CN112653240B - 一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法 - Google Patents

一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，通过考虑配电网通信网络的通道约束，实现了配电网保护的层次化实现方法，最大程度的利用网络通道资源，在不提升硬件配置的基础上实现保护性能的最大化提升，保护从简单的主保护与后备保护配置升级到多层化配置，提高了配电网故障处理的合理性，保障了供电目标的可靠性。属于通信技术领域。

Description

一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法
技术领域
本发明涉及一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，属于通信技术领域。
背景技术
网络实现的配电网保护方式，在近几年得到提出与发展。现有的技术方法中，对保护的配置往往仍是按照差动保护部署主保护，采用扩大差动的方式部署后备保护，以避免互感器采样失效、开关跳闸失效等情况，该方式能够简单适应配电网保护需求，但是没有实现通信通道的最大化利用，另一方面，单一的主保护配置与后备保护配置也可能无法适应复杂的故障情况，没有多层级的保护实现方法，保障配电网的可靠性。
随着通信技术的发展，给配电网保护带来了新的实现方式，通过通信网络的支撑与采样值的共享，配电网保护从就地采样值利用、到元件各端采样值利用向区域多信息综合利用的方式进行演化与发展。通信网络实现的配电网保护由于采样范围的扩展，可以给配电网提供逐级扩张的后备保护。为实现网络实现的配电网保护的最优配置，本专利考虑了配电网通信网络的通道约束，为配电网提供可靠的保护配置策略。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，在通信网络约束边界的条件下，实现配电网保护的最优化配置方法。
为解决上述问题，拟采用这样一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，具体实现流程如下：
1)初始化，对配电网一次拓扑进行收集，取得电力网络拓扑模型，完成层次化保护配置变量集合的刻画；
2)建立保护配置变量与通信网络拓扑的映射关系，获取各种保护配置在通信网络中的信息流路径；
3)根据信息流路径，建立基于保护配置变量集合的通信性能约束；
4)基于1)网络拓扑分析，确定每个层级保护在处理某一类型故障中的负荷损失大小；
5)计及保护可信度，计算各层级保护在处理某一故障的综合负荷损失大小；
6)计及故障发生概率，计算全局的综合负荷损失大小；
7)根据优化目标与性能约束，实现保护配置变量的求解。
本方法的形成需要覆盖变量刻画与表达、通信约束条件刻画以及保护性能评价三个方面，为实现该方法，需要以下模块进行参与：
1)网络分析模块
定义保护配置情况为优化变量，根据电力网络连接分析，确定在配电系统中，可以实现的最大化保护配置方法；
根据元件的数量与规模，确定主保护配置变量集X0{x0(1),x0(2),…,x0(i)}，其元素表示第x0(i)套主保护是否实际配置，当x0(i)等于1时，表示该套主保护将被配置，否则为零，根据元件的关联情况，形成后备保护配置变量集，其中，与相邻元件构成的后备保护称为I级后备保护XI{xI(1),xI(2),…,xI(i)}，与下一级相邻元件构成的后备保护称为II级后备保护XII{xII(1),xII(2),…,xII(i)}，以此类推；
网络分析模块还包括通信网络的连接分析，其主要工作内容是根据保护采样值的收发关系，获取采样值信息流的传输路径从而得到与保护配置相关联的信道表达；对于保护变量集Xk的元素xk(i)，对应信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}，当有Xk的元素xk(i)＝1，则对应的信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}取值均等于1。
2)通信网络性能约束模块
在这个模块中，将信道占用情况与信道流量与保护报文延时建立联系，已知保护变量xk(i)，在通道yj中占用的带宽大小为F(xk(i),yi,j,k)，则信道yj的总流量表示为
