廣域后備保護(hù)原理與通信技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力運(yùn)營市場化的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題日漸突出。繼電保護(hù)是保證電力設(shè)備運(yùn)行安全的關(guān)鍵元件，也是整個電網(wǎng)安全保障系統(tǒng)的“第一道防線”，其性能對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重大影響。傳統(tǒng)后備保護(hù)主要是利用就地單端量信息進(jìn)行故障的檢測判斷，不同保護(hù)裝置之間一般只能通過固有定值進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合，導(dǎo)致保護(hù)裝置的適應(yīng)性差，整定配合復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)非預(yù)期的故障或異常運(yùn)行工況時，可能造成保護(hù)拒動、誤

2、動或連鎖動作，引發(fā)全網(wǎng)性的大面積停電事故。近年來，隨著廣域同步測量和通信技術(shù)的迅速發(fā)展和逐步成熟，基于廣域測量信息的新型保護(hù)系統(tǒng)-廣域保護(hù)的研究得到了廣泛關(guān)注。廣域測量信息的應(yīng)用，為大幅提高和改善繼電保護(hù)的性能提供了新的技術(shù)手段，有助于從根本上切實解決現(xiàn)有繼電保護(hù)存在的適應(yīng)能力較差、整定配合復(fù)雜等難題，提高保護(hù)裝置在復(fù)雜故障和異常運(yùn)行工況下動作的安全性和可靠性。這對保證電力設(shè)備和電網(wǎng)的運(yùn)行安全，減小大面積停電事故的發(fā)生具有非常重要的理論

3、和現(xiàn)實意義。
　　本文在國家自然科學(xué)基金重點項目“集中決策與分布實現(xiàn)相協(xié)調(diào)的大電網(wǎng)后備保護(hù)系統(tǒng)研究”（50837002）的資助下，針對新型廣域后備保護(hù)系統(tǒng)原理、網(wǎng)絡(luò)通信和可靠性等基礎(chǔ)性問題進(jìn)行了深入的研究。
　　目前已提出的廣域后備保護(hù)算法存在采樣同步性要求高、廣域通信流量較大、故障識別容錯性能不強(qiáng)等問題。本文提出了一種具有采樣同步性要求低，廣域通信流量小，且具有高容錯性能的廣域后備保護(hù)算法新算法。新算法采用集中式廣域保護(hù)系

4、統(tǒng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障后，區(qū)域內(nèi)各子站通過支路電流群福比較法，確定距離故障元件最近的輸電線路，并將該線路故障電流值上傳給主站；而主站則根據(jù)各子站上傳的電流故障分量值以及故障電流分布特性，確定候選可疑故障線路；然后向子站獲取這些候選故障線路的保護(hù)信息域內(nèi)的傳統(tǒng)保護(hù)、方向元件等動作情況，并利用改進(jìn)的D-S證據(jù)理論對該多源證據(jù)進(jìn)行信息融合，最終識別出實際故障線路。仿真算例驗證了所提出算法的正確性和良好的信息容錯性能。
　　隨著智能電網(wǎng)發(fā)

5、展，智能變電站的各種設(shè)備的信息建模及信息交互將在IEC61850框架下統(tǒng)一進(jìn)行，IEC61850必將成為未來智能電網(wǎng)領(lǐng)域的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。但目前IEC61850標(biāo)準(zhǔn)未對廣域后備保護(hù)通信模型進(jìn)行描述，這已成為廣域后備保護(hù)實際應(yīng)用中亟待解決的一個重要問題。為此，本文首先根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)層層包含的建模方法，提出了廣域后備保護(hù)IED統(tǒng)一建模方法。然后以一220kV數(shù)字化變電站和本文提出的廣域后備保護(hù)算法為例，給出了遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

6、的廣域后備保護(hù)主站和子站的樹型結(jié)構(gòu)模型，以及主站與子站的消息流交互過程。最后建立了廣域后備保護(hù)信息交換通信服務(wù)模型，包括：客戶端/服務(wù)器傳輸模型、電氣量傳輸模型和邏輯狀態(tài)量傳輸模型。所提出的后備保護(hù)通信建模方法具有良好的適應(yīng)性，信息服務(wù)模型具有通信量小，傳輸可靠性高等特點，可滿足不同結(jié)構(gòu)和原理的廣域保護(hù)的應(yīng)用要求。
　　廣域通信系統(tǒng)是廣域后備保護(hù)信息交互的支撐平臺，良好的通信系統(tǒng)對廣域后備保護(hù)正確地、快速地切除電網(wǎng)故障具有至關(guān)重要

7、的作用。但目前的廣域通信系統(tǒng)還不能很好地滿足廣域后備保護(hù)需求。因此，本文根據(jù)廣域后備保護(hù)的通信特點設(shè)計了變電站和廣域通信網(wǎng)絡(luò)。提出了以太網(wǎng)接入方式的Ethernet over SDH（EOS）傳輸模式，建立了基于EVPL的廣域通信系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并將并行冗余協(xié)議 PRP用于變電站和廣域通信網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)在通信故障下的業(yè)務(wù)零故障恢復(fù)時間。為了評估廣域通信系統(tǒng)的性能，提出了基于網(wǎng)絡(luò)時延、網(wǎng)絡(luò)時延抖動、吞吐量、帶寬利用率、丟包率等參數(shù)的評估指標(biāo)

8、，并以IEEE14節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，對所提出的廣域通信系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行了仿真分析，驗證了其可行性。
　　廣域后備保護(hù)系統(tǒng)在構(gòu)建模式、決策原理和實現(xiàn)技術(shù)等方面遠(yuǎn)較傳統(tǒng)后備保護(hù)復(fù)雜，特別是涉及廣域范圍的網(wǎng)絡(luò)通信，使得對其進(jìn)行物理模擬實驗研究和性能評估非常困難。本文根據(jù)廣域后備保護(hù)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點，開發(fā)了一套基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)和Agent技術(shù)的OPNET-PSCAD/EMTDC聯(lián)合同步仿真平臺WAPSS，為分析評估廣域后備保護(hù)

9、在網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境下的總體性能提供了一有力的工具。文中詳細(xì)論述了WAPSS平臺的總體結(jié)構(gòu)、各重要組成部分的功能和接口方式以及多Agent的設(shè)計，最后以一仿真實例驗證了平臺的正確性和有效性。
　　廣域后備保護(hù)涉及眾多元件，在保護(hù)原理、實現(xiàn)方式、作用域等方面較傳統(tǒng)保護(hù)都有了較大變化，影響其可靠性的因素和環(huán)節(jié)增加，研究廣域后備保護(hù)的可靠性具有重要的意義。本文將廣域后備保護(hù)系統(tǒng)分成多個子系統(tǒng)分別研究，綜合考慮各組件的失效和修復(fù)過程，應(yīng)用Mar