CN113922347A - 一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及存储介质，包括构建极端运行方式出现概率模型；构建保护不正确动作概率模型；提出基于经济因子的保护不正确动作后果评估方法；提出反映保护定值失配度的评价指标；提出线路保护定值优化方案。本发明提出了接地距离保护定值失配度的评价指标，通过指标的大小排序，有助于继电保护工作人员及运行调度人员直观评价保护定值的选择性及灵敏性，快速发现极端运行方式下电网存在的失配环节，并据此制定合理的定值调整方案。

Description

一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及 存储介质
技术领域
本发明涉及继电保护定值计算领域，特别是一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及存储介质。
背景技术
继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，承担着快速隔离故障、保障电力设备安全、维持系统稳定的重要任务，选择性、速动性、灵敏性、可靠性是衡量继电保护动作性能的四个关键指标。全国台风、冰冻、洪涝、干旱等特殊自然灾害频发，导致电网故障涉及范围大、发生频度高，形成极端运行方式的概率大大增加。而且，随着电网的快速发展和网架结构的日益复杂，单一电网故障也可能迅速演化为连锁故障，造成电网大范围停电，极端运行方式出现的概率进一步增加。此外，通信技术是继电保护的重要组成部分，主保护两侧信息的交互就要借助通信通道，SDH等通信设备如果遭到意外攻击可能导致大范围的主保护丢失，进而形成极端运行方式。
目前，接地距离保护是超高压电网应对接地故障的主要后备保护形式，现有接地距离保护定值校核计算主要是校核保护定值是否满足当前运行方式选择性和灵敏性要求，并没有给出不同保护失配的严重程度排序。一般情况下，由于接地距离保护整定计算时考虑了系统常见的运行方式，因此，针对当前运行方式进行校核时，存在失配问题的保护数目较少。对于所有存在失配问题的保护，均可以采用合适的应对措施，保证电网运行的安全性。
但是，极端运行方式通常超过了整定计算时考虑的系统运行方式范围，存在失配问题的保护数目较多。如果对这些保护全部采取一定的应对措施，则可能存在应对手段不足、应对时间较长的问题，电网运行存在安全隐患。考虑到极端运行方式下各个保护的失配严重程度并不相同，如果能够对各个保护的失配严重程度进行定量计算，并且优先对失配最严重的保护采取应对措施，则可以大幅度提高极端运行方式下电网的安全性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法、系统及存储介质。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体方法如下：
针对待优化电网电路，构建出现极端运行方式概率模型P(k)；
根据极端运行方式概率模型P(k)，分别构建因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)；
针对待优化电网电路，计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel；
根据因拒动概率模型P1(n)、误动概率模型P2(n)、因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel，分别计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i；
根据拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的大小，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化。
进一步，所述出现极端运行方式概率模型P(k)的构建方法如下：
当电网因多条线路同时故障或连锁故障而产生极端运行方式时，假设有k条线路发生故障，则极端运行方式出现的概率为
P(k)＝PTRB(K＝k)
其中，PTRB(K＝k)为k条线路同时故障的概率，l为线路总数，k为故障线路数；
根据概率统计学，把线路发生故障视作一种随机事件，则线路发生故障的概率可采用泊松分布来模拟，在给定的时间t内任意k条线路发生故障的概率为
Figure BDA0003328150810000021
其中，k为故障线路数，λ0为所观察记录时间t内线路的平均故障率，则λ0t为所观察记录时间t内线路的平均故障次数，可近似视作该线路发生故障次数的期望。
进一步，所述因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)的构建方法如下：
设故障落入线路不同区域的概率服从正态分布，那么当线路发生故障时，保护不正确动作的概率为
Figure BDA0003328150810000022
Figure BDA0003328150810000031
其中，P1(n)表示保护拒动概率，Lnsen为线路可能拒动区域，P2(n)表示保护误动概率，Lnsel为线路可能误动区域，
Figure BDA0003328150810000032
为本线路Ⅱ段保护区域，u取对应线路中点位置，σ＝L/6,L为对应线路全长。
进一步，所述计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel的方法如下：
保护拒动后果用拒动导致的经济损失来表示，即：
ei·sen＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i拒动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i拒动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数；
保护误动后果用误动导致的经济损失来表示，即：
ei·sel＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i误动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i误动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数。
