CN113346460A - 一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法及系统，读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；实时从智能电子设备I ED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备I ED上传过流信息建立故障信息序列F；根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。

Description

一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网保护与控制领域，具体地说，涉及一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法及系统。
背景技术
电力工业是国家的基础设施，电网安全稳定运行关系到社会经济的健康有序发展。然而随着电网规模逐渐扩大、网架结构日益复杂大电网安全威胁也急剧增加。继电保护作为保障电网安全的第一道防线，面临着空前的考验。2003年8月14日，美国俄亥俄州北部地区条关键线路被切除，随后附近大量线路后备保护因潮流转移过负荷而误动，最终引发了“美加大停电”造成千万用户供电中断，经济损失近一百亿美元。2012年7月30日和31日，印度连续发生两起大停电，其起因均是由于西部电网和北部电网之间的一条联络线因距离三段过负荷误动被切除，致使两个地区电网解列，引发了有史以来规模最大的停电事故，超过亿人受到影响。在国内外多起大停电事故的调查结果中显示，电网后备保护的不合理动作通常是事故诱发和扩散的主因之一。经分析，后备保护的缺陷集中表现为三个方面：配合关系复杂，动作延时长，可能无法满足保证系统稳定的极限切除时间，威胁电网安全；整定困难，灵敏性可靠性难以兼顾，不能适应系统运行方式变化，时有保护失配和灵敏度不足的情况发生；不能区分内部故障和事故过负荷，容易因潮流转移引发连锁跳闹，导致电网大面积停电。究其原因，传统后备保护性能缺陷的根本症结在于仅利用本地信息，角度单一，无法全方位反应故障。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护方法及系统，针对花瓣型这一特殊结构的配电网，本方案将通过联络开关紧密连接的两个变电站及其所连馈线作为一个有限区域，仅在其中一个变电站内设置区域决策层，负责收集各IED上传的信息，形成网络描述矩阵，从而实现对配电网拓扑结构的识别；同时采集环形配电网功率流向及其DG接入位置、容量等信息。在配电网发生故障后，形成故障判别矩阵，实现故障的准确判别与定位。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案，如图1所示：
(1)基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护方法，包括如下步骤：
1)读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
2)实时从IED上传信息中读取有关故障报警和短路电流信息判断是否有故障发生；
3)根据IED上传过流信息建立故障信息序列F；
4)根据修正规则，得最终故障区间判别矩阵P；
5)基于上述计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
6)若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下依然不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
(2)故障定位矩阵的形成方法
1)网络描述矩阵D
对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关当做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向(配电网正常运行状态下功率流动方向即为馈线的正方向)，然后根据各节点的有向连接关系形成n×n网络描述矩阵D(n为节点数量)，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
2)故障信息序列F
根据IED上传过流信息建立故障信息序列F(有n个元素，n为节点数量)，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流(包含信号丢失)，则fi＝0。故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
3)故障判别矩阵P
在IED装置中设置1、-1和0三种工作模式。在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
利用故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行如下修改，形成故障判别矩阵P:
Figure BDA0003029417590000041
4)故障定位的统一判据
通过以上介绍，给出如下适用于DG高比例接入下基于变电站集中式的花瓣型配电网故障定位的统一判据：若故障判别矩阵P中有元素可满足下列2个条件中的任何一个，则故障发生在由输入端节点i、输出端节点j确定的区段上：
①pi,i＝1，若存在pi,j≠0(j≠i)，且有pj,j≠1；
②pj,j＝-1，若有pi,j≠0(j≠i)，且有pi,i≠-1且pi,i≠1。
(3)基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护系统，如图2所示，包括如下步骤：
1)将通过联络开关紧密连接的两个变电站及其所连馈线作为一个有限区域，在其中一个变电站A内设置区域决策层；
2)读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
3)实时从IED上传信息中读取有关故障报警和短路电流信息判断是否有故障发生；
4)根据IED上传过流信息建立故障信息序列F；
5)根据修正规则，得最终故障区间判别矩阵P；
6)基于上述计算结果进行故障区段判别，确定故障区段；
7)变电站A同时收集区域内所有IED信息，实现花瓣故障信息共享，在故障切除后控制联络开关实现负荷转供。
