广域保护讲座 6-20 定稿

• 文献[4]提出一种基于序分量的广域后备保护算法
• 该算法采用三步流程处理故障。 流程1：找到最靠近故障点的母线（包含发生短路的母线 本身） Ω＝｛母线ｋ，线路L ｜ｘ∈Ｎ且ｘ≠ｋ｝ 流程2：判别是母线短路还是线路短路，若确定为母线故 障，则该故障处理流程将实现母线差动保护的快速集中式 后备保护功能，否则进入流程3。
• 文献[2]提出一种基于故障匹配度的广域后备保 护新方法。该方法在系统正常运行时,根据系 统拓扑和相量测量单元(PMU)的配置情况,形成 保护关联域。系统发生故障后,通过分析各关 联域内差动电流故障稳态分量,界定故障关联 域,计算该关联域内的故障匹配度,故障匹配度 最小值对应的支路判定为故障支路,并据此确 定具体的故障1
K D1
m 1
• 仅在故障点时，才能完全匹配 ，k
0。
• 文献[7]提出一种基于有限相量测量单元测量故障 分量信息的故障定位算法，采用间隔母线配置 PMU 的布点策略，计算两个PMU节点之间各线路 的故障点位置α值，非故障线路α值将超出正常范 围，通过对α值的甄别得出故障线路故障点位置。
集中式结构
• 分散式结构： 分散式保护系统由各分散的保护终端SPT 进行决策，各保护终端利用一定范围内信息， 通过相对简单的算法和判据，实现可靠、灵敏 的系统保护功能。即使某个保护终端决策功能 失效，邻近终端可以作为后备。分散式结构能 较好地克服集中式对控制中心设备要求过高的 问题。但作为分散式系统的决策单元，保护终 端获得电网信息有限，分析和决策能力有限， 因此分散式结构往往不能做到全局最优控制。
支路故障稳态等效模型
I I cal 2 R × 100 I
2
若该支路为故障支路,计算得到的故障匹配度很小,近似 为0(考虑到实际系统中测量误差与计算误差的影响)。据此, 本文将故障匹配度最小值对应的支路判定为故障支路。
• 文献[3]提出了一种基于增广状态估计的广域继电保护算法 ，通过搜集相邻区域冗余量测信息，建立增广状态估计模 型，进行准确的故障定位。利用相邻区域保护装置的两侧 冗余信息，通过最优估计修正量测误差，通过对坏数据监 测和辨识，排除坏数据的影响，提高保护决策的准确度。

ik ik
ki
( Di ' 1且所有 ik set .b）或 i （ U U start set 且所有 ik set .b） 母线故障 ' （ Di N 1)或（存在 ik set .b） 线路故障 i
广域后备保护意义
现有后备保护配置仅基于本地量信息完成后备保护 功能，容易受过负荷等不正常运行状态的影响，在非故 障条件下也可能动作。线路过载情况下可通过切机切负 荷等控制措施来减轻或消除过载状态，但是需要较大延 时来完成控制策略。 广域后备保护根据电网相关区域内保护、开关动 作状态或电流/电压等广域信息判断故障元件。广域 后备保护系统在广域通信网络的支持下采集空间多点 广域信息，通过智能优化和信息处理技术进行综合决 策；由于明确故障线路和保护、开关状态及不需要和 传统后备保护进行时限配合，所以能实现快速的和最 小范围的故障隔离。
广域继电保护系统的体系结构
• 集中式结构： 集中式保护系统由控制中心进行决策，控 制中心集中决策可以做到系统全局最优控制， 更能体现广域保护的优势。但是集中式结构对 控制中心设备要求过高，因此必须配置备用的 中心设备；而且大量信息的集中处理使得控制 中心计算量大，并对通信系统的依赖程度特别 高，通信系统的准确性、可靠性、实时性决定 着控制中心的分析结果。
• 文献[5]提出一种基于故障电压分布的新型广域后 备保护算法。该算法利用线路一侧电压电流故障 分量的测量值估算另一侧的电压故障分量。以估 算值与测量值的比值构成保护判据。
Kmax 20 max(Km0 , Kn0 , Km2 , Kn2 ) Kset
Kmax1 max( Km1 , Kn1 ) Kset
ND
NE
NF
• 通过故障识别概率形成故障识别判据， 判断故障元件。
Esi Ei Ki Esi Esi Ei
Esi 为正常运行时各组识别编码的适应度
Ei
为实时计算的各组识别编码的适应度
IEEE 10机 39节点系统
• 文献[9]尝试引入了相邻线路的方向信息，提出 一种广域后备保护算法，根据线路关联系数推 导线路保护相关矩阵。通过计算该矩阵中各行 元素之和并与门槛值作比较即可判断故障元件 位置。
• 考虑到计算和测量误差的影响，可取K=1.2， K为计算值与测量值的比值。
对以上仿真模型的求取 K max 20 ，可得如下结果：
可以看出，对于故障线路求取的值均在1.2以上。
• 文献[6]提出一种利用同步电压相量进行输电网络 故障定位的新方法。该方法首先运用对称分量法 和线性叠加原理建立故障后的附加正序网络。 • 定义了故障点的匹配指标, 进而基于该指标运用 遍历搜索方法寻找故障点位置。
