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配电网层次化保护技术研究

配电网层次化保护技术研究

作者：周攀西华大学

学位级别：硕士

分布式能源因具有能耗少、碳排放低、供电灵活等优点符合“双碳”目标要求而逐渐被重视,并在近几年得到迅速发展和应用。但大量的分布式电源接入配电网,导致配电网的故障特性更加多变,拓扑结构更加复杂,这些都使配电网原有的保护无法满... 详细信息

分布式能源因具有能耗少、碳排放低、供电灵活等优点符合“双碳”目标要求而逐渐被重视,并在近几年得到迅速发展和应用。但大量的分布式电源接入配电网,导致配电网的故障特性更加多变,拓扑结构更加复杂,这些都使配电网原有的保护无法满足继电保护四性的条件。为解决多个分布式电源接入配电网导致原有的三段式电流保护无法正常配合的问题,同时提高配电网对新能源的接纳能力,需要制定一套完整的保护方案确保配电网保护在各种故障情况下的有效性。本文首先从分布式发电技术的应用现状这个方面对传统的分布式电源做了介绍,然后搭建了含分布式电源的配电网模型,并根据传统的三段式电流保护配置原则给各个支路配置相关的三段式电流保护,然后分析了不同数量的分布式电源在不同容量及不同故障类型下对三段式电流保护运行造成的影响,说明了传统的三段式电流保护已经无法适用于含分布式电源的配电网。为解决分布式电源接入配电网导致传统的保护装置出现拒动、误动及灵敏度降低的问题,本文提出了一种配电网层次化保护方案。该方案将整个配电网划分为线段层、区域层、馈线层三个层次,并为线段层配置基于正序分量阻抗的纵联保护(主保护),区域层配置基于矩阵的区域保护(近后备保护),馈线层配置基于基尔霍夫电流定律的馈线保护(远后备保护)通过三种不同层次的保护的协调配合,实现配电网故障时准确的定位、隔离。经过仿真验证了在含分布式电源的配电网出现故障时,该保护方案可以快速切除故障,防止故障范围扩大的效果。最后,考虑到配电网层次化保护适用于通信水平较高的配电网,因此,针对硬件及通信水平无法满足配电网层次化保护要求的配电网,本文提出了故障信息自同步技术,故障时刻相对被保护线路两侧是同时的,以故障时刻为时间参考点,测量线路两侧基波电流故障时刻前后两相邻相同变化趋势峰值点的时间间隔变化,进而计算得到电流相位变化方向判定值,有效克服配电网难以同步采样的困难。仿真验证了基于故障信息自同步技术的新型相差保护方案在降低对通信的要求的同时也具有良好的动作特性。

关键词：分布式电源配电网继电保护层次化保护故障信息自同步技术

层次化保护控制技术在110kV智能变电站建设中的应用研究

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层次化保护控制技术在110kV智能变电站建设中的应用研究

作者：殷中华兰州理工大学

学位级别：硕士

本文在新一代智能变电站示范工程建设与设计的框架下,提出了层次化保护控制技术的应用研究。通过分析变电站一、二次设备的技术发展,按照结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、支撑调控一体、经济节能环保的原则对智能变电站的设... 详细信息

本文在新一代智能变电站示范工程建设与设计的框架下,提出了层次化保护控制技术的应用研究。通过分析变电站一、二次设备的技术发展,按照结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、支撑调控一体、经济节能环保的原则对智能变电站的设计方案进行优化;设计了层次化保护控制系统方案,并对系统的架构及在变电站应用中的功能配置、网络结构、信息交互和布置方式进行详细描述;结合现场应用情况、运行结果和数据等,从一体化业务平台,网络模式、站域保护,集成式就地化二次设备等方面分析层次化保护控制技术在智能变电站建设中的应用。从中可以看到,层次化保护控制系统充分利用新一代智能变电站共享数据信息,满足智能电网发展需求,智能变电站层次化保护控制体系的研究对电力系统的安全稳定运行有重要的意义。本文还从经济性方面,通过建立数学模型,研究层次化保护控制技术等一系列新技术应用于新一代智能化变电站产生的社会和经济效益。采用测控装置的集中化,使间隔层设备量有效较少;装置的就地化,数据传输环节进一步较少,装置的可靠性得到了提升了;预制舱适应性好,防护能力强,造价较省,便于恶劣天气条件下对设备的运维、检修;合并单元智能终端一体化装置让二次电缆布线更加简单,过程层交换机的购买成本进一步降低;二次设备在线监测与评估系统降低了运行维护人员的工作量,提高了设备安全可靠性和使用率,减少了不必要的停电时间,提升了电网运行维护的经济性,综合指标评价,新一代智能化变电站具有很强的推广价值。

