阵及信息矩阵，构建广域保护故障判据进行快速故障定位。本发明中，距离保护启动情况的获取和广域故障保护判据的计算，不依赖系统的同步性，并充分考虑了容错性问题，在距离保护启动信息缺失或错误的情况下，仍能准确判断故障线路。
Description
技术领域
本发明属于变电站电力系统故障识别技术领域，尤其涉及一种广域保护故障定位系统及其方法。
背景技术
随着电网结构和运行方式日益复杂，基于本地信息的传统后备保护愈加难以整定，同时为保证保护的选择性，通常采用延时实现上下级间配合。因此，利用多源信息构建不强依赖定值整定的广域保护势在必行。
现有的广域保护原理主要通过快速采集广域信息，并利用网络通信进行多点、多类型信息的综合比较判断，实现快速、灵敏的后备保护功能，克服传统后备保护的不足。广域保护算法大致可分为两类：一类是利用电气量信息进行判断；另一类是利用保护动作信息或断路器状态等逻辑量进行判断。采用电气量信息的算法适用于结构相对固定，运行方式变化不大的电网，然而，基于电气量信息的广域保护算法对同步性要求较高；采用逻辑量进行判断能在信息缺失的情况下准确判断出故障位置，但目前研究采用传统保护的定值整定方法，不能适用于长、短线路配合的情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种广域保护故障定位系统及其方法，具有一定的容错性能。
广域保护故障定位系统包括顺序相连的数据收集模块、逻辑信息处理模块和逻辑判断模块；数据收集模块基于区域主机，提取各变电站上传的阶段式保护启动信号和断路器状态逻辑量信息；逻辑信息处理模块基于数据收集模块提取的逻辑量信息，形成区域电网连接状态矩阵及距离保护启动信息矩阵；最后，逻辑判断模块基于逻辑信息处理模块得到的状态矩阵及信息矩阵，构建广域保护故障判据进行快速故障定位。
一种广域保护故障定位方法的步骤为：
步骤1：数据收集模块基于区域电网内各变电站上传的阶段式距离保护启动信号和断路器状态等逻辑量信息，并传输至逻辑信息处理模块；
步骤2：逻辑信息处理模块利用数据收集模块上传的逻辑信息，形成描述各断路器的开断、邻接关系的区域电网连接状态矩阵和距离保护启动状态矩阵；
步骤3：逻辑判断模块依据区域电网连接状态矩阵和距离保护启动信息，构建广域保护故障判据实现故障快速定位。
区域电网连接状态矩阵公式为n为断路器个数目；i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n；
其中，当i＝j时，
当i≠j时，
距离保护启动状态存储矩阵为公式P＝(P1 ...Pk ...Pn)；k＝1,2,…,n；
其中，Pk表示断路器k配备的距离保护I、II、III段启动信息；
采用公式Pk＝(BkI BkII BkIII)T表示断路器k配备的三段距离保护启动信息；
断路器k的I段距离保护启动信息
断路器k的II段距离保护启动信息
断路器k的III段距离保护启动信息
采用公式C＝(B1I B2I ... BkI ... BnI)＝(c1 c2 ... ck ... cn)表示断路器距离保护I段启动信息；
其中，
采用公式D＝(B1II B2II ... BkII ... BnII)＝(d1 d2 ... dk ... dn)表示断路器距离保护II段启动信息；
其中，
采用公式E＝(B1III B2III ... BkIII ... BnIII)＝(e1 e2 ... ek ... en)表示断路器距离保护III段启动信息；
其中，
所述广域故障保护判据为公式
其中，计算区内故障子判据1；
计算区内故障子判据2；
计算区内故障子判据3；Aii表示断路器i的通断状况，Ajj表示断路器j的通断状况，Akk表示断路器k的通断状况；Ajk表示断路器j与断路器k之间是否直接相邻的状态，Akl表示断路器k与断路器l之间是否直接相邻的状态。
