CN107872058B - 一种融合线路自愈的配网一体化保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法，包括步骤：步骤S10、在配电网发生故障时，通过断路器动作切除故障，并实时获得配电网中故障信息，所述故障信息为配电网中的支路的过流信息；步骤S11、基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算确定类型及故障位置，并进行故障隔离；步骤S12、基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；步骤S13、综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构。实施本发明，可以获得具有“自愈”性质的更优良的保护控制性能。

Description

一种融合线路自愈的配网一体化保护方法

技术领域

本发明涉及供电网技术领域，特别涉及一种融合线路自愈的配网一体化保护方法。

背景技术

现有的配电网保护方法以传统的保护方案为主，不同故障运用不同的保护方法；现有的故障定位和故障隔离技术在小电阻接地系统故障中较成熟，但在小电流接地系统中还尚未成熟；自愈主要体现与保护相互独立的故障备自投系统。

目前配电网的保护、电压无功控制、配电自动化等二次设备都是分别布置、单独建设的，各种设备之间互操作性能差、难以做到即插即用，存在重复投资、管理维护工作量大的问题。

传统的保护只负责切除故障(由于新型配网运行方式变化复杂，常规保护整定困难)，而负荷转供、供电恢复等由备自投、重合闸等安自装置或测控装置完成，难以满足更高层次的“自愈”目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种融合线路自愈的配网一体化保护方法。其为集网络化配电保护、配电网故障自愈一体化的配电网保护方案，可以使得配网保护装置可以有较为充裕的计算时间，允许采用更复杂的算法和广域信息，以获得具有“自愈”性质的更优良的保护控制性能。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法，包括如下步骤：

步骤S10、在配电网发生故障时，通过断路器动作切除故障，并实时获得配电网中故障信息，所述故障信息为配电网中的支路的过流信息；

步骤S11、基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算确定类型及故障位置，并进行故障隔离；

步骤S12、基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；

步骤S13、综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构。

其中，所述步骤S11进一步包括：

步骤S110，预先获得当前配电网所等效形成的拓扑图，其中，将配电网中的电源、母线开关、馈线分段开关、联络开关、变压器、负荷装置等效为拓扑图中节点并对节点进行编号，将节点之间的线路等效为所述拓扑图中节点之间的边；

步骤S111，根据所述配电网拓扑图构造相应的描述矩阵A，设拓扑图为一个简单的无向图，且具有M个节点，则该描述矩阵为M×M阶的方阵，当第i个节点和j个节点之间有馈线相连时，矩阵中的元素a_ij＝1，若之间没有馈线相连，则a_ij＝0；

步骤S112，在发生故障时，根据馈线终端装置所检测并传送过来的过电流信息，形成相应的M×M阶的故障信息矩阵G，所述G矩阵是非对角元素均为0的矩阵，当节点i有过电流信息的时候相应的对角元素值为1，反之为0；

步骤S113，将配电网描述矩阵A和故障信息矩阵G相乘并规格化处理后得到故障定位矩阵P，当P_ij≠P_ji时，可以判定故障发生在节点i和j之间，从而确定故障类型以及故障位置；

步骤S114，控制断开故障位置处馈线两端的断路器或者熔断器，以隔离故障。

其中，所述步骤S12包括：

步骤S120，求出故障隔离后当前配电网的描述矩阵A的及描述矩阵A各次幂，并进对其行逻辑求和运算得到配电网的可达性矩阵P＝A¹+A²+…+Aⁿ；

步骤S121，通过可达性矩阵分析任意两个节点是否连通，当i、j两点连通时可达性矩阵元素P_ij＝1，反之两点之间不连通；

步骤S122，基于可达性矩阵，根据同一个区域的节点行列元素一致，实现故障隔离之后的网络区域划分；将每个分区划分为有源区域Q1和无源区域，其中无源区域划分为与联络开关连通的第一类无源域区Q2和直到故障排除才能恢复供电的第二类无源区域Q3；

