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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
可视化交互装配工艺规划及信息管理系统
Ø  成果简介:本项目通过建立一个基于虚拟现实技术的计算机装配工艺规划仿真分析环境,利用产品的CAD模型,在不制造实际模型的情况下,由装配工艺规划人员在计算机环境中对产品的装配工艺过程进行交互式的定义和分析,包括建立产品各组成零部件的装配顺序,空间装配路径,编制工艺文档,并分析装配过程中的装配精度和装配机构运动,从而大幅减少装配工艺规划周期和成本,同时,系统提供装配工艺过程动画录制功能,将规划好的装配工艺以三维动画形式纪录下来,并可以通过安装在装配现场的浏览终端,展示给装配人员,
北京理工大学 2021-01-12
基于地面传输数字电视的动态交通信息发布系统
1 成果简介实现了一个以地面传输数字电视的广播发送为传输手段的面向出行者提供多媒体实时交通信息服务,导航终端提取并利用实时交通信息进行动态导航的应用系统。研究解决了接入设备架构及以终端软硬件系统架构等关键技术问题。实现了交通信息的接入、信息管理、信息编码、信息调度、信息发送,以及终端接收、信息分离与解码、信息提示与动态导航等必要环节,实现了应用演示系统。2 技术指标成果实现的功能如下:实时交通路况的传输与接收、显示;基于实时交通路况的动态导航;多媒体交通信息的传输与接收、显示;本系统优势是传输容量大,可以传输图片等多媒体信息,用户可以查看主要路口的视频图像,更直观地了解交通路况。3 应用说明该技术方案不单独占用无线频谱,不用建设新的无线覆盖网络,可在大地域范围实现面向出行者、车辆驾驶员的实时交通信息发布,有助于对出行车辆实施动态的交通诱导,缓解大城市日益严重的交通拥挤、阻塞状况,从而提高出行效率,降低能源消耗,减少城市污染。4 效益分析在此信息服务平台的基础上,可以提供面向出行者的商业服务信息、导航终端的地图数据更新等增值服务。
清华大学 2021-04-13
地下工程三维信息化监测管理系统
北京工业大学 2021-04-14
便携式外场实验综合信息处理系统
本项目使用FPGA+ARM架构,中央处理单元采用飞思卡尔公司i.MX6处理器,该处理器可适应严酷的军工环境,车载安装,野外无人值守等需要高可靠性的应用。高速并行协处理器采用Altera公司的Cyclone V 5CEFA2F23,该型号的FPGA具有25K个可并行工作的逻辑单元,作为图像处理模块的核心处理器。 本系统对数据源数据格式不做限制,任何格式的数据都可采集并且存储下来,并且任何格式的图片数据都可以实时显示。本系统采集速度极高,单板平均速度可达90MB/s,经过大量测试与验证,
西安电子科技大学 2021-04-14
基于网络化的 CAD/CAPP/CAM 信息特征提取系统
项目概况 该模块提供了一个基于网络的通过不同 CAD 系统导出零件模型信息并提取零件特征信 息的系统,融自动识别、模糊匹配、通用性强于一体的、具有异地可操作性、多功能的实时 的科研开发平台及系统。 本项目处于国内先进水平,拥有自主知识产权。 18 主要特点 依据从 CAD 到 CAPP/CAM、从三维到二维的基本方法;采取基于网络化可操作性手段, 以 CAD 系统导出的 STEP 文件为核心,实现了从三维 CAD 系统获取产品零件加工特征,STEP 文件信息自动识别准确迅速,方便查询,可实时修改和更新,基于网络化的操作方法;有遍 历的各项历史记录,通用性较强;特征识别通过模糊匹配,基本实现智能化判断和匹配,实 现简单零件基本特征的提取;也可以根据具体的产品零件进行定制开发和提取,开放性和灵 活性较强;也可以与实际的数控机床 NC 程序相结合进行开发;有通用或专用接口,可广泛 用于各个不同类型的企业和不同地域的虚拟企业。该系统具有许多独到的功能(网络化操作、 三维软件不限制、零件类型不限制、智能故障诊断等) 技术指标 基于网络化操作、自动信息识别、智能特征提取、实时故障诊断;实时修改和更新、查 询操作方便、通用性强;远程数据发送,实现多企业和异地的共操作;有通用或专用接口, 开放性好,可结合数控机床、企业实际情况等进行定向开发。一种基于网络的通用的零件信 息提取科研开发系统。 市场前景 近年来虚拟企业的迅猛增多和异地企业的合作增强,使得基于网络化的零件特征提取具 有良好的市场前景,也使众多一直需要解决的难题,因此受到广大制造企业的青睐。 
南京工程学院 2021-04-13
多极电磁铁实验室矢量电磁场水冷式或风冷磁场设备
产品介绍: 北京锦正茂科技有限公司自主研发的多极电磁铁以四极电磁铁居多,也有五极、六极、八极等多极的应用,主要应用于多极磁环充磁、径向梯度磁场、旋转磁场磁导向等多种应用,按用户的使用要求设计制作,该种类型的电磁铁能够完*的与客户设计的磁场平台兼容。 您也可以在淘宝网首页搜索“锦正茂科技”,就能看到我们的企业店铺,联系更加方便快速! 产品用途: 您也可以在淘宝网首页搜索“锦正茂科技”,就能看到我们的企业店铺,联系更加方便快速! 电磁铁/电磁场发生器主要用于磁滞现象研究、磁化系数测量、霍尔效应研究、磁光实验、磁场退火、核磁共振、电子顺磁共振、生物学研究、磁性测量、磁性材料取向、霍尔效应、磁导率测量、自旋磁共振演示、生物研究等。 您也可以在淘宝网首页搜索“锦正茂科技”,就能看到我们的企业店铺,联系更加方便快速! 产品优势: ※多极水冷式或风冷、具有视野开阔、磁场强度高、磁场强度大小调节方便的特点 ※体积小、重量轻、占空比小、结构紧凑、磁场性能更佳。 ※可选配工作间隙刻度指示 ※在小气隙时用于铁氧体产品的充磁,与磁性样品产品的磁化