CN112234587A - 一种配电网继电保护定值校核与评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种通过仿真计算推演的配电网继电保护定值校核与评估方法及系统，通过获取配电网中对应保护装置的设备定值信息，并进行自动分类，在具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统中导入/创建待校核配网区域系统模型，利用获取的设备定值信息以及系统模型仿真计算推演，根据结果对保护装置的定值进行校核比对，根据推演结果对保护四性进行评估。与人工校核方法相比，本发明自动化程度较高，可以大大提升定值校核效率，且针对配电网进行了适应性优化，除根据仿真计算结果进行定值校核外，还进行仿真推演对现有定值进行关于继电保护四性的评估，在提升效率的同时也拓展了现有条件下定值资源利用程度。

Description

一种配电网继电保护定值校核与评估方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网继电保护技术领域，尤其涉及一种配电网继电保护定值校核与评估方法及系统。

背景技术

定值是继电保护辨识故障、延时逻辑控制、投退的关键，继电保护定值整定的正确性关乎能否快速有效切除故障，保障电网安全稳定运行。当前配电网继电保护主要体现为厂站、保护装置数量多、原理及配置精简的特点，然而多数地区仍采用人工校核的方法对定值进行比对，根据系统导出的定制单与保护装置中的定值在动作值、动作时间、控制字等方面一一校核，此种方式依赖于个人、不确定性较大、容易出错，效率很低。

当前，虽有部分科研人员学者研发出了定值校核系统、但这些校核系统大多是针对主网，对于配电网现状出现一定的不适应性，尤其是越来越多的新能源后期接入配电网，但部分配电网保护整定并未做出相应调整，在涉网定值方面，新能源的接入给保护造成拒动、误动风险；此外，目前的定值校核方法及系统，仅具备定值正确性验证功能，旨在判断定值“对”与“不对”，较为单一，不能提供更多具备参考价值的信息，资源利用不够充分。这些都是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种通过仿真计算推演的配电网继电保护定值校核与评估方法，首先通过获取配电网中对应继电保护装置的设备定值信息，并进行自动分类，其次在具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统中导入/创建待校核配网区域系统模型，利用获取的设备定值信息以及系统模型仿真计算推演，根据仿真计算结果对保护装置的定值进行校核比对，根据推演结果对保护四性“灵敏性”“选择性”“速动性”“可靠性”进行评估，在提升效率的同时也拓展了现有条件下资源利用程度，给出了更多参考评估信息。

本发明采用如下的技术方案。一种配电网继电保护定值校核与评估方法，包括以下步骤：

步骤1，获取变电站中继电保护装置的设备定值信息，根据定值类型自动分类生成定值电子清单；

步骤2，在具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统中导入或创建待校核配电网区域模型，进行整定仿真计算，利用系统仿真计算的保护动作情况与步骤1中导出的现有定值清单进行自动校核比对；

步骤3，利用步骤2中仿真计算系统，将步骤1中现有定值清单里的保护配置、定值重新导入系统模型，推演计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性，即灵敏性、选择性、速动性和可靠性下的性能表现。

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，确定保护装置所处的电网状态；

步骤1.2，抓取继电保护装置的定值信息；

步骤1.3，对步骤1.2中获取的定值信息进行归一整理分类，生成定值电子清单。

优选地，步骤1.1包括：

从生产调度的EMS获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站SCD文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态，至少包括厂站名称，场站类型，CT、PT，运行方式、保护装置型号和保护配置功能；

其中，EMS是指能量管理系统，SCD是指变电站配置描述，CT是指电流互感器，PT是指电压互感器。

优选地，步骤1.2包括：

将待校核的继电保护装置与定值信息获取模块相连，自动抓取保护装置的定值信息，配电网每座厂站配置一个定值信息获取模块。

优选地，步骤1.3包括：

按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单。

优选地，步骤2包括：

步骤2.1，在仿真计算系统中搭建配电网系统模型，设置系统参数、创建厂站、创建设备元件、设置保护配置、选择运行方式、确定整定方案及原则；

步骤2.2，根据确定的整定方案、原则，选择运行方式、故障类型、故障点位置、逻辑配合等整定信息进行仿真计算，通过遍历方法逐步调整参数，记录保护动作情况；

步骤2.3，将动作情况与步骤1中分类后的定值信息进行校核比对。

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，设置不同类型故障、故障相别、故障位置、运行方式等进行遍历式推演仿真计算；

