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电力网络拓扑快速识别及故障定位方法研究

张晋芳  
【摘要】:利用电网多点信息的广域后备保护是解决当前电力系统中传统后备保护存在问题的有效途径。及时准确地掌握系统当前的运行方式和拓扑结构,可以为广域后备保护功能的实现奠定网架基础,而对故障元件的快速准确定位又是广域后备保护实现的关键功能。因此,论文针对网络拓扑快速分析以及故障元件定位两个方面内容展开深入全面的研究。 以厂站内并行完成母线分析,并将结果上传主站完成厂站问拓扑分析的分层分布式拓扑建模方式从体系结构上保障了拓扑分析效率的提高。适应于基于WAMS的广域后备保护的需求,从应用于厂站内拓扑快速分析的矩阵方法以及PMU信息在拓扑分析中应用等角度对电力网络的快速识别问题展开研究。 (1)仅利用开关状态量信息的厂站内拓扑矩阵型快速分析方法研究 提出了一种基于虚拟阻抗的厂站内拓扑快速跟踪算法,通过赋给主接线中开关支路虚拟阻抗的途径,借鉴电网节点矩阵的形成及修改来实现对厂站内拓扑分析的初始形成及开关变位跟踪,实现了在已有拓扑结果上处理开关变位影响的效果,避免了传统矩阵法从初始邻接矩阵到全连通矩阵的重复运算。 提出了一种基于开关连通路径的厂站内拓扑一体化分析方案,通过分析节点间开关连通路径与全联通矩阵中对应元素之间关系,利用主接线图形特征或邻接矩阵余子式形成两种路径发现算法,进而构建了以开关状态量为自变量的全连通矩阵函数,通过代入开关实时状态直接求值的方式实现了厂站内初始拓扑形成和开关变位跟踪的一体化分析。离线形成开关连通路径函数,在线加以实时跟踪的处理模式,从根本上提高了厂站内拓扑分析的效率。 (2)网络拓扑分析中PMU提供的状态量和模拟量信息的具体应用研究 提出了一套基于PMU信息混合运算的快速网络拓扑分析算法。其中,厂站内分析部分,在判断进出线母线归属的基础上,通过分析判断汇流母线节点关联注入电流是否满足KCL约束,实现划分连通片,进而完成厂站内拓扑分析任务;厂站间分析部分,在剖析网络树枝断开为电气岛追踪难点的基础上,利用广义KCL对区域网络的电流注入情况进行分析,并结合网络中树、连枝的动态划分,有效地解决了树枝断开追踪的难题。 提出了一种基于最小二乘原理的厂站内开关拓扑错误辨识方案。首先对开关拓扑错误进行了分类,然后形成了联系开关状态量与线路及开关电流量的线性方程,并通过对电流相量实虚部同时分析的处理方式构建了对开关状态进行辨识的最小二乘算法,能够有效地处理各类开关拓扑错误。 全网多点布置的PMU所提供信息的快速性和同步性对网络拓扑分析功能的实现产生了深刻影响,而由其保障的系统电气量计算的同时性也为实现广域后备保护关键功能——故障元件定位提供了有利条件。根据对故障点出现造成的电网拓扑结构破坏的不同处理方式,以及不同规模PMU测点信息的应用,论文侧重从电气拓扑一致性分析以及PMU量测布点有限的角度对故障定位方法进行研究。 (1)提出了一种基于电气拓扑一致性分析的故障元件定位方案。通过分析支路故障和节点故障对网络结构破坏的不同影响,一方面利用是否满足电气拓扑一致性约束来快速定位支路故障,另一方面引入贝叶斯判别分析理论,综合利用故障前后电气量信息,以先验知识和后验概率相结合来实现对节点故障的准确可靠定位。 (2)有限PMU布点提供电网局部量测信息下的全网故障定位方法研究。 首先,通过对故障点在电网拓扑上加以等效消除,推导验证了电网故障前后节点矩阵的不变性特点。然后结合具有表达电网全局信息优势的节点阻抗矩阵,提出了两种分别基于近远区自适应搜索以及基于方差最小原理的故障定位算法,并能提供一定精度的故障点距离计算值。其中,前者在进行近远区故障定义和划分的基础上,利用PMU电压信息形成故障支路自适应搜索的策略,达到了近区故障定位效率高,远区故障搜索不遗漏的效果;后者通过分析节点等效注入虚拟故障电流数列的特点,利用方差最小原理实现第一步定位故障关联节点,第二步定位故障支路的目的,能够将搜索范围缩小到故障关联节点相连的支路集合中,有效地提高了故障定位的效率。


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