供配電線路自適應保護系統(tǒng)的算法與通信研究.pdf

1、繼電保護是電力系統(tǒng)安全運行必不可少的技術措施和重要手段。傳統(tǒng)繼電保護無通信能力或通信能力較差，均為孤立的保護，且其整定值均通過離線計算獲得，在運行中保持不變，無法使保護達到最佳保護效果，在靈敏性、選擇性與速動性方面甚至無法滿足電力系統(tǒng)對繼電保護的要求。自適應保護能自動在線計算并修改保護整定值，使保護始終處于最佳工作狀態(tài)。保護裝置自適應由于只利用本地信息，只能適應較小范圍的系統(tǒng)運行方式變化。保護系統(tǒng)自適應通過通信網(wǎng)絡，利用系統(tǒng)信息、自適應

2、保護功能實現(xiàn)策略與自適應保護算法，能適應電力系統(tǒng)各種運行方式的變化，達到最佳保護效果。本文深入研究了自適應保護系統(tǒng)所需解決的自適應保護算法、小波幅值算法、DeviceNet關鍵技術及DeviceNet與工業(yè)以太網(wǎng)通信傳送延時等問題，構(gòu)建了一種新型的供配電線路自適應保護系統(tǒng)。其應用可提高供配電線路保護的選擇性、靈敏性與供配電線路運行的可靠性、安全性。
　　在充分調(diào)研國內(nèi)外自適應保護系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎上，基于DeviceNet現(xiàn)場總線

3、與工業(yè)以太網(wǎng)以及給出的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了適用于35kV及以下電壓等級由生產(chǎn)設備層、間隔層、變電站層與集控中心層組成的供配電線路自適應保護系統(tǒng)。為解決保護系統(tǒng)自適應保護功能實現(xiàn)的問題，提出了自適應整定算法、系統(tǒng)級自適應保護功能實現(xiàn)策略與裝置級自適應保護算法。所提出的自適應整定算法、系統(tǒng)級自適應保護功能實現(xiàn)策略綜合利用供配電線路自適應保護裝置本地信息、變電站站內(nèi)信息與集控中心借助SCADA系統(tǒng)提供的一次、二次設備狀態(tài)信息及拓撲連接關系，自

4、動在線計算并修正保護整定值，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、運行方式及故障類型變化的自適應。所提出的裝置級自適應保護算法為自適應三段式電流保護算法，應用該算法對具體實例進行了分析；通過對該保護算法的改進，使其可適用于雙側(cè)電源供配電線路和更復雜供配電線路的帶方向和低電壓閉鎖的自適應三段式電流保護。根據(jù)給出的自適應保護裝置靈敏性、選擇性的校驗規(guī)則，在自適應保護裝置整定完成后對其靈敏性、選擇性進行了實時校驗。
　　在供配電線路自適應保護裝置自

5、適應保護算法實現(xiàn)過程中，需計算供配電線路的電流幅值。針對全周傅里葉算法不能濾除衰減直流分量與頻率特性較差的問題，提出了適用于自適應保護裝置的差分濾波器加全周Morlet復小波幅值算法與Symlets小波幅值輔助算法。所提出的差分濾波器加全周 Morlet復小波幅值算法是在深入研究各參數(shù)對給出的Morlet復小波幅值算法性能的影響基礎上，針對全周Morlet復小波幅值算法不能濾除2次諧波分量的問題提出的，它可有效濾除衰減直流分量并具有較好

6、的頻率特性與較高的計算精度。所提出的Symlets小波幅值輔助算法可精確捕捉故障發(fā)生時刻并能在較短的時間內(nèi)定量預測出故障后電流幅值。結(jié)合這兩種算法各自的優(yōu)點，確定在供配電線路正常運行時，利用sym3小波對其電流信號進行分解、重構(gòu)，由重構(gòu)后高頻分量的模極大值預測電流幅值，捕捉故障發(fā)生時刻；故障發(fā)生后，采用差分濾波器加全周Morlet復小波幅值算法計算供配電線路電流的基波幅值。
　　通信的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了供配電線路自適應

7、保護系統(tǒng)的可用性。在深入研究DeviceNet網(wǎng)絡模型、報文類型、I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式、通信連接、對象建模、設備描述等關鍵技術基礎上，給出了自適應保護裝置這一具體現(xiàn)場設備的設備描述、對象模型及其DeviceNet通信功能的實現(xiàn)方法與過程。運用現(xiàn)場總線傳送延時模型與性能評價指標分析了自適應保護系統(tǒng)變電站層DeviceNet通信的傳送延時、吞吐量、網(wǎng)絡效率與網(wǎng)絡利用率，驗證了DeviceNet通信的實時性、可靠性。對自適應保護系統(tǒng)變電站層De

8、viceNet通信網(wǎng)絡進行了通信功能驗證。分析了自適應保護系統(tǒng)集控中心層工業(yè)以太網(wǎng)周期性通信的傳送延時，驗證了工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。
　　為解決自適應保護系統(tǒng)變電站層硬件組成與數(shù)據(jù)傳輸這一基礎問題，提出并實現(xiàn)了變電站層的技術方案。變電站層是由作為主節(jié)點的包含PCI DeviceNet板卡的工控機（變電站控制中心）與作為從節(jié)點的多個供配電線路自適應保護裝置組成的DeviceNet網(wǎng)絡，主節(jié)點與各從節(jié)點可實現(xiàn)高效、實時的Devi