进一步，所述计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的方法如下：
Figure BDA0003328150810000033
Figure BDA0003328150810000034
Rsen,N＝Psen,1(n1)*e1·sen+Psen,2(n2)*e2·sen+...+Psen,i(ni)*ei·sen
Figure BDA0003328150810000035
其中，i为各保护编号；Psen,i，ei·sen分别为保护i因灵敏性不满足要求而拒动的概率及拒动后果；Psel,i,j，ei·sel分别为保护i与相邻线路保护j配合时由于选择性不满足而误动的概率及误动后果，m为下游相邻线路保护数目；Rsen,N，Rsel,N分别为该极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性指标基准值；Rsen,i，Rsel,i分别为极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性评价指标。
进一步，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化的具体方法如下：
按照所提指标计算电网中所有线路的接地距离保护定值灵敏性和选择性评价指标，并且由于各指标的计算过程相对独立，故可以利用并行计算技术加速指标的计算；指标计算完成后，采用并行排序算法对指标大小进行排序，指标越大，表示该保护定值的失配程度更加严重，则优先对该保护定值进行调整；定值调整方式为根据当前系统运行方式，按照设置好的保护定值调整顺序在线整定出保护定值并下发到保护装置。
进一步，一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化系统，所述系统包括有：
极端运行方式概率构建模块，用于构建出现极端运行方式概率模型P(k)；
拒动和误动概率模型构建模块，根据极端运行方式概率模型P(k)，分别构建因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)；
损失指标计算模块，针对待优化电网电路，计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel；
保护定值扮酷度评价指标计算模块，根据因拒动概率模型P1(n)、误动概率模型P2(n)、因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel，分别计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i；
优化模块，根据拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的大小，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化。
进一步，一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行权利要求1-6任意一项所述的方法。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明针对电网中待优化的电路，结合了拒动和误动的概率，与发生拒动和误动后产生的损失，采用独有的自定义算法得到了符合客观规律的损失评价，从而反过来优化电网电路中的继电保护定值，从经济角度获得最佳继电保护定值。通过所提出的方法可以实现对需要进行定值修改及完善的保护优先级排序的目的，有助于调度运行人员及继电保护工作人员快速制定合理的定值调整方案
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的流程示意图；
图2为实施例中某区域级电网局部电路结构示意图；
图3为实施例中提供保护R3灵敏性不满足时线路保护范围关系示意图；
图4为实施例中提供保护R1选择性不满足时线路保护范围关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)构建极端运行方式出现概率模型。
2)构建保护不正确动作概率模型；
3)提出基于经济因子的保护不正确动作后果评估方法；
4)提出反映保护定值失配度的评价指标。
5)根据指标大小排序制定接地距离保护定值优化方案。
步骤1)中构建极端运行方式出现概率模型包括以下内容：
当电网因多条线路同时故障或连锁故障而产生极端运行方式时，假设有k条线路发生故障，则极端运行方式出现的概率为
P(k)＝PTRB(K＝k)
其中，PTRB(K＝k)为k条线路同时故障的概率，l为线路总数，k为故障线路数。
根据概率统计学，把线路发生故障视作一种随机事件，则线路发生故障的概率可采用泊松分布来模拟，在给定的时间t内任意k条线路发生故障的概率为
Figure BDA0003328150810000061
其中，k为故障线路数，λ0为所观察记录时间t内线路的平均故障率，则λ0t为所观察记录时间t内线路的平均故障次数，可近似视作该线路发生故障次数的期望。
步骤2)中构建保护不正确动作概率模型包括保护拒动概率模型和保护误动概率模型，从工程实际出发，可知故障发生在线路两端概率较低，在线路内部区域概率更高，假设故障落入线路不同区域的概率服从正态分布，那么当线路发生故障时，保护不正确动作的概率为
Figure BDA0003328150810000062
Figure BDA0003328150810000063
其中，P1(n)表示保护拒动概率，Lnsen为线路可能拒动区域，P2(n)表示保护误动概率，Lnsel为线路可能误动区域，
Figure BDA0003328150810000064
为本线路Ⅱ段保护区域，u取对应线路中点位置，σ＝L/6,L为对应线路全长。
步骤3)中基于经济因子的保护不正确动作后果评估方法包括保护误动和拒动两个方面，保护拒动后果用拒动导致的经济损失来表示
ei·sen＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i拒动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i拒动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数。
