供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的算法與通信研究.pdf

1、繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行必不可少的技術(shù)措施和重要手段。傳統(tǒng)繼電保護(hù)無(wú)通信能力或通信能力較差，均為孤立的保護(hù)，且其整定值均通過(guò)離線計(jì)算獲得，在運(yùn)行中保持不變，無(wú)法使保護(hù)達(dá)到最佳保護(hù)效果，在靈敏性、選擇性與速動(dòng)性方面甚至無(wú)法滿足電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的要求。自適應(yīng)保護(hù)能自動(dòng)在線計(jì)算并修改保護(hù)整定值，使保護(hù)始終處于最佳工作狀態(tài)。保護(hù)裝置自適應(yīng)由于只利用本地信息，只能適應(yīng)較小范圍的系統(tǒng)運(yùn)行方式變化。保護(hù)系統(tǒng)自適應(yīng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，利用系統(tǒng)信息、自適應(yīng)

2、保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)策略與自適應(yīng)保護(hù)算法，能適應(yīng)電力系統(tǒng)各種運(yùn)行方式的變化，達(dá)到最佳保護(hù)效果。本文深入研究了自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)所需解決的自適應(yīng)保護(hù)算法、小波幅值算法、DeviceNet關(guān)鍵技術(shù)及DeviceNet與工業(yè)以太網(wǎng)通信傳送延時(shí)等問(wèn)題，構(gòu)建了一種新型的供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)。其應(yīng)用可提高供配電線路保護(hù)的選擇性、靈敏性與供配電線路運(yùn)行的可靠性、安全性。
　　在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線

3、與工業(yè)以太網(wǎng)以及給出的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了適用于35kV及以下電壓等級(jí)由生產(chǎn)設(shè)備層、間隔層、變電站層與集控中心層組成的供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)。為解決保護(hù)系統(tǒng)自適應(yīng)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了自適應(yīng)整定算法、系統(tǒng)級(jí)自適應(yīng)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)策略與裝置級(jí)自適應(yīng)保護(hù)算法。所提出的自適應(yīng)整定算法、系統(tǒng)級(jí)自適應(yīng)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)策略綜合利用供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置本地信息、變電站站內(nèi)信息與集控中心借助SCADA系統(tǒng)提供的一次、二次設(shè)備狀態(tài)信息及拓?fù)溥B接關(guān)系，自

4、動(dòng)在線計(jì)算并修正保護(hù)整定值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式及故障類(lèi)型變化的自適應(yīng)。所提出的裝置級(jí)自適應(yīng)保護(hù)算法為自適應(yīng)三段式電流保護(hù)算法，應(yīng)用該算法對(duì)具體實(shí)例進(jìn)行了分析；通過(guò)對(duì)該保護(hù)算法的改進(jìn)，使其可適用于雙側(cè)電源供配電線路和更復(fù)雜供配電線路的帶方向和低電壓閉鎖的自適應(yīng)三段式電流保護(hù)。根據(jù)給出的自適應(yīng)保護(hù)裝置靈敏性、選擇性的校驗(yàn)規(guī)則，在自適應(yīng)保護(hù)裝置整定完成后對(duì)其靈敏性、選擇性進(jìn)行了實(shí)時(shí)校驗(yàn)。
　　在供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置自

5、適應(yīng)保護(hù)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需計(jì)算供配電線路的電流幅值。針對(duì)全周傅里葉算法不能濾除衰減直流分量與頻率特性較差的問(wèn)題，提出了適用于自適應(yīng)保護(hù)裝置的差分濾波器加全周Morlet復(fù)小波幅值算法與Symlets小波幅值輔助算法。所提出的差分濾波器加全周 Morlet復(fù)小波幅值算法是在深入研究各參數(shù)對(duì)給出的Morlet復(fù)小波幅值算法性能的影響基礎(chǔ)上，針對(duì)全周Morlet復(fù)小波幅值算法不能濾除2次諧波分量的問(wèn)題提出的，它可有效濾除衰減直流分量并具有較好

6、的頻率特性與較高的計(jì)算精度。所提出的Symlets小波幅值輔助算法可精確捕捉故障發(fā)生時(shí)刻并能在較短的時(shí)間內(nèi)定量預(yù)測(cè)出故障后電流幅值。結(jié)合這兩種算法各自的優(yōu)點(diǎn)，確定在供配電線路正常運(yùn)行時(shí)，利用sym3小波對(duì)其電流信號(hào)進(jìn)行分解、重構(gòu)，由重構(gòu)后高頻分量的模極大值預(yù)測(cè)電流幅值，捕捉故障發(fā)生時(shí)刻；故障發(fā)生后，采用差分濾波器加全周Morlet復(fù)小波幅值算法計(jì)算供配電線路電流的基波幅值。
　　通信的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了供配電線路自適應(yīng)

7、保護(hù)系統(tǒng)的可用性。在深入研究DeviceNet網(wǎng)絡(luò)模型、報(bào)文類(lèi)型、I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式、通信連接、對(duì)象建模、設(shè)備描述等關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，給出了自適應(yīng)保護(hù)裝置這一具體現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)備描述、對(duì)象模型及其DeviceNet通信功能的實(shí)現(xiàn)方法與過(guò)程。運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)模型與性能評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)變電站層DeviceNet通信的傳送延時(shí)、吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率與網(wǎng)絡(luò)利用率，驗(yàn)證了DeviceNet通信的實(shí)時(shí)性、可靠性。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)變電站層De

8、viceNet通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了通信功能驗(yàn)證。分析了自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)集控中心層工業(yè)以太網(wǎng)周期性通信的傳送延時(shí)，驗(yàn)證了工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
　　為解決自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)變電站層硬件組成與數(shù)據(jù)傳輸這一基礎(chǔ)問(wèn)題，提出并實(shí)現(xiàn)了變電站層的技術(shù)方案。變電站層是由作為主節(jié)點(diǎn)的包含PCI DeviceNet板卡的工控機(jī)（變電站控制中心）與作為從節(jié)點(diǎn)的多個(gè)供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置組成的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，主節(jié)點(diǎn)與各從節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的Devi