一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法，所述方法包括：
读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；
根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
所述网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
故障信息序列F还包括，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
在IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
根据本发明另一方面，还提供一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护系统，所述系统包括：
数据获取单元，用于读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D，并且在变电站A内设置区域决策层，收集区域内所有智能电子设备IED信息；
数据分析单元，用于实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
数据输出单元，用于根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段；根据变电站A收集区域内所有IED信息，进行花瓣故障信息共享，在故障切除后控制联络开关负荷转供。
对于数据获取单元中网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
对于数据分析单元中故障信息序列F，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
在智能电子设备IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的智能电子设备IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
技术效果
本发明从保护执行速度、保护架构复杂度及其经济性等方面综合考量，采用有限区域集中式后备保护架构，并提出基于故障定位矩阵的有限区域集中式后备保护方案，通过构建故障判别矩阵，实现区内故障定位,具有定位速度快、准确率高、算法简单等优点。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1是花瓣式配电网后备保护方法流程；
图2是基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护系统示意图；
图3是花瓣式配电网结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
电力工业是国家的基础设施，电网安全稳定运行关系到社会经济的健康有序发展。然而随着电网规模逐渐扩大、网架结构日益复杂大电网安全威胁也急剧增加。继电保护作为保障电网安全的第一道防线，面临着空前的考验。2003年8月14日，美国俄亥俄州北部地区条关键线路被切除，随后附近大量线路后备保护因潮流转移过负荷而误动，最终引发了“美加大停电”造成千万用户供电中断，经济损失近一百亿美元。2012年7月30日和31日，印度连续发生两起大停电，其起因均是由于西部电网和北部电网之间的一条联络线因距离三段过负荷误动被切除，致使两个地区电网解列，引发了有史以来规模最大的停电事故，超过亿人受到影响。在国内外多起大停电事故的调查结果中显示，电网后备保护的不合理动作通常是事故诱发和扩散的主因之一。经分析，后备保护的缺陷集中表现为三个方面：配合关系复杂，动作延时长，可能无法满足保证系统稳定的极限切除时间，威胁电网安全；整定困难，灵敏性可靠性难以兼顾，不能适应系统运行方式变化，时有保护失配和灵敏度不足的情况发生；不能区分内部故障和事故过负荷，容易因潮流转移引发连锁跳闹，导致电网大面积停电。究其原因，传统后备保护性能缺陷的根本症结在于仅利用本地信息，角度单一，无法全方位反应故障。
区域保护将紧密关联的若干变电站作为一个区域，区域内的各保护装置通过光纤通道互联，实现信息共享，根据网络拓扑结构，快速定位故障点，与主保护进行配合，在主保护不正确动作的情况下，智能地对区域电网进行保护，准确切除故障。针对传统后备保护缺乏多源信息的收集从而导致误动或拒动，区域后备保护将采取基于分布式智能终端与控制主站协调配合的综合控制方式，综合利用多个站点的保护测量信息，性能高，对主站运算能力和主站安全性要求高的情况。其中，由控制主站负责区域电网拓扑和保护自适应管理，分布式智能终端根据拓扑相邻原则，与邻近的智能终端实现区间的差动保护控制和跳闸出口，并执行自适应保护整定方案。由于保护系统引进了区域信息，能摆脱传统后备保护上下级保护范围和时延配合的束缚，直接确定故障范围，相比传统后备保护，在快速性、选择性和可靠性方面都有了显著的提高，同时也使保护的整定过程得到简化。区域后备保护系统结构关系到保护系统可靠性、保护算法兼容性、保护执行速度和工程实施难度等多个重要环节，是研究区域后备保护首先需要明确的问题。截止目前，主要的区域后备保护系统结构可分为区域集中式、有限区域集中式、变电站集中式和智能电子设备(IntelligentElectronic Devices，IEDs)分布式四类。
当高比例灵活可控源荷接入花瓣式配电网后，电网结构变化，即配电网由辐射状单端供电网络变成多端供电网络，潮流双向流动，并且由于分布式电源出力的波动性和随机性，故障电流的方向和幅值也会发生变化；后者在高负荷密度下必须保证高供电可靠性，所以对保护速动性、灵敏性和选择性有较高要求，且由于配网线路分段多，采用常规就地保护存在整定和配合困难。基于上述问题，区域后备保护必须具有对复杂配电网结构的自适应性、故障快速识别与隔离、抗干扰信息能力强、信息交互总量少、通信机制简单和供电可靠性高等需求。
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护方法及系统，针对花瓣型这一特殊结构的配电网，本方案将通过联络开关紧密连接的两个变电站及其所连馈线作为一个有限区域，仅在其中一个变电站内设置区域决策层，负责收集各IED上传的信息，形成网络描述矩阵，从而实现对配电网拓扑结构的识别；同时采集环形配电网功率流向及其DG接入位置、容量等信息。在配电网发生故障后，形成故障判别矩阵，实现故障的准确判别与定位。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
