CN110829580B - 新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，包括建立新能源电厂并网变电站内部元件之间的因果关系矩阵；构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；构建转换向量并排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响；构建孤岛运行状态判断矩阵并判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态；根据孤岛运行状态投切备自投装置，从而完成新能源电厂并网变电站备自投装置的投切。本发明方法能够提高新能源电厂并网变电站的备自投装置进行投切的可靠性，不仅便于实施，而且能够保证电网的安全稳定运行。

Description

新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法
技术领域
本发明属于电力自动化领域，具体涉及一种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，电力系统的稳定可靠运行就成为了电力系统最重要的任务之一。
为了保证用户的可靠用电，避免电力突然中断对于用户造成损失的情况发生，备自投装置应运而生。同时由于备自投装置实现原理简单，所以广泛应用于发电厂、变电站和配电网中。
同时，随着环境的污染，新能源电厂也广泛接入电网，进行并网发电。备自投装置同时也应用于新能源电厂并网变电站中。但是新能源电厂并网变电站并网后，并网点电压在电网发生故障时并不会降为0；这导致了变电站备自投装置无法正常投入运行。恢复用户供电时，新能源电厂并网变电站有可能处于孤岛运行状态；而且处于孤岛运行状态的新能源电厂并网变电站中，电厂设备可能因此损坏，或是运检人员人身安全无法保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高、便于实施且能够保证电网安全稳定运行的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法。
本发明提供的这种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，包括如下步骤：
S1.根据新能源电厂的自身特征，建立新能源电厂内部元件之间的因果关系矩阵；
S2.以某时段保护动作和故障信息为依据，构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；
S3.根据步骤S2构建的矩阵，构建转换向量，并利用构建的转换向量排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响；
S4.构建孤岛运行状态判断矩阵，并根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态；
S5.根据步骤S4得到的新能源电厂的孤岛运行状态，投切备自投装置，从而完成新能源电厂并网变电站备自投装置的投切。
步骤S1所述的建立新能源电厂并网变电站内部元件之间的因果关系矩阵，具体为采用如下步骤建立因果关系矩阵：
A.采用如下算式计算节点间的因果强度ui：
Figure BDA0002273201990000021
式中
Figure BDA0002273201990000022
Ni为因果关联节点的历史动作次数，Nir为因果关联节点的历史动作次数中正确动作的次数；因果关联节点的定义为：网络中存在正向关联(如节点1保护动作将导致节点2断路器跳闸等关系)的两个节点；xa和xb为升半梯形模糊隶属函数系数；
B.将因果强度ui转换为0～1之间的模糊数；
C.采用如下规则构建因果关系矩阵R：
若节点Ci和节点Cj之间存在因果关系，则因果关系矩阵R中的元素R(i,j)＝un；un为转换到了0～1之间的模糊数的节点Ci和节点Cj之间因果强度值，表示Cj是Ci发生的前提且因果强度为un；un＝0表示完全不可靠，un＝1表示完全可靠；
若节点Ci和节点Cj之间不存在关联，则R(i,j)＝0。
步骤S2所述的构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵，具体为采用如下步骤构建矩阵；
a.采用如下算式构建基本节点状态矩阵T：
Figure BDA0002273201990000031
式中T(i)为节点状态矩阵T中的第i个元素；λi为i为基本节点状态的真值程度，其值取0～1之间的模糊数；Ci为节点；
b.采用如下算式构建基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F：
Figure BDA0002273201990000032
式中F(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F中的第i个元素；
c.采用如下算式构建基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵B：
Figure BDA0002273201990000041
式中B(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵B中的第i个元素。
步骤S3所述的构建转换向量，具体为采用如下算式计算转换向量TV：
Figure BDA0002273201990000042
式中RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；
Figure BDA0002273201990000043
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值。
步骤S3所述的利用构建的转换向量排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响，具体为采用如下原则去除影响：将向量
Figure BDA0002273201990000044
与T进行比较，若
Figure BDA0002273201990000045
表示不存在设备失效，则故障信息向量T*＝TV；否则，表示已发生设备失效。
步骤S4所述的构建孤岛运行状态判断矩阵，具体为采用如下算式计算孤岛运行状态判断矩阵T*：
Figure BDA0002273201990000046
式中TV为转换向量；RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；B为基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；
Figure BDA0002273201990000047
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值；∧的定义为：对于两个列向量进行∧运算时，取其列向量中对应元素的较小值。
