CN112736872B - 一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网技术领域，公开了一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，包括实时拓扑分析、实时动作分析和实时效益分析，其在传统的运行方式在线分析的基础上，升级为运行方式的实时分析，由此保护定值由控制策略也将从在线整定，调整为实时整定的方式，本发明具备充分考虑配置参数、状态参量与运行参量，实现运行方式的实时分析，包括拓扑分析、动作分析与效益分析，实现开关的可操作性条件判断、保护的时序定值优化与重合闸策略选择实现保护控制策略优化的优点。

Description

一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，具体为一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法。

背景技术

随着配电网规模的不断发展以及新能源的广泛接入，使得配电网运行方式更加复杂多变，一方面是分布式电源接入后助增及外汲效应给传统配电网保护的选择性与灵敏性带来重大考验，另一方面则是配电网主动管理策略使得配电网时刻面临着网络拓扑的改变；

现有的方法中，针对配电网运行接线的复杂化与主动配电网管控作用，主要采用在线跟踪运行方式的方法对保护控制定值优化与策略决策问题加以协调，对于配电网运行方式在线跟踪，需要及时获取配电网开关位置状态的变化，不同的位置状态组合，反映于不同的运行方式，因而要预设多套保护定值以适用不同的运行方式和应用场景，若认为在一定时间跨度下运行方式下不会变更，则该方法理论上可以满足电网运行方式跟踪的需求；

然而在线运行方式跟踪，只跟随故障前的拓扑接线，尽管能够适应配电网所有运行工况下的保护控制策略优化，但是保护定值与决策仍需要考虑所有故障场景，未计及故障引起的实时的运行特征的差异，无法根据故障引起的实时的运行特征的差异来改善定值决策，因此无法做到定值与决策的最优决策，因而保护控制策略仍存在优化空间，需要对故障实时特征进行充分挖掘，从而改进保护控制的出口决策、时序配合与复电选择。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，具备充分考虑配置参数、状态参量与运行参量，实现运行方式的实时分析，包括拓扑分析、动作分析与效益分析，实现开关的可操作性条件判断、保护的时序定值优化与重合闸策略选择实现保护控制策略优化的优点。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，包括实时拓扑分析、实时动作分析和实时效益分析，包括以下步骤：

1)在系统配置完成后，获取系统的配置参数，配置参数用于描述系统的固有连接关系与元件构成；

2)根据系统运行方式的变化，获取系统的状态参量，状态参量用于反馈运行方式变化对保护控制策略的影响，基于运行方式分析，实现在线的保护定值整定与控制决策方案；

3)根据实时的故障条件，获取系统运行参量：实时监测保护的故障判断信号，实现运行方式的实时分析；

4)根据保护的故障判断信号，分析实时的网络拓扑，进行实时的开关动作能力分析：即，开关是否在当前故障条件下，具备故障的切除能力，即完成可操作性条件判断；

5)根据故障位置，以及各单元保护实际得故障判断信号，以及开关的可操作性条件判断，分析保护单元的配合方位，从时序上进行定值的优化，形成保护的时序定值策略；

6)结合计算重合闸效益计算，获得保护控制的复电策略；

优选的，

所述基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断具体为：

基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断判断开关的可操作性，首先根据配电网开关的位置变位情况获得，确定故障前的拓扑连接关系；在此基础上，结合配电网的故障辨识信息，即配电网保护辨识元件给出的实时的故障信息分析结果，确定故障点分布，最后根据开关与电源、故障点之间的关系，实现开关的可操作性分析，具体来讲：

S1、借助网络的拓扑模型节点模型刻画开关与元件的固有连接关系，形成网络的节点—支路连通关系矩阵；

S2、借助开关的开合状态信息，修正节点-支路的连通关系矩阵元素；

S3、根据保护单元的故障辨识信息，确定故障点，已故障点为参照，结合修正的节点-支路的连通关系矩阵，借助生成树算法或最小路径算法等图论知识，计算开关与开关之间的两两距离；

