一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法

摘要

本发明是一种基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，其特点是：根据智能变电站保护范围不同划分区域，通过利用元件电流、电压信息得出区域内每个方向元件的方向信息的输出值以及保护区域的差动保护动作信息的输出值，将获取到的每个区域的全部信息相融合计算得出故障元件综合值并与故障元件门槛值相比较，综合每个区域比较的结果根据故障判别原则对故障元件定位。能够保证当数据信息丢失、错误，断路器失灵或是变压器发生励磁涌流而导致差动保护误动或是拒动时仍能够准确判别故障位置。该计算方法科学合理，简单可靠，适用性强，具有良好的容错性。

权利要求

1.一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，其特征是，它包括如下步骤：

1)根据智能变电站保护范围不同划分区域：

以变电站内母线、变压器及变电站内所有出线为保护对象，根据保护范围不同划分为站域层保护区域和集成层保护区域；所述站域层保护区域选取本变电站内所有出线，所述集成层保护区域为变压器和其一侧母线；

2)通过利用元件电流、电压信息得出保护区域内每个方向元件的方向信息的输出值、区域的差动保护动作信息的输出值以及断路器的输出值；方向元件的方向信息输出值以及区域的差动保护动作信息的输出值的原则为：方向信息的正负方向是以流出母线为正流入母线为负，利用电流、电压计算得出的正序功率值，当正序功率大于0时为正方向，其输出值为1；当正序功率小于0时为负方向，其输出值为-1，区域的差动保护动作信息的输出值原则为当保护动作时为1，保护不动作时为-1；区域断路器的输出值原则为当保护动作时为1，保护不动作时为0；

3)将获取到的每个区域的全部信息相融合计算得出故障元件综合值并与故障元件门槛值相比较：

故障元件综合值计算公式为： 其中Pout(k)为第k个保

护区域的故障元件综合值，k为所求对应保护区域数，n为保护区域个数，m为变电站内方向元件的个数，Dkj为第k个保护区域所对应的第j个方向元件的输出值，靠近电源端集成区域选取变压器低压侧的方向元件前面为正号，靠近负荷端集成区域选取变压器高压侧的方向元件前面为正号，其他方向元件前面为负号，CD(k)为差动保护动作信息的输出值，A为靠近负荷端的集成区域测得的方向元件仅为变压器两端的方向，当测得的变压器两端的方向为正方向时为1，负方向时为-1；所述故障元件门槛值设定原则为保护区域发生外部故障时计算得出的故障元件综合值的最大值；当故障元件综合值大于门槛值时判定区域发生内部故障，小于门槛值时判定区域发生外部故障，等于门槛值时判定区域发生疑似故障；

4)综合每个区域比较的结果根据故障判别原则对故障元件定位：

故障判别原则为当站域层保护区域及集成层保护区域差动保护全都同时动作时判定变压器故障，当站域层保护区域差动保护动作而集成层保护区域只有一个差动保护动作时判定为保护动作的集成层保护区域内的母线故障，当站域层保护区域及集成层保护区域差动保护全都不动作时判定为变电站无故障元件；当一个集成层保护区域为疑似故障，而其他集成层保护区域和站域层保护区域都为故障时，则首先切除变压器，如果其他集成层保护区域和站域层保护区域都变为正常区域则判别故障元件为变压器；如果其他集成层保护区域和站域层保护区域仍为故障区域则判别故障元件为故障集成层保护区域内母线为故障；当一个集成层保护区域为疑似故障，而其他集成层保护区域为正常，站域层区域为故障时，则判定为疑似故障集成层保护区域内母线为故障元件；当一个集成层保护区域为疑似故障，而其他集成层保护区域和站域层保护区域都为正常时，则判定变电站内无故障元件；

当一个站域层保护区域为疑似故障，集成层保护区域都为正常时判定变电站内无故障元件；只有一个集成层保护区域为故障而其他集成层保护区域为正常时判定为故障区域内母线发生故障；集成层保护区域都为故障时判定变压器为故障元件。

说明书

一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及继电保护技术领域，具体涉及一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法。

背景技术

[0002] 随着经济快速发展，我国电网的规模以及复杂度都相应的扩大和提升，运行方式变得更加灵活，对智能变电站继电保护的要求越来越高，与传统变电站相比，智能变电站实现了全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，可以方便地实现互操作。然而智能变电站信息共享的特点容易出现数据丢失或是数据错误的情况。

