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关键词： 继电保护   信息管理   故障辨识   机器学习   决策树模型  

摘要： 作为保障电力系统安全、可靠、稳定运行的核心手段,继电保护的作用是当电力系统中发生故障或异常情况时,及时将故障部分切除并发出警告。继电保护专业管理的高效和可靠,密切关系着电网的安全稳定运行。随着科学技术的发展,电力系统将自身建设与现代科技紧密结合,大量采用软件工程相关技术为电网可靠运行提供支撑,其中代表性的有运维专业使用的数据采集与监控软件、调度专业使用的电力调度生产管理软件以及计量专业使用电能质量管理软件等。为更好的满足电力网络的进一步发展需求,切实提升继电保护专业的自动化、信息化水平,设计一款更加专业、智能的继电保护信息管理软件,已经成为电网系统进一步实现智能化的迫切需求。本论文围绕电网继电保护的实际需求,开展相应信息管理软件的设计与实现相关研究,主要工作如下:(1)分析了继电保护信息管理软件系统在功能性和非功能性两方面的各种需求,探讨了此类软件在电力系统中的应用情况,并进一步对相应的专业流程和相关功能提出新的思考。从基层继电保护人员的工作实际出发,紧密结合国网四川检修公司有关继电保护信息管理的实际需求,设计了一款能满足电网智能化需求的电网继电保护信息管理软件。(2)从总体设计入手,合理选择了相应的开发工具与技术,采用常见的C/S模式与MVC架构,基于Qt开发平台,使用MySQL数据库。详细阐述了对用户管理、通讯状态、故障告警、设备管理和故障辨识五个主要模块的设计思路,并依托机器学习中决策树算法,构建了相应的故障辨识模型。(3)实现了软件的相关功能,不仅能对变电站所辖继电保护相关装置运行工况和相关信息进行实时的监控与处理,对设备和用户信息进行有效管理,还能通过建立对应的决策树模型,对常见的继电保护故障进行辨识,并给出了详细的过程与部分测试的结果。

关键词： 电气继电保护   常见故障   解决方法  

摘要： 随着我国经济、社会的不断发展,我国企业日常生产、人民日常生活的用电量在不断增加,这极大地推动了我国电力行业的发展,为电力企业带来了广阔的发展空间.对于电力企业来说,要想实现稳定、安全的供电,首先就需要确保所有设备的正常运行,因此,电力系统继电保护是十分重要的,本文对常见的电力系统继电保护故障、导致电力系统继电保护故障的原因以及解决方法进行了分析,以供参考.

关键词： 大型核电厂   整定计算   定子接地保护   变压器断线   整定计算软件  

摘要： 随着我国经济社会对清洁高效能源需要的提高与核电技术的发展,自2011年以来大型核电机组投建投产比例大幅增长。大型核电机组在电网中的重要性日益凸显,继电保护是核电厂稳定安全运行的重要保障。与此同时,核电机组在发展中遇到的诸多问题也使得大型核电厂继电保护运行技术面临诸多挑战。论文结合核电机组运行特殊性,围绕大型核电机组继电保护整定计算及软件开发,以及反映核电厂运行特点的保护及其原理开展了深入研究。结合核电厂电气系统特点和运行要求,提出了大型核电厂继电保护配置方案和统一的整定原则。针对核电机组正常运行时具有两个接地点的特点,提出了适应核电厂发变组运行特殊性的定子接地保护定值计算方案;针对核电厂运行特点,提出了核岛电动机和常规岛电动机保护整定方案。进而论文介绍了这些方案在某大型核电厂继电保护整定计算中的应用情况。对核电厂特殊保护及其原理改进技术进行了研究。针对核电厂关心的变压器出线断相这一工程问题,通过理论推导分析了变压器高压侧出线断线故障时的电气特征及其对核电厂厂用电运行的影响,并提出适应核电运行安全要求的出线断相保护方案。针对当前定子接地保护原理和动作判据不能充分反应故障程度的问题,提出了核电发电机反映故障程度的定子单相接地保护方案,通过构建准分布参数模型仿真证明了方案的有效性和适用性。统一规范的继电保护整定计算方案与自动化、可学习的整定计算软件,是提高大型核电厂继电保护运行水平的重要手段。在总结大型核电厂继电保护整定计算工作特点和核电厂技术人员工作需求的基础上,通过MATLAB GUI研究开发了核电厂继电保护整定计算软件。论文最后对所取得的主要研究成果进行了总结,并展望了下一步研究工作。