关键词：智能变电站层次化保护控制技术

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新型层次化保护系统的构建模式与配置

智慧电力 2019年第12期47卷 15-21,29页

作者：秦瑜文明浩王增超王玉玺刘玮弯丹辉华中科技大学湖北武汉430074 广东电网有限责任公司电力调度控制中心广东广州510075

为解决传统继电保护中后备保护整定配合困难、潮流转移时连锁跳闸、各种异常状况导致的主保护拒动等问题,提高继电保护的整体性能和对未来电网的适应性,提出了新型层次化保护系统的构建模式与功能配置。在站域保护层面,采用分电压等级... 详细信息

为解决传统继电保护中后备保护整定配合困难、潮流转移时连锁跳闸、各种异常状况导致的主保护拒动等问题,提高继电保护的整体性能和对未来电网的适应性,提出了新型层次化保护系统的构建模式与功能配置。在站域保护层面,采用分电压等级集中式站域保护,根据不同电压等级和变电站规模,采用不同的构建模式。在广域保护层面,采用基于相邻变电站信息交互的变电站集中式广域保护构建方案。在站内,站域保护决策中心与本站的广域保护决策中心进行信息交互;在站间,相邻变电站的广域决策中心通过点对多点式的MSTP网络通信。最后,以某电网局部线路网架为参考,通过电磁暂态建模与算例分析,验证了新型层次化保护构建模式与配置的可行性。

关键词：层次化保护构建模式功能配置

新一代智能变电站层次化保护控制系统方案及其可靠性研究

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新一代智能变电站层次化保护控制系统方案及其可靠性研究

作者：李颖超北京交通大学

学位级别：硕士

坚强智能电网建设要求继电保护提高自身性能的同时,还要加强与安稳控制的协调优化。本文在新一代智能变电站研究与设计项目的框架下,考虑电网发展对继电保护的新要求,从顶层设计的角度研究设计了一种新型保护方案,并对该方案的可靠性及... 详细信息

坚强智能电网建设要求继电保护提高自身性能的同时,还要加强与安稳控制的协调优化。本文在新一代智能变电站研究与设计项目的框架下,考虑电网发展对继电保护的新要求,从顶层设计的角度研究设计了一种新型保护方案,并对该方案的可靠性及工程应用进行了研究和探讨。本文在分析智能变电站信息应用和保护相关设备应用现状的基础上,提出了面向区域电网的层次化保护控制系统的概念,该系统在传统保护配置的基础上,设置基于信息共享的站域保护控制和广域保护控制。传统保护面向单个元件,利用被保护对象自身信息独立决策,实现可靠、快速地切除故障;站域保护控制面向变电站,利用站内多个对象的信息,集中决策,改善变电站层面的保护及安稳控制功能;广域保护控制系统面向区域电网,利用多站的综合信息统一判别决策,实现后备保护及安稳控制等功能。文中对各层级的功能进行了模块化设计,并对具体模块的实现功能进行了简要阐述。对层次化保护控制系统应用的技术和方案进行了研究,探讨了就地化等关键技术问题及其解决方案,设计了层次化保护控制在各电压等级变电站的应用方案及系统的协调配合框架,结合新一代智能变电站示范工程介绍了层次化保护控制系统的工程应用案例。为比较层次化保护方案与传统保护方案的可靠性,本文从硬件系统可靠性和功能配置可用性两个方面,分别应用故障树分析法和马尔科夫状态空间法对层次化保护系统可靠性进行了建模、分析,分析结果均表明：层次化保护系统可靠性较传统保护方案可靠性高。本文设计的层次化保护控制系统在基于现有保护方案,面向工程实际技术条件和功能需求,方案实用性强;在该架构下可以根据不同变电站工程的需求配置、开发功能模块,方案灵活性高。目前,该方案已经确立为新一代智能变电站保护系统的解决方案。

关键词：智能变电站层次化保护站域保护控制广域保护控制可靠性

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交直流混联电网层次化保护研究

交直流混联电网层次化保护研究

作者：弯丹辉华中科技大学

学位级别：硕士

传统基于就地信息的保护目前仍承担着保障电网安全的重任,但其存在后备保护整定配合困难,在大负荷潮流转移时可能发生连锁跳闸等问题。同时,高压直流输电因其输送距离远、线路损耗低等优点广泛应用。传统继电保护系统受交直流混联区域... 详细信息

