CN109861178B - 基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，包括以下步骤；基于所辖电网和变电站内的实时拓扑和保护配置原则，自动生成各变电站保护配置及动作跳闸规则信息表和保护优先级列向量；将矩阵用二元组表的形式表示；选取一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果。本发明设计合理，其对全站开关保护动作可行解、保护动作优先级、故障时变电站开关遥信变位情况建立向量或矩阵描述的数学模型，采用二元组表法计算评估保护动作行为与故障发生期间站内开关状态变化的匹配度，并依据保护动作优先级对结果进行筛选，即可迅速判定动作保护和故障设备，可有效减少对其它数据源的依赖，提升复杂故障情况下的应急处置能力及判断的准确度。

Description

基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法

技术领域

本发明属于电网自动化技术领域，尤其是一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法。

背景技术

电网发生故障时，调度运行人员需要掌握第一时间掌握一、二次设备动作信息，及时准确地分析判断故障原因，并进而采取相关措施隔离故障，尽快恢复供电。目前，调度运行人员在分析判断时，一方面要源于各类数据源或辅助系统，诸如通过SCADA遥信掌握开关变位信息，通过综合智能告警应用定位跳闸设备，通过保护动作快判系统掌握保护动作具体信息，或通过变电站运行人员汇报来了解现场情况；另一方面要基于调度运行人员对实时拓扑结构、电网运行规律和保护整定配置情况的了解，结合运行经验进行综合分析判断，尤其是当发生非典型的越级动作等较复杂故障情况时。

虽然目前提供给调度运行人员的数据源日益丰富，但相对最可靠的还是传统的SCADA遥测遥信信息。目前保护动作快判系统一方面碍于工控机性能和通信信道可靠性，其提供的保护动作信息有一定的延迟，且仅是单纯反映保护动作信息，无法对较复杂情况进行综合判断，无法分析若干动作保护之间的联系；综合智能告警应用也仅反映跳闸设备，缺乏保护动作信息，对较复杂情况也无法定位根源故障设备。因此，调度运行人员急需一种基于稳定可靠数据源，融入电网运行方式和保护整定配置信息，可快速分析判断故障情况下典型和非典型保护跳闸行为，并进而准确定位故障设备的策略方法，进一步提升电网应急处置的能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，其基于传统可靠的SCADA遥信信息并结合网络实时拓扑和220kV电网保护整定配置规律，将保护动作行为和调度运行人员分析判断经验抽象成数学模型进行计算分析，可及时准确地判定典型和较复杂的保护动作行为。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，包括以下步骤：

步骤1、基于所辖电网和变电站内的实时拓扑和保护配置原则，自动生成各变电站以矩阵A_m×n的形式表示的保护配置及动作跳闸规则信息表，根据保护配置的主后备性质及动作时间生成与矩阵A_m×n各行排列顺序对应的保护优先级列向量R_m×1，其中，n表示变电站内开关的状态数量，m表示开关跳闸对应的保护的动作数量；

步骤2、将矩阵A_m×n用二元组表的形式表示，将故障时站内各开关SCADA遥信以列向量B_n×1的形式表示，考查列向量C_m×1＝A_m×n·B_n×1，求取

各元素数值；

步骤3、依据步骤2计算结果，如果列向量C_m×1中存在一个或多个元素的数值等于B_n×1对应的二元表列数s，通过选择因子p_i对C_m×1中数值为s的元素进行筛选，选取一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果；

步骤4、依据步骤2计算结果，如果列向量C_m×1中各元素的数值均小于二元表列数s，经过r_i筛选，并计及保护动作的闭锁关系，将其中数值较大元素在A_m×n中对应的行向量进逻辑变换，衍生形成新矩阵A’_v×n，进一步考察C_v×1＝A'_v×n·B_n×1，取

