新型电网广域后备保护的算法分析-algorithm analysis of new wide area backup protection for power grid.docxVIP

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。必威体育官网网址□本论文属于，在年解密后适用本授权书。不必威体育官网网址□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1绪论1.1 课题背景与研究意义电力系统继电保护是维护电力系统安全与稳定运行的“第一道防线”，在我国网 架尚不坚强的情况下，继电保护以其切除故障的快速性、选择性、灵敏性等优良品 质，对维护电力系统的安全与稳定运行担负起最为重要的职责。我国至今没有发生 北美 814 大停电等恶性事故，继电保护功不可没。电力系统主保护及后备保护各司 其职，相辅相成，这种嵌入了许多复杂配合与制约逻辑的经典协作关系，在长期的 运行实践中被证明是异常有效、无可替代的。后备保护有近后备和远后备之分。主 保护本身的故障在所难免，当主保护拒动或失效的情况下，近后备保护可以替代主 保护，仍能以较短的动作时间切除保护范围内的故障。学界对近后备保护的设置没 有争议，然而对远后备的存废争议颇大。几次大停电事故表明，远后备保护在系统 重载并发生大规模潮流转移时的连锁跳闸对系统的崩溃和瓦解起到了推波助澜的作 用。因此，研究对连锁跳闸具有免疫功能的新型后备保护对电网的安全稳定运行有 重要的意义。传统的输电线路后备保护存在许多不足。例如，传统后备保护在原理上就有可 能引发连锁跳闸。作为一种独立元件保护，其采用的非单元式原理，即依靠本侧信 息和保护区开放，是造成电力系统连锁跳闸的主要原因。保护区开放将导致后备保 护动作时可能附带切除多个非故障元件，引发连锁跳闸[1]。保护区的开放，是传统后 备保护仅依靠本侧单端测量信息而带来的故障定位的不确定性所决定的。研究基于 广域信息的后备保护原理，有望彻底解决这一传统后备保护给系统带来的安全隐患。 单从信息的冗余性来考虑，一个决策单元获取的信息越多越详细，该决策系统的容 错性就越好[2, 3]。如果调度中心处的故障定位单元能够获取所辖区域内每个变电站的 本地测量信息，无疑将提高故障定位的准确性，因而能从根本上解决后备保护“保 护区开放”这一缺陷。现有后备保护仅采用单端量，以保护具体元件为目标，确实存在整定配合关系复杂、易引发连锁跳闸事件等问题。从现有保护配置来说，现有后备保护存在的上述问题主要是指远后备保护，尤其是远后备保护比较难区分保护动作是由潮流转移 还是区内故障引起的；又由于每个保护安装处均有两套不同原理的继电保护装置， 每套继电保护装置均配有主保护、近后备保护，变电站还装设有断路器失灵保护， 因此国外也有过争论是否应当取消远后备保护。但是，当变电站直流电源消失时， 如果没有远后备保护，则系统没有保护能够跳开短路点。因此，远后备保护不能取 消[4]。在这种情况下，广域后备保护日益引起人们的关注。所以说，广域后备保护应 当主要关注远后备保护怎样区分区内短路与潮流转移现象，同时简化配合整定关系。1.2 广域保护研究现状概括来说，传统电网后备保护存在两大突出问题：其一，整定配合困难且缺乏 自适应能力；其二，大规模潮流转移时距离Ⅲ段保护动作易引发连锁跳闸。为解决 上述两大问题，在广域保护的框架下，国内外研究人员主要发展出 3 条技术路径： 在线自适应整定，潮流转移识别算法，基于广域信息和人工智能技术的新型广域后 备保护原理等。在线自适应整定[5-10]要求能实时跟踪系统运行方式的变化，及时调整定值，防止 保护失配、保护范围消失等情况的发生；同时简化传统阶段式后备保护的配合整定， 以增强保护的快速性、灵敏性、选择性以及可靠性。计算速度是实现在线整定的瓶 颈。同时，如何协调好保护“四性”之间的矛盾，也是自适应整定的研究范畴。华北电力大学徐慧明博士提出潮流转移因子（FTRF）并围绕其发展出一套理论 和方法来区分潮流转移和过负荷[11-15]。但是该方法在线性系统的前提下推导相关算 法，没有考虑电力系统非线性的事实，因此在算法精度上需要进一步提高。目前广域后备保护算法有两大分支方向，其一是传统保护原理在广域保护框架 下的推广和融合，如广域方向比较保护[16]、广域纵联比较保护[17]以及广域电流差动 保