步骤S4所述的根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，具体为将所得到T*与F进行模糊最小运算，若T*与F的模糊最小运算结果大于设定的阈值，则此时处于孤岛状态，反之则为非孤岛状态。
步骤S5所述的根据步骤S4得到的新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，投切备自投装置，具体为将孤岛运行状态的判断结果输送至上一级电网，并将主供电线路断路器断开，同时将新能源电厂并网变电站的备自投装置投入工作。
本发明提供的这种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，通过新能源电厂并网变电站的内部断路器信息进行判断，并根据新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态制定备自投装置的投切方案；因此本发明方法提高了新能源电厂并网变电站的备自投装置进行投切可靠性，不仅便于实施，而且能够保证电网的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，包括如下步骤：
S1.根据新能源电厂并网变电站的自身特征，建立新能源电厂并网变电站内部元件之间的因果关系矩阵；
目前，风机、光伏等无法在脱离电网的情况稳定运行，所以，孤岛系统是一个不稳定的系统，最终孤岛系统会失去稳定；孤岛系统中可能存在着与电源匹配度很高的负荷，也可能负荷的匹配程度低，甚至不带负荷；孤岛在形成后会持续一定的时间；当孤岛状态形成后，不仅会对电厂设备带来危险，还可能对居民、工商业用户用电设备带来严重损坏、甚至危及人生安全；同时在实际运行中，备自投一般采用母线检无压的判据进行合闸，但新能源电厂并网变电站的接入会导致母线电压无法降为0，并且非同期重合将可能对电厂设备造成损坏，推迟电网中备自投装备投入时间，造成断电时间进一步延长；
在实际新能源电厂并网变电站中，对系统故障和继电保护设备之间的因果关系进行图形化建模的方法可称为因果网络法，利用断路器电流关联函数实现广域信息下的孤岛运行状态评估；一般而言，可将电厂内部不同节点之间因果关系分为三种：断路器正常跳开与电网处于孤岛运行状态、断路器误跳与电网不处于孤岛运行状态以及断路器拒跳与电网处于孤岛运行状态；所以需要建立新能源电厂并网变电站内部元件之间存在的因果关系矩阵以表征电网处于孤岛运行状态与断路器状态的因果强度函数；
具体为采用如下步骤建立因果关系矩阵：
A.采用如下算式计算节点间的因果强度ui：
Figure BDA0002273201990000061
式中
Figure BDA0002273201990000062
Ni为因果关联节点的历史动作次数，Nir为因果关联节点的历史动作次数中正确动作的次数；因果关联节点的定义为：网络中存在正向关联(如节点1保护动作将导致节点2断路器跳闸等关系)的两个节点；xa和xb为升半梯形模糊隶属函数系数，在具体实施时可以选取为xa＝0.3，xb＝0.9；
B.将因果强度ui转换为0～1之间的模糊数；
C.采用如下规则构建因果关系矩阵R：
若节点Ci和节点Cj之间存在因果关系，则因果关系矩阵R中的元素R(i,j)＝un；un为转换到了0～1之间的模糊数的节点Ci和节点Cj之间因果强度值，表示Cj是Ci发生的前提且因果强度为un；un＝0表示完全不可靠，un＝1表示完全可靠；
若节点Ci和节点Cj之间不存在关联，则R(i,j)＝0；
比如，建立的因果关系矩阵R为如下形式：
Figure BDA0002273201990000071
S2.以某时段保护动作和故障信息为依据，构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；具体为采用如下步骤构建矩阵：
a.采用如下算式构建基本节点状态矩阵T：
Figure BDA0002273201990000072
式中T(i)为节点状态矩阵T中的第i个元素；λi为i为基本节点状态的真值程度，其值取0～1之间的模糊数；Ci为节点；
b.采用如下算式构建基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F：
Figure BDA0002273201990000073
式中F(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F中的第i个元素；
c.采用如下算式构建基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵B：
Figure BDA0002273201990000081
式中B(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵B中的第i个元素。
步骤S3所述的构建转换向量，具体为采用如下算式计算转换向量TV：
Figure BDA0002273201990000082
式中RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；
Figure BDA0002273201990000083
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值，如
Figure BDA0002273201990000084
S3.根据步骤S2构建的矩阵，构建转换向量，并利用构建的转换向量排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响；具体为采用如下步骤去除影响：将向量
Figure BDA0002273201990000085
与T进行比较，若
Figure BDA0002273201990000086
表示不存在设备失效，则故障信息向量T*＝TV；否则，表示已发生设备失效；
S4.构建孤岛运行状态判断矩阵，并根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态；具体为采用如下算式计算孤岛运行状态判断矩阵T*：
Figure BDA0002273201990000087
式中TV为转换向量；RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；B为基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；
Figure BDA0002273201990000088
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值；∧的定义为：对于两个列向量进行∧运算时，取其列向量中对应元素的较小值，比如
Figure BDA0002273201990000091
同时，所述的根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，具体为将所得到T*与F进行模糊最小运算，若T*与F的模糊最小运算结果大于设定的阈值，则此时处于孤岛状态，反之则为非孤岛状态；
