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基于故障多元信息的新型保护系统关键技术与应用
一、立项背景 继电保护是保障电网安全运行的第一道防线。自上世纪80年代微机保护应用以来,历经多次更新换代,我国继电保护技术一直处于世界先进水平,为保障电网安全做出了突出贡献。随着智能电网的发展、超/特高压远距离输电大通道的建设、区域电网的广泛互联和波动性新能源的规模化接入,我国已建成世界上规模最大、结构最复杂的电网。电网的快速发展给继电保护带来了严峻挑战: 1、后备保护方面,由于电网结构复杂,运行方式多变,造成后备保护定值更难整定,保护选择性和灵敏性的矛盾更加突出,保护拒动误动风险并存。国内已发生多起类似“6.18”西安南郊站,因后备保护灵敏性不足拒动,造成变压器烧毁的重大事故;国际上屡屡发生的因潮流转移过负荷,后备保护误动引发的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停电事故,也不断地对我国电网敲响警钟。 2、主保护方面,超/特高压电气设备结构复杂、线路距离长,短路电流变化大,造成主保护对变压器匝间短路、线路高阻接地等轻微故障的反应灵敏性下降。“11.22”济南特高压泉城站变压器爆炸正是由于保护对起始发生的轻微故障未能灵敏切除,引起事故扩大,造成了重大人员伤亡和财产损失。 这些问题已成为我国电网安全运行的重大隐患!问题的症结在于传统保护仅利用设备自身的电气量信息,在复杂电网环境下,保护反应的电气量在故障和非故障间差异变小甚至混叠,依靠定值配合无法保证保护可靠正确动作。不改变传统保护工作模式,仅对保护判据进行修正或调整定值,只能在一定程度上单方面地解决保护拒动或误动的问题。 二、发明思路 突破保护仅利用设备自身信息的限制,综合利用站间保护关联逻辑量、站域故障全过程电气量等信息,对后备保护、主保护、系统构成模式进行全面创新,构建“站域集中-站间分布式”新型保护系统。   图1 技术发明总体思路 三、发明方案 技术发明点1:基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 传统后备保护既存在对相邻元件故障反应能力不足,保护拒动的问题,又存在受过负荷和系统振荡影响,保护误动的问题。针对上述问题,该项目发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法;创造性地将故障的空间分布特征映射为站间的保护关联逻辑量信息,首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 发明点1.1:发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,为保护可靠利用站间信息奠定了基础。 快速跟踪和可靠识别电网拓扑的变化,确定保护的关联关系,是保护利用站间信息首先要解决的关键问题。发明了保护关联关系在线快速跟踪和可靠性校核方法,关键技术包括:1)提出了基于虚拟阻抗矩阵的保护关联关系分析方法,创造性地将开关状态虚拟为支路阻抗并构建节点虚拟阻抗矩阵,在线微调矩阵元素即可实现开关状态的快速跟踪,跟踪时间由秒级缩短至毫秒级,为后备保护快速动作提供了可靠保障;2)发明了电气量和开关量信息双重约束的关联关系可靠性校核方法,首次将电气量信息引入保护关联关系识别,通过开关量信息和电气量信息实时匹配校验,实现了保护关联关系的可靠在线校核。 发明点1.2:首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,攻克了保护不误动和不拒动无法兼顾的难题。 电流元件、方向元件、阻抗元件等保护逻辑量信息,蕴涵着故障方向、故障范围等故障直接特征,并且信息交互简单、可靠。根据不同位置保护逻辑量反应故障的差异化特征,发明了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术。