传统基于就地信息的保护目前仍承担着保障电网安全的重任,但其存在后备保护整定配合困难,在大负荷潮流转移时可能发生连锁跳闸等问题。同时,高压直流输电因其输送距离远、线路损耗低等优点广泛应用。传统继电保护系统受交直流混联区域复杂故障特征影响,需要面对更多新的挑战。近年来随着智能变电站的不断发展,基于多源信息的站域保护、广域保护研究成为继电保护领域研究的热点。为解决传统基于就地信息的主后备保护存在的一系列问题并适应交直流混联电网故障特征,有必要基于就地保护、站域保护、广域保护的信息层次,对层次化保护展开研究。本文首先在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建特高压直流系统模型,通过仿真分析计算,对交流保护受连续换相失败的影响情况进行了研究。然后对目前已提出的站域保护构建模式、广域保护构建模式进行研究,提出了一种新型层次化保护构建模式,并对层次化保护在交直流混联区域的构建展开了研究。提出了就地层、站域层、广域层的保护配置,研究了各层保护的时序配合逻辑。提出了一种应对连续换相失败对换流变压器差动保护影响的新方法。最后通过几种典型故障事例的算例分析以及仿真验证,说明本文提出的适用于交直流混联区域的层次化保护可以有效解决传统继电保护系统存在的问题,实现故障的快速可靠切除。

关键词：层次化保护交直流混联站域保护广域保护

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山东配电网层次化保护技术研究与应用

山东配电网层次化保护技术研究与应用

作者：王启明山东大学

学位级别：硕士

经济社会的快速发展使得配电网的供电可靠性越来越受到人们的重视,配电网继电保护及配电自动化的配置情况直接关系到配电网的运行安全。我国配电网继电保护研究起步较晚,配电网分支开关及分界开关大部分为负荷型,不具备隔断故障电流的能... 详细信息

经济社会的快速发展使得配电网的供电可靠性越来越受到人们的重视,配电网继电保护及配电自动化的配置情况直接关系到配电网的运行安全。我国配电网继电保护研究起步较晚,配电网分支开关及分界开关大部分为负荷型,不具备隔断故障电流的能力,传统配电网保护线路上任意一处故障都造成变电站出线开关跳闸,停电率高,供电可靠性差。配电网保护由于级数多、拓扑结构复杂等原因,截止目前,尚未有简单可靠的保护配置方案使其既能就地隔离故障减小停电范围,又能实现各级保护配合防止越级跳闸。因此,设计并优化出更符合继电保护四性的新型配电网保护方案成为提高配电网供电可靠性所亟待解决的问题。为了探寻一种更加符合继电保护四性的配电网保护配置及整定方案,本文基于山东配电网实际开展研究工作,主要内容包括:对山东配电网结构、设备和保护配置现状进行分析,根据山东配电网特点探究层次化保护方案,设计配电网层次化保护的整定及配置原则,提出符合山东配电网实际的保护改造方案,结合实际故障案例对层次化保护和传统保护进行功能对比。主要研究结果如下:(1)对山东省16地市配电网参数及运行数据进行收集,从配网结构、分支开关配置情况、分支线长度、馈线自动化、保护限流5个维度进行分析,运用实际大量数据总结分析出山东配电网5个显著特点:配网网架结构清晰,线路分支线数量不多,结构上具备分级保护的条件;分支线故障率高,实现分支线故障的就地隔离即可大幅提高配网供电可靠性;大部分线路实现分级保护无需进行大范围改造,具备推广条件;整体馈线自动化配置率仍不高,故障自愈能力仍待加强;存在大量因保护定值限制负荷电流的长线路,影响可开放容量水平,需要加装中间断路器。(2)基于山东配电网的特点及现状,结合7个配电网故障场景,设想配电网层级化保护动作过程,提炼设计成果,总结出配电网层次化保护的概念。配电网层次化保护包含配电网就地保护、站域保护、区域保护三个层次。就地保护指配网分支开关、分界开关等安装在就地的保护,可实现配网故障的就近隔离。站域保护指变电站出线开关保护、变压器保护,在就地保护不能隔离故障时,提供后备保护。区域保护指配电自动化系统及安自装置,实现区域整体负荷备投及非故障区域自愈转供。配电网层次化保护主要任务是统筹配电网保护与配电自动化的作用,理顺主网保护与配网保护关系,提高故障切除的选择性,缩跳闸范围减停电区域。其基本原则是用户故障不越分界,支线故障不影响主线,主线故障不扩散至区域,区域故障能够快速转供恢复。(3)进一步明确配网各级开关及系统的功能定位,将配电网实际情况与主网保护综合考虑,制定配电网层次化保护配置及整定原则。配电网层次化保护解决了配网故障均由出线保护跳闸的现状,用户、支线配置断路器型开关实现故障就近隔离,降低主线跳闸率;长线路配置中间断路器解决保护限负荷问题,提高了供电能力;合理配置保护级差及重合闸,提高设备抗短路能力及保护选择性;充分利用馈线自动化系统,加快故障自愈恢复。基于层次化保护的整定原则符合山东配电网实际需求,具备可行性、可靠性、先进性。(4)根据山东配电网实际结合配电网层次化保护要求,从配网网架优化、开关安装、保护配置等方面制定详细实施方案,提出改造四步走的方案,在有限投资的情况下可在短期提高山东省81.6%配电线路的配网故障防御能力。对近几年山东省配电网保护动作情况进行统计,结合实际案例比较层次化保护较传统保护优点。配电网层次化保护的就地保护、站域保护、区域保护从空间维度、时间维度和功能维度上协调配合,将故障影响区域降低至最小范围。试点推广以来,山东配电网保护正确动作率上升35.7%,减少非故障区域停电578万余时户数,降低停电损失9000余万元,具有较好的应用前景。