(1)基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护方法，包括如下步骤：
1)读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
2)实时从IED上传信息中读取有关故障报警和短路电流信息判断是否有故障发生；
3)根据IED上传过流信息建立故障信息序列F；
4)根据修正规则，得最终故障区间判别矩阵P；
5)基于上述计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
6)若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下依然不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
(2)故障定位矩阵的形成方法
1)网络描述矩阵D
对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关当做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向(配电网正常运行状态下功率流动方向即为馈线的正方向)，然后根据各节点的有向连接关系形成n×n网络描述矩阵D(n为节点数量)，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
2)故障信息序列F
根据IED上传过流信息建立故障信息序列F(有n个元素，n为节点数量)，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流(包含信号丢失)，则fi＝0。故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
3)故障判别矩阵P
在IED装置中设置1、-1和0三种工作模式。在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
利用故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行如下修改，形成故障判别矩阵P:
Figure BDA0003029417590000131
4)故障定位的统一判据
通过以上介绍，给出如下适用于DG高比例接入下基于变电站集中式的花瓣型配电网故障定位的统一判据：若故障判别矩阵P中有元素可满足下列2个条件中的任何一个，则故障发生在由输入端节点i、输出端节点j确定的区段上：
①pi,i＝1，若存在pi,j≠0(j≠i)，且有pj,j≠1；
②pj,j＝-1，若有pi,j≠0(j≠i)，且有pi,i≠-1且pi,i≠1。
(3)基于有限区域集中式结构的花瓣式配电网后备保护系统，包括如下步骤：
1)将通过联络开关紧密连接的两个变电站及其所连馈线作为一个有限区域，在其中一个变电站A内设置区域决策层；
2)读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
3)实时从IED上传信息中读取有关故障报警和短路电流信息判断是否有故障发生；
4)根据IED上传过流信息建立故障信息序列F；
5)根据修正规则，得最终故障区间判别矩阵P；
6)基于上述计算结果进行故障区段判别，确定故障区段；
7)变电站A同时收集区域内所有IED信息，实现花瓣故障信息共享，在故障切除后控制联络开关实现负荷转供。
如图3所示，为典型花瓣式配电网的结构示意图。每个变电站中从一段母线引出一条馈出线环接多个配电开关站后回到本段母线，每两回馈线合环构成环网。相邻变电站的每两个环网相互联络、开环运行，形成“花瓣”结构的运行模式。本站的一个“花瓣”上的每个配电开关站节点，均与相邻变电站的一个“花瓣”环网上的相应节点有联络关系，互为备用、开环运行。为此，不同“花瓣”上的开关站节点需共用一个开关站，两个变电站的供电区域出现交叉。当一个“花瓣”内某一区段线路发生故障时，保护动作跳开线路两端断路器，隔离故障区段，相关节点的负荷由环网内其他段继续供电，由此全线负荷都可以完全实现“N-1”安全准则；当一个“花瓣”上任意两区段线路发生故障时，可通过闭合故障区段之间的任意一个开关站节点的联络开关，将故障负荷转移至另一个“花瓣”上。
本发明公开了一种基于故障定位矩阵的有限区域集中式后备保护方案，通过构建故障判别矩阵，实现区内故障定位，具体包括如下步骤：
1)读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
正常情况下的配电网电流流向如图黑色箭头方向所示，B开关站为有功功率分点，因此L1和L2的正方向保持一致，如图黑色箭头所示，L3，L4，L5的正方向保持一致，如图黑色箭头所示。故障发生在L2线路上，此时各个线路和流过IED的故障电流如蓝色箭头所示，在故障信息区间中，建立对应的网络描述矩阵D为：
Figure BDA0003029417590000151
2)实时从IED上传信息中读取有关故障报警和短路电流信息判断是否有故障发生；
3)根据IED上传过流信息建立故障信息序列F；
当故障信息完备，若故障发生在节点7，8之间时，故障信息序列F为：
F＝[111111-1111] (3)
4)根据修正规则，得最终故障区间判别矩阵P；
Figure BDA0003029417590000152
5)基于上述计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
由故障判别矩阵P知，节点7满足p7,7＝-1，p8,7≠0，且p8,8≠-1；因此，故障发生在节点7，8之间。故障定位结果与实际情况相吻合。
6)若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下依然不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法，所述方法包括：
读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；
根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