关键技术包括:1)首次将电网故障的空间分布特征映射为保护逻辑量信息,按近后备和远后备灵敏性要求设定保护范围,实现了逻辑量信息与故障分布特征的关联和匹配,解决了保护强依赖定值的问题;2)首创了基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术(如图2所示)。利用逻辑量对故障反应的交叉重叠特征,根据动作一致性原则,既实现了故障设备的快速准确识别,又从根本上攻克了系统振荡及过负荷造成保护误动的难题。 基于站间逻辑量信息的后备保护技术可实现近后备保护全范围速动,远后备保护延时由1.5s以上缩短至0.5s以内;在原理上保证了对相邻元件故障反应的灵敏性,避免了后备保护拒动导致的重大事故发生;不受系统振荡和过负荷影响,避免了保护误动引发的连锁跳闸和系统性事故发生。   图2 基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术 技术发明点2:基于故障模型参数异变特征的主保护技术 现有电气设备主保护仅反应故障外在表现特征,在变压器匝间短路及线路高阻接地等轻微故障情况下,外部故障与内部故障特征差异不明显,易造成保护拒动。为解决上述问题,该项目基于故障的物理本质特征,揭示了故障导致电气设备模型参数变化的机理,利用故障全过程电气量信息,构建了可灵敏反应设备参数变化的故障模型,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了对轻微故障的反应能力。 发明点2.1:首创了可反应变电站电气设备参数变化的故障模型,从物理本质上消除了非故障因素对主保护灵敏性的影响。 突破主保护仅反应故障外在表现特征的局限,利用设备故障全过程全相电气量信息,建立了对故障高灵敏而对非故障不敏感的模型。关键技术包括:1)发明了基于线路压降-阻抗联合分布的故障网络模型,建立了线路阻抗、过渡电阻及分布电容压降之间的幅值、相位关联关系,创建了仅保留线路阻抗压降分布情况的故障网络模型(如图3所示);2)发明了基于电压磁链方程的变压器故障模型,建立了变压器高、中、低压各侧绕组电压与主磁链、漏磁链的等值平衡关系,消除主磁链的非线性成分,建立了仅反应漏磁链变化的变压器故障模型(如图4所示),从原理上摆脱了分布电容电流、负荷电流、励磁涌流等非故障因素的影响。 发明点2.2:发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术,实现了保护对轻微故障反应能力的大幅提升。 利用站域故障全过程电气量信息,反应故障前后模型参数的变化情况以及三相不一致程度,发明了基于故障模型参数异变特征的主保护技术。关键技术包括:1) 发明了基于阻抗压降变化特征的线路主保护技术,构建了线路压降-阻抗参数关联矩阵,通过实时追踪矩阵中各元素的变化量以及元素间的差异,准确识别故障线路及故障位置(如图5所示);2) 计及CT误差、变压器有载调压对保护的影响,实时计算各相等效漏感参数的突变量及不一致程度,发明了基于等效漏感参数变化特征的变压器主保护技术(如图6所示),显著提升了保护对变压器轻微匝间短路识别的灵敏性。 基于故障全过程电气量信息的主保护技术可以做到变压器匝间短路识别死区由5%降至2%,500kV线路接地故障过渡电阻反应能力由300Ω提升至1000Ω,故障定位误差由5%下降至1.3%。实现了对电气设备轻微故障的灵敏切除,可有效避免事故扩大造成的重大人员伤亡和财产损失。 技术发明点3:站域集中-站间分布式新型保护系统 构建基于故障全过程逻辑量、电气量信息的新型保护系统是对百年历史继电保护模式的重大变革,除满足复杂电网对继电保护的要求外,还需要考虑工程实现的可行性、应用场景的适用性和运行维护的便利性等重大工程应用问题。该项目首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,实现了与传统保护的有机衔接,可灵活组态适用各种电网应用场景;发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,为新型保护系统信息交互提供了可靠保障。 发明点3.1:首创了站域集中-站间分布式的新型保护系统构成模式,奠定了新型保护系统在不同电压等级电网推广应用的基础。 