关键词： 双馈型弱馈源   充分式保护   反时限保护   分形理论   差动保护  

摘要： 以双馈型风电机组为代表的弱馈源大量接入电网给继电保护带来了巨大的挑战。本文以变速恒频双馈型弱馈源作为研究对象,在系统性分析双馈型弱馈源的特性、弱馈源并网对继电保护影响的基础之上,提出了以充分式保护思想为指导的新型保护思路,从而构造与风电并网系统相适应的保护方案,为电网安全提供坚实的防线,并为可再生能源的健康发展提供可靠保障。弱馈源的等值模型与故障特性是继电保护原理开发与应用的基础。根据投撬棒保护和变流器控制两种故障穿越方式的不同,分别推导出了两种低电压穿越措施下双馈型弱馈源正、负序分量故障电流的表达式,明确了故障电流具有典型的不确定性特点。根据分析得出弱馈源在正序回路中的等值模型具有多态性,等效形式可以为阻抗、电压源或者电流源;在负序回路中的等值模型是与转速有关的恒定阻抗。弱馈源的故障电流不确定性、弱馈特性及等效模型的多态性将会对以电流保护为代表的传统继电保护带来影响。研究了双馈型弱馈源整体作为虚拟阻抗的特性以及对常用的方向元件的影响。以正、负序故障分量来计算弱馈源的虚拟阻抗,得出负序虚拟阻抗特性与弱馈源的实际负序阻抗相同;而正序虚拟阻特性与实际的正序阻抗差异较大。具体表现为:负序虚拟阻抗具有阻感特性,相角在45°～90°区间;正序虚拟阻抗因低电压穿越方式有所区别,投撬棒时具有负阻尼特性,相角波动较大且稳态时在-90°～-270°区间,变流器控制时相角可以在任意区间。分析了弱馈源的虚拟阻抗特性对多种方向元件性能的影响情况,得出正序方向元件、功率方向元件可能会误动,负序方向元件灵敏度可能会下降,零序方向元件不受影响。从故障和扰动两个层面研究了双馈型弱馈源的输出频率特性。故障期间,投撬棒时双馈型弱馈源的谐波主要为转速频率分量,因转子侧衰减的直流励磁产生,衰减速度很快;变流器控制时,双馈型弱馈源的谐波主要为二次谐波和三次谐波,二次谐波是因定子侧直流分量通过控制器耦合产生,三次谐波是由负序分量通过控制器耦合产生。基于小扰动建模的方法,得出等效正序系统和等效负序系统之间具有耦合关系,耦合程度随d、q轴的等效阻抗差异增加而变大,序分量之间耦合效应是双馈型弱馈源多频率响应的根源。提出了充分式保护思想来解决当前继电保护面临的挑战。通讯简单、信息无法获取、双馈型弱馈源特性复杂性等让基于“四性”的传统保护越来越难以实现,于是提出了充分式保护思想来应对这些困境。该思想最显著的特征是基于故障特征而不是基于故障类型,且具有优选性,充分性、准异步性等特点。本文分析了该保护思想应用于集电线路电流保护、集电线路方向判断以及配网差动保护中的可行性,得出该保护思想在信息缺失、信息不透明的风电系统中具有明显的优势。基于熔断器特性这个已知的充分式条件,提出了集电线路充分式反时限保护方案。首先分析了当前集电线路阶段式电流保护存在的问题,I段电流保护需要躲过下游熔断器的动作时间,导致电流保护的速动性变差,风电场多电源特性造成II段电流保护之间的选择性出现问题。基于已知的不同熔断器的特性曲线,根据不同区间各条熔断器的最小灵敏度曲线,并加上适当的协调时间利用最小二乘法对曲线进行拟合,然后形成上游集电线路保护的充分式反时限动作曲线。该方案能够保证集电线路间的选择性,并且能够有效提升集电线路保护的速动性,实现故障快速切除与系统对韧性电源需求的平衡,保证了风电场的安全。基于故障分量电压包含的充分式故障特征,提出了采用优选制的集电线路故障判断方法。在介绍分形理论的基础上,提出根据故障分量电压的多重分形谱计算结果来定量描述故障信号中包含的暂态特征、稳态特征的凸显程度,并以此作为依据选择相应的保护方案。提出三种故障方向判别方法,基于弱馈特性的稳态法与基于极性特征的暂态法都是着眼于充分利用本线路的特征,在满足充分性故障特征条件下具有简单可靠的优点。灰色关联法在暂、稳态判断模糊时通过对各条线路的故障特征综合分析,克服单纯基于暂态和稳态特征的局限性以及本地信息量特征不充分的情况,提高故障方向判断的可靠性。在分析了标积制动差动保护灵敏性与抗同步误差不能兼顾的原因基础之上,提出了制动角与幅值比成凹函数的充分式差动保护。当两侧电流幅值比较大时,制动角随幅值比的增加而显著增加且很大,重点改善抗同步误差能力;当两侧电流幅值比较小时,随幅值比的增加制动角增加较慢且很小,重点改善保护的灵敏性。本章提出利用风电电源的频率复杂性,将保护判据扩展到全频域,进一步提高区内故障的灵敏性。以采样序列组成的向量来计算幅值相角能够让采样时间窗任意调整,具有更好的灵活性。提出利用故障前电流作为参考计算故障后两侧电流的相角差,使得差动保护能够在准异步机制下运行,显著提高抗同步误差能力更加适合通讯薄弱的配网。基于MATLAB/Simulink平台建立仿真模型,对双馈型弱馈源的电流特性、阻抗特性、频率特性、充分式反时限保护方案、