所述网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
故障信息序列F还包括，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
在IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
根据本发明另一方面，还提供一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护系统，所述系统包括：
数据获取单元，用于读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D，并且在变电站A内设置区域决策层，收集区域内所有智能电子设备IED信息；
数据分析单元，用于实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
数据输出单元，用于根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段；根据变电站A收集区域内所有IED信息，进行花瓣故障信息共享，在故障切除后控制联络开关负荷转供。
对于数据获取单元中网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
对于数据分析单元中故障信息序列F，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
在智能电子设备IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的智能电子设备IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
技术效果
本发明从保护执行速度、保护架构复杂度及其经济性等方面综合考量，采用有限区域集中式后备保护架构，并提出基于故障定位矩阵的有限区域集中式后备保护方案，通过构建故障判别矩阵，实现区内故障定位,具有定位速度快、准确率高、算法简单等优点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

Claims (10)

1.一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护方法，其特征在于，所述方法包括：
读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D；
实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；
根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，故障信息序列F还包括，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
6.一种适用于花瓣式配电网的区域后备保护系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取单元，用于读取配电网系统静态数据，完成配电网络拓扑，根据配电网实时功率流向确定网络正方向，建立对应的网络描述矩阵D，并且在变电站A内设置区域决策层，收集区域内所有智能电子设备IED信息；
数据分析单元，用于实时从智能电子设备IED上传信息中读取故障报警和短路电流信息，判断是否有故障发生，若有故障发生，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F；根据故障信息序列F对矩阵D的对角元素进行修改，得到最终故障区间判别矩阵P；
数据输出单元，用于根据计算结果进行故障区段判别，确定故障区段；根据变电站A收集区域内所有IED信息，进行花瓣故障信息共享，在故障切除后控制联络开关负荷转供。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，对于数据获取单元中网络描述矩阵D还包括，对区域内各馈线段上的断路器、分段开关和联络开关做节点统一编号，并给区间内各馈线确定一个正方向，根据各节点的有向连接关系形成矩阵D，即若节点i和节点j之间存在一条馈线且该馈线的正方向是由节点i指向节点j，则对应的网络描述矩阵中的元素di,j＝1，否则dj,i＝0。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，对于数据分析单元中故障信息序列F，根据智能电子设备IED上传过流信息建立故障信息序列F，假定节点i有故障过电流，如果过电流的方向和假定的正方向一致，故障信息序列F的第i个元素fi＝1；如果过电流和假定的正方向相反，则fi＝-1；如果没有过电流，则fi＝0，故障信息序列F中的元素可为1、-1和0。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在智能电子设备IED装置中设置1、-1和0三种工作模式，在1模式下，节点i流过故障电流且过流方向和所选网络正方向相同，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息1；在-1模式下，节点i流过故障电流但过流方向和所选网络正方向相反，节点i的IED向处于变电站的控制中心发送故障信息-1；在0模式下，节点i没有故障电流或信号丢失，节点i的智能电子设备IED不向处于变电站的控制中心发送故障信息。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在故障定位的统一判据中，若判断故障切除后线路末端负荷在增加DG出力的情况下不满足电压约束的情况，或事故区间停电的负荷转移到相邻变电站恢复负荷供电，通过算法得到最佳负荷转供方案，从而实现对联络开关的控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114355111A (zh) * 2022-03-21 2022-04-15 智联新能电力科技有限公司 一种基于改进关联矩阵的配电网故障定位方法
CN115347562A (zh) * 2022-08-23 2022-11-15 国网天津市电力公司 一种ai技术下配电网抢修快速抵达方法
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