中数值较大的一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果，其中，其中i∈[1,v]。

进一步，所述步骤1的具体实现方法为：

⑴对220kV环网线路两侧开关、负荷线路电源侧开关、空充线路运行侧线路开关，配置纵联电流差动、相间/接地距离和零流保护，上述保护动作跳站内对应的线路开关；

⑵对220kV/110kV母线为单母线、单母分段、双母线、双母单分段、3/2接线形式的配置母线差动保护，双母双分段接线形式的对甲、乙母线分别配置母线差动保护；

⑶对运行的220kV母联/分段开关配置死区和失灵保护，110kV运行的母联/分段开关配置失灵保护；。

⑷对热备用状态的220kV/110kV母联开关、35kV/10kV分段开关配置自投保护；

⑸对热备用状态的220kV/110kV/35kV/10kV母联/分段开关，若其所连的两条母线不是均有压，则配置充电保护，保护动作仅跳开该母联/分段开关；

⑹对运行的220kV/110kV/35kV变压器配置差动、220kV侧开关复流/零方/零流、220kV侧开关失灵、220kV侧间隙零流/零压、110kV侧开关复方/复流/零方/零流、110kV侧间隙零流/零压、35kV侧开关速断/复流/零流保护；对运行的220kV/35kV/10kV变压器，除配置上述差动、220kV/35kV侧相关保护外，还有10kV侧开关速断/复流、电抗器过流、Z变速断/过流/零流保护；

⑺对35kV/10kV电容器配置过流/零流/过压/低压/不平衡电压保护，35kV/10kV电抗器配置过流/零流保护。

进一步，所述步骤3中，选择因子p_i定义为：p_i＝|s-s'|/r_i，i∈[1,m]，r_i为保护优先级列向量R_m×1中的对应数值，s’为矩阵A_m×n二元组表第一行中行标i的个数。

进一步，所述步骤4中，数值较大元素的数量为4-6个。

进一步，所述步骤4在做矩阵A_m×n行向量之间的或运算变换时，对于保护动作之间存在闭锁关系的予以自动摒除，具体包括：220kV母差、开关失灵、母联/分段充电与220kV母联/分段开关自投保护；110kV母差、母联/分段充电与110kV母联/分段开关自投保护；35kV简易母差、受总速断、分段开关充电与35kV分段开关自投保护；10kV侧受总速断、分段开关充电与10kV分段自投保护。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明根据设备类别和实时状态、保护配置原则和动作时限，对全站开关保护动作可行解、保护动作优先级、故障时变电站开关遥信变位情况建立向量或矩阵描述的数学模型，采用二元组表法计算评估保护动作行为与故障发生期间站内开关状态变化的匹配度，并依据保护动作优先级对结果进行筛选，仅依靠SCADA遥信信息，即可迅速判定动作保护和故障设备，可有效减少对其它数据源的依赖。

2、本发明的算法中考虑了电网实时拓扑结构和保护整定配置情况，因而分析判断准确度极高。

3、本发明可对电网发生的多重故障或保护越级动作进行分析辨识，在实际应用中因具备容错性，因而适应性强，极大提升较复杂故障情况下的应急处置能力。

附图说明

图1为本发明的220kV变电站典型接线图；

图2a为本实施例的矩阵A_6×7的结构图；

图2b为本实施例的矩阵B_7×1的结构图；

图2c为本实施例的矩阵A_6×7的二元组表；

图2d为本实施例的矩阵B_7×1的二元组表；

图3为本发明的220kV变电站保护配置及动作跳闸规则信息表；

图4为本发明的220kV变电站内保护优先级定义表。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，是基于对所辖电网和变电站内拓扑结构的识别，根据设备类别和实时状态、保护配置原则和动作时限，对全站开关保护动作可行解、保护动作优先级、故障时变电站开关遥信变位情况建立向量或矩阵描述的数学模型，采用二元组表法计算评估保护动作行为与故障发生期间站内开关状态变化的匹配度，并依据保护动作优先级对结果进行筛选。当电网发生较为复杂的越级或多重故障时，初步匹配筛选出的结果可能不是最优解，通过相关向量的逻辑变换并计及实际保护动作之间的闭锁关系，获得对保护动作判断的最适解。

基于上述说明，本发明包括以下步骤：

步骤1、基于220kV电网和变电站内的实时拓扑和保护配置原则自动生成各变电站的保护配置及动作跳闸规则信息表、保护优先级定义表。具体方法如下：

(1)对220kV环网线路两侧开关、负荷线路电源侧开关、空充线路运行侧线路开关，配置纵联电流差动、相间/接地距离和零流保护，上述保护动作跳站内对应的线路开关。此外，上述开关还需配置开关失灵保护，对于除站内220kV侧为3/2接线形式外的线路开关，失灵保护动作跳开关所在母线上的其余所有运行开关；对站内220kV侧为3/2接线形式的线路开关，若其为边开关，失灵保护动作跳开关所在母线上的其余所有运行开关以及同串相连的运行开关，若其为中开关，失灵保护动作跳开关同串相连的两个边开关。