步骤3.2，在步骤3.1推演仿真计算后，得到现有定值在保护四性下的推演数据和分析结果，利用专家数据库对这些推演数据和分析结果进行评估。

优选地，步骤3.1包括：

灵敏性推演：通过遍历式修改设定短路点位置、短路类型、系统运行方式，检验具体保护是否能正确动作，灵敏地反应，技术指标为灵敏系数Ksen。

选择性推演：通过遍历式设置故障点位置，故障类型、线路参数等方式，验证主保护、后备保护的动作情况：其中主保护主要检验对于区内与区外故障的选择性切除能力；后备保护主要检验时间级差配合下的故障切除区间，通过故障后停电范围图来表征。

速动性推演：推演仿真验证整定的动作时间，设置不同故障，在满足时间级差要求条件下，核算后备保护的动作时间并记录。

可靠性推演：在待校核配网系统下，输入具体定值后，遍历式设置故障，记录保护动作情况，在具体整定原则和方案下，某一保护不应动作实际仿真推演情况也是不动作，则记录不误动，某一保护应动作实际仿真推演也是动作，则记录不拒动，某一保护在这两种情况均满足的情况下评判为满足可靠性要求，否则不满足。

优选地，步骤3.2包括：

设定配网系统下待校核的保护装置数量为n，该装置下的待校核保护功能数量为m，根据步骤3.1中推演数据和结果，利用专家数据库对应保护功能四性的每一方面进行评估f(m)，对其均值计算得到现有定值下该保护功能的整体评估得分：∑f(m)，在得到具体保护功能评估得分的基础上，对该保护装置全部保护功能进行均值评估：

同理对整个配电网区域内全部待校核装置进行评估：

本发明还提供了一种使用所述的配电网继电保护定值校核与评估方法的配电网继电保护定值校核与评估系统，包括：

电网状态采集模块，用于从生产调度的能量管理系统获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站变电站配置描述文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态；

定值信息获取模块，每座厂站可用一个定值信息获取模块获取站内全部继电保护装置的定值信息；

定值信息分类模块，按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单；

具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统，用于导入/创建待校核配电网区域模型，根据配置原则、现有厂站、运行方式等自动进行整定仿真计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性“灵敏性”、“选择性”、“速动性”、“可靠性”下的性能表现。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明公开了一种配电网继电保护定值校核与评估方法，与人工校核方法相比，本发明自动化程度较高，可以大大提升定值校核效率，且针对配电网装置数量多、厂站复杂特点进行了适应性优化：自动获取定值信息并进行分类以及引入了适应配电网的模型。提出了利用电磁暂态系统进行仿真、推演计算的定值校核与评估方法，一方面在确定的整定方案原则下重新进行整定仿真计算，将动作情况与原有定值比对，此种方法对于配电网后续新能源厂站的引入后保护定值的合理性与否重新校核，利于及时发现不合理定值；另一方面将现有保护定值重新导入系统模型，对其进行推演仿真计算，根据推演结果对保护四性“灵敏性”“选择性”“速动性”“可靠性”进行专家数据库打分评估，在提升效率的同时也拓展了现有条件下资源利用程度，给出了更多参考评估信息。

附图说明

图1为本发明提供的一种配电网继电保护定值校核与评估方法的流程图；

图2为本发明中利用系统模型进行定值校核的流程图；

图3为本发明中定值评估的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种配电网继电保护定值校核与评估方法，包括以下步骤：

步骤1，获取变电站中继电保护装置的设备定值信息，根据定值类型自动分类生成定值电子清单。具体包括：

步骤1.1，确定保护装置所处的电网状态。具体包括：从生产调度的EMS(EnergyManagement System，能量管理系统)获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站SCD(Substation Configuration Description，变电站配置描述)文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态，包括厂站名称，场站类型，CT(CurrentTransformer，电流互感器)、PT(Potential Transformer，电压互感器)，运行方式、保护装置型号、保护配置功能等。

其中，厂站类型包括配电网内所有的厂站，根据能源接入特点将厂站划分为常规站和新能源厂站，新能源厂站主要考虑风电机组和光伏接入；CT、PT是一次设备，需确定其实际采集测量的一二次额定值；保护装置型号需确定站内配置的保护装置生产厂家及其标识的具体型号；保护配置按类型主要分为变压器保护、线路保护等，按功能分为阶段式过流保护、距离保护、差动保护等。