F(yj)＝∑F(xk(i),yi,j,k)
已知通过某一信道的保护报文延时增加量与信道的载流量相关，为T(F(xk(i),yi,j,k)),则保护报文延时表示为
T(xk(i))＝∑T(F(xk(i),yi,j,k))
构成的约束表示为
3)保护性能刻画
随着层级化保护配置的差异，保护性能呈现差异。
a)负荷损失是在发生某一元件故障情况下，不同层级的保护动作将影响的负荷范围大小，根据此定义，当故障发生，而没有保护动作时，负荷损失将包括全局的负荷，由此负荷损失表示为：
α表示负荷重要度权重，以及/>分别表示第一类负荷、第二类负荷以及第三类负荷的容量；
b)计及保护可用度的情况时，发生某一元件故障情况下，负荷损失的大小将调整为：
其中p(xk(i))表示由xk(i)执行该元件故障情况下的切除的概率
c)综合考虑各种元件发生故障的情况下，配电网的综合负荷损失值，进一步表示为：
其中q(i)表示元件i发生故障的概率；
由此保护性能的目标函数表示为，在考虑不同层级化保护配置的情况下，综合负荷损失最小的情况，即
与现有技术相比，本发明专利通过考虑配电网通信网络的通道约束，实现了配电网保护的层次化实现方法。最大程度的利用网络通道资源，在不提升硬件配置的基础上实现保护性能的最大化提升，保护从简单的主保护与后备保护配置升级到多层化配置，提高了配电网故障处理的合理性，保障了供电目标的可靠性。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是网络分析的原理图；
图3是负荷损失分析的原理图。
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的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参照图1至图3，本实施例提供一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，具体实现流程如下：
1)初始化，对配电网一次拓扑进行收集，取得电力网络拓扑模型，完成层次化保护配置变量集合的刻画；
2)建立保护配置变量与通信网络拓扑的映射关系，获取各种保护配置在通信网络中的信息流路径；
3)根据信息流路径，建立基于保护配置变量集合的通信性能约束；
4)基于1)网络拓扑分析，确定每个层级保护在处理某一类型故障中的负荷损失大小；
5)计及保护可信度，计算各层级保护在处理某一故障的综合负荷损失大小；
6)计及故障发生概率，计算全局的综合负荷损失大小；
7)根据优化目标与性能约束，实现保护配置变量的求解。
本方法的形成需要覆盖变量刻画与表达、通信约束条件刻画以及保护性能评价三个方面，为实现该方法，需要以下模块进行参与：
1)网络分析模块
定义保护配置情况为优化变量，根据电力网络连接分析，确定在配电系统中，可以实现的最大化保护配置方法；
根据元件的数量与规模，确定主保护配置变量集X0{x0(1),x0(2),…,x0(i)}，其元素表示第x0(i)套主保护是否实际配置，当x0(i)等于1时，表示该套主保护将被配置，否则为零，根据元件的关联情况，形成后备保护配置变量集，其中，与相邻元件构成的后备保护称为I级后备保护XI{xI(1),xI(2),…,xI(i)}，与下一级相邻元件构成的后备保护称为II级后备保护XII{xII(1),xII(2),…,xII(i)}，以此类推；
为实现网络性能与保护配置的关联映射，网络分析模块还包括通信网络的连接分析，其主要工作内容是根据保护采样值的收发关系，获取采样值信息流的传输路径从而得到与保护配置相关联的信道表达；对于保护变量集Xk的元素xk(i)，对应信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}，当有Xk的元素xk(i)＝1，则对应的信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}取值均等于1。
2)通信网络性能约束模块
在这个模块中，将信道占用情况与信道流量与保护报文延时建立联系，已知保护变量xi，在通道yj中占用的带宽(即流量)大小为F(xi，yj)，则信道yj的总流量表示为
F(yj)＝∑F(xi,yj)
已知通过某一信道的保护报文延时增加量与信道的载流量相关，为T(F(xi，yj)),则保护报文延时表示为
T(xi)＝∑T(F(xi,yj))