保护误动后果用误动导致的经济损失来表示
ei·sel＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i误动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i误动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数。
步骤4)中保护定值失配度的评价指标包括以下内容：
分别从保护拒动和误动两个方面提出保护定值拒动评价指标Rsen,i和保护误动评价指标Rsel,i，通过指标的大小排序，有助于继电保护工作人员及运行调度人员直观评价保护定值的灵敏性和选择性，快速发现电网失配环节，制定合理的定值调整方案。
Figure BDA0003328150810000071
Figure BDA0003328150810000072
Rsen,N＝Psen,1(n1)*e1·sen+Psen,2(n2)*e2·sen+...+Psen,i(ni)*ei·sen
Figure BDA0003328150810000073
其中，i为各保护编号；Psen,i，ei·sen分别为保护i因灵敏性不满足要求而拒动的概率及拒动后果；Psel,i,j，ei·sel分别为保护i与相邻线路保护j配合时由于选择性不满足而误动的概率及误动后果，m为下游相邻线路保护数目；Rsen,N，Rsel,N分别为该极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性指标基准值；Rsen,i，Rsel,i分别为极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性评价指标。
保护因灵敏度不足而拒动的概率Psen,i和由于保护i与相邻线路保护j配合时选择性不满足而误动的概率Psel,i,j，可得
Psen,i＝PTRB(K＝k)*P1(n)
Psel,i,j＝PTRB(K＝k)*P2(n)
步骤5)中线路距离保护定值调整方案包括如下内容：
按照所提指标计算电网中所有线路的接地距离保护定值灵敏性和选择性评价指标，并且由于各指标的计算过程相对独立，故可以利用并行计算技术加速指标的计算。指标计算完成后，采用并行排序算法对指标大小进行排序，指标越大，表示该保护定值的失配程度更加严重，则优先对该保护定值进行调整。定值调整方式为根据当前系统运行方式，按照设置好的保护定值调整顺序在线整定出保护定值并下发到保护装置。
实施例：
如图2、3、4所示，包括以下步骤：
在此，先对模型参数进行说明，观察记录时间t取EMS更新时间300s,平均故障次数λ0t统一取0.3，线路AB、BC、CD流过有功潮流为1000MW、700MW、300MW，对应经济因子依次取为0.05、0.05、0.08，线路AB、BC、CD相关信息如表1所示。
表1
保护名称 所在线路 线路最大感受阻抗/Ω 保护Ⅰ段定值/Ω 保护Ⅱ段定值/Ω
R1 AB 10.22 6.3 21.06
R2 BC 10.33 6.86 20
R3 CD 29.05 20 41.5
1计算极端运行方式出现概率
电网因多条线路同时故障或连锁故障而产生极端运行方式，假设有3条线路因不可抗力因素同时发生故障，则该极端运行方式出现的概率为
P(3)＝PTRB(K＝3)
根据概率统计学，把线路发生故障视作一种随机事件，则线路发生故障的概率可采用泊松分布来模拟，在给定的时间t内任意k条线路发生故障的概率为
Figure BDA0003328150810000091
2计算保护不正确动作概率
以距离保护Ⅱ段为例，对保护不正确动作概率进行计算，首先对灵敏性进行校核，由于保护R1、R2均满足灵敏性要求，故保护R1、R2拒动概率为0。R3的接地距离Ⅱ段保护定值为41.5Ω，按保灵敏性原则计算定值应为43.58Ω，线路保护范围关系如图3所示，故保护R3拒动概率为
Figure BDA0003328150810000092
对选择性进行校核，由于保护R2、R3均满足选择性要求，故保护R2、R3误动概率为0。R1的接地距离Ⅱ段保护定值为21.06Ω，下游相邻保护R2的接地距离Ⅰ段保护定值为6.86Ω，在助增系数为1.1的前提下，按照继电保护整定计算规程，保护R1的保选择性定值应为14.21Ω，线路保护范围关系如图4所示，故保护R1误动概率为
Figure BDA0003328150810000093
3保护不正确动作后果评估
保护R3拒动后果用拒动导致的经济损失来表示
ei·sen＝300*0.08＝24
保护R1误动后果用误动导致的经济损失来表示
ei·sel＝1000*0.05＝50
4计算保护定值失配度的评价指标
从灵敏性和选择性两个方面计算保护定值拒动评价指标Rsen,i和保护误动评价指标Rsel,i，不失一般性，假设全网校核基准值均为1，则保护定值评价指标计算如下
Psen,i＝0.0033*0.038＝0.0001254
Psel,i,j＝0.0033*0.16＝0.000528
Figure BDA0003328150810000101
Figure BDA0003328150810000102
综合R1、R2、R3的灵敏性选择性指标评价结果可知，优先整定并下发保护R1定值，使之选择性满足要求，而后重新下发保护R3定值，使之满足选择性。
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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，具体方法如下：
针对待优化电网电路，构建出现极端运行方式概率模型P(k)；
根据极端运行方式概率模型P(k)，分别构建因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)；
针对待优化电网电路，计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel；
根据因拒动概率模型P1(n)、误动概率模型P2(n)、因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel，分别计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i；