步骤1.2，获取定值信息。具体包括：将待校核的继电保护装置与定值信息获取模块相连，自动抓取继电保护装置的定值信息，定值信息获取模块配置有正向隔离功能，可防止不法信息侵入篡改变动对原有继电保护装置造成影响。考虑到配电网中继电保护配置原理简单、单一厂站中继电保护装置并非像主网厂站那样数量繁多，因此每座厂站可用一个定值信息获取模块获取站内全部继电保护装置的定值信息。

步骤1.3，定值信息分类。具体包括：对步骤1.2中获取的定值信息进行归一整理分类，按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单，以XML语言存储在定值信息获取模块中。

步骤2，在具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统中导入/创建待校核配电网区域模型，根据配置原则、现有厂站、运行方式等自动进行整定仿真计算，利用系统仿真计算的保护动作情况与步骤1中导出的现有定值清单进行自动校核比对。

可以理解的是，所述领域技术人员可以任意选择具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统，包括但不限于，EMTP/ATP、PSS/E和PSCAD等等。

如图2所示，具体包括：

步骤2.1，搭建配电网系统模型。具体包括：根据获取的电网实时数据以及SCD文件中配置导入/创建配电网系统的电磁暂态模型，其中新创建系统模型主要包括设置系统参数、创建厂站、创建设备元件、设置保护配置、选择运行方式、确定整定方案及原则。

设置系统参数，包括但不限于，基准容量、基准电压、负荷等系统参数。

创建厂站，创建待校核配电网区域内的全部厂站，包括常规站和新能源厂站。其中新能源厂站创建需准确对应接入类型、接入方式和接入容量等。接入类型包括但不限于，双馈风机、永磁直驱风机、光伏等。

创建设备元件，添加一次设备、主干线、分支、π接环网柜等系统主要元件。一次设备包括但不限于，变压器、断路器、分段开关、CT和PT等。

设置保护配置，根据步骤1中的保护是否投入来设置保护配置，主要包含保护功能、配合逻辑等，但不设置保护定值。保护功能包括但不限于，阶段式过流、差动、距离等。

选择运行方式，根据电网实际运行参数对照设定搭建模型的运行方式。

确定整定方案及原则，整定方案有线路保护、变压器保护等类型，包括但不限于，保护的定位：与相邻线路配合、进线断路器、变电站出线、第一、二级断路器等；整定原则涉及灵敏度、选择对应的时间和系数等；

在完成上述系统模型创建后，需选择典型实际运行方式进行验证对比，包括电压、电流、有功、无功等参数对比，以确保所搭建系统模型的准确度。

步骤2.2，整定仿真计算。对步骤2.1中的系统模型进行电磁暂态整定仿真计算，根据确定的整定方案、原则，选择运行方式、故障类型、故障点位置、逻辑配合等整定信息进行仿真计算，通过遍历方法逐步调整参数，记录保护动作情况，包括保护动作类型、动作时间等；

步骤2.3，定值准确性判断，将动作情况与步骤1中分类后的定值信息进行校核比对，若保护动作情况与定值清单一致或在合理误差区间内，则判断原有保护定值设定准确，否则判断原有定值设定不准确。

步骤3，利用步骤2中仿真计算系统，将步骤1中现有定值清单里的保护配置、定值重新导入系统模型，推演计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性“灵敏性”、“选择性”、“速动性”、“可靠性”下的性能表现。如图3所示，具体包括：

步骤3.1，推演仿真计算。将步骤1中生成的定值清单分类导入步骤2中搭建的电磁暂态系统模型，其中保护控制字决定保护是否投入、动作值决定过量/欠量保护的动作数值大小、动作时间决定保护动作上下级配合的延时。在系统模型中导入定值后，进行推演仿真计算，设置不同类型故障、故障相别、故障位置、运行方式等进行遍历式推演仿真计算。遍历式计算主要进行四个方面的推演计算：

“灵敏性”推演：主要仿真计算发生区内故障时继电保护保护的应对能力Ksen。通过遍历式修改设定短路点位置、短路类型、系统运行方式等参数，检验具体保护是否能正确动作，灵敏地反应，技术指标为灵敏系数Ksen。

