基于数据网的新型广域后备保护系统

论文摘要

继电保护装置以及时可靠的切除被保护对象内部故障为目标。CIGRé的一项研究表明,27%的电力系统的扰动可以归因于保护系统的误动作。其根本原因在于传统的保护所采用的是单元式原理,即根据保护单元的单独决策来隔离故障,保护之间缺乏相应的配合协调,基于本地量的装置难以反映区域电力系统的运行状况,没有从系统的观点出发来做出有利于整个系统的具有系统优化和协调功能的保护动作策略。故障元件被突然切除后,剩余的系统可能会产生连锁的元件运行不正常而被保护跳开,系统的网络拓扑结构和潮流都要发生改变,对电网会产生冲击,这些都可能造成系统故障后失去稳定,或者造成连锁的大面积停电事故,是现有元件保护原理存在的固有缺陷。随着电力通信网架的日趋完善和实时通信技术的发展,电网多个关键节点信息已经有可能做到实时获取并进行快速交互,因此,结合稳定性实时预测理论,采用多Agent的技术,构成网络保护与紧急控制一体化的实时系统,是解决问题的一个新思路。而广域后备保护系统作为其中的一部分,可以首先开展实用化研究。本论文是在河南省电力公司的研究项目“基于数据网的新型自适应保护主动防护系统”这一课题的基础上完成的,其实用化的装置已经试制完成。论文所设计的基于数据网的新型广域后备保护系统,侧重于完成广域的后备保护功能,在一个地区内通过光纤网组成分层分布式的后备保护系统,一方面对传统的后备保护集中化,将一个变电站内的所有后备保护集中到一个智能处理系统;另一方面,将一个区域的后备保护的处理和控制策略的生成部分集中化,站级和区域控制级之间通过光纤数据网联系。这种设计,在传统的后备保护系统中增设了基于整个系统的集中智能控制处理环节,增强了电力系统的安全防御的第一道防线的安全可靠性,能适应大电网的互联,避免可能引发的级联跳闸。论文首先介绍了课题的背景和意义,对目前国内外广域后备保护系统的发展历史和研究现状进行了概述,分析了传统后备保护系统存在的问题,指出了对广域后备保护系统进行实用化研究的可行性。同时分析了广域保护系统的发展趋势,探讨了广域后备保护系统在实际中应用需要解决的问题。在设计系统的过程中,本文就遇到的一些问题作了详细分析。首先,针对广域后备保护所面临的信息处理方面的问题,设计了广域后备保护的信息处理系统,对信息量大,数据不精确、不正确或缺失的问题等等提出了解决方案,同时对信息融合的结构、系统各个部分的信息融合的算法做了阐述,并提出了用于数据层、特征层和决策层的详细的融合方法。并将D-S证据理论引入系统,利用D-S证据理论的可信度和似然度的概念,按照判决规则选择可信度和似然度最大的假设作为融合结果,为广域后备保护系统的信息处理提供了新思路。对广域后备保护系统的故障元件识别,本文提出了一种基于方向元件和网络拓扑分析的故障诊断方法,该方法建立在信息融合的基础上,把来自各子站的方向元件的信息,与所保护系统的网络拓扑结构结合,形成故障元件判别的结果矩阵,根据矩阵来推导出故障元件。仿真的结果表明该方法简单高效,易于实现,可靠性好。为进一步优化系统性能,本文探讨了MAS以及CORBA在电力系统后备保护诊断决策方面的应用,并提出了实际的应用方案,对系统的构造和各部分功能及实现做了分析。鉴于通讯网络对广域后备保护系统的重要性,论文还对广域后备保护通信系统做了进一步分析,设计了广域后备保护系统的通讯系统。对系统的结构,通信系统的介质选择、链路层技术、传输层技术和应用层协议等都做了详细的阐述,并对两种IP QoS（Quality of Service）模型进行了分析和比较,提出了基于MPLS（Multi Protocol Label Switching）网络的广域后备保护通信网络结构。最后利用OPNET（Optimized Network Engineering Tools）网络仿真软件对所设计的通信系统的时延进行了仿真。仿真结果表明所设计的通信系统时延可以满足广域后备保护系统的要求。基于以上研究,在分析传统后备保护所存在的问题的基础上,本文构造了新型的广域后备保护系统,在协调控制策略中考虑了断路器失灵、负荷入侵、高阻接地以及过负荷等异常情况的特殊处理,同时增加了与控制装置协调的环节。系统核心硬件采用486工控机和DSP,在网络连接上应用已经存在于现场的光纤网,把区域控制中心和变电站现场连接起来,组合成基于数据网的新型广域后备保护系统。该系统的方案设计实时可行,而且简单高效,对同步性要求较为宽松,有利于在大系统和大区域的推广应用。系统的样机已经通过了动模实验。最后,对全文进行了总结,并对以后的研究工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景
• 1.3 传统后备保护的工作原理及不足
• 1.4 研制新型广域后备保护系统的必要性
• 1.5 国内外网络型保护的研究历史和现状
• 1.6 研制新型网络型保护的可行性和展望
• 1.7 论文的主要工作和章节安排
• 2 广域后备保护的信息处理
• 2.1 引言
• 2.2 采用信息融合技术的优点
• 2.3 融合系统的信息层次
• 2.4 多传感器信息融合的理论算法
• 2.5 多传感器信息融合系统的建模
• 2.6 多传感器信息融合的结构框架
• 2.7 多传感器信息融合技术中存在的主要问题和发展趋势
• 2.8 广域后备保护信息融合体系的设计
• 2.9 保护的信息的容错性和完备性
• 2.10 利用D-S 证据理论协调信息
• 2.11 本章小结
• 3 基于多信息源的故障元件判别方法
• 3.1 引言
• 3.2 背景和研究现状
• 3.3 广域后备保护系统故障诊断区域的确定
• 3.4 故障分量方向元件分析
• 3.5 方向阻抗元件分析
• 3.6 仿真
• 3.7 本章小结
• 4 基于CORBA 的MAS 诊断决策系统
• 4.1 引言
• 4.2 MAS
• 4.3 应用CORBA 技术实现系统集成
• 4.4 系统介绍
• 4.5 系统设计
• 4.6 广域后备保护系统诊断决策的原理
• 4.7 时滞对广域后备保护系统诊断决策的影响
• 4.8 软件实现
• 4.9 本章小结
• 5 广域后备保护系统中的通信部分设计
• 5.1 引言
• 5.2 广域后备保护通信系统框架
• 5.3 广域后备保护通信网络服务质量模型
• 5.4 广域后备保护通信网络的关键问题
• 5.5 广域后备保护通信系统延迟分析
• 5.6 OPNET 仿真
• 5.7 本章小结
• 6 广域后备保护系统的总体实现及动模试验
• 6.1 广域后备保护系统的结构设计
• 6.2 广域后备保护系统的硬件实现
• 6.3 广域后备保护系统的软件实现
• 6.4 系统说明
• 6.5 动模实验
• 6.6 结论
• 6.7 本章小结
• 7 全文总结
• 7.1 总结
• 7.2 进一步研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 AB 线路正向出口发生AG 高阻接地瞬时故障
• 附录2 母线A 处AB 线路反向出口AG 高阻接地瞬时故障
• 附录3 AB 线路3096发生ABG 永久故障,断路器失灵
• 附录4 AB 线路过负荷，母线A 处AB 线路反向出口AG 金属性故障
• 附录5 基于数据网的新型自适应保护主动防护系统实物图片
• 附录6 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 附录7 攻读博士学位期间攻读博士学位期间参与的科研项目