关键词： 继电保护装置   综合评价   赋权模型   综合评价方法   预防性检修  

摘要： 继电保护装置运行、维护以及管理等各环节间紧密关联。通过综合评价掌握继电保护装置各环节的具体情况,发现可能存在的隐患并及时做出应对,是提高继电保护装置性能的重要手段。此外,通过对继电保护装置预防性检修进行情况分析,实现继电保护装置预防性检修方案决策,降低不必要的检修损耗,对于保障电网的安全稳定运行具有重要意义。本文研究了继电保护装置综合评价及预防性检修方案决策,主要工作如下:(1)基于评价指标重要性专家调查问卷结果和双重熵值修正G1法,提出了一种综合主观和客观评价的继电保护装置评价指标赋权模型。具体的:利用问卷开展了评价指标重要性专家主观意见调研工作,采用相对熵对专家给出的评价指标重要性原始主观评分结果进行分析,以评分合理性为依据对专家个体评分水平进行了研究;进一步从运行可靠性、维修性和管理规范性等三个角度选取多个评价指标构建了继电保护装置综合评价指标体系,并以指标熵值作为客观因素对修正后的指标重要性主观评分结果进行二次修正,实现评价指标主观和客观综合赋权。(2)基于对评价过程中典型心理特征行为的分析,提出了一种考虑损失规避特征的继电保护装置综合评价方法。具体的:考虑继电保护装置综合评价中存在的参照点依赖性和损失规避特征,构建相对优势度函数计算了不同评价对象间两两比较的相对优势度,并以此为依据对评价对象进行择优和排序。最后结合具体算例验证了所提出综合评价方法的有效性。(3)构建了继电保护装置预防性检修效果描述模型,提出了一种继电保护装置预防性检修方案评价方法,可用于预防性检修方案的决策。具体的:分析了我国目前现有的继电保护装置预防性检修周期、检修类别的设置情况,通过对预防性检修对保护装置可靠性和经济性影响等两个方面进行分析,提出了继电保护装置预防性检修效果描述模型,同时提出了继电保护装置预防性检修方案评价指标体系以及指标计算方法,实现了继电保护装置预防性检修方案决策。