[0003] 现有智能变电站集成保护计算方法将专家系统的思想应用于变电站内的故障元件判别，建立故障地点与故障电流方向的故障元件判别规则矩阵，通过故障特征量的矩阵运算来实现故障元件的快速判别。然而对于大网络来说，这类规则库的建立变得十分复杂和庞大，并带来专家系统知识库的维护难度大。且还因信息共享化带来了数据丢失、数据错误、断路器失灵或者变压器铁芯饱所致的差动保护拒动、误动故障。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，计算准确，适用性强的具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法。

[0005] 解决其技术问题采用的技术方案是，一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，其特征是，它包括如下步骤：

[0006] 1)根据智能变电站保护范围不同划分区域：

[0007] 以变电站内母线、变压器及变电站内所有出线为保护对象，根据保护范围不同划分为站域层保护区和集成层保护区；所述站域层保护区域选取本变电站内所有出线，所述集成层保护区域为变压器和其一侧母线；

[0008] 2)通过利用元件电流、电压信息得出保护区域内每个方向元件的方向信息的输出值以及区域的差动保护动作信息的输出值；

[0009] 方向元件的方向信息输出值以及区域的差动保护动作信息的输出值的原则为：方向信息的正负方向是以流出母线为正流入母线为负，利用电流、电压计算得出的正序功率值，当正序功率大于0时为正方向，其输出值为1；当正序功率小于0时为负方向，其输出值为-1，区域的差动保护动作信息的输出值原则为当保护动作时为1，保护不动作时为-1；

[0010] 3)将获取到的每个区域的全部信息相融合计算得出故障元件综合值并与故障元件门槛值相比较；

[0011] 故障元件综合值计算公式为： 其中Pout(k)为第k个保护区域的故障元件综合值，k为所求对应保护区域数，n为保护区域个数，m为变电站内方向元件的个数，Dkj为第k个保护区域所对应的第j个方向元件的输出值，靠近电源端集成区选取变压器低压侧的方向元件前面为正号，靠近负荷端集成区选取变压器高压侧的方向元件前面为正号，其他方向元件前面为负号，CD(k)为差动保护动作信息的输出值，A为靠近负荷端的集成区测得的方向元件仅为变压器两端的方向，当测得的变压器两端的方向为正方向时为1，负方向时为-1；所述故障元件门槛值设定原则为保护区域发生外部故障时计算得出的故障元件综合值的最大值；当故障元件综合值大于门槛值时判定区域发生内部故障，小于门槛值时判定区域发生外部故障，等于门槛值时判定区域发生疑似故障；

[0012] 4)综合每个区域比较的结果根据故障判别原则对故障元件定位：

[0013] 故障判别原则为当站域层保护区及集成层保护区差动保护全都同时动作时判定变压器故障，当站域层保护区差动保护动作而集成层保护区只有一个差动保护动作时判定为保护动作的集成层保护区内的母线故障，当站域层保护区及集成层保护区差动保护全都不动作时判定为变电站无故障元件；当一个集成层保护区域为疑似故障，而另一集成层保护区域和站域层保护区域都为故障时，则切除变压器，如果另一集成层保护区域和站域层保护区域变为正常区域则判别故障元件为变压器；如果另一集成层保护区域和站域层保护区域仍为故障区域则判别故障元件为故障集成层保护区域内母线为故障；当一个集成层保护区域为疑似故障，而另一集成层保护区域为正常，站域层区域为故障时，则判定为疑似故障集成层保护区域内母线为故障元件；当一个站域层保护区域为疑似故障，集成层保护区域都为正常时判定变电站内无故障元件；只有一个集成层保护区域为故障而另一集成层保护区域为正常时判定为故障区域内母线发生故障；集成层保护区域都为故障时判定变压器为故障元件。

[0014] 本发明的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，是根据智能变电站保护范围不同划分区域，通过利用元件电流、电压信息得出区域内每个方向元件的方向信息的输出值以及保护区域的差动保护动作信息的输出值，将获取到的每个区域的全部信息相融合计算得出故障元件综合值并与故障元件门槛值相比较，综合每个区域比较的结果根据故障判别原则对故障元件定位。该计算方法能够保证当保护范围内任一故障信息丢失、错误，断路器失灵或者变压器铁芯饱和所致的保护误动或拒动时仍能够准确判别故障位置。该计算方法科学合理，简单可靠，计算准确，适用性强，具有良好的容错性。

附图说明

[0015] 图1为一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法的一个具体故障判别原则的流程图；

[0016] 图2为一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法的一个具体变电站系统图；

[0017] 图3为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD1保护区域的各个方向元件的输出值、正序功率值；

[0018] 图4为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD1保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0019] 图5为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，基于容错性的智能变电站集成保护算法在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时通过的故障元件综合值计算公式得出的CD1保护区域的故障元件综合值；

[0020] 图6为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD2保护区域的各个方向元件的输出值、正序功率值；