“选择性”推演：主要仿真验证继电保护的选择性逻辑，即系统发生故障时，保护装置有选择地切除故障。通过遍历式设置故障点位置，故障类型、线路参数等方式，验证主保护、后备保护的动作情况：其中主保护主要检验对于区内与区外故障的选择性切除能力；后备保护主要检验时间级差配合下的故障切除区间，通过故障后停电范围图来表征。

“速动性”推演：主要仿真验证继电保护的快速切除短路故障能力。由于故障切除时间除与整定的动作时间有关外、还与保护的内部运算判断、硬件反应动作时间有关。定值校核部分只推演仿真验证整定的动作时间，设置不同故障，在满足时间级差要求条件下，核算后备保护的动作时间并记录。

“可靠性”推演：主要仿真验证保护不误动不拒动能力。除硬件装置外，可靠性还与整个系统的“灵敏性”“选择性”“速动性”有关，在具体定值下，上述三性设置得合理与否直接关乎保护对于部拒动、部误动的能力。在待校核配网系统下，输入具体定值后，遍历式设置故障，记录保护动作情况，在具体整定原则和方案下，某一保护不应动作实际仿真推演情况也是不动作，则记录“不误动”，某一保护应动作实际仿真推演也是动作，则记录“不拒动”，某一保护在这两种情况均满足的情况下评判为满足“可靠性”要求，否则不满足。

步骤3.2，评估现有保护定值。在步骤3.1推演仿真计算后，得到现有定值在保护四性下的推演数据和分析结果，利用专家数据库对这些推演数据和分析结果进行评估：设定配网系统下待校核的保护装置数量为n，该装置下的待校核保护功能数量为m，根据步骤3.1中推演数据和结果，利用专家数据库对应保护功能四性的每一方面进行评估f(m)，满分为25，对其均值计算得到现有定值下该保护功能的整体评估得分：∑f(m)，考虑到四性并非完全隔离，如灵敏性和可靠性、选择性和速动性都有可能相互矛盾，因此允许对保护功能评估得分进行一定调整。在得到具体保护功能评估得分的基础上，对该保护装置全部保护功能进行均值评估：

同理对整个配电网区域内全部待校核装置进行评估：

经过步骤3.1，步骤3.2即可得到现有配电网保护定值的四性评估结果。

本发明还提供了一种使用所述的配电网继电保护定值校核与评估方法的配电网继电保护定值校核与评估系统，包括：

电网状态采集模块，用于从生产调度的能量管理系统获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站变电站配置描述文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态；

定值信息获取模块，每座厂站可用一个定值信息获取模块获取站内全部继电保护装置的定值信息；

定值信息分类模块，按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单；

具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统，用于导入/创建待校核配电网区域模型，根据配置原则、现有厂站、运行方式等自动进行整定仿真计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性“灵敏性”、“选择性”、“速动性”、“可靠性”下的性能表现。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明公开了一种配电网继电保护定值校核与评估方法，与人工校核方法相比，本发明自动化程度较高，可以大大提升定值校核效率，且针对配电网装置数量多、厂站复杂特点进行了适应性优化：自动获取定值信息并进行分类以及引入了适应配电网的模型。提出了利用电磁暂态系统进行仿真、推演计算的定值校核与评估方法，一方面在确定的整定方案原则下重新进行整定仿真计算，将动作情况与原有定值比对，此种方法对于配电网后续新能源厂站的引入后保护定值的合理性与否重新校核，利于及时发现不合理定值；另一方面将现有保护定值重新导入系统模型，对其进行推演仿真计算，根据推演结果对保护四性“灵敏性”“选择性”“速动性”“可靠性”进行专家数据库打分评估，在提升效率的同时也拓展了现有条件下资源利用程度，给出了更多参考评估信息。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取变电站中继电保护装置的设备定值信息，根据定值类型自动分类生成定值电子清单；

步骤2，在仿真计算系统中导入或创建待校核配电网区域模型，利用电磁暂态仿真功能对所述模型进行整定仿真计算，利用系统仿真计算的保护动作情况与步骤1中导出的现有定值清单进行自动校核比对；

步骤3，利用步骤2中仿真计算系统，将步骤1中现有定值清单里的保护配置、定值重新导入系统模型，推演计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性，即灵敏性、选择性、速动性和可靠性下的性能表现。