关键词： 继电保护   故障仿真   管理   MVC架构   SQL Server  

摘要： 随着我国经济社会的不断发展,各行各业对稳定电力供应的要求越来越高,同时,随着电力体制改革的不断深入,国家电网公司加速转型,从粗放型管理到精细型管理转变,这些都对电网的安全稳定运行提出了更高的要求。在电力系统中,继电保护是在网络中发生故障情况时,自动跳开对应断路器隔离故障从而保证电网安全的一种重要措施。继电保护装置是电网中的核心部件,继电保护装置的运行管理状态也侧面反映了供电企业的管理水平,因此,充分发挥继电保护装置的作用,提高供电质量,做好继电保护故障分析整定管理工作显得越来越重要。而随着信息化社会的到来,将继电保护故障分析整理管理工作纳入信息化管理模式,是供电企业进一步适应新时代发展的必然趋势。本文在充分了解继电保护故障分析整定管理工作背景和意义的基础上,对继电保护故障分析整定管理工作的国内外研究现状进行了分析。通过开展现场调研等方式,总结出了目前传统的继电保护故障分析整定管理工作存在的主要问题,并针对具体的问题提出了软件的整体设计方案。同时,在参考传统故障仿真中使用的计算方法后,设计提出了一套结合动态法和半动态法优点的故障仿真计算方法,并通过算例验证,极大地提高计算速度。继电保护故障分析整定仿真管理系统在开发过程中使用了在软件工程领域的主流技术,使用Visual Studio 2010作为系统开发工具,采用C/S结构模式、MVC框架和WPF技术设计,利用SQL Server2008数据库及IIS服务器,设计开发了一款继电保护故障分析整定仿真管理系统。完成了友好的人机界面设计,提升了继电保护故障分析整定管理工作的效率,提高软件的运行效率,具有一定的研究意义和市场应用前景。本文设计并实现了一款继电保护故障分析整定仿真管理软件,设计了多个模块,利用自动化管理的模式代替了传统的人工管理方式,实现了继电保护故障分析整定管理工作的智能化管理。至今,继电保护故障分析整定仿真管理系统已经成功上线运行,完成了系统的建设目标,基本满足用户对继电保护故障分析整定管理工作的技术和业务需求,具备良好的可推广性,为以后的继电保护故障分析整定管理工作积累了宝贵的工作经验。

关键词： FACTS元件   继电保护   输电线路   暂态特征   波形拟合  

摘要： 随着我国超、特高压输电技术以及统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)等新一代FACTS设备投入运行,在电力电子化电力系统中,当交流系统故障时,逆变器型电源和FACTS等设备的动态特性将给传统工频量保护带来较大不确定性,同时工频量保护的滤波环节大大限制了动作速度的提高。充分挖掘输电线路的故障暂态特征可以有效提升线路保护性能,对现实电力系统的安全稳定运行具有重要意义。本论文围绕含FACTS元件线路的故障暂态特征及保护新原理的研究展开工作,首先分析了不同种类FACTS元件的工作原理和暂态等值模型,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了含STATCOM、SSSC、UPFC元件输电线路系统,详细探究了新型FACTS元件对线路故障暂态电气量特征的影响。针对含UPFC元件线路的暂态量保护问题进行了研究。经分析母线关联出线的故障暂态特征得:由于母线等边界元件的影响,同一母线的故障侧线路与非故障侧线路的电流频谱分布存在明显差异。由此提出一种纵联保护新方案。通过采用小波能量熵提取站内母线各出线暂态特征,并进行相对值比较可识别故障方向。通过比较线路两侧故障信号,可进一步识别区内、外和母线故障。仿真结果表明所提方案避免了 FACTS元件的不利影响,对保护定值的依赖性不高。针对暂态量保护易受雷击干扰影响的问题进行了研究。在非雷击故障、雷击干扰和雷击故障下,分析各相暂态电流附加分量,得出故障与雷击干扰的本质差异为:故障暂态波形的整体变化趋势中具有明显的工频正弦特征。据此,采用平均值滑动去噪的方法可消除雷电流高频部分影响,获得暂态电流的主波形。提出采用50Hz正弦函数对主波形进行拟合,基于拟合决定系数的大小可识别各相线雷击干扰与故障。仿真结果验证了所提方案的有效性。针对暂态量保护依赖高采样率的问题进行了研究。通过对故障分量暂态差动电流的研究得:区内故障的故障相线呈工频变化规律;区内故障的非故障相以及区外故障的各相线均呈高频变化规律,且存在理论最小振荡频率。据此提出一种基于暂态电流波形的纵联保护新原理,采用最小二乘拟合提取暂态波形主频率并构造了相应保护判据。仿真验证了所提暂态量保护对采样频率要求较低,提高了保护动作速度和耐过渡电阻的能力。

