CN107658855A - 一种多功能故障分析系统 - Google Patents

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陈大华
王孝彬
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Abstract

本发明提供了一种多功能故障分析系统，包括位于所述多功能故障分析系统底层的EMS电网系统、位于所述多功能故障分析系统逻辑中层的故障分析系统以及位于所述多功能故障分析系统逻辑顶层的可视化人机交互界面，所述EMS电网系统向所述故障分析系统传输电网图形、电网模型以及电网实时状态；所述故障分析系统用于向用户提供故障电流计算功能、故障分析功能以及故障仿真功能。本发明中提供的一种多功能故障分析系统，能够支持多种类型各种电网结构的故障电流计算，并且基于多种方式进行故障分析和故障仿真，并且对于故障的复杂度没有限制，从而为后续的继电保护定值在线校核奠定坚实的基础。

Description

一种多功能故障分析系统
技术领域
本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种多功能故障分析系统。
背景技术
继电保护作为电网的第一道防线，对电网安全运行起到至关重要的作用。因此，要求电网调度应不断加强对电网的实时掌控能力，尤其是对继电保护动作行为的掌控能力。目前尚没有针对实时电网信息对保护定值的在线校核和预警，而作为对保护定值的在线校核和预警的前提条件，对于电网系统的故障计算、故障分析以及故障仿真也是研究的重点之一。
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新方向，是电力系统的重大科技创新和发展趋势。电网调度是坚强智能电网的重要组成部分，其智能化水平是坚强智能电网技术水平和应用水平的重要体现。
在国内的调度系统中，一般利用潮流、灵敏度、静态安全分析这些功能计算的相关指标进行调度预警与决策，未从保护性能进行系统化判断。因此，有必要根据这一情况，对继电保护定值在线校核开展深化研究工作，而工作的首要任务就是故障计算、故障分析以及故障仿真，即建立多功能故障分析系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种多功能故障分析系统。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种多功能故障分析系统，包括位于所述多功能故障分析系统底层的EMS电网系统、位于所述多功能故障分析系统逻辑中层的故障分析系统以及位于所述多功能故障分析系统逻辑顶层的可视化人机交互界面，所述EMS电网系统向所述故障分析系统传输电网图形、电网模型以及电网实时状态；
所述故障分析系统用于向用户提供故障电流计算功能、故障分析功能以及故障仿真功能。
进一步地，所述电流计算功能由电流计算功能模块实现，所述电流计算功能模块向用户提供选择考虑潮流影响或不考虑潮流影响的短路电流计算方法。
进一步地，所述所述电流计算功能模块支持单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路、三相短路以及断线故障情况下的电流计算；所述电流计算功能模块对于各种短路故障能够设置相应的过渡电阻；具体的故障点能够被设置于线路上的任意位置、母线、变压器绕组出口和/或发电机出口。
进一步地，所述故障分析功能由故障分析功能模块实现，所述故障分析功能模块能够适用于各个电压等级的故障计算，并且能够计算并查看无阻抗元件断路器以及母线的电气量。
进一步地，所述故障仿真功能由故障仿真功能模块实现，所述故障仿真功能模块用于模拟故障情况，分析保护的动作情况进而建立继电保护装置或安全自动装置的逻辑模型。
进一步地，所述逻辑模型包含与启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系。
进一步地，所述多功能故障分析系统支持基于补偿法的支路网络操作方法以及基于补偿法的通用故障计算方法。
进一步地，所述故障仿真功能模块还用于模拟系统故障，仿真原理保护动作，分析动作情况，并能够生成仿真报告。
本发明的有益效果是：
本发明中提供的一种多功能故障分析系统，能够支持多种类型各种电网结构的故障电流计算，并且基于多种方式进行故障分析和故障仿真，并且对于故障的复杂度没有限制，从而为后续的继电保护定值在线校核奠定坚实的基础。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多功能故障分析系统框图；
图2是本发明实施例提供的故障分析系统功能模块框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
一种多功能故障分析系统，如图1所示，包括位于所述多功能故障分析系统底层的EMS电网系统、位于所述多功能故障分析系统逻辑中层的故障分析系统以及位于所述多功能故障分析系统逻辑顶层的可视化人机交互界面，所述EMS电网系统向所述故障分析系统传输电网图形、电网模型以及电网实时状态；
所述故障分析系统用于向用户提供故障电流计算功能、故障分析功能以及故障仿真功能。
具体地，如图2所示，所述电流计算功能由电流计算功能模块实现，所述电流计算功能模块向用户提供选择考虑潮流影响或不考虑潮流影响的短路电流计算方法。
故障电流计算是在线保护定值校核的基础，用于模拟、研究各种故障条件下的电力系统的行为，校核保护定值的灵敏性、选择性。通过短路电流计算，可以确定电网故障引起的各支路电流和母线电压的变化，其目的在于检查设备忍受故障的能力及运行装置的保护定值的校核，还可以进一步计算出系统各点的短路容量。计算的故障电流可用于计算断路器的额定容量；可以通过计算故障电流确定保护的动作定值；用来进一步分析保护方案的合理性、协调性等。
所述电流计算功能模块支持单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路、三相短路以及断线故障情况下的电流计算；所述电流计算功能模块对于各种短路故障能够设置相应的过渡电阻；具体的故障点能够被设置于线路上的任意位置、母线、变压器绕组出口和/或发电机出口。