步骤S123，通过备自投策略恢复与联络开关连通的第一类无源区域Q2的供电。

其中，所述步骤S13进一步包括：

步骤S130，根据配电网分块运行情况，计算配电网各个分块整体净电量，分块整体净电量为分块内部所有节点净电量之和，并将分块按分块整体净电量为正，或负，分为两类，用集合X和Y进行表示，根据配电网分块边界节点的关联情况，确定配电网分块的组合运行情况，用重构策略组合N＝{X，Y}表示；

步骤S131，考虑线路过载，对所述重构策略组合进行修正。

其中，所述步骤S131进一步包括：

对欲重构线路的负荷量与发电量进行统计，并根据线路容量，确定线路的过载量ΔP；

统计各节点中各种负荷重要度的负荷量大小，如以R_ij表示节点i处重要度为j的负荷量大小，级数越小，负荷重要性越高；

通过计算各节点对过载的灵敏度，确定的节点为切负荷的灵敏度排序；

当线路过载时，根据负荷灵敏度分析和负荷重要性排序的结果进行负荷切除，依次切除灵敏度最高且重要级大的负荷；

根据损失负荷数目最少来确定重构策略。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提出一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法，通过进行故障检测、保护动作、故障定位、故障隔离、备自投、配电网重构等几个步骤；其中采用集中保护作为以网络化的方式实现配电网的主保护；基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算实现故障定位和隔离；基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；最后综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构。

本发明提出集网络化配电保护、配电网故障自愈一体化的配电网保护方案，使得配网保护装置可以有较为充裕的计算时间，允许采用更复杂的算法和广域信息，以获得具有“自愈”性质的更优良的保护控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种融合线路自愈的配网一体化保护方法的一个实施例的主流程示意图；

图2为图1中步骤S12中基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区的更详细的流程图；

图3是本发明涉及的配网重构与负荷切除方案的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

可以理解的是，本发明提供一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法是集网络化配电保护、配电网故障隔离与自愈两道防线的智能配电网保护体系。主要通过高速通信系统把智能终端检测到的故障信息上传到主站，进行分析和计算来确定故障类型、故障位置并形成控制策略，远方遥控智能终端实现故障隔离和可转供区域的供电恢复，整个故障处理过程完全依赖主站完成。

如图1所示，示出了本发明提供的一种融合线路自愈的配网一体化保护方法的一个实施例的主流程示意图；同时请结合图2至图3所示。在本实施例中，本发明所提供的方法包括如下步骤：

步骤S10、在配电网发生故障时，通过断路器动作切除故障，并实时获得配电网中故障信息，所述故障信息为配电网中的支路的过流信息；

步骤S11、基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算确定类型及故障位置，并进行故障隔离；

步骤S12、基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；

步骤S13、综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构。

可以理解的是，配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的。在考虑配电网保护、安稳控制及自愈的时候应该根据配电电气元件的连接关系，把整个配电网络看成线与点结合的拓扑图，然后根据电源结点、开关结点等进行整个网络的拓扑连线分析。

可以理解的是，在步骤S10中，配电网发生故障时，基于由SCADA系统、地理信息系统等组成的配电信息管理系统接受到故障信息，可以根据相应的故障判据判定故障类型、故障相和故障发生区域，并进行相应的继电保护动作。

本方法采用集中保护作为以网络化的方式实现配电网的主保护，采用的保护原理为电流差动保护和闭锁式电流保护；就地保护主要包括线路过流保护、零序过电流保护、配变保护等。

其中，在所述步骤S11中，基于配电网的网基结构矩阵，以图论的知识为基础，通过对相应矩阵的运算实现故障定位和隔离。具体地，所述步骤S11进一步包括：

步骤S110，预先获得当前配电网所等效形成的拓扑图，其中，将配电网中的电源、母线开关、馈线分段开关、联络开关、变压器、负荷装置等效为拓扑图中节点并对节点进行编号，将节点之间的线路等效为所述拓扑图中节点之间的边；

步骤S111，根据所述配电网拓扑图构造相应的描述矩阵A，设拓扑图为一个简单的无向图，且具有M个节点，则该描述矩阵为M×M阶的方阵，当第i个节点和j个节点之间有馈线相连时，矩阵中的元素a_ij＝1，若之间没有馈线相连，则a_ij＝0；