* * E ( X ) A Aj A* j B B j B j C C j C j j 1 j 1 j 1 NA NB NC
D D j D E E j E F F j F j*
j 1 * j j 1 * j j 1
广域后备保护算法
• 第一类:基于电压/电流等电气量信息的
广域后备保护算法
• 利用原始采集的电压、电流信息完成广 域后备保护，数据较为准确，但对通信 实时性、同步性和带宽的要求较高。
• 第二类:基于保护动作和断路器状态的广 域后备保护算法。
• 利用己有保护元件进行分析，对设备改 造较少，原理简单，所需信息量与通信 量较少，易于实现，但由于故障发生时 保护可能存在不正确动作，且这种不正 确动作是无法预知的、具有不确定性。
• 第三类:基于保护动作和断路器状态、同 时利用电压/电流等电气量信息的广域后 备保护算法。 •
第一类算法
• 文献[1]提出一种基于故障关联因子的广域后备 保护新方法。该方法在系统正常运行情况下，根 据网络拓扑结构及相量测量单元的配置情况，初 始化保护关联域；借助开关变位信息和启发式搜 索技术快速更新保护关联域。在系统发生故障之 后，通过分析各关联域内差动电流故障稳态分量 ，界定故障关联域，实时计算该关联域内的故障 关联因子，据此确定具体的故障支路。
广域后备保护发展趋势
• PMU的引入，为故障元件的检测提供了 新的数据源 • 广域后备保护算法将日趋完善 • 相关硬件条件逐步完善，比如广域通讯 网络、高性能计算机 • 由于自治性、协作性，引入多Agent技术 • 人们已尝试广域后备保护工程化设计与 应用
广域保护、站域保护讲座
西南交通大学电气学院 童晓阳 副教授
主要内容
一．广域保护 广域后备保护定义 广域后备保护意义 广域后备保护算法 广域后备保护体系结构 广域后备保护通讯 广域后备保护发展趋势 广域后备保护目前应用 二．站域保护 三．讨论
广域后备保护定义
广域后备保护是一套完整的保护方案，它获 取电网多点信息，利用这些信息判断故障元件并 隔离，同时考虑故障切除之后对系统稳定性带来 的影响，以防止保护动作导致系统崩溃。在广域 保护中，继电保护和自动控制装置融为一体，相 互配合，协调动作，保证系统安全稳定运行。
分散式结构
• 分层区域式的保护系统由三层构成：位于最底 层的本地测量单元LMU (Local Measure Unit)、 位于中间层的区域决策层RDU (Region Decision Unit)和位于最顶层的系统监控中心SMC (System Monitor Center)。
• LMU是用来采集电网实时信息或同时附带保护功能的 PMUs (Phase Measure Units)；RDU完成数据采集保护控 制功能，实现一个保护分区的系统保护；SMC对本地保护 中心进行协调。在分层区域式保护系统中，RDU与此区域 内LMU通过光纤连接，正常运行时，监测本区域内LMU的 运行状态，在扰动发生后，对LMU上传信息综合分析并作 出相应的决策。决策作出后，一方面下传至LMU，执行闭 锁或操作相应的断路器；另一方面将判断结果送至SMC， SMC负责实时协调和监控各区域保护系统。 • 分层式系统中保护中心SMC根据下级单元的判断结果从逻 辑上进行故障定位和全局决策，理论上能有效解决集中式 广域保护中心计算量大的弊端，对通讯系统的要求也相应 降低。
• 当线路的主保护至少有一侧未动作而其 两侧的保
护有动作时，就启动该线路的广域后备保护决策. 通过广域通信网络收集各广域后备保护元件(主保 护、距离I段、距离II段、距离III段、方向元件） 的动作值，进行加权计算，得到该线路的综合判 断值IA。对其做归一化处理获得贴近变量x，然后 通过一个高斯函数，获得该线路广域后备保护动 作对应的综合判断故障概率PI。 • 再由PMU 获得各线路的故障概率PM。 • 然后将两者进行加权融合，得到最终的故障概率 • 多组实验表明该方法具有较高准确性、适应性。
1. 当某线路两端的保护装置量测满足保护启动判据时, 启动 广域后备保护, 搜集该线路和相邻线路的保护装置的量测 数据以及这些线路两端母线的母差保护装置的量测数据。 2. 逐个判断每条线路两端的量测数据是否满足主保护的动作 判据, 若满足则作为可疑故障线路, 否则作为无故障线路 。当存在量测坏数据时, 可能把无故障线路当成可疑故障 线路。 3. 写出每个线路和母线的所有量测数据的量测方程, 并对量 测方程组进行状态估计求解, 估计出状态变量。 4. 检测和辨识量测中的坏数据,发现坏数据后,把其相应的量 测方程删除, 然后转步骤2,如果没有坏数据, 则转步骤5。 5. 当坏数据被全部排除后, 最后一次判定的可疑故障线路被 确定为故障线路。
• 流程3：利用正序电流相差保护原理对所有连 接于该母线的线路进行区内和区外故障判定 ，最终选出故障线路，确认核后对该故障线 路予以切除。