基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法。在变电站监控层一台主机中运行的区域在线检测系统，当收集与发现本站内某线路对应保护装置有保护信号启动时，就启动电网故障在线检测，通过局域网、广域通信网收集该线路两端、相邻各线路的七类保护动作值，计算得到该线路、相邻各线路的相对保护熵，进行从大到小的排序，将相对保护熵排在前两名的线路列为疑似线路，将它们的相对保护熵分别与相对保护熵阈值比较，以多个判据判断故障线路。本发明专利技术将相对保护熵与基于有限PMU的名义过渡电阻两种故障检测方法结合，能够有效检测出单个线路故障、两条不相邻线路双重故障、两条相邻线路复故障情况，大大提高了电网故障检测的容错性。

【技术实现步骤摘要】
基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法
本专利技术属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法。
技术介绍
随着我国经济的飞速发展，对电力的需求与日俱增，尤其是对优质电力的需求越来越高。在“西电东送,南北互供,全国联网”战略的实施下，我国电力系统的规模越来越大，电网的结构越来越复杂，当电网元件发生故障时，如果不能及时准确地切除就会造成更大范围的损失，因此对继电保护系统的可靠性带来了新的挑战。作为保障电网安全运行的“第一道防线”，保护装置的正确动作保障了电网的安全可靠运行，反之，则保护误动与拒动将可能扩大事故范围，致使电网发生严重的停电事故。传统的后备保护主要是利用本地量来实现本线路与相邻线路的故障检测与切除功能，局部的保护动作有时候不能准确地判断电网故障元件，会导致非故障线路的切除，使得其它线路过负荷更严重，进而导致保护连锁跳闸造成大范围的停电事故。近几年来人们逐步研究了基于广域信息的广域后备保护算法。一种做法是利用区域内多点保护与断路器等开关量的冗余性检测故障元件。如文献[1]引入了基于人工智能的判别单元，利用保护动作信息、故障方向信息、断路器状态与设备状态建立相应的适应度函数及保护状态期望函数，从而找出故障元件。文献[2]根据电网结构形成故障识别编码，利用基于常规主/后备保护动作和断路器位置信息，构建适应度函数和状态期望函数，最后利用故障前后的适应度分析故障概率，实现高容错性的故障元件识别。文献[3]提出了一种基于纵联比较原理的广域后备保护算法。给出了广域保护范围的划分方法，根据定义的动作系数和关联系数，通过收集广域保护范围内各智能电子设备的故障方向信息，经简单计算形成故障判据确定故障位置。该算法在一个方向元件拒动的情况下能够做出正确判断。但是以上文献都只利用了开关量，并未将开关量和模拟量相结合来判别故障元件，在开关量存在较多误动与拒动的情况下、尤其是故障线路上的保护拒动、相邻非故障线路上的保护误动时，这些算法可能会失效。文献[4]分析了小波熵在电力系统故障检测与判别中应用的可行性，探讨了基于小波分析理论的小波熵概念，提出了两种小波熵的定义和计算方法，仿真验证了小波熵可用在输电线路的故障检测。文献[5]提出一种分层的故障类型识别方法，首先根据线路故障时三相电流小波熵权分布曲线，对相互间距离的差异、距离之和进行故障的初步归类，构造表征不同故障类别的样本，然后采用支持向量机算法对样本进行训练，得到识别不同故障类型的最优分类面。但是目前尚没有看到文献研究将“熵”概念应用于广域保护、区域保护的故障在线检测方面。广域后备保护的另一种做法是利用同步向量测量单元(PhasorMeasurementUnit，PMU)技术进行检测故障元件。如文献[6]在有限的PMU配置下，提出一种基于故障确信度的广域多重故障识别新算法，通过分析故障支路的节点电压方程，推导多重故障支路的故障等效模型，利用最小二乘法计算预想故障组合的虚拟故障位置，求取故障确信度，确定真实的故障位置。文献[7]提出了一种基于保护处监测到的有功功率计算过渡电阻的方法，改进了距离保护的判据，具有对过渡电阻的自适应性，根据过渡电阻的大小自动补偿附加测量阻抗。文献[8]提出一种基于过渡电阻有功功率的保护原理，利用线路两端测量阻抗、线路正序阻抗及两端保护实测电流，构造过渡电阻有功功率的计算公式进行线路保护。