所述系统中所述电流计算功能模块可以满足如下要求：可处理各种特殊的电网结构，如小阻抗支路、母联及分段开关、孤立区域等；可处理多重零序全线互感、部分互感支路；可处理任何元件的方式变更，如线路投运、停运、变压器中性点直接接地、不接地和经阻抗接地等；故障电流计算模块能处理的系统的计算规模应根据实际情况确定，并可方便调整，并支持扩展。
具体地，所述故障分析功能由故障分析功能模块实现，所述故障分析功能模块能够适用于各个电压等级的故障计算，并且能够计算并查看无阻抗元件断路器以及母线的电气量。所述故障分析功能模块能够支持任意复杂的故障计算，故障计算的电网规模不受限制，支持过渡电阻的输入。
具体地，所述故障仿真功能由故障仿真功能模块实现，所述故障仿真功能模块用于模拟故障情况，分析保护的动作情况进而建立继电保护装置或安全自动装置的逻辑模型。
具体地，所述故障仿真功能模块可基于实时方式和预想方式模拟故障情况，分析保护(快速保护、距离保护、零序保护、失灵保护等)的动作情况，能方便地建立继电保护装置或安全自动装置的逻辑模型，逻辑模型包含与原理定值相关的启动(闭锁)元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系；可模拟继电保护装置的典型动作逻辑，如距离保护的阻抗圆(阻抗四边形)、母线保护的复压闭锁等。
进一步地，所述逻辑模型包含与启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系。
进一步地，所述多功能故障分析系统支持基于补偿法的支路网络操作方法以及基于补偿法的通用故障计算方法。
进一步地，所述故障仿真功能模块还用于模拟系统故障，仿真原理保护动作，分析动作情况，并能够生成仿真报告。
进一步地，本发明实施例还提供了两种所述系统支持的两种故障计算方法：
(1)基于补偿法的支路网络操作方法
在定值校核的网络方程求解过程中，往往要针对网络操作与系统运行方式改变而引起的网络拓扑与阻抗参数的每一变化组合，必须反复进行大量的计算，才能得到合理准确的计算结果。针对不同的网络操作与系统运行方式，大多采用支路追加法对网络节点阻抗矩阵进行修正的方法来处理网络拓扑结构与阻抗参数变化造成的影响。这种方法对于无互感偶合线路的网络简单、有效。但对含有互感耦合线路的网络，用该方法处理网络拓扑结构和参数变化(互感线路的接入、断开、任一端断开、挂地检修、参数变化或它们的组合)，其计算过程就会显得十分繁琐、灵活性差，而且运算量也大。
为了解决这一问题，采用补偿法：将电力网络的拓扑结构与参数变化问题统一处理成向原网追加一组等值链支的问题，从而导出了反映网络拓扑结构与阻抗参数变化的修正因子。该修正因子既可用于修正节点阻抗阵或其中任何元素，也可用于修正节点电流源，求解网络结构变更后的情况。该方法为根据不同的计算目的自由选择计算方法带来了极大方便。
(2)基于补偿法的通用故障计算方法
采用补偿电流法来模拟故障引起的网络拓扑结构的变化，直接选取故障口节点作为边界节点，将系统分成三相对称系统和故障不对称系统。在此基础上，从故障口边界条件导纳参数方程的一般形式出发，应用相序参数变换技术得到复杂故障边界条件方程，并对三相对称系统利用广义戴维南定理进行多端口等值化简，提出简便快速计算电力网络复杂故障的通用方法。
该方法不需修改数学模型，对过渡电阻的处理简便，支持不同程序实现容易，计算精度高，计算速度快，通用性强，提供了计算复杂故障的新途径，可以计算不同过渡电阻的复杂故障计算、跨线故障计算等各种复杂故障类型。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种多功能故障分析系统，其特征在于：
包括位于所述多功能故障分析系统底层的EMS电网系统、位于所述多功能故障分析系统逻辑中层的故障分析系统以及位于所述多功能故障分析系统逻辑顶层的可视化人机交互界面，所述EMS电网系统向所述故障分析系统传输电网图形、电网模型以及电网实时状态；
所述故障分析系统用于向用户提供故障电流计算功能、故障分析功能以及故障仿真功能。
2.根据权利要求1所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于，所述电流计算功能由电流计算功能模块实现，所述电流计算功能模块向用户提供选择考虑潮流影响或不考虑潮流影响的短路电流计算方法。
3.根据权利要求2所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于：所述所述电流计算功能模块支持单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路、三相短路以及断线故障情况下的电流计算；所述电流计算功能模块对于各种短路故障能够设置相应的过渡电阻；具体的故障点能够被设置于线路上的任意位置、母线、变压器绕组出口和/或发电机出口。
4.根据权利要求1所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于：所述故障分析功能由故障分析功能模块实现，所述故障分析功能模块能够适用于各个电压等级的故障计算，并且能够计算并查看无阻抗元件断路器以及母线的电气量。
5.根据权利要求1所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于：所述故障仿真功能由故障仿真功能模块实现，所述故障仿真功能模块用于模拟故障情况，分析保护的动作情况进而建立继电保护装置或安全自动装置的逻辑模型。
6.根据权利要求5所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于，所述逻辑模型包含与启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系。
7.根据权利要求1所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于：所述多功能故障分析系统支持基于补偿法的支路网络操作方法以及基于补偿法的通用故障计算方法。
8.根据权利要求6所述的一种多功能故障分析系统，其特征在于，所述故障仿真功能模块还用于模拟系统故障，仿真原理保护动作，分析动作情况，并能够生成仿真报告。
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