S4、根据实时的开关距离，研究开关与电源、故障点之间的关系：判断各开关与电源点与故障点的开关距离，当开关与故障点的距离与开关与电源点之间的距离之和等于电源点与故障点之间的距离时，说明开关在电源点与故障点之间，此时开关的可操作性与电源的特性相关。

优选的，所述实时动作分析具体为：

基于动作分析的保护时序定值优化

保护单元之间需要时序配合来保障动作的选择性，需要进行配合的保护单元的数目/范围，决定了保护的时序配合结果，保护时序定值优化的实现方法如下：

S1、根据保护单元的故障判断结果，确定故障点的位置，根据实时网络拓扑分析，确定保护单元与故障点之间的开关距离；

S2、判断各保护单元是否给出故障判断结果，判断各开关单元是否满足上述的可操作性条件，只有当保护单元同时满足上述两组条件，该保护单元被视为“需被配合”的保护范围集合内；

S3、根据保护配合范围集合，确定保护的动作时序：从开关距离为1开始，确定以此开关距离的所有保护，是否存在从属于保护配合范围集合的保护单元，如有，则增加一个阶级的动作时间；并以此类推，直至开关距离最大位置，当某一开关距离的保护均不在保护配合范围集合内时，则可在时序上减掉相应的动作延迟，从而在时序上保证了保护的配合优化。

优选的，所述实时效益分析具体为：

基于效益分析的重合闸策略

重合闸有效避免了瞬时故障造成的长时间停电现象，但却拖慢了永久故障情况下的复电进程,故障发生在不同的元件上，是否采取重合闸对整体的复电效益影响也将不同，因而复电效益实质上与配电网所处的运行方式与故障分点布有关，具体的效益分析与重合闸决策选择的实现流程如下：

S1、基于故障条件下的拓扑分析与动作分析，确定故障前的网络拓扑，以及采取重合闸策略下故障后的网络拓扑以及采取转供策略下故障后的网络拓扑；

S2、根据故障前的网络拓扑以及两种故障处理方式下的故障后网络拓扑，分析两种故障处理方式下的负荷情况，包括：持续维持正常供电的负荷、具备转供条件的负荷以及故障停电负荷,其中维持正常供电的负荷值取为故障过程中始终维持供电的负荷量与系统内所接负荷的总数之和，减去主电源跳闸操作脱离的负荷大小；具备转供条件的负荷取值为在故障点被有效隔离后，通过主系统恢复以及通过分布式电源维持短暂供电以及通过备供线路有效转供的负荷量总和；

S3、根据转供时长、检修时长、瞬时故障概率、用负荷损失时长综合衡量出复电效益，从而根据复电效益值判断是否采取重合闸等复电策略；

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，具备以下有益效果：

该一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，充分考虑配置参数、状态参量与运行参量等参数，充分考虑配置参数、状态参量与运行参量等参数，依托于计及运行参量的拓扑分析、动作分析与效益分析，实现开关的可操作性条件判断、保护的时序定值优化与重合闸策略选择实现保护控制策略优化，所述方法能够适应未来新能源广泛接入和配网拓扑复杂多变的运行情况，实现保护控制的出口决策、时序配合与复电选择的有机结合，提高供电可靠性和运维水平。

附图说明

图1为本发明结构的系统框图；

图2为本发明结构的流程框图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，做进一步详细的描述。

请参阅图1-2，本发明一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，

发明原理

保护定值与控制策略的定制依托于故障的特征分布，故障的特征分布受电力系统运行方式影响，除电力系统运行方式外，故障条件的变化也将引起故障特征的变化，只有充分计及运行方式与故障条件，方能实现保护定值与控制策略的最大程度优化。