关键词： IEC61850   Agent   变电站   故障诊断   遗传算法  

摘要： 电网结构日益复杂,电力系统的集中式控制方式越来越无法满足电网供电可靠性和稳定性的需求。随着人工智能的发展,多Agent系统能有效解决分布式问题,电力系统属于分布式的结构,将Agent技术应用到电力系统中,可以促进系统的稳定可靠运行。本文主要研究将Agent技术用于基于IEC61850标准变电站的设计和实现中。首先,说明IEC61850规定的变电站结构、信息模型和通信服务,介绍Agent的属性特征、MAS的结构和通信方式,从理论上分析应用Agent技术后,有效解决依靠IEC61850通信时可能带来的通信对象冲突的问题;把IED设备作为Agent,实现其自治性,用算法协调Agent系统,解决复杂的分布式问题。然后,根据IEC61850标准,遵循相关逻辑节点设立规则,对变电站建立信息模型,实现IEC61850标准的通信服务。分析本系统达到的目标,明确应该实现的功能,以数据的角度,分析数据流在系统中的转换过程,对后面程序设计的指导意义。基于JADE平台,把IED设备封装为Agent,运用Agent的通信方式,发送IEC61850的MMS服务的编码,设置消息过滤和轮询的Agent,避免通信的混乱。针对Agent在不同局域网通信的不足,实现Agent依靠TCP/IP协议传输消息的机制。最后,为了实现Agent在继电保护方面的应用,设计了诊断Agent来协调其他Agent工作。数据库中储存Agent的自身运行所需要的各逻辑节点信息,如开关状态、保护定值等。对于Agent内部发生的故障,直接根据保护定值进行动作,满足Agent的自治性。为了减小停电区域,故障诊断Agent收集其他Agent传送的开关状态和保护动作信息,用遗传算法诊断故障元件,判断断路器是否误动,通过倒闸合闸操作恢复供电。