该项目创建了“站域集中-站间分布式”的新型保护系统(如图7所示),实现了发明点1和2技术的工程推广应用。关键技术包括:1)发明了以间隔为基本单元的站域集中-站间分布式保护构成模式。间隔单元做到“即插即用”,扩展性强,可灵活组态适用各种电网应用场景;站域主机实现对站内信息的融合与优化利用;相邻站域主机虚拟为变电站间隔单元,实现站间分布对等交互信息。该模式通信链路清晰简捷,易于工程实现;2)发明了新型保护系统与传统保护的集成与自适应转化技术。新型保护系统在传统保护基础上集成故障全过程信息进化形成,在故障信息缺失的极端情况下仍具备传统保护功能。新型保护系统可充分传承传统保护成熟的运维经验,实现了与传统保护之间的有机衔接。   发明点3.2:发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术、基于保护关联关系的数据自适应替代技术,保证了新型保护系统的可靠性。 基于新型保护系统构成模式,发明了站域、站间信息交互可靠性保障技术,实现了异常数据的实时校核与缺失数据的自适应替代。关键技术包括:1)发明了基于时间序列特征和电气量物理约束的数据校核技术,在线修正异常采样数据,解决了电气量在采样或传输中出现畸变而影响保护动作性能的难题;2)发明了基于保护关联关系的数据自适应替代技术,在间隔单元CT断线、PT断线等信息源丢失情况下,通过数据互补重构实现缺失数据的自适应替代,保证了保护功能的完整性,有效提升了保护的可靠 四、创新性成果 该项目攻克了传统保护不误动、不拒动无法兼顾的难题,取得了以下关键技术突破: 1、基于站间逻辑量信息一致性特征的后备保护技术,保护最长动作时间缩短至500ms以内,彻底解决了远后备保护拒动,以及受系统振荡和过负荷影响误动的问题; 2、基于故障模型参数异变特征的主保护技术,显著提升了保护对轻微故障的反应能力; 3、站域集中-站间分布式新型保护系统,实现了保护技术在不同电网场景下的广泛应用。
华北电力大学 2021-05-10
THz光纤扫描近场成像系统在癌症临床诊断中的应用
该诊断方法是基于癌症组织切片吸收常数的THz近场光纤扫描成像,系统传输的图像易于量化,且无需H&E染色,即可实现病理诊断自动化。因此,该系统在临床癌症检查中具有重要的潜在应用价值,有望在快速、简便、准确地鉴别胃癌上发挥重要作用,可以节约大量医院和人力资源的使用,具有重要的社会经济价值。
东南大学 2021-04-11
5G无线机动组网及在垂直行业的应用
随着5G与垂直行业的结合日益紧密,5G专网受到了广泛关注。传统5G专网大多依赖现有的运营商网络设施,基站位置固定且建设成本高,无法满足部分垂直领域低沉本、快速、灵活的布网需求。例如在应急抢险救灾领域,在地面通信设施中断受损等情况下,需要短时间快速进行网络搭建,且网络的服务区域需随着救援人员的任务位置不断变化;在矿业开采领域,随着作业面的掘进,联网机械设备的位置也在变化,由此也需要调整基站的位置。另外,对于长距离覆盖的场景,单个5G基站由于覆盖距离受限,难以满足要求。 在上述需求驱动下,课题组提出了5G机动专网的概念,通过利用5G高速链路实现了5G基站和核心网间的无线连接(即无线回程),使基站部署位置不再受限于有线连接,与此同时,机动专网系统的基站和核心网具有便携、轻量的特点,成本低、易部署、机动性好。由于系统的接入链路和回程链路均基于5G制式,整个系统相比现有Mesh组网方案具有显著的高速率优势,可在多跳组网下有效支撑全景视频回传、无线增强现实、远程无人车操控、高清视频通话等业务。图1展示了系统使用的灵巧软基站、雾小站和轻量核心网,图2展示了一个具体的机动多跳传输方案和性能结果,图3展示了所提方案在应急通信和军事通信领域的应用前景。 图 1 机动专网核心设备介绍 图 2 机动组网系统拓扑 图 3 机动组网系统应用前景
北京邮电大学 2021-05-09
氧化石墨烯增强超高性能混凝土的开发和应用