[0021] 图7为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0022] 图8为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时通过的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值；

[0023] 图9为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD3保护区域的各个方向元件的输出值、正序功率值；

[0024] 图10为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时CD3保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0025] 图11为实施例1的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时通过的故障元件综合值计算公式得出的CD3保护区域的故障元件综合值；

[0026] 图12为实施例2的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED4出现数据丢失时的方向输出值和正序功率值的仿真图；

[0027] 图13为实施例2的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据丢失时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0028] 图14为实施例2的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据丢失时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值；

[0029] 图15为实施例3的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED3出现数据错误时的方向输出值和正序功率值的仿真图；

[0030] 图16为实施例3的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据错误时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0031] 图17为实施例3的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据错误时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值；

[0032] 图18为实施例4的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0033] 图19为实施例4的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时CD2的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0034] 图20为实施例4的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时变压器发生铁芯饱和时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图；

[0035] 图21为实施例4的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时变压器发生铁芯饱和时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值；

[0036] 图22为实施例5的一种具有容错性能的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况而CD2保护区域断路器失灵时断路器输出值的仿真图。

具体实施方式

[0037] 下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0038] 实施例1：

[0039] 实施例1提供的基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况，如图1所示，包括如下步骤：

[0040] S1：根据智能变电站保护范围不同划分区域：

[0041] 步骤S1包括对智能变电站保护范围不同划分区域，具体包括：

[0042] S11：主要以变电站内母线、变压器及变电站内所有出线为保护对象，根据保护范围不同划分为站域层保护区和集成层保护区。

[0043] S12：站域层保护区域选取本变电站内所有出线，集成层保护区域为变压器和其一侧母线。如图2所示，根据上述步骤S11和S12以T2侧为例将智能变电站分为3个保护区域CD1、CD2、CD3(T1侧同理)；

[0044] S2：通过利用元件电流、电压信息得出区域内每个方向元件的方向信息的输出值以及区域的差动保护动作信息的输出值。作为本实施例的一种优选实施方式，具体包括：

[0045] S21：方向信息的正负方向是以流出母线为正流入母线为负。利用电流、电压计算得出的正序功率值，当正序功率大于0时为正方向时，其输出值为1；当正序功率小于0为负方向为，其输出值为-1。

[0046] 图3、图6、图9为变压器故障并且数据传输正确时各个保护区域内所有方向元件的输出值和正序功率值。图3中CD1保护区域只给出了部分方向元件，其他方向元件的输出值与IED6的方向元件输出值相同，图9中CD2保护区域只给出了部分方向元件，其他方向元件的输出值与IED12的方向元件输出值相同。

[0047] S22：区域的差动保护动作信息的输出值原则为当保护动作时为1，保护不动作时为-1；

[0048] 图4、图7、图10为变压器故障并且数据传输正确时各个保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图。

[0049] S3：将获取到的每个区域的全部信息相融合计算得出故障元件综合值并与故障元件门槛值相比较：

[0050] S31：所述的故障元件综合值计算公式为： 其中Pout(k)为第k个保护区域的故障元件综合值，k为所求对应保护区域数，n为保护区域个数，m为变电站内方向元件的个数，Dkj为第k个保护区域所对应的第j个方向元件的输出值，靠近电源端集成区选取变压器低压侧的方向元件前面为正号，靠近负荷端集成区选取变压器高压侧的方向元件前面为正号，其他方向元件前面为负号，CD(k)为差动保护动作信息的输出值，A为靠近负荷端的集成区测得的方向元件仅为变压器两端的方向，当测得的变压器两端的方向为正方向时为1，负方向时为-1。

[0051] 图5、图8、图11在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况时通过的故障元件综合值计算公式得出的各个保护区域的故障元件综合值。

[0052] S32：将计算得到的故障元件综合值与故障元件门槛值相比较，包括：所述故障元件门槛值设定原则为保护区域发生外部故障时计算得出的故障元件综合值的最大值；当故障元件综合值大于门槛值时判定区域发生内部故障，小于门槛值时判定区域发生外部故障，等于门槛值时判定区域发生疑似故障。

[0053] 参照图2，根据故障元件综合值计算公式可以得出CD1、CD3的门槛值为1，CD2的门槛值为2，将图5、图8、图11得出的故障元件综合值与门槛值相比较，分别得出各个区域的故障情况，可知CD1、CD2、CD3区域都为内部故障。

[0054] S4：综合每个区域比较的结果根据故障判别原则对故障元件定位：

[0055] S41：故障判别原则为当站域层保护区及集成层保护区差动保护全都同时动作时判定变压器故障，当站域层保护区差动保护动作而集成层保护区只有一个差动保护动作时判定为保护动作的集成层保护区内的母线故障，当站域层保护区及集成层保护区差动保护全都不动作时判定为变电站无故障元件。