关键词： 配电网   自动化   开关   定值   继电保护  

摘要： 韶关市地处广东省北部区域,以丘陵地形为主,因此韶关地区亦被称为粤北山区。对比于广东珠三角地区,韶关市经济及基础建设发展相对落后,在此环境下,韶关市的电力基础设施建设也相对滞后。其中配电网故障率高、故障平均停电时间长、重复故障事件多成为了韶关配电网的主要问题。故障率高主要表现为站内、外开关跳闸次数多及站内开关重合成功率低。故障平均停电时间长主要体现在站内中性点接线方式未改造,仍然为接地遥控断开站内开关;而站外开关仅依赖人工分段试送的方式排查故障,需要依赖人员对设备的熟悉程度以及排查经验,查到故障后又依赖人工恢复非故障段的复电工作,低下的效率及落后的方法直接导致故障平均停电等待时间增加。若遇到间歇性故障更是束手无策,只能依靠设备不断的重合试送直至设备绝缘彻底击穿才能找到故障并隔离;重复故障事件多主要体现在同一馈线类似故障发生次数多,任然无法有效隔离,导致每次故障都需要站内跳闸,扩大了停电范围,严重影响用户用电体验。近年来,随着国家经济的崛起及人民生活质量的提高,电力供应性质已发生改变,由原来的用上电向用好电的方向发展。用好电顾名思义就是电能质量优供电可靠性高,实现全年全天候不间断供电,在这严峻的用电形式下,韶关配电网网架结构成为了阻碍馈线自动化发展的又一绊脚石。韶关配电网网架主要分为电缆型和架空型,架空馈线存在大分支,挂灯笼等情况,电缆型主要存在开关位置未能把负荷均分,环网节点设置不合理等问题。且由于早期自动化建设缺乏经验,对开关类型的选型存在严重不合理现象,如架空馈线全部建设为电压时间型负荷开关,导致故障判断时间长复电效率差,另一种情况是一条馈线上全部建设为断路器,导致断路器保护极差不够,频繁越级跳闸,失去分段保护的意义。最后就是自动化开关的通讯问题,由于早期配网自动化开关建设与配网主站建设未同步进行,许多开关未经调试并安装在馈线上,功能通讯参差不齐。2016年主站逐渐调试上线运行后,早期批量的开关需接入通讯,通讯设备问题多,存在公网无安防,信号差,频繁掉线等问题,直接导致主站对开关失去监控,开关动作信息无法第一时间掌握等情况。面对以上提出的问题本文主要研究站内中性点改造及定值调整,站外馈线开关网架重新规划、重新选型调整安装位置、重新优化站外开关定值、解决自动化终端通讯问题。并以犁市站花坪线为切入建设案例,解决犁市站花坪线故障率高、故障停电等待时间长、重复故障次数多等问题;以前进站乳韶线切入案例,建设韶关粤北山区第一回配电网自动化自愈馈线。通过以上方法,解决韶关配电网在新形势下的供电质量及可靠性,提高韶关市配电网馈线自动化功能实用性,力争粤北山区馈线自动化建设排头兵。

关键词： 继电保护   状态检修   检修时间   风险评估   检修决策  

摘要： 随着电力系统二次设备检修水平不断发展,二次设备定期检修中存在的“检修不足”和“过度维修”的问题逐渐暴露出来。随着在线监测技术技术的进步和企业管理水平的提高,二次设备的检修逐渐由定期检修和事后维修向具有事前预防性质的状态检修过渡。本文通过对继电保护状态检修策略开展研究,为现场人员合理安排检修日程提供一定和帮助。主要研究内容如下:首先,分析了在继电保护状态检修中基础数据的来源及特点;并对可靠性指标和保护设备寿命周期内的故障分布情况进行了分析,给出了威布尔分布模型下的故障率、可靠度等可靠性指标的量化表达式,为状态评价和检修时间决策奠定了基础。其次,针对传统定期检修的缺点,提出了基于继电保护设备健康状态确定检修时间的决策方法。一方面以继保设备的实际运行状态为依据、相应的状态评价标准为参考,采用健康指数量化设备各项状态的优劣水平,推算了设备当前运行状态下的故障率。另一方面基于威布尔分布的设备故障率曲线,由求得的故障率代入曲线确定对应的实际役龄。再由实际役龄对继保设备的最大检修时限和最佳检修时机进行求取,两者为继保设备的状态检修时间决策提供了合理依据。然后以某地区的保护设备为例进行了分析计算,其结果表明决策方法的合理性。第三,提出基于风险和检修收益的继电保护检修决策方法,从检修顺序和检修等级方面对保护设备实现差异化维修。采用一、二次系统综合风险评估模型,以基于保护状态评价得到的实际故障率为风险发生可能性,保护设备故障对一次系统运行的影响作为风险后果,计算出风险值作为确定检修顺序的依据。分析了不同检修方式下的检修成本和对继保设备故障率的影响,利用检修风险收益模型确定了保护设备的检修方式。这使检修决策不仅保证了设备的可靠性,还在一定程度上兼顾了检修的经济性。利用IEEE9节点系统进行了仿真计算,其结果表明决策方法的合理性。最后,对本文所进行的研究进行了全面的总结,并对未来继电保护状态检修技术的发展方向和技术难点做出了展望。