有益效果
本发明在采集区域内按照灵敏度整定保护各段启动信息基础上，结合网络拓扑和区域内断路器状态构建区域电网连接状态矩阵，然后，根据该矩阵建立保护启动信息记录矩阵，构造广域保护故障识别判据，定位故障线路。本发明中距离保护启动情况的获取和广域故障保护判据的计算，不依赖系统的同步性，并充分考虑了容错性问题，在距离保护启动信息缺失或错误的情况下，仍能准确判断故障线路。
附图说明
图1是本发明提供的基于逻辑信息融合的广域保护故障定位系统结构图。
图2是本发明实施方式中区域主机与各变电站信息交互模式结构图。
图3是本发明示例实施方式中的贵州某区域电网示意图。
图4(a-c)分别是本发明示例实施方式中贵州某区域电网K1处发生A相金属性接地故障时断路器12对应的距离保护I段、II段、III段启动情况。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。图1是本发明提供的广域保护故障定位系统结构图，如图1所示，本发明提供的广域保护故障定位系统包括顺序相连的数据收集模块、逻辑信息处理模块和逻辑判断模块。
数据收集模块基于区域主机，利用区域主机提取各变电站的站域主机上传的阶段式保护启动信号和断路器状态逻辑量信息，其中区域主机是设置在紧密关联的变电站组成的区域电网内，具有广域保护决策功能。站域主机是设置在各变电站，具有广域保护信息上传功能，如图2所示为实施方式中区域主机与各变电站信息交互模式结构图。
逻辑信息处理模块基于数据收集模块提取的各变电站逻辑信息，形成距离保护启动状态存储矩阵和区域电网连接状态矩阵，启动状态存储矩阵元素表示断路器的距离保护I、II、III段启动信息；区域电网连接状态矩阵元素表示断路器间连接状态。
逻辑判断模块根据逻辑信息处理模块得到的电网连接状态矩阵及距离保护启动信息矩阵，构建广域保护故障判据进行故障定位，判据利用线路本侧、对侧、下级侧互为冗余的信息，相对于传统保护在缺失本侧启动信息时仍可准确故障定位。
本发明的广域保护故障定位方法步骤为
步骤1：数据收集模块基于区域电网内各变电站上传的阶段式距离保护启动信号和断路器状态等逻辑量信息，并传输至逻辑信息处理模块；
步骤2：逻辑信息处理模块利用数据收集模块上传的逻辑信息，形成描述各断路器的开断、邻接关系的区域电网连接状态矩阵和距离保护启动状态矩阵；
步骤3：逻辑判断模块依据区域电网连接状态矩阵和距离保护启动信息，构建广域保护故障判据实现故障快速定位。
广域保护故障判据为
采用公式
其中，区内故障子判据1为
区内故障子判据2为
区内故障子判据3为
Aii，Aij为区域电网连接状态矩阵元素，
C＝(c1 c2 ... ck ... cn)表示断路器配备的距离保护I段启动信息，
D＝(d1 d2 ... dk ... dn)表示断路器配备的距离保护II段启动信息，
E＝(e1 e2 ... ek ... en)表示断路器距离保护III段启动信息；
本发明提供的广域保护故障定位系统的工作原理是：
基于广域保护故障判据子判据1表明当某线路侧I段保护启动，即可快速判断故障位于该线路内，加速本侧、对侧断路器跳闸切除故障。子判据2表明当某线路两侧的I段保护均未启动，而II段保护均启动时，可判断该线路发生高阻接地故障。由于过渡电阻的存在，测量阻抗超出I段整定范围，但仍在II段整定范围内。在缺失对端II段启动信息时，通过补充下级线路两侧的启动信号，依靠子判断3仍可准确故障定位。
在RTDS上搭建贵州某220kV电网模型进行仿真测试，如图3所示。分别在k1、k2、k3处设置A相接地故障、BC两相相间故障、BC两相接地故障、ABC三相接地故障。以K1处发生A相金属性接地故障为例，各保护判据动作情况如表1，表2为传统距离保护和广域保护策略的故障定位及故障切除时间。
表1