[0056] S42：当一个集成层保护区域为疑似故障，而另一集成层保护区域和站域层保护区域都为故障时，则切除变压器，如果另一集成层保护区域和站域层保护区域变为正常区域则判别故障元件为变压器；如果另一集成层保护区域和站域层保护区域仍为故障区域则判别故障元件为故障集成层保护区域内母线为故障；当一个集成层保护区域为疑似故障，而另一集成层保护区域为正常，站域层区域为故障时，则判定为疑似故障集成层保护区域内母线为故障元件。S43：当一个站域层保护区域为疑似故障，集成层保护区域都为正常时判定变电站内无故障元件；只有一个集成层保护区域为故障而另一集成层保护区域为正常时判定为故障区域内母线发生故障；集成层保护区域都为故障时判定变压器为故障元件。

[0057] 故障元件综合值与门槛值相比较后得出CD1、CD2、CD3区域都为内部故障，所以根据故障判别原则判别变压器故障。

[0058] 实施例2：

[0059] 实施例2提供基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED4出现数据丢失时故障元件的判别，如图2所示，包括如下步骤：

[0060] 图12为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED4出现数据丢失时的方向输出值和正序功率值的仿真图，在IED4出现数据丢失时方向输出值不变而正序功率值会减小。图13为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据丢失时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流大小、断路器跳闸的输出值的仿真图。数据丢失时各个方向的输出值不变，但会使差动保护拒动，断路器不跳闸。图14为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据丢失时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值。将CD2保护区域计算得出的故障元件综合值与门槛值2相比较后得出保护区域发生内部故障。

[0061] 实施例3：

[0062] 实施例3提供基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED3出现数据错误时故障元件的判别，如图2所示，包括如下步骤：

[0063] 图15为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域IED3出现数据错误时的方向输出值和正序功率值的仿真图，在IED3出现数据错误时方向输出值由负方向变为正方向。图16为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据错误时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流大小、断路器跳闸的输出值的仿真图。图17为在变电站变压器发生故障并且数据传输中CD2保护区域出现数据错误时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值。将CD2保护区域计算得出的故障元件综合值与门槛值2相比较后得出保护区域为疑似故障。根据故障判别原则，CD2区域为疑似故障，CD1、CD3为内部故障时，切断变压器，如果在切除变压器之后CD1、CD3为正常时则判定为变压器故障；如果在切除变压器之后CD1、CD3仍为故障时则判定为CD3区域内母线发生故障。

[0064] 实施例4：

[0065] 实施例4提供基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时而变压器发生铁芯饱和时CD2对故障元件的判定情况，如图2所示，包括如下步骤：

[0066] 图18为本发明实施例4中基于容错性的智能变电站集成保护算法在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图。图19为本发明实施例4中基于容错性的智能变电站集成保护算法在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时CD2的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图。图20为本发明实施例4中基于容错性的智能变电站集成保护计算方法在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时变压器发生铁芯饱和时CD2保护区域的差动保护动作的输出值、差动电流值、断路器输出值的仿真图。图21为本发明实施例4中基于容错性的智能变电站集成保护计算方法在变电站CD3发生母线故障而数据传输正常情况时变压器发生铁芯饱和时CD2保护区域的故障元件综合值计算公式得出的CD2保护区域的故障元件综合值。将CD2保护区域计算得出的故障元件综合值与门槛值2相比较后得出保护区域为疑似故障。根据故障判别原则，CD2区域为疑似故障，CD1故障、CD3正常时，判定CD2区域内母线故障。

[0067] 实施例5：

[0068] 实施例5提供基于容错性的智能变电站集成保护计算方法，在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况而CD2保护区域断路器失灵时的情况，如图2所示，包括如下步骤：

[0069] 图22为本发明实施例5中基于容错性的智能变电站集成保护计算方法在变电站变压器发生故障并且数据传输正常情况而CD2保护区域断路器失灵时断路器输出值的仿真图。根据故障判别原则判别为变压器故障后将与变压器相邻的断路器全都跳闸。上述改进后的智能变电站集成保护算法通过将保护区域的方向元件信息、差动保护信息融合起来判别故障元件，无论是在数据传输中出现数据丢失、数据错误，断路器失灵并且变压器发生铁芯饱和时仍能准确判断故障元件。上述计算方法能够同时对智能变电站内的变压器、母线做出故障元件判别，不同以往算法仅仅对一种故障元件判别，该算法计算简单，简便易行，具有很好的容错性。

[0070] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。