基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究 曾兵元
基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究曾兵元
发表时间：2018-03-13T11:05:44.340Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：曾兵元
[导读] 摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法,
[（江苏金智科技股份有限公司江苏省南京市 211100）
[摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法,分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略,该算法可以速判断电网故障发生的位置,通过继电保护系统对保护范围中所产生的IED故障方向信息的收集以及将关联系数和动作系数结合起来所进行简单的运算，使电网发生故障的位置被快速确定下来。
[关键词: 纵联比较原理；广域；继电保护算法
[1.广域继电保护的现状
[广域继电保护有分布式和集中决策式两种结构, 集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此, 决策结构中不采用决策主机，采用分布式决策结构,通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。
但是分布式决策结构中的广域继电保护的算法存在着一些问题,比如, 通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。
因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换;交换信息内容及故障判断等信息的利用中存在的问题.
[2.广域继电保护的范围
[广域继电保护分为两个部分,一是快速主保护区域,二是后备保护区域. 快速主保护区域是最小保护区域,与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同,包括背侧母线和IED所在线路,其继电保护只要跳开一个断路器,而且通过一个IED就能完成.后备保护是也称为最大保护区域,在通常情况下,IED及其相邻线路提供后备保护作用,可以通过设定确定最大保护区域范围.如下图所示,图1表明了广域继电保护的过程.数字对应IED和断路编号,L为线路,B为母线.如图IED最小保护范围是L2,B2最大保护范围是L1、L3、L4、L5及母线B3,当故障发生时，只能在之一范围内交换信息。
[3. 基于纵联比较原理的故障定位算法
[在纵联比较算法中可利用的信息可以是多种，比如故障距离信息、故障方向信息、故障电气量的相位信息或者所有信息的综合，采用比较故障方向信息的算法的原因是与其他信息相比，故障方向信息易于判断，指示明确，传送信息量少，便于利用。
[3.1故障位置的判定
[实现继电保护功能的关键在于对故障发生的位置做出快速的判断，故障定位的重要方法之一是广域纵联比较原理，被保护系统的电流互感器以及断路器同时会安装IED，IED能够对故障发生的方向进行测量。
第一，为了使各IED之间的信息交换能够有目的地进行，必须定好各IED的保护区；第二，针对每个IED。
需要把最大保护区域所涉及的设备列出来，比如，变压器、母线以及线路等，并把这些内容整理成对应关系；第三，对于IED内部研究，可以参照对应表中的内容进行比较和计算，找出故障发生的具体位置，当待电网发生故障时，产生故障的具体位置就会被周围的IED准确判断出来，然后依照预先设定的逻辑进行相应的操作；第四，纵联比较算法可以利用多种信息，比如，可以把网络发生故障的方向信息、故障距离信息和其他方面的信息综合起来，因为故障方向具有明确的指标，无需传送大量信息，而且利用起来比较方便，所以分析这方面的相关算法。
[3.2动力系数的计算方法
[为了使故障方向元件的输出更具可靠性，对于故障方向算法的判断，可以对每个IED都采用不同的原理来完成，故障定位算法涉及到两个动力系数，AF象征IED中故障方向元件的动作情况，取值情况为
[关联系数RF，AF是其他IED相对研究IED的关联程度值，它象征了不同位置IED的输出结果对故障判断的影响程度，取值为。
基于负序功率方向比较原理的广域继电保护算法
基于负序功率方向比较原理的广域继电保护算法金恩淑;汪有成;王红艳;陈喜峰;王星棋【摘要】A wide area protection algorithm based on negative sequence power direction comparison is proposed. The special associated intelligent electronic devices (IEDs) zones which contain buses and transmission lines are created according to the installation location of the IEDs. When a fault occurs in power network, combining the fault information collecting and sharing from associated zones with the fault discrimination principle defined in the paper, the IEDs can identify the fault position and cut the fault according to the predetermined action strategy. This algorithm can be used as a primary protection for quick action after a system fault, while possessing the back-up protection function. The results of case study show that the proposed algorithm can achieve the primary protection and back-up protection function perfectly, verifying the effectiveness of the algorithm.%提出一种基于负序功率方向比较原理的广域继电保护算法。