以上文献主要是针对单重故障或不相邻的多条线路故障，但是已有文献均没有涉及两条相邻线路同时发生故障的情况。已有文献在计算过渡电阻时均认为线路两端均布置有PMU，没有考虑有限PMU下过渡电阻的计算。另外，已有文献在分别利用区域内多点保护与断路器等开关量、利用区域内的PMU的电气量，没有将区域内多点保护与断路器开关量与区域内多点PMU电气量很好地结合起来，虽然文献[9]研究了同时利用传统保护元件和PMU数据的广域后备保护算法，将实时获得的广域保护动作的故障概率、由正序电压幅值、线路两侧正序电流相角差，计算得到电气量对应的故障概率，再将两种故障概率加权综合。但是该文献的前提是认为每条线路的两侧都布置有PMU。参考文献：[1]旺旸，尹项根，赵逸君，等.基于遗传算法的区域电网智能保护[J].电力系统自动化,2008,32(17):40-44.[2]李振兴，尹项根，张哲，等.基于多信息融合的广域继电保护新算法[J].电力系统自动化，2011，35(9)：14-18[3]丛伟，潘贞存，赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究[J].中国电机工程学报，2006，26(21)：8-14.[4]何正友，刘志刚，钱清泉.小波熵理论及其在电力系统中应用的可行性探讨[J].电网技术，2008,28(21)：17-21.[5]杨健维，罗国敏，何正友.基于小波熵权和支持向量机的高压输电线路故障分类方法[J].电网技术，2007,31(23)：22-26.[6]马静，许冬，王桐，等.基于故障确信度的广域多重故障识别新算法[J].电网技术，2012,36(12):88-93.[7]张华中，王维庆，朱玲玲，等.基于过渡电阻计算的距离保护[J].电力系统保护与控制，2008,36(18)：37-42.[8]姜宪国，王增平，张执超，等.基于过渡电阻有功功率的单相高阻接地保护[J].中国电机工程学报，2013,33(13):63-67.[9]童晓阳，王睿，孙明蔚.基于保护元件与PMU数据多源的广域后备保护算法[J].电力系统自动化，2012,36(14)：11-16.
技术实现思路
鉴于现有技术的以上不足，本专利技术的目的是提供一种基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法，使之克服现有技术的以上缺点。本专利技术的目的是通过如下的手段实现的。基于保护熵与名义过渡电阻的故障元件在线检测方法，本变电站检测到本站的某个或某些保护信号启动后，就将启动保护信号所保护的线路及其相邻线路列为检测线路，利用本站的局域网和广域通信网，收集检测线路对应的相关保护装置的保护与断路器开关量信息，计算各检测线路的相对保护熵，对它们从大到小进行排序。把相对保护熵值大于阈值的线路判断为故障线路；对于相对保护熵小于阈值的线路，构造基于有限PMU的线路名义过渡电阻的求解方法，求取其名义过渡电阻，并与名义过渡电阻阈值比较，补充判断其是否为故障线路,其主要步骤包括：1).在每个变电站层的站控层构建一个区域保护决策子系统(RegionalDecision-makingSubsystem，RDS)，它位于智能变电站站控层的一个主机中，它通过局域网(LocalAreaNetwork，LAN)收集本变电站中各保护装置的保护信号，当发现某线路有保护信号启动时，预示着启动保护信号所保护的线路可能会发生故障；就将该线路和其相邻各线路列为检测线路；启动在线检测过程；通过局域网、广域通讯网同步数字系列(SynchronousDigitalHierarchy，SDH)收集本站、相邻变电站中相关保护装置中的各保护信号；2).收集各检测线路的两侧、相邻线路远端的保护装置的七类保护动作值：本线路两侧主保护(如纵联保护)、本线路两侧距离I段保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法，变电站检测到本站内某保护装置中有保护信号启动后，将该线路及其相邻线路列为检测线路，利用局域网和广域通信网，收集本区域内相关保护设备的保护信号，计算出各检测线路的相对保护熵，并进行排序，把相对保护熵值大于阀值的线路判断为故障线路；对于相对保护熵小于阀值的线路，构造基于有限PMU的名义过渡电阻的求解方法，求取线路的名义过渡电阻，与名义过渡电阻阈值比较，补充判断其是否属于故障线路,其主要步骤包括：1).