(2)对220kV/110kV母线为单母线、单母分段、双母线、双母单分段、3/2接线形式的配置母线差动保护，双母双分段接线形式的对甲、乙母线分别配置母线差动保护。母差保护动作跳其中一条母线上的所有运行开关，所以在保护配置及动作跳闸规则信息表中，母差保护的动作行为按跳不同母线进行分别描述。35kV母线配置简易母差保护，保护动作跳母线上受总、分段和小电源线开关。

(3)对运行的220kV母联/分段开关配置死区和失灵保护，110kV运行的母联/分段开关配置失灵保护。失灵保护跳母联开关所连两条母线上的所有运行开关(该母联开关除外)，死区保护跳开母联开关所连两条母线上的所有运行开关(含该母联开关)。

(4)对热备用状态的220kV/110kV母联开关、35kV/10kV分段开关配置自投保护。220kV母联开关自投保护跳开关所连一侧母线上运行的电源进线开关；110kV母联、35kV/10kV分段自投保护动作跳开关所连一侧母线上运行的受总和小电源线开关。自投保护的动作行为按跳不同电源进线开关或受总进行分别描述，对220kV母联开关所连一侧母线上有多于一条电源进线的动作行为不予描述。

(5)对热备用状态的220kV/110kV/35kV/10kV母联/分段开关，若其所连的两条母线不是均有压，则配置充电保护，保护动作仅跳开该母联/分段开关。

(6)对运行的220kV/110kV/35kV变压器配置差动、220kV侧开关复流/零方/零流、220kV侧开关失灵、220kV侧间隙零流/零压、110kV侧开关复方/复流/零方/零流、110kV侧间隙零流/零压、35kV侧开关速断/复流/零流保护；对运行的220kV/35kV/10kV变压器，除配置上述差动、220kV/35kV侧相关保护外，还有10kV侧开关速断/复流、电抗器过流、Z变速断/过流/零流保护。其中，220kV侧开关失灵保护动作跳受总开关所在母线上的其余所有运行开关，110kV侧开关复方/复流/零方、35kV侧开关速断/复流/零流I、II段、10kV侧开关速断/复流保护仅跳变压器对应侧的受总开关，上述的其余保护动作均跳变压器三侧运行的受总开关(220kV侧为内桥接线的变压器亦跳运行的桥开关)。此外，是否配置220kV/110kV侧间隙零流/零压保护取决于变压器该侧中性点是否经间隙接地，是否配置35kV侧零流保护取决于该侧是否经小电阻接地。

(7)35kV/10kV电容器配置过流/零流/过压/低压/不平衡电压保护，35kV/10kV电抗器配置过流/零流保护。

按照上述方法，以图1所示的220kV变电站典型接线为例，最终生成形如图3所示的保护配置及动作跳闸规则信息表，表中1代表开关跳闸，0代表开关处于其它状态。将该信息表进而用矩阵A_m×n的形式表示，其每个行向量代表某一保护动作时站内n个开关的状态组合，每个列向量代表某一开关跳闸对应的m个保护的动作组合。进一步，根据保护配置的主后备性质以及动作时间，依照图4中对各类保护优先级的分类定义，生成与矩阵A_m×n各行排列顺序对应的保护优先级列向量R_m×1。

步骤2、将矩阵A_m×n用二元组表的形式表示，将故障时站内各开关SCADA遥信以列向量B_n×1的形式表示，考查列向量C_m×1＝A_m×n·B_n×1，求取

各元素数值。具体方法如下：

电网发生故障的时刻，将变电站内各个开关的状态组合以列向量B_n×1的形式表示，其中1代表开关跳闸，0表示开关的其余状态。此时，考查列向量C_m×1＝A_m×n·B_n×1，求取