本技术采用先进的氧化石墨烯分散技术,实现了氧化石墨烯在超高性能混凝土的可控分散,进而制备出超高韧性、超高耐久的水泥基材料。本技术通过从纳微观尺度上对水泥基材料水化产物的改性,克服了传统水泥基材料本质上脆性行为的弊端,产品能够在严苛的服役环境中长期(大于 100 年)保持优异的服役状态。同时,相比于现有的纳米混凝土改性技术,本技术使用的纳米外加剂-氧化石墨烯制备工艺简单,价格优势明显,改善效果更为显著,使该产品具有较大的经济优势。 
青岛理工大学 2021-04-22
ZmCCT9在调控玉米开花期性状中的应用
本发明公开了ZmCCT9在调控玉米开花期性状中的应用。实验证明。本发明公开的ZmCCT9为如下A1)、A2)或A3):A1)氨基酸序列是序列3的第1‑275位的蛋白质;A2)将序列表中序列3的第1‑275位所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质;A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。实验证明,本发明的ZmCCT9及其编码基因可以调控植物的开花期,导入ZmCCT9编码基因并表达ZmCCT9的植物开花期延长,敲除ZmCCT9编码基因的植物开花期缩短,表明,ZmCCT9及其编码基因可以用来调控植物开花期。
中国农业大学 2021-04-11
VvSUC27基因在促进植物摄取外界蔗糖中的应用
本发明涉及基因工程技术领域,具体公开了VvSUC27基因(GenBank登录号:AF021810)在促进植物摄取外界蔗糖中的应用以及其在促进植物生长(尤其是在弱光环境或无光环境中生长)中的应用。本发明通过过表达VvSUC27基因,促进了植物摄取外界蔗糖,同时可使转基因植物出现快速生长的表型,并且可以在微光甚至使无光下快速生长,证实了该基因的一个新的功能应用。VvSUC27基因的克隆和转基因的应用,有望应用于肉质根或块根植物及花卉等植物的培育中,使得植物即使在无光下也能快速生长,有利于节约光能减少能源的浪费。
中国农业大学 2021-04-11
煤层自燃火灾预测及防灭火新技术的研究与应用
西安科技大学从 1988 年开始就对煤层自燃火灾预测及防灭火新技术的研究与应用。对煤的结构特点和煤层自燃的特点,通过对煤自燃预测理论和防灭火新理论的系统研究,开发出了煤层自燃火灾预测技术和防灭火新技术,并重点在煤矿井下煤层自燃火灾的预测和防治中进行了广泛推广和应用,较好地解决了制约我国煤炭工业科技进步的关键问题之 ——— 煤层自燃火灾的预测和防治问题,取得明显的社会和经济效益,于 2002 年获得了国家科学技术进步二等奖。目前该技术已在全国 20 多个省得到应用。
西安科技大学 2021-04-11
应用于中冷器芯子总成的焊剂喷涂装置
本发明公开了一种应用于中冷器芯子总成的焊剂喷涂装置,装置主要由顶部平台,水平滑台,防护窗,搁置板,储液箱,两个立柱,基座构成。所述顶部平台经过两对锥齿轮副将动力传递到两个对称立柱的竖直丝杠上,带动水平滑台在竖直方向运动,安装在升降板上的伺服电机驱动水平丝杠从而带动喷头组件在水平方向运动,即实现喷头二自由度可调。所述储液箱主要用于储存并回收喷液,箱中液体经过电机叶片进行均匀搅拌,并通过隔膜泵输送至喷头,喷涂过程中溅洒的多余喷液通过所述防护窗引流下落至箱中进行回收利用。本发明的装置通过横移及升降喷头能对不同规格芯子总成的进行喷涂,适用范围广,能满足大批量不同规格生产要求,提高了喷涂效率和喷涂质量。
浙江大学 2021-04-13
无机陶瓷超滤膜在食品和饮料行业中的应用
果汁生产中,在处理压榨过的或预过滤过的果汁澄清方面,微滤和超滤都已达到规模化应用水平。传统的果汁处理工艺包括浆果的粉碎、压榨、粗滤液的过滤和精加工,这些过程需要添加处理剂,如压榨助剂、过滤助剂等。
南京工业大学 2021-01-12
无机陶瓷超滤膜在化工行业中的应用
在石化和化工生产中,催化剂的应用非常广泛,反应后一般需要对产物和催化剂进行分离。由于无机陶瓷膜具有良好的耐热、耐化学溶剂和较好的机械强度,在石化和化工生产的催化剂回收方面显现了突出的优势,已经在多个厂家得到应用。
南京工业大学 2021-01-12
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