在每个变电站层的站控层构建一个区域保护决策子系统RDS，它位于智能变电站站控层的一个主机中，通过局域网LAN收集本变电站中各保护装置的保护信号；当发现某线路有保护信号启动时，将该线路及其相邻各线路列为待检测线路，启动对各待检测线路的在线检测过程；通过局域网、广域通讯网同步数字系列SDH收集本站、相邻变电站中与各待检测线路相关保护设备中的保护信号；2)收集各待检测线路的两侧、其相邻各线路远端的保护装置的七类保护动作值：本线路两侧主保护、本线路两侧距离I段保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远端的距离III段保护、相邻线路远端的方向保护、相邻线路远端的距离II段保护信号；3)计算得到各待检测线路的保护熵HLi、相对保护熵RLi；其中线路的保护熵H表示为H=-Σi=17ωipiLn(pi)]]>其中，pi表示与该线路相关的七类保护中某类保护动作的频数，它等于各类保护动作个数或处理后保护动作个数；Ni除以该线路故障发生时所有期望保护动作之和N，即pi＝Ni/N；Ln(pi)是pi的自然对数值；‑piLn(pi)表示该类保护的自信息量，构成熵分量，如果pi为0，则其为0；ωi表示各熵分量的权重系数；线路两侧主保护动作个数N1＝A1+A1_o，其中A1、A1_o分别表示本侧和对侧的主保护动作值；线路两侧II段保护动作个数N2＝AII+AII_o，其中AII、AII_o分别表示本侧和对侧的距离II段保护动作值；线路两侧方向保护动作个数N3＝|AD+AD_o|，其中AD、AD_o分别表示该线路本侧和对侧的方向保护动作值(取值为+1、0、+1)，指向线路为正；相邻线路远端III段保护动作个数其中Nn表示该线路两侧相邻线路的个数和，AIIIj表示两侧相邻线路j远端的距离III段保护动作值；相邻线路远端方向保护动作个数其中ADj表示相邻线路j远端的方向元件动作值，指向线路为正，Nn含义同上；线路两侧I段保护动作个数N6＝AI+AI_o，其中AI、AI_o分别表示本侧和对侧距离I段保护动作值；相邻线路远端II段保护动作个数其中Nm表示该线路两侧中线路个数较多那侧的线路个数和，AIIj表示相邻线路j远端的距离II段保护动作值；式(1)中ωi表示各熵分量的权重系数；线路两侧主保护、线路两侧距离II段、线路两侧方向、相邻线路远端距离III段、相邻线路远端方向这5种保护均保护本线路全线，设ω1＝1.1、ω2＝1、ω3＝1、ω4＝0.9、ω5＝0.9；线路两侧距离I段的保护范围一般是本线路的80～85％，保守设ω6＝0.9；相邻线路II段保护范围延伸到本线路的30～40％，保守设ω7＝0.5；线路Li的相对保护熵RLi，RLi＝HLi/HLi.max，其中HLi.max为线路Li近端或远端发生故障时的最大保护熵，作为基准；在线计算该线路的实时保护熵，将其与自身的基准相比，得到的数值为该线路的相对保护熵RLi，它反映了该线路的故障程度，介于0～1之间；4).对各待检测线路的相对保护熵从大到小进行排序，将相对保护熵排在前两名的线路列为疑似线路，并将它们分别与相对保护熵阈值比较；4A).对于两条疑似线路，如果只有一条线路的相对保护熵大于相对保护熵阈值，即满足以下判据1，就判断该线路为故障线路；判据1：当某线路Li的相对保护熵大于相邻线路中任意一条线路Lk的相对保护熵、且只有它大于相对保护熵阈值，即满足以下条件时，则判定该线路发生故障；RLi>∀RLk,k≠iRLi>Rset]]>判据1适用于单条线路故障的检测；4B).对于两条疑似线路，如果它们的相对保护熵都大于阈值，有可能是相邻线路复故障、或单条线路故障时相邻正常线路上有多个保护误动造成其保护熵大于阈值的情况，就需要对两条疑似线路检查是否满足以下判据2；判据2：当线路Li、Lj的相对保护熵都大于相邻线路中任意一条线路Lk的相对保护熵、且它们都大于相对保护熵阈值，即满足以下条件时，则判定该线路发生故障；RLi>RLj>∀RLk,k≠i,jRLi>RsetRLj>Rset]]>对于判据2，有两条线路Li、Lj的相对保护熵都大于相对保护熵阈值，首先判定最大相对保护熵对...