根据拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的大小，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化。
2.如权利要求1所述的基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，所述出现极端运行方式概率模型P(k)的构建方法如下：
当电网因多条线路同时故障或连锁故障而产生极端运行方式时，假设有k条线路发生故障，则极端运行方式出现的概率为
P(k)＝PTRB(K＝k)
其中，PTRB(K＝k)为k条线路同时故障的概率，l为线路总数，k为故障线路数；
根据概率统计学，把线路发生故障视作一种随机事件，则线路发生故障的概率可采用泊松分布来模拟，在给定的时间t内任意k条线路发生故障的概率为
Figure FDA0003328150800000011
其中，k为故障线路数，λ0为所观察记录时间t内线路的平均故障率，则λ0t为所观察记录时间t内线路的平均故障次数，可近似视作该线路发生故障次数的期望。
3.如权利要求1所述的基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，所述因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)的构建方法如下：
设故障落入线路不同区域的概率服从正态分布，那么当线路发生故障时，保护不正确动作的概率为
Figure FDA0003328150800000021
Figure FDA0003328150800000022
其中，P1(n)表示保护拒动概率，Lnsen为线路可能拒动区域，P2(n)表示保护误动概率，Lnsel为线路可能误动区域，
Figure FDA0003328150800000023
为本线路Ⅱ段保护区域，u取对应线路中点位置，σ＝L/6,L为对应线路全长。
4.如权利要求1所述的基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，所述计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel的方法如下：
保护拒动后果用拒动导致的经济损失来表示，即：
ei·sen＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i拒动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i拒动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数；
保护误动后果用误动导致的经济损失来表示，即：
ei·sel＝w1c1+w2c2+...+wici
其中，c1、c2…ci为因保护1、2…i误动而导致的电网中所有线路潮流的增加量，若引起的潮流增加越多，则后果越严重，w1、w2…wi为保护1、2…i误动导致后果的经济因子，满足w1+w2+...+wn＝1，n为全网保护总数。
5.如权利要求1所述的基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，所述计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的方法如下：
Figure FDA0003328150800000024
Figure FDA0003328150800000031
Rsen,N＝Psen,1(n1)*e1·sen+Psen,2(n2)*e2·sen+...+Psen,i(ni)*ei·sen
Figure FDA0003328150800000032
其中，i为各保护编号；Psen,i，ei·sen分别为保护i因灵敏性不满足要求而拒动的概率及拒动后果；Psel,i,j，ei·sel分别为保护i与相邻线路保护j配合时由于选择性不满足而误动的概率及误动后果，m为下游相邻线路保护数目；Rsen,N，Rsel,N分别为该极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性指标基准值；Rsen,i，Rsel,i分别为极端运行方式下保护定值灵敏性和选择性评价指标。
6.如权利要求1所述的基于失配度评价指标的接地保护定值优化方法，其特征在于，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化的具体方法如下：
按照所提指标计算电网中所有线路的接地距离保护定值灵敏性和选择性评价指标，并且由于各指标的计算过程相对独立，故可以利用并行计算技术加速指标的计算；指标计算完成后，采用并行排序算法对指标大小进行排序，指标越大，表示该保护定值的失配程度更加严重，则优先对该保护定值进行调整；定值调整方式为根据当前系统运行方式，按照设置好的保护定值调整顺序在线整定出保护定值并下发到保护装置。
7.一种基于失配度评价指标的接地保护定值优化系统，其特征在于，所述系统包括有：
极端运行方式概率构建模块，用于构建出现极端运行方式概率模型P(k)；
拒动和误动概率模型构建模块，根据极端运行方式概率模型P(k)，分别构建因拒动概率模型P1(n)和误动概率模型P2(n)；
损失指标计算模块，针对待优化电网电路，计算因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel；
保护定值扮酷度评价指标计算模块，根据因拒动概率模型P1(n)、误动概率模型P2(n)、因拒动而带来的损失指标ei·sen和因误动而带来的损失指标ei·sel，分别计算拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i；
优化模块，根据拒动保护定值失配度评价指标Rsen,i和误动保护定值失配度评价指标Rsel,i的大小，对待优化电网电路中的接地距离保护定值进行优化。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行权利要求1-6任意一项所述的方法。
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