关键词：配电网层次化保护整定计算配网保护改造故障分析

智能牵引供电广域保护测控系统层次化保护试验研究

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电气化铁道 2021年第6期32卷 36-43页

作者：杨斯泐王永亭郭晨曦郭旭刚董文哲中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所中国铁路北京局集团有限公司供电部

智能牵引供电系统已全面应用于智能京张高铁中,其广域保护测控系统的继电保护配置除满足基本要求外,还具有层次化保护、自愈重构等智能化功能。本文结合京张高铁联调联试智能化短路故障模拟试验对其层次化保护功能进行研究,从就地保护... 详细信息

智能牵引供电系统已全面应用于智能京张高铁中,其广域保护测控系统的继电保护配置除满足基本要求外,还具有层次化保护、自愈重构等智能化功能。本文结合京张高铁联调联试智能化短路故障模拟试验对其层次化保护功能进行研究,从就地保护、站域保护、广域保护多个功能层次,通过在供电臂内进行T-R、F-R、T-F三种类型及不同供电方式条件下的短路试验验证,分析保护动作和故障测距等,对智能牵引供电系统的进一步运用具有参考意义。

关键词：智能牵引供电广域保护层次化保护

基于电流差动原理的智能变电站层次化保护策略研究

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东北电力大学学报 2015年第3期35卷 12-17页

作者：金恩淑马仲涛陈亚潇吴颖赵宇东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012 山东省聊城市供电公司山东聊城252000 国网江西省电力公司检修分公司

为解决传统变电站后备保护方面存在的问题,利用智能变电站信息共享的优势,提出了适用于智能变电站的基于电流差动原理的后备保护新方案。该方案以变电站及所有出线为保护对象,划分了三层不同特性的保护区,根据其处于制动状态或者差动状... 详细信息

为解决传统变电站后备保护方面存在的问题,利用智能变电站信息共享的优势,提出了适用于智能变电站的基于电流差动原理的后备保护新方案。该方案以变电站及所有出线为保护对象,划分了三层不同特性的保护区,根据其处于制动状态或者差动状态来实现故障定位,对其包含线路差动区的广域层电流差动保护进行了改进,使其不受电容电流影响而误动,并利用共享信息构成变电站内部元件集成保护层,准确定位故障元件。利用PSCAD软件构建了典型变电站仿真模型,对不同运行情况进行了全面仿真,验证了该方案的正确性。

关键词：智能变电站层次化保护后备保护广域电流差动保护电容电流

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矿用变电站层次化保护系统设计

当代化工研究 2021年第1期 165-166页

作者：和磊同煤集团煤峪口矿供电科山西037003

智能电网建设在煤矿建设中越来越被重视,考虑到新型矿用变电站对智能电网的继电保护要求,本文设计了层次化保护系统在矿用变电站上的综合应用,有效实现了在时间、空间和功能上协调配合来监测矿井电网实时数据,通过多维度的故障判别方法... 详细信息

智能电网建设在煤矿建设中越来越被重视,考虑到新型矿用变电站对智能电网的继电保护要求,本文设计了层次化保护系统在矿用变电站上的综合应用,有效实现了在时间、空间和功能上协调配合来监测矿井电网实时数据,通过多维度的故障判别方法,自调整的保护配置,提升了矿用变电站的继电保护性能和系统安全稳定运行能力。

关键词：矿用变电站层次化保护设计