的最优值,其中i∈[1,m]。

由于220kV电网众多变电站的保护配置及动作跳闸规则信息表矩阵存储容量巨大，且不便于快速计算，考虑到矩阵A_m×n为典型的稀疏矩阵，算法在此采用二元组表的形式存储和计算,以图2a的矩阵A_6×7和图2b的矩阵B_7×1为例说明如下：

将矩阵A_6×7和列向量B_7×1中数值为1的元素行标依次写在各自二元组表中的第一行，相应的列标写在第二行，从而形成图2c的矩阵A_6×7和图2d的B_7×1的二元组表。具体计算列向量C_m×1中各元素的方法为：依次考查矩阵A_m×n二元组表中各列(设其第一行数值为i，第二行数值为k)，若列向量B_n×1二元表第一行中的某个数值亦为k，标记列向量C_m×1中元素C_i1。当矩阵A_m×n二元表中各列均考查完毕后，C_i1被标记的次数即为其最终数值。

步骤3、依据步骤2计算结果，设列向量B_n×1二元组表的列数为s，若列向量C_m×1中存在一个或多个元素数值为s，通过选择因子p_i对C_m×1中数值为s的元素进行筛选，取对应p_i数值最小的一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果。其中C_i1的选择因子p_i定义为：p_i＝|s-s'|/r_i，i∈[1,m]，r_i为保护优先级列向量R_m×1中的对应数值，s’为矩阵A_m×n二元组表第一行中行标i的个数。

步骤4、依据步骤2计算结果，若计算后的列向量C_m×1中各元素数值均小于s，经过r_i筛选后，需进一步考察其中数值较大的元素(一般取4-6个)在A_m×n中对应的保护动作行为行向量。不失一般性，假设取A_m×n中的u个行向量，将这些行向量任意两个或多个之间做逻辑或运算，衍生形成包含着v＝2^u-1个行向量的新矩阵A_v×n。将新矩阵A_v×n继续写成二元组表形式，考察C_v×1＝A_v×n·B_n×1，并取所有

中数值较大的一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果,其中i∈[1,v]。

在做矩阵A_m×n行向量之间的或运算变换时，对于保护动作之间存在闭锁关系的予以自动摒除，具体包括：220kV母差、开关失灵、母联/分段充电与220kV母联/分段开关自投保护；110kV母差、母联/分段充电与110kV母联/分段开关自投保护；35kV简易母差、受总速断、分段开关充电与35kV分段开关自投保护；10kV侧受总速断、分段开关充电与10kV分段自投保护。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、基于所辖电网和变电站内的实时拓扑和保护配置原则，自动生成各变电站以矩阵A_m×n的形式表示的保护配置及动作跳闸规则信息表，根据保护配置的主后备性质及动作时间生成与矩阵A_m×n各行排列顺序对应的保护优先级列向量R_m×1，其中，n表示变电站内开关的状态数量，m表示开关跳闸对应的保护的动作数量；

步骤2、将矩阵A_m×n用二元组表的形式表示，将故障时站内各开关SCADA遥信以列向量B_n×1的形式表示，考查列向量C_m×1＝A_m×n·B_n×1，求取

各元素数值；

步骤3、依据步骤2计算结果，如果列向量C_m×1中存在一个或多个元素的数值等于B_n×1对应的二元表列数s，通过选择因子p_i对C_m×1中数值为s的元素进行筛选，选取一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果；

步骤4、依据步骤2计算结果，如果列向量C_m×1中各元素的数值均小于二元表列数s，经过r_i筛选，并计及保护动作的闭锁关系，将其中数值较大元素在A_m×n中对应的行向量进逻辑变换，衍生形成新矩阵A’_v×n，进一步考察C_v×1＝A'_v×n·B_n×1，取

中数值较大的一个或多个元素做为动作保护的最终判断结果，其中i∈[1,v]。

2.根据权利要求1所述的基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，其特征在于：所述步骤3中，选择因子p_i定义为：p_i＝|s-s'|/r_i，i∈[1,m]，r_i为保护优先级列向量R_m×1中的对应数值，s’为矩阵A_m×n二元组表第一行中行标i的个数。

3.根据权利要求1所述的基于SCADA稳态信息的220kV电网复杂保护动作判断方法，其特征在于：所述步骤4中，数值较大元素的数量为4-6个。

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