【技术特征摘要】
1.基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法，变电站检测到本站内某保护装置中有保护信号启动后，将启动的保护信号所保护的线路及其相邻线路列为检测线路，利用局域网和广域通信网，收集各检测线路的保护装置的保护信号，计算出各检测线路的相对保护熵，并进行排序，把相对保护熵值大于相对保护熵阈值的线路判断为故障线路；对于相对保护熵小于相对保护熵阈值的线路，构造基于有限PMU的名义过渡电阻的求解方法，求取线路的名义过渡电阻，与名义过渡电阻阈值比较，补充判断其是否属于故障线路,其主要步骤包括：1)在每个变电站层的站控层构建一个区域保护决策子系统，它位于智能变电站站控层的一个主机中，通过局域网LAN收集本变电站中各保护装置的保护信号；当发现某线路有保护信号启动时，将启动的保护信号所保护的线路及其相邻线路列为检测线路，启动对各检测线路的在线检测过程；通过局域网、广域通信网同步数字系列SDH，收集本站、相邻变电站中与各检测线路相关保护装置中的保护信号；2)收集各检测线路的两侧、其相邻各线路远端的保护装置的七类保护动作值：本线路两侧主保护、本线路两侧距离I段保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远端距离III段保护、相邻线路远端方向保护、相邻线路远端距离II段保护信号；3)计算得到检测线路Li的保护熵HLi：其中，pi表示与该线路相关的七类保护中某类保护动作的频数，它等于各类保护动作个数或处理后保护动作个数Ni除以该线路故障发生时所有期望保护动作之和N，即pi＝Ni/N；Ln(pi)是pi的自然对数值；-piLn(pi)表示该类保护的自信息量，构成熵分量，如果pi为0，则其为0；ωi表示各熵分量的权重系数；本线路两侧主保护动作个数N1＝A1+A1_o，其中A1、A1_o分别表示本侧和对侧的主保护动作值；本线路两侧距离II段保护动作个数N2＝AII+AII_o，其中AII、AII_o分别表示本侧和对侧的距离II段保护动作值；本线路两侧方向保护动作个数N3＝|AD+AD_o|，其中AD、AD_o分别表示本线路本侧和对侧的方向保护动作值,取值为+1、0、-1，+1表示正方向动作，本线路区内故障；0表示不动作，本线路区内和区外无故障；-1表示反方向动作，本线路区外故障；相邻线路远端距离III段保护动作个数其中Nn表示本线路两侧相邻线路的个数和，AIIIj表示两侧相邻线路j远端距离III段保护动作值；相邻线路远端方向保护动作个数其中ADj表示相邻线路j远端方向保护动作值，Nn含义同上；本线路两侧I段保护动作个数N6＝AI+AI_o，其中AI、AI_o分别表示本线路本侧和对侧距离I段保护动作值；相邻线路远端距离II段保护动作个数其中Nm表示本线路两侧中线路个数较多那侧的线路个数和，AIIj表示相邻线路j远端距离II段保护动作值；式(1)中ωi表示各熵分量的权重系数；本线路两侧主保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远端距离III段保护、相邻线路远端方向保护这5种保护均保护本线路全线，设ω1＝1.1、ω2＝1、ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：童晓阳，王晨，王睿晗，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51