基于综合阻抗比较原理的广域继电保护算法
基于综合阻抗比较原理的广域继电保护算法李振兴;尹项根;张哲;何志勤【摘要】将两端输电系统的综合阻抗保护原理推广到三端或多端输电系统,提出一种新型广域继电保护算法。
针对广域保护区域不同故障时综合阻抗的定义和计算分析,区外故障时,综合阻抗反映区域内线路等效容抗,其虚部大小为千欧级,阻抗角约为90°;区内故障时,综合阻抗反应系统阻抗,其虚部大小不大于600,阻抗角在～90°之间,二者有明显区别。
同时,结合广域继电保护对引起差流启动时的不同情况分析,提出三步保护方案以实现输电系统故障判断,正常运行时测量信息错误或变电站直流消失等运行工况的可靠保护。
IEEE 10机39节点系统仿真结果表明：该算法容易整定,具有选相能力,且不受分布电容电流和过渡电阻影响,与广域差动保护相比具有较高的灵敏度。
%This paper extends integrated impedance protection to multiple terminal transmission system in order to realize wide area protection,and discusses integrated impedance definitions and calculation analysis.The integrated impedance reflects line capacitive reactance when external fault occurs,and its magnitude reaches several kilo-ohms and its impedance angle is in-90°or so.In contrast,the amplitude of integrated impedance is no more than 600？ and impedance angle is about ？？～90° when internal fault occurs.Then,the three-step protection scheme is also presented based on the different situation analyses caused by wide-area protection differential current activated,which always realizes transmission system reliable protection when internal fault,measurement errors or substation DC disappear occur.Simulation tests based on IEEE 10-machine and 39-bus system illustrate that this algorithm could be set convenientlyand could select phase naturally,the fault estimation results are immune to distributed capacitive current and grounding resistance,which has helpful applied prospect in wide area protection domain.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)008【总页数】8页(P179-186)【关键词】广域继电保护;综合阻抗;保护算法;保护分区;过渡电阻【作者】李振兴;尹项根;张哲;何志勤【作者单位】华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,武汉430074;华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,武汉430074;华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,武汉430074;华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TM771 引言随着电网结构日趋复杂，运行方式日益灵活，传统只根据保护安装点或保护安装本地的电气信息量来进行决策和判断的后备保护暴露了越来越多的缺陷[1-3]。
基于电流差动原理的广域继电保护系统
基于电流差动原理的广域继电保护系统
丛伟;潘贞存;赵建国;李宪忠;张新萍
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2006(30)5
【摘要】介绍了基于电流差动原理的广域继电保护系统,描述了该系统的工作方式,讨论了划分广域保护范围的原则和实现广域差动保护算法所必需的保护智能电子装置(Intelligent Electronic Device,IED)搜索方法。
以双母线结构的电网为例说明了保护IED关联域的搜索步骤。
为配合电流采样值在广域保护系统中快速可靠地传输,介绍了基于IEC61850 的电流采样值传输模型和该模型映射到以太网通信栈的一般原理。
【总页数】6页(P91-95)
【关键词】广域继电保护系统;电流差动保护;通信服务模型;映射;智能电子装置【作者】丛伟;潘贞存;赵建国;李宪忠;张新萍
【作者单位】山东大学电气工程学院;许继昌南通信设备有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM771
【相关文献】
1.基于方向比较原理的广域继电保护系统分析 [J], 邓拓
2.基于电流差动原理的广域继电保护系统研究 [J], 朱斌
3.基于电流差动原理的广域继电保护系统探讨 [J], 陈珮
4.以电流差动原理为基础的广域继电保护系统探讨 [J], 范继伟;李廷军;商国敬
5.基于多Agent的广域电流差动保护系统 [J], 苏盛;段献忠;曾祥
君;K.K.Li;W.L.Chan