步骤S112，在发生故障时，根据馈线终端装置(FTU)所检测并传送过来的过电流信息，形成相应的M×M阶的故障信息矩阵G，所述G矩阵是非对角元素均为0的矩阵，当节点i有过电流信息的时候相应的对角元素值为1，反之为0；

步骤S113，将配电网描述矩阵A和故障信息矩阵G相乘并规格化处理后得到故障定位矩阵P，当P_ij≠P_ji时，可以判定故障发生在节点i和j之间，从而确定故障类型以及故障位置；

步骤S114，控制断开故障位置处馈线两端的断路器或者熔断器，以隔离故障。

其中，在所述步骤S12中，配电网故障自愈主要以保障供电不间断为目标，减少或避免对用户的停电损失；自愈体现在故障之后的负荷开关备自投实现帮助非故障区域恢复供电。当发生配电网故障之后，通过断开相应断路器切除故障，然后通过故障定位进行故障隔离，可将原配电网分成若干相互独立、性质不同的区域。此时利用配电网的可达矩阵可以判断任意配网中的任意两个节点之间是否连通并对配网进行分区。所述步骤S12具体包括：

步骤S120，求出故障隔离后当前配电网的描述矩阵A的及描述矩阵A各次幂，并进对其行逻辑求和运算得到配电网的可达性矩阵P＝A¹+A²+…+Aⁿ；

步骤S121，通过可达性矩阵分析任意两个节点是否连通，当i、j两点连通时可达性矩阵元素P_ij＝1，反之两点之间不连通；

步骤S122，基于可达性矩阵，根据同一个区域的节点行列元素一致，实现故障隔离之后的网络区域划分；将每个分区划分为有源区域Q1和无源区域，其中无源区域划分为与联络开关连通的第一类无源域区Q2和直到故障排除才能恢复供电的第二类无源区域Q3；如图2所示，示出了一种分区的详细流程图；

步骤S123，通过备自投策略恢复与联络开关连通的第一类无源区域Q2的供电。在实际操作时，恢复供电时要求考虑负荷的重要程度、开关操作次数尽量减少、配电网结构尽量变动少、恢复过程不要违反配电网约束性要求如线路过载和电压偏低等现象。

其中，当上述步骤S123在恢复供电时，不满足以上要求，则需要对配电网进行重构；所述步骤S13进一步包括：

步骤S130，根据配电网分块运行情况，计算配电网各个分块整体净电量，分块整体净电量为分块内部所有节点净电量之和，并将分块按分块整体净电量为正，或负，分为两类，用集合X和Y进行表示，根据配电网分块边界节点的关联情况，确定配电网分块的组合运行情况，用重构策略组合N＝{X，Y}表示，如N1＝{X1，Y1}表示净电量为正分块X1与净电量为负分块Y1之间边界节点之间存在关联关系，集合N也可由多个分块共同组成，如N2＝{X1，X2，Y1}等；

步骤S131，考虑线路过载，对所述重构策略组合进行修正。

其中，所述步骤S131进一步包括：

配网重构与供电恢复需要考虑线路过载，首先对欲重构线路的负荷量与发电量进行统计，并根据线路容量，确定线路的过载量ΔP；

统计各节点中各种负荷重要度的负荷量大小，如以Rij表示节点i处重要度为j的负荷量大小，级数越小，负荷重要性越高；

通过计算各节点对过载的灵敏度，确定的节点为切负荷的灵敏度排序；

当线路过载时，根据负荷灵敏度分析和负荷重要性排序的结果进行负荷切除，依次切除灵敏度最高且重要级大的负荷；其中，负荷的灵敏度表示切除某一节点负荷对总过载量的影响，负荷重要度表示负荷的重要程度；

根据损失负荷数目最少来确定重构策略。如图3示出了一种配网重构与负荷切除方案流程图。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

本发明提出一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法，通过进行故障检测、保护动作、故障定位、故障隔离、备自投、配电网重构等几个步骤；其中采用集中保护作为以网络化的方式实现配电网的主保护；基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算实现故障定位和隔离；基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；最后综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构。