其中，断路器12对应的距离保护I段、II段、III段启动情况如图4(a-c)所示。
表2
进行距离保护启动信息缺失分析，设置k1处发生故障时距离保护元件启动值有缺失，各保护判据动作情况如表3所示。
表3
由可得，缺失11号距离保护I段保护启动信息，仍可快速判断故障发生在L6线路上。进一步考虑该算法的容错性，对保护启动信息进行随机1位修改,结果如表4所示。
表4
对保护启动信息设置2处信息缺失，结果如表5所示。
表5
对保护启动信息设置2处信息错误，结果如表6所示。
表6
验证结果表明，所提方法能够准确进行故障定位，当启动信号缺失或错误时，不影响广域保护故障定位策略的准确性，适用于长、短线配合的情况。
本发明所提出的一种广域保护故障定位系统及其方法，适用于有条件进行信息交互的变电站，由具有广域保护决策功能的区域主机进行控制。这套保护对比于传统保护，更好地兼顾广域保护的选择性、灵敏性和速动性。
Claims (6)
1.一种广域保护故障定位系统，其特征在于，所述定位系统包括顺序相连的数据收集模块、逻辑信息处理模块和逻辑判断模块；
所述数据收集模块基于有限区域电网，提取各变电站上传的站间阶段式保护启动信号和站间断路器状态逻辑量信息；
所述逻辑信息处理模块基于数据收集模块提取的逻辑信息，生成区域电网连接状态矩阵及距离保护启动信息矩阵；
所述逻辑判断模块基于逻辑信息处理模块得到的状态矩阵以及信息矩阵，构建广域保护判据进行快速故障定位。
2.根据权利要求1所述的一种广域保护故障定位系统，其特征在于，所述数据收集模块利用区域主机提取站间保护启动信息和断路器状态信息，其中区域主机是设置在紧密关联的变电站组成的有限区域电网内，具有广域保护决策功能。
3.根据权利要求1所述的一种广域保护故障定位系统，其特征在于，所述逻辑信息处理模块在故障发生后，根据采集的逻辑量信息生成距离保护启动状态存储矩阵和电网连接状态矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种广域保护故障定位系统，其特征在于，所述的逻辑判断模块根据距离保护I，II，III段启动信息记录矩阵和电网连接状态矩阵，构建广域保护故障判据；判据利用线路本侧、对侧、下级侧互为冗余，具有容错性，相对传统保护而言，在启动信息缺失或错误时仍可准确故障定位。
5.一种广域保护故障定位方法，其特征在于，所述方法步骤为
步骤1：数据收集模块基于区域电网内各变电站上传的阶段式距离保护启动信号和断路器状态逻辑量信息，并传输至逻辑信息处理模块；
步骤2：逻辑信息处理模块利用数据收集模块上传的逻辑信息，形成描述各断路器的开断、邻接关系的区域电网连接状态矩阵和距离保护启动状态矩阵；
步骤3：逻辑判断模块依据区域电网连接状态矩阵和距离保护启动信息，构建广域保护故障判据实现故障快速定位。
6.根据权利要求5所述的一种广域保护故障定位方法，其特征在于，所述广域保护故障判据为
采用公式
其中，区内故障子判据1为
区内故障子判据2为
区内故障子判据3为
Aii表示断路器i的通断状况，Ajj表示断路器j的通断状况，Akk表示断路器k的通断状况；Ajk表示断路器j与断路器k之间是否直接相邻的状态，Akl表示断路器k与断路器l之间是否直接相邻的状态，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n，k＝1,2,…,n，l＝1,2,…,n；n为断路器个数目
C＝(c1 c2 ... ck ... cn)表示断路器配备的距离保护I段启动信息，D＝(d1 d2 ... dk... dn)表示断路器配备的距离保护II段启动信息，E＝(e1 e2 ... ek ... en)表示断路器距离保护III段启动信息；
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