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继电保护第四章-纵联保护
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
继电保护4-6
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再 见!
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第六节
输电线路纵联差动保护新原理
定值可按大于外部故障时产生的最大不平衡值。
任一侧保护动作后，跳开相应的断路器，并通过 通信通道发出跳闸信号或允许信号跳开对端。 贝瑞隆模型真实地反映了线路正常运行的过程， 内部无故障时实测值和计算值应基本相等。
内部故障时，贝瑞隆模型被破坏，必然产生大于 定值的动作量使保护动作。
第六节 输电线路纵联差动保护新原理
主编：贺家李 宋从矩 主讲：聂宏展
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第六节
输电线路纵联差动保护新原理
纵差保护用于超高压线路上必须研究有效的分布 电容电流补偿方法。 本节介绍的输电线路纵联差动保护新原理不受分 布电容电流的影响。 由Bergeron提出的贝瑞隆模型是一种比较精确的 山东线路模型，它反应线路内部无故障时两端电 压电流之间的关系，而内部故障时，这种关系被 破坏。这种保护原理自动地考虑了分布电容电流 的影响。
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第六节
输电线路纵联差动保护新原理
一、输电线路贝瑞隆模型简介
基于均匀无损传输线模型。
均匀无损传输线模型只适用于单相线路或三相对 称线路。 为使三相线路适应贝瑞隆模型，先将三相电压、 电流的相量转换成卡伦包尔模量，对每个模量用 贝瑞隆模型计算两端电压电流的模分量，然后再 将各个模分量合成三相的相量。
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第六节
输电线路纵联差动保护新原理
然后分别对实测值和计算值进行比较，形成m侧保 护的动作量。 1、新的分相电流差动判据
继电保护(纵联保护)页PPT文档
电力系统继电保护原理
LINYI UNIVERSITY
三、高频信号的利用方式
1、高频通道工作方式 经常无高频电流方式（即故障时发信）☆☆ 经常有高频电流方式（即长期发信） 移频方式（正常与故障发不同频率的信号）
2、传送高频信号的分类 闭锁信号：收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要、 条件。当外部故障时，由一端的保护发出高频闭锁信号将 两端的保护闭锁，而当内部故障时，两端均不发因而也收 不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。
电力系统继电保护原理
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允许信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。 当内部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保 护装置能够动作于跳闸，而当外部故障时，则收不到这种信 号，因而保护不能跳闸。
跳闸信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的充要条件。 利用装设在每一端的I段保护，当其保护范围内部故障而动 作 于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其它控 制元件而直接使对端的断路器跳闸。每端发送跳闸信号保护 的动作范围小于线路的全长，而两端保护动作范围之和应大 于线路的全长。前者是为了保证动作的选择性，后者则是为 了保证全线上任一点故障的快速的动作。
电力系统继电保护原理
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5）高频收、发信机 收信机由继电保护控
制，通常在电力系统发生 故障时，保护部分起动之 后它才发出信号。高频收 信机接收由本端和对端所 发送的高频信号，经过比 较判断之后，再动作于继 电保护，使之跳闸或将它 闭锁。 6）接地刀闸：当检修连接滤波器时，接通接地刀闸，使结合电
处于电压平衡状态（因此得
名），不会起动继电器跳闸
内部故障时: GBm 与GBn之间二次侧有电流， GBm、 GBn的原边有较 大电流，起动继电器跳闸
基于序分量的电网广域后备保护算法
（ ） ２ ０ １ ０， ３ ４ ２ ３
用该系统取代 Ｇ Ｐ Ｓ。 此外， 这种集中式保护架构决定了系统保护中 因此宜对其进行双重化配 心站 Ｓ Ｐ Ｄ Ｃ 的重要 地 位 ， 并建立主从协调机制 。 置，
正序电压幅值信息 ， 当检测到母线正序电压下降并 满足启动元件动作条件时 ， 切换到故障处理模式 ； 而 正 故障处理模式下 ， Ｓ Ｐ Ｄ Ｃ 转 为 收 集 故 障 相 关 集 Ω（ 内的正 序电压幅值最小的 母 线 及 其 所 有 连 接 线 路 ） 序电流相位和 Ｌ Ｄ Ｒ 负 序 方 向 元 件 的 动 作 信 息。这 种保护策略的通信量小 、 实时性好 ， 适用于大型电网 的广域保护 。 ２． ２ 故障定位 该 系统 在 保护 启 动 后进 入 故 障 处 理 工作 模 式， 依靠如下 ３ 个故障 处 理 流 程 ， 即确定故障发生区域 （ ） 、 故障处理流程 １ 判别母线与线路短路 （ 故障处理 ） ） 流程 ２ 和故障线路的筛选 （ 故障处理流程 ３ 来完成 故障定位 ， 选出 故 障 线 路 或 故 障 母 线 。 以 图 １ 中 ｆ 点短路为例加以说明 。 ） 流程 １ ２． ２． １ 确定故障发生区域 （ 为减 少 故 障 搜 索 范 围 ， 避免对全网的线路和母 ， 线进行故障判断 （ 浪费不必要的时间和资源） 可通 过一定规则确定一 个 较 小 的 搜 索 区 域 ， 而短路就发 生在该区域内 。 故障相关 集 Ω 的 引 入 即 可 完 成 这 个 功 能 。 