为构建网络性能约束，综合考虑所有通道带宽以及所有保护报文延时不能越限，因此构成的约束表示为
3)保护性能刻画
随着层级化保护配置的差异，保护性能呈现差异。
a)为刻画保护性能，进行负荷损失分析，负荷损失是在发生某一元件故障情况下，不同层级的保护动作将影响的负荷范围大小，根据此定义，当故障发生，而没有保护动作时，负荷损失将包括全局的负荷，由此负荷损失表示为：
α表示负荷重要度权重，以及/>分别表示第一类负荷、第二类负荷以及第三类负荷的容量；
b)计及保护可用度的情况时，发生某一元件故障情况下，负荷损失的大小将调整为：
其中p(xk(i))表示由xk(i)执行该元件故障情况下的切除的概率
c)综合考虑各种元件发生故障的情况下，配电网的综合负荷损失值，进一步表示为：
其中q(i)表示元件i发生故障的概率；
由此保护性能的目标函数表示为，在考虑不同层级化保护配置的情况下，综合负荷损失最小的情况，即
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种计及网络性能约束的配电网保护配置方法，特征在于，具体实现流程如下：
1)初始化，对配电网一次拓扑进行收集，取得电力网络拓扑模型，完成层次化保护配置变量集合的刻画；
2)建立保护配置变量与通信网络拓扑的映射关系，获取各种保护配置在通信网络中的信息流路径；
3)根据信息流路径，建立基于保护配置变量集合的通信性能约束；
4)基于1)网络拓扑分析，确定每个层级保护在处理某一类型故障中的负荷损失大小；
5)计及保护可信度，计算各层级保护在处理某一故障的综合负荷损失大小；
6)计及故障发生概率，计算全局的综合负荷损失大小；
7)根据优化目标与性能约束，实现保护配置变量的求解；
该方法需要网络分析模块进行参与，网络分析模块：定义保护配置情况为优化变量，根据电力网络连接分析，确定在配电系统中，可以实现的最大化保护配置方法；根据元件的数量与规模，确定主保护配置变量集X0{x0(1),x0(2),…,x0(i)}，其元素表示第x0(i)套主保护是否实际配置，当x0(i)等于1时，表示该套主保护将被配置，否则为零，根据元件的关联情况，形成后备保护配置变量集，其中，与相邻元件构成的后备保护称为I级后备保护XI{xI(1),xI(2),…,xI(i)}，与下一级相邻元件构成的后备保护称为II级后备保护XII{xII(1),xII(2),…,xII(i)}，以此类推；
网络分析模块还包括通信网络的连接分析，其主要工作内容是根据保护采样值的收发关系，获取采样值信息流的传输路径从而得到与保护配置相关联的信道表达；对于保护变量集Xk的元素xk(i)，对应信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}，当有Xk的元素xk(i)＝1，则对应的信道集Yi,k{yi,1,k，yi,2,k，…，yi,j,k}取值均等于1；
该方法需要通信网络性能约束模块进行参与，通信网络性能约束模块：将信道占用情况与信道流量与保护报文延时建立联系，已知保护变量xk(i)，在通道yj中占用的带宽大小为F(xk(i),yi,j,k)，则信道yj的总流量表示为
F(yj)＝∑F(xk(i),yi,j,k)
已知通过某一信道的保护报文延时增加量与信道的载流量相关，为T(F(xk(i),yi,j,k)),则保护报文延时表示为
T(xk(i))＝∑T(F(xk(i),yi,j,k))
构成的约束表示为
该方法需要保护性能刻画模块进行参与，保护性能刻画：随着层级化保护配置的差异，保护性能呈现差异；
a)负荷损失是在发生某一元件故障情况下，不同层级的保护动作将影响的负荷范围大小，根据此定义，当故障发生，而没有保护动作时，负荷损失将包括全局的负荷，由此负荷损失表示为：
α表示负荷重要度权重，以及/>分别表示第一类负荷、第二类负荷以及第三类负荷的容量；
b)计及保护可用度的情况时，发生某一元件故障情况下，负荷损失的大小将调整为：
其中p(xk(i))表示由xk(i)执行该元件故障情况下的切除的概率
c)综合考虑各种元件发生故障的情况下，配电网的综合负荷损失值，进一步表示为：
其中q(i)表示元件i发生故障的概率；
由此保护性能的目标函数表示为，在考虑不同层级化保护配置的情况下，综合负荷损失最小的情况，即
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