本发明提出集网络化配电保护、配电网故障自愈一体化的配电网保护方案，使得配网保护装置可以有较为充裕的计算时间，允许采用更复杂的算法和广域信息，以获得具有“自愈”性质的更优良的保护控制性能。

本发明能够结合网络拓扑结构，深化故障位置及故障特征的对应关系，为准确掌握故障位置提供有效数据支撑，通过智能算法形成保护动作条件，促进配电网有序正常运行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种融合线路自愈的配电网一体化保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10、在配电网发生故障时，通过断路器动作切除故障，并实时获得配电网中故障信息，所述故障信息为配电网中的支路的过流信息；

步骤S11、基于配电网的网基结构矩阵，通过对相应矩阵的运算确定类型及故障位置，并进行故障隔离；

步骤S12、基于可达性矩阵对故障隔离后配网进行分区，对与联络开关相连的无源区域进行供电恢复；

步骤S13、综合考虑线路过载情况、负荷灵敏性、负荷重要程度对配电网进行重构；

其中，所述步骤S13进一步包括：

步骤S130，根据配电网分块运行情况，计算配电网各个分块整体净电量，分块整体净电量为分块内部所有节点净电量之和，并将分块按分块整体净电量为正，或负，分为两类，用集合X和Y进行表示，根据配电网分块边界节点的关联情况，确定配电网分块的组合运行情况，用重构策略组合N＝{X，Y}表示；

步骤S131，考虑线路过载，对所述重构策略组合进行修正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11进一步包括：

步骤S110，预先获得当前配电网所等效形成的拓扑图，其中，将配电网中的电源、母线开关、馈线分段开关、联络开关、变压器、负荷装置等效为拓扑图中节点并对节点进行编号，将节点之间的线路等效为所述拓扑图中节点之间的边；

步骤S111，根据所述配电网拓扑图构造相应的描述矩阵A，设拓扑图为一个简单的无向图，且具有M个节点，则该描述矩阵为M×M阶的方阵，当第i个节点和j个节点之间有馈线相连时，矩阵中的元素a_ij＝1，若之间没有馈线相连，则a_ij＝0；

步骤S112，在发生故障时，根据馈线终端装置所检测并传送过来的过电流信息，形成相应的M×M阶的故障信息矩阵G，所述故障信息矩阵G是非对角元素均为0的矩阵，当节点i有过电流信息的时候相应的对角元素值为1，反之为0；

步骤S113，将配电网描述矩阵A和故障信息矩阵G相乘并规格化处理后得到故障定位矩阵P，当P_ij≠P_ji时，可以判定故障发生在节点i和j之间，从而确定故障类型以及故障位置；

步骤S114，控制断开故障位置处馈线两端的断路器或者熔断器，以隔离故障。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S12包括：

步骤S120，求出故障隔离后当前配电网的描述矩阵A的及描述矩阵A各次幂，并进对其行逻辑求和运算得到配电网的可达性矩阵P＝A¹+A²+…+Aⁿ；

步骤S121，通过可达性矩阵分析任意两个节点是否连通，当i、j两点连通时可达性矩阵元素P_ij＝1，反之两点之间不连通；

步骤S122，基于可达性矩阵，根据同一个区域的节点行列元素一致，实现故障隔离之后的网络区域划分；将每个分区划分为有源区域Q1和无源区域，其中无源区域划分为与联络开关连通的第一类无源域区Q2和直到故障排除才能恢复供电的第二类无源区域Q3；

步骤S123，通过备自投策略恢复与联络开关连通的第一类无源区域Q2的供电。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S131进一步包括：

对欲重构线路的负荷量与发电量进行统计，并根据线路容量，确定线路的过载量ΔP；

统计各节点中各种负荷重要度的负荷量大小，以R_ij表示节点i处重要度为j的负荷量大小，级数越小，负荷重要性越高；

通过计算各节点对过载的灵敏度，确定的节点为切负荷的灵敏度排序；

当线路过载时，根据负荷灵敏度分析和负荷重要性排序的结果进行负荷切除，依次切除灵敏度最高且重要级大的负荷；

根据损失负荷数目最少来确定重构策略。

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