现 代电网结构复杂 ， 出现了同一条母线连接多回长短 相差悬殊线路的情 况 ， 这给传统后备保护的整定和 无论发生拒动还是误动 ， 本质 配合带来了许多困难 ， 上均是由于其故障定位的不准确性造成的 。 为应对 规定母线 与 其 所 有 连 接 线 路 为 一 个 区 域 这种情况 ， 单位 ， 某区域内发生短路故障时 ， 该区域即为故障相 关集 Ω。 假设线路 Ｌ 短路点 ｆ 靠近线路的ｋ ｋ 发生短路 ， ｊ 侧母线 。 在故障 相 关 集 Ω 确 定 之 前 ， Ｓ Ｐ Ｄ Ｃ 仍然是 收集所有母线的正 序 电 压 幅 值 信 息 ， 然后根据下式 （ ） 广域保护判据 １ 选出正序 电 压 降 到 最 低 的 母 线ｋ 或母线ｊ（ 必是故障线路 两 侧 母 线 之 一 ， 究竟谁最低 ） ： 都不影响本线路 Ｌ 作为故障线路最后被选出 ｋ ｊ ｛ …， …， ｝ ） ｉ ｎ Ｖ１ Ｖ２ Ｖｋ Ｖｎ ＝｜ Ｖｋ ２ ｍ ｜ ｜， ｜ ｜， ｜ ｜， ｜ ｜ ｜ （ 式中 ： Ｖ１ Ｖｎ｜为 系 统 中 各 母 线 正 序 电 压 的 幅 ｜ ｜～｜ 值； 为正序电压幅值最低的母线 图１ Ｖｋ ｋ 的电压 （ ｜ ｜ 网络结构下母线ｊ 的正序电压幅值应大于母线ｋ 的 在 其 他 网 络 中 可 能｜ 但换 正序电 压 幅 值 ， Ｖｊ｜最 小 ， 成｜ 选出 Ｖｊ ｜并经后续 ２ 步 故 障 处 理 流 程 的 判 断 后 ， 。 的故障线路仍为 Ｌ ｋ） ｊ 将与 母 线 ｋ 相 连 的 所 有 输 电 线 路 ， 连同该母线 一起 ， 都纳入故障相关集 Ω 中 ： （ ） 母线 ｋ， 线路 Ｌ ｘ∈Ｎ 且ｘ≠ ｋ｝ ３ Ω＝ ｛ ｜ ｘ ｋ ： ； 式中 Ｎ 为 系 统 所 有 节 点 的 集 合 Ｌ ｘ ｋ为连接于母线 。 非变压器支路 ， 也不为馈线 ） ｋ 的所有输电线路 （ ） 根据式 （ 可以得到本例的故障相关集为 ｛ 母线 ３
基于遗传算法广域继电保护的故障定位
基于IEC61850的广域继电保护通信建模_陈国炎
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 734 文献标志码：A
Vol. 36 No. 6 Jun. 2012 学科代码：470·4054
基于 IEC 61850 的广域继电保护通信建模
0 引言
随着电网结构日趋复杂和电网运行方式日益 灵活，后备保护整定随之越来越复杂而难以协调， 动作延时长，由后备保护不恰当动作而扩大故障范 围甚至造成大停电的事故也时有发生[1-3]。1998 年， 日本学者 Yoshizumi serizawal 提出一种基于广域通 信和纵联电流差动原理的广域继电保护 (wide-area relay protection，WAP)，为解决传统后备保护存在 的问题、加速后备保护动作提供了新思路[4]。随后 各国学者对 WAP 展开了相关研究，并取得了初步 成果[5-11]。 目前提出的 WAP 算法主要可分为 2 类[5]： 一类是基于保护动作和断路器位置等开关量信息， 利用人工智能算法进行综合决策[6-7]； 一类是基于电 流、电压等电气量信息，将传统纵联保护原理用于 广域继电保护[8-12]。 WAP 借助通信系统获取电网的广域信息，需 要构建一套能够满足各种 WAP 算法功能要求的通 信系统。这里所指的通信系统不仅是物理上可见 的通信设备和通信链路，还包括该网络所采用的 通信协议、网络所能提供的通信服务等上层内容。 但目前的电力通信系统中还没有一套统一的数据 交换模型，成为 WAP 实现中亟待解决的一个重要 问题。 随着 IEC 61850 标准的颁布与实施，已成为数 字化变电站的唯一标准， 目前颁布的 IEC 618准的 WAP 建模方法
基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究 曾兵元
基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究曾兵元发表时间：2018-03-13T11:05:44.340Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：曾兵元[导读] 摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法,[（江苏金智科技股份有限公司江苏省南京市 211100）[摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法,分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略,该算法可以速判断电网故障发生的位置,通过继电保护系统对保护范围中所产生的IED故障方向信息的收集以及将关联系数和动作系数结合起来所进行简单的运算，使电网发生故障的位置被快速确定下来。
[关键词: 纵联比较原理；广域；继电保护算法[1.广域继电保护的现状[广域继电保护有分布式和集中决策式两种结构, 集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此, 决策结构中不采用决策主机，采用分布式决策结构,通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。
但是分布式决策结构中的广域继电保护的算法存在着一些问题,比如, 通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。
因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换;交换信息内容及故障判断等信息的利用中存在的问题.[2.广域继电保护的范围[广域继电保护分为两个部分,一是快速主保护区域,二是后备保护区域. 快速主保护区域是最小保护区域,与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同,包括背侧母线和IED所在线路,其继电保护只要跳开一个断路器,而且通过一个IED就能完成.后备保护是也称为最大保护区域,在通常情况下,IED及其相邻线路提供后备保护作用,可以通过设定确定最大保护区域范围.如下图所示,图1表明了广域继电保护的过程.数字对应IED和断路编号,L为线路,B为母线.如图IED最小保护范围是L2,B2最大保护范围是L1、L3、L4、L5及母线B3,当故障发生时，只能在之一范围内交换信息。