输电线路距离后备保护的整定优化及区域后备保护方案研究

摘要

继电保护装置是电力系统的重要组成部分，在保障电力系统安全运行方面发挥着重要作用，而准确、合理的保护定值又是保证继电保护装置可靠运行的关键之一。随着电力系统的快速发展，电网规模不断扩大，电网结构和运行方式日趋复杂，传统后备保护定值整定困难、动作延时过长、配合不理想等问题愈加突出。同时，电力系统的发展又对继电保护的动作正确性提出了更高的要求。为克服传统后备保护的局限性，引入时空尺度更大的广域信息是改善后备保护性能的一个可行途径。本文的研究工作从输电线路后备保护中应用最为广泛的距离保护展开，研究其整定计算方法的优化和配合原则的简化，并研究了基于相邻站距离保护动作信息的区域后备保护方案，以改善后备保护的性能。本文的主要研究内容包括:
　　1)对距离保护整定计算中运行方式的选择方法进行了研究。在电源运行方式的选择问题上，提出了电源贡献系数的概念，以及基于保护支路和助增支路的电源贡献系数的运行方式选择方法，该方法避免了排列组合的枚举，能够确定性地给出各电源的大小方式，计算效率高且准确度好。在开断单条支路的选择问题上，利用稀疏矩阵补偿法推导了开断单条支路后助增系数变化率的计算公式，并据此提出了相应的开断单条支路的快速选择方法。
　　2)对距离后备保护整定配合中存在的问题进行了分析，并对层次化的广域保护进行了研究，提出了区域保护系统的概念和结构。在此基础上，提出了距离Ⅱ段保护简化整定及区域近后备保护方案，降低了距离Ⅱ段的整定难度，且区域近后备保护方案通过本站及相邻站构成的有限区域内的状态量信息，能有效地与简化整定后的距离Ⅱ段保护相配合，兼顾选择性、灵敏性和速动性要求。
　　3)提出了考虑距离后备段简化整定的动作时间自适应区域后备保护方案。该方案允许包括Ⅱ段和Ⅲ段在内的距离保护后备段以保证灵敏性为前提进行简化整定，利用相邻站的距离保护动作信息经逻辑判据进行运算，自适应地决策出动作延时，能够提供集近后备与远后备于一体的输电线路后备保护功能。
　　4)对广域后备保护的逻辑设计进行了探讨，分析了广域后备保护逻辑设计的一般过程，提出了待定参数的优化模型和基于粒子群算法的自动优化计算方法，该方法能够提高待定参数的求解效率，给保护逻辑的检验和修正等环节带来便利，并且该方法能够进一步应用于广域后备保护逻辑的辅助设计。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 距离保护整定计算的研究现状

1．2．1 运行方式的选择方法

1．2．2 短路电流的快速计算方法

1．2．3 整定计算的简化方法

1．3 广域后备保护的研究现状

1．3．1 基于电气量的广域后备保护

1．3．2 基于状态量的广域后备保护

1．3．3 层次化的广域保护

1．4 论文的研究内容

第二章 距离保护整定计算中运行方式的选择方法研究

2．1 概述

2．2 助增系数计算中运行方式的选择问题

2．2．1 助增系数的计算

2．2．2 运行方式的选择

2．2．3 现有方法存在的问题

2．3 基于电源贡献系数的电源运行方式选择方法

2．3．1 电源贡献系数的概念和计算方法

2．3．2 关于助增支路的电源贡献系数

2．3．3 电源运行方式的选择方法

2．3．4 最小和最大助增系数的计算流程

2．3．5 利用迭代计算的改进方案

2．3．6 算例测试

2．4 助增系数计算中开断单条支路的快速选择方法

2．4．1 稀疏矩阵补偿法

2．4．2 开断单条支路的计算方法

2．4．3 助增系数变化率的计算

2．4．4 开断支路的快速选择方法

2．4．5 算例测试

2．5 本章小结

第三章 距离Ⅱ段保护简化整定及区域近后备保护研究

3．1 概述

3．2 距离后备保护的整定问题分析

3．2．1 传统的整定配合方法

3．2．2 存在的问题

3．2．3 整定简化的思路

3．3 层次化的广域保护研究

3．3．1 广域保护的层次化

3．3．2 信息源及适用算法

3．3．3 广域保护与就地保护的关系

3．3．4 层次化广域保护方案的设计

3．4 距离Ⅱ段保护简化整定方法及区域近后备保护方案

3．4．1 距离Ⅱ段保护的简化整定方法

3．4．2 区域保护系统的概念和框架

3．4．3 区域近后备保护方案的提出

3．4．4 区域近后备保护的判据

3．4．5 典型故障下的判据分析

3．4．6 区域近后备保护方案的容错性分析

3．4．7 算例测试

3．5 本章小结

第四章 考虑简化整定的动作时间自适应区域后备保护研究

4．1 概述

4．2 距离后备段保护的整定简化

4．2．1 简化整定的趋势和思路

4．2．2 简化整定带来的问题

4．3 动作时间自适应的区域后备保护方案

4．3．1 相邻站的距离保护信息

4．3．2 距离Ⅱ段保护动作时间判据

4．3．3 距离Ⅲ段保护动作时间判据

4．3．4 典型故障下的判据分析

4．3．5 容错性分析

4．4 算例测试

4．5 本章小结

第五章 广域后备保护逻辑设计中的待定参数优化方法研究

5．1 概述

5．2 广域后备保护的逻辑设计

5．2．1 输入信息量的选择

5．2．2 保护逻辑框架的构建

5．2．3 待定参数的求解

5．2．4 保护逻辑的检验与修正

5．3 待定参数的优化方法

5．3．1 广域后备保护逻辑设计中存在的困难

5．3．2 粒子群优化算法

5．3．3 待定参数的优化模型

5．3．4 动作因子的优化方案

5．3．5 测试结果与分析

5．4 基于待定参数优化的逻辑设计辅助方法

5．4．1 保护方案概述

5．4．2 保护逻辑的设计

5．4．3 待定参数的优化

5．4．4 算例测试

5．5 本章小结

第六章 结论

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的学术成果