因此，保护定值与控制策略优化，需要在传统的运行方式在线分析的基础上，升级为运行方式的实时分析，由此保护定值由控制策略也将从在线整定，调整为实时整定的方式。

配电网运行方式实时分析，需要掌握以下分析条件。

1)系统配置参数：表示电力系统的网络连接以及源荷部署,考虑到配电网开关配置的复杂性，换言之，配电网开关设备包括断路器、负荷开关、隔离开关等多种类型,另一方面，对于含分布式电源的配电网，分布式电源的类型与特点也需要得到反映。因此，对配电网运行方式的系统配置说明，需要体现开关类型与分布式电源要素；

2)系统状态参量：表示电力系统开关位置状态，与系统配置参数不同，系状态参量随电力系统的运行发生改变，需要有监测单元及时反馈开关位置的变化信息；

3)系统运行参量：系统运行参量是运行方式在线跟踪与运行方式实时跟踪的区别所在,系统运行参量体现为在给定的状态参量下，由故障事件促发的保护控制决策信号,如对保护元件来说，保护元件产生故障判断信号(未经出口回路，因此开关状态在此时间尺度内没有发生变化)，相比于开关状态变化信号，是更小时间尺度的运行信息。掌握此部分运行参量，可以改善保护之间的配合与实现开关的更优动作决策。

系统配置参数、系统状态参量以及系统运行参量共同构成运行方式实时跟踪与分析的基础，从配电网对保护控制策略需求出发：

1)配电网保护控制策略应尽可能地缩小故障停电范围，然而，对配电网来说，断路器不能够完全配置使得故障切除范围无法做到最小，按照断路器的部署进行故障切除则会导致故障停电范围过大。事实上，负荷开关也具备小程度过电流切除的能力,在分布式电源接入的背景下，可以考虑采用负荷开关实现分隔分布式电源与故障点的连接，充分结合运行方式与故障条件，即结合系统运行参量即保护元件的故障辨识结果，对故障拓扑进行实时分析，可得到进行开关的可操作性条件，改善保护控制的出口决策；

2)配电网保护控制策略应尽可能快的保证故障的隔离,因此，需要尽可能的优化主保护、后备保护的动作时间定值,与在线跟踪运行方式难以追踪具体的故障点位置不同，结合系统运行参量，即保护元件的故障辨识结果，根据实际能够反映故障的保护单元(而非全系统的保护单元)，来缩小保护配合范围，实现压缩保护单元的动作时序；

3)配电网保护控制策略应追求尽可能优的供电恢复策略,重合闸应对瞬时故障有效的复电措施，而城市电缆网络的建设降低了瞬时故障发生率，也降低了重合闸的效益，故障位置的不同，重合闸与转供电带来的自愈效益是不同的，实时跟踪运行方式可以根据具体的故障情况，做出最合理的自愈选择。

本发明专利实现流程包括：包括实时拓扑分析、实时动作分析和实时效益分析，包括以下步骤：

1)在系统配置完成后，获取系统的配置参数，配置参数用于描述系统的固有连接关系与元件构成；

2)根据系统运行方式的变化，获取系统的状态参量，状态参量用于反馈运行方式变化对保护控制策略的影响，基于运行方式分析，实现在线的保护定值整定与控制决策方案；

3)根据实时的故障条件，获取系统运行参量：实时监测保护的故障判断信号，实现运行方式的实时分析；

4)根据保护的故障判断信号，分析实时的网络拓扑，进行实时的开关动作能力分析：即，开关是否在当前故障条件下，具备故障的切除能力，即完成可操作性条件判断；

5)根据故障位置，以及各单元保护实际得故障判断信号，以及开关的可操作性条件判断，分析保护单元的配合方位，从时序上进行定值的优化，形成保护的时序定值策略；

6)结合计算重合闸效益计算，获得保护控制的复电策略；

实时拓扑分析具体为：基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断

基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断判断开关的可操作性，首先根据配电网开关的位置变位情况获得，确定故障前的拓扑连接关系；在此基础上，结合配电网的故障辨识信息，即配电网保护辨识元件给出的实时的故障信息分析结果，确定故障点分布，最后根据开关与电源、故障点之间的关系，实现开关的可操作性分析，具体来讲：