S5.根据步骤S4得到的新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，投切备自投装置，从而完成新能源电厂并网变电站备自投装置的投切；具体为将孤岛运行状态的判断结果输送至上一级电网，并将主供电线路断路器断开，同时将新能源电厂并网变电站的备自投装置投入工作。孤岛时原有变电站备自投装置不会投入，因为此时母线还有新能源电厂提供的残压，识别孤岛的意义在于能在发生故障后不会因为上述残压而导致备自投无法投入。

Claims (8)

1.一种新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，包括如下步骤：
S1.根据新能源电厂并网变电站的自身特征，建立新能源电厂并网变电站内部元件之间的因果关系矩阵；
S2.以某时段保护动作和故障信息为依据，构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；
S3.根据步骤S2构建的矩阵，构建转换向量，并利用构建的转换向量排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响；
S4.构建孤岛运行状态判断矩阵，并根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态；
S5.根据步骤S4得到的新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，投切备自投装置，从而完成新能源电厂并网变电站备自投装置的投切。
2.根据权利要求1所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S1所述的建立新能源电厂并网变电站内部元件之间的因果关系矩阵，具体为采用如下步骤建立因果关系矩阵：
A.采用如下算式计算节点间的因果强度ui：
Figure FDA0002273201980000011
式中
Figure FDA0002273201980000012
Ni为因果关联节点的历史动作次数，Nir为因果关联节点的历史动作次数中正确动作的次数；因果关联节点的定义为：网络中存在正向关联的两个节点；xa和xb为升半梯形模糊隶属函数系数；
B.将因果强度ui转换为0～1之间的模糊数；
C.采用如下规则构建因果关系矩阵R：
若节点Ci和节点Cj之间存在因果关系，则因果关系矩阵R中的元素R(i,j)＝un；un为转换到了0～1之间的模糊数的节点Ci和节点Cj之间因果强度值，表示Cj是Ci发生的前提且因果强度为un；un＝0表示完全不可靠，un＝1表示完全可靠；
若节点Ci和节点Cj之间不存在关联，则R(i,j)＝0。
3.根据权利要求2所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S2所述的构建新能源电厂并网变电站基本节点状态矩阵、基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵和基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵，具体为采用如下步骤构建矩阵；
a.采用如下算式构建基本节点状态矩阵T：
Figure FDA0002273201980000021
式中T(i)为节点状态矩阵T中的第i个元素；λi为i为基本节点状态的真值程度，其值取0～1之间的模糊数；Ci为节点；
b.采用如下算式构建基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F：
Figure FDA0002273201980000022
式中F(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵F中的第i个元素；
c.采用如下算式构建基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵B：
Figure FDA0002273201980000031
式中B(i)为基本节点与断路器误跳的隶属关系矩阵B中的第i个元素。
4.根据权利要求3所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S3所述的构建转换向量，具体为采用如下算式计算转换向量TV：
Figure FDA0002273201980000032
式中RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；
Figure FDA0002273201980000033
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值。
5.根据权利要求4所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S3所述的利用构建的转换向量排除断路器动作却没有发出相应信号或发出相应信号时断路器却没有动作对于孤岛运行状态判断的影响，具体为采用如下步骤去除影响：将向量
Figure FDA0002273201980000034
与T进行比较，若
Figure FDA0002273201980000035
表示不存在设备失效，则故障信息向量T*＝TV；否则，表示已发生设备失效。
6.根据权利要求5所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S4所述的构建孤岛运行状态判断矩阵，具体为采用如下算式计算孤岛运行状态判断矩阵T*：
Figure FDA0002273201980000036
式中TV为转换向量；RT为因果关系矩阵R的转置；T为基本节点状态矩阵；B为基本节点与断路器拒跳的隶属关系矩阵；
Figure FDA0002273201980000037
的定义为：将矩阵运算中的乘法替换成取两元素最小值，加法替换成取两元素的最大值；∧的定义为：对于两个列向量进行∧运算时，取其列向量中对应元素的较小值。
7.根据权利要求6所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S4所述的根据构建的孤岛运行状态判断矩阵判断此时新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，具体为将所得到T*与F进行模糊最小运算，若T*与F的模糊最小运算结果大于设定的阈值，则此时处于孤岛状态，反之则为非孤岛状态。
8.根据权利要求7所述的新能源电厂并网变电站备自投装置的投切方法，其特征在于步骤S5所述的根据步骤S4得到的新能源电厂并网变电站的孤岛运行状态，投切备自投装置，具体为将孤岛运行状态的判断结果输送至上一级电网，并将主供电线路断路器断开，同时将新能源电厂并网变电站的备自投装置投入工作。
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