2.根据权利要求1所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤1包括：

步骤1.1，确定保护装置所处的电网状态；

步骤1.2，抓取继电保护装置的定值信息；

步骤1.3，对步骤1.2中获取的定值信息进行归一整理分类，生成定值电子清单。

3.根据权利要求2所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤1.1包括：

从生产调度的EMS获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站SCD文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态，至少包括厂站名称，场站类型，CT、PT，运行方式、保护装置型号和保护配置功能；

其中，EMS是指能量管理系统，SCD是指变电站配置描述，CT是指电流互感器，PT是指电压互感器。

4.根据权利要求3所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤1.2包括：

将待校核的继电保护装置与定值信息获取模块相连，自动抓取保护装置的定值信息，配电网每座厂站配置一个定值信息获取模块。

5.根据权利要求4所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤1.3包括：

按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤2包括：

步骤2.1，在仿真计算系统中搭建配电网系统模型，设置系统参数、创建厂站、创建设备元件、设置保护配置、选择运行方式、确定整定方案及原则；

步骤2.2，根据确定的整定方案、原则，选择运行方式、故障类型、故障点位置、逻辑配合整定信息进行仿真计算，通过遍历方法逐步调整参数，记录保护动作情况；

步骤2.3，将保护动作情况与步骤1中分类后的定值信息进行校核比对。

7.根据权利要求6所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤3包括：

步骤3.1，设置不同类型故障、故障相别、故障位置、运行方式进行遍历式推演仿真计算；

步骤3.2，在步骤3.1推演仿真计算后，得到现有定值在保护四性下的推演数据和分析结果，利用专家数据库对这些推演数据和分析结果进行评估。

8.根据权利要求7所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤3.1包括：

灵敏性推演：通过遍历式修改设定短路点位置、短路类型、系统运行方式，检验具体保护是否能正确动作，灵敏地反应，技术指标为灵敏系数Ksen。

选择性推演：通过遍历式设置故障点位置，故障类型、线路参数方式，验证主保护、后备保护的动作情况：其中主保护主要检验对于区内与区外故障的选择性切除能力；后备保护主要检验时间级差配合下的故障切除区间，通过故障后停电范围图来表征。

速动性推演：推演仿真验证整定的动作时间，设置不同故障，在满足时间级差要求条件下，核算后备保护的动作时间并记录。

可靠性推演：在待校核配网系统下，输入具体定值后，遍历式设置故障，记录保护动作情况，在具体整定原则和方案下，若任一保护不应动作实际仿真推演情况是不动作，则记录不误动，若任一保护应动作实际仿真推演是动作，则记录不拒动，若任一保护均满足不误动和不拒动，则评判该保护满足可靠性要求，否则该保护不满足可靠性要求。

9.根据权利要求7或8所述的配电网继电保护定值校核与评估方法，其特征在于：

步骤3.2包括：

设定配网系统下待校核的保护装置数量为n，该装置下的待校核保护功能数量为m，根据步骤3.1中推演数据和结果，利用专家数据库对应保护功能四性的每一方面进行评估f(m)，对其均值计算得到现有定值下该保护功能的整体评估得分：∑f(m)，在得到具体保护功能评估得分的基础上，对该保护装置全部保护功能进行均值评估：

同理对整个配电网区域内全部待校核装置进行评估：

10.一种使用权利要求1-9中任一项所述的配电网继电保护定值校核与评估方法的配电网继电保护定值校核与评估系统，其特征在于，包括：

电网状态采集模块，用于从生产调度的能量管理系统获取电网实时数据或利用IEC61850协议解析智能变电站变电站配置描述文件，获取电网拓扑，确定配电网区域内待校核保护装置所处的电网状态；

定值信息获取模块，每座厂站可用一个定值信息获取模块获取站内全部继电保护装置的定值信息；

定值信息分类模块，按照一次设备变比、保护功能、动作值、延时、控制字进行分类，每一继电保护装置均生成对应的定值电子清单；

具备电磁暂态仿真能力的仿真计算系统，用于导入/创建待校核配电网区域模型，根据配置原则、现有厂站、运行方式等自动进行整定仿真计算，根据推演结果评估现有定值在保护四性“灵敏性”、“选择性”、“速动性”、“可靠性”下的性能表现。

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