S1、借助网络的拓扑模型节点模型刻画开关与元件的固有连接关系，形成网络的节点—支路连通关系矩阵；

S2、借助开关的开合状态信息，修正节点-支路的连通关系矩阵元素；

S3、根据保护单元的故障辨识信息，确定故障点，已故障点为参照，结合修正的节点-支路的连通关系矩阵，借助生成树算法或最小路径算法等图论知识，计算开关与开关之间的两两距离；

S4、根据实时的开关距离，研究开关与电源、故障点之间的关系：判断各开关与电源点与故障点的开关距离，当开关与故障点的距离与开关与电源点之间的距离之和等于电源点与故障点之间的距离时，说明开关在电源点与故障点之间，此时开关的可操作性与电源的特性相关。

实时动作分析具体为：基于动作分析的保护时序定值优化

保护单元之间需要时序配合来保障动作的选择性，需要进行配合的保护单元的数目/范围，决定了保护的时序配合结果,保护时序定值优化的实现方法如下：

S1、根据保护单元的故障判断结果，确定故障点的位置，根据实时网络拓扑分析，确定保护单元与故障点之间的开关距离；

S2、判断各保护单元是否给出故障判断结果，判断各开关单元是否满足上述的可操作性条件，只有当保护单元同时满足上述两组条件，该保护单元被视为“需被配合”的保护范围集合内；

S3、根据保护配合范围集合，确定保护的动作时序：从开关距离为1开始，确定以此开关距离的所有保护，是否存在从属于保护配合范围集合的保护单元，如有，则增加一个阶级的动作时间；并以此类推，直至开关距离最大位置，当某一开关距离的保护均不在保护配合范围集合内时，则可在时序上减掉相应的动作延迟，从而在时序上保证了保护的配合优化。

实时效益分析具体为：基于效益分析的重合闸策略

重合闸有效避免了瞬时故障造成的长时间停电现象，但却拖慢了永久故障情况下的复电进程,故障发生在不同的元件上，是否采取重合闸对整体的复电效益影响也将不同，因而复电效益实质上与配电网所处的运行方式与故障分点布有关,具体的效益分析与重合闸决策选择的实现流程如下：

S1、基于故障条件下的拓扑分析与动作分析，确定故障前的网络拓扑，以及采取重合闸策略下故障后的网络拓扑以及采取转供策略下故障后的网络拓扑；

S2、根据故障前的网络拓扑以及两种故障处理方式下的故障后网络拓扑，分析两种故障处理方式下的负荷情况，包括：持续维持正常供电的负荷、具备转供条件的负荷以及故障停电负荷,其中维持正常供电的负荷值取为故障过程中始终维持供电的负荷量与系统内所接负荷的总数之和，减去主电源跳闸操作脱离的负荷大小；具备转供条件的负荷取值为在故障点被有效隔离后，通过主系统恢复以及通过分布式电源维持短暂供电以及通过备供线路有效转供的负荷量总和；

S3、根据转供时长、检修时长、瞬时故障概率、用负荷损失时长综合衡量出复电效益，从而根据复电效益值判断是否采取重合闸等复电策略。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换；另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，包括实时拓扑分析、实时动作分析和实时效益分析，其特征在于：包括以下步骤：

1)在系统配置完成后，获取系统的配置参数，配置参数用于描述系统的固有连接关系与元件构成；

2)根据系统运行方式的变化，获取系统的状态参量，状态参量用于反馈运行方式变化对保护控制策略的影响，基于运行方式分析，实现在线的保护定值整定与控制决策方案；

3)根据实时的故障条件，获取系统运行参量：实时监测保护的故障判断信号，实现运行方式的实时分析；

4)根据保护的故障判断信号，分析实时的网络拓扑，进行实时的开关动作能力分析：即，开关是否在当前故障条件下，具备故障的切除能力，即完成可操作性条件判断；

5)根据故障位置，以及各单元保护实际得故障判断信号，以及开关的可操作性条件判断，分析保护单元的配合范围，从时序上进行定值的优化，形成保护的时序定值策略；

6)结合计算重合闸效益计算，获得保护控制的复电策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，其特征在于：所述基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断具体为：

基于实时拓扑分析进行开关可操作性判断判断开关的可操作性，首先根据配电网开关的位置变位情况获得，确定故障前的拓扑连接关系；在此基础上，结合配电网的故障辨识信息，即配电网保护辨识元件给出的实时的故障信息分析结果，确定故障点分布，最后根据开关与电源、故障点之间的关系，实现开关的可操作性分析，具体来讲：

S1、借助网络的拓扑模型节点模型刻画开关与元件的固有连接关系，形成网络的节点—支路连通关系矩阵；

S2、借助开关的开合状态信息，修正节点-支路的连通关系矩阵元素；

S3、根据保护单元的故障辨识信息，确定故障点，已故障点为参照，结合修正的节点-支路的连通关系矩阵，借助生成树算法图论知识或借助最小路径算法图论知识，计算开关与开关之间的两两距离；

S4、根据实时的开关距离，研究开关与电源、故障点之间的关系：判断各开关与电源点与故障点的开关距离，当开关与故障点的距离与开关与电源点之间的距离之和等于电源点与故障点之间的距离时，说明开关在电源点与故障点之间，此时开关的可操作性与电源的特性相关。

3.根据权利要求1所述的一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，其特征在于：所述实时动作分析具体为：

基于动作分析的保护时序定值优化

保护单元之间需要时序配合来保障动作的选择性，需要进行配合的保护单元的数目/范围，决定了保护的时序配合结果，保护时序定值优化的实现方法如下：

S1、根据保护单元的故障判断结果，确定故障点的位置，根据实时网络拓扑分析，确定保护单元与故障点之间的开关距离；

S2、判断各保护单元是否给出故障判断结果，判断各开关单元是否满足上述的可操作性条件，只有当保护单元同时满足上述两组条件，该保护单元被视为“需被配合”的保护范围集合内；

S3、根据保护配合范围集合，确定保护的动作时序：从开关距离为1开始，确定以此开关距离的所有保护，是否存在从属于保护配合范围集合的保护单元，如有，则增加一个阶级的动作时间；并以此类推，直至开关距离最大位置，当某一开关距离的保护均不在保护配合范围集合内时，则可在时序上减掉相应的动作延迟，从而在时序上保证了保护的配合优化。

4.根据权利要求1所述的一种基于运行方式实时分析的配电网保护控制策略优化方法，其特征在于：所述实时效益分析具体为：

基于效益分析的重合闸策略

重合闸有效避免了瞬时故障造成的长时间停电现象，但却拖慢了永久故障情况下的复电进程，故障发生在不同的元件上，是否采取重合闸对整体的复电效益影响也将不同，因而复电效益实质上与配电网所处的运行方式与故障分点布有关，具体的效益分析与重合闸决策选择的实现流程如下：

S1、基于故障条件下的拓扑分析与动作分析，确定故障前的网络拓扑，以及采取重合闸策略下故障后的网络拓扑以及采取转供策略下故障后的网络拓扑；

S2、根据故障前的网络拓扑以及两种故障处理方式下的故障后网络拓扑，分析两种故障处理方式下的负荷情况，包括：持续维持正常供电的负荷、具备转供条件的负荷以及故障停电负荷，其中维持正常供电的负荷值取为故障过程中始终维持供电的负荷量与系统内所接负荷的总数之和，减去主电源跳闸操作脱离的负荷大小；具备转供条件的负荷取值为在故障点被有效隔离后，通过主系统恢复以及通过分布式电源维持短暂供电以及通过备供线路有效转供的负荷量总和；

S3、根据转供时长、检修时长、瞬时故障概率、用负荷损失时长综合衡量出复电效益，从而根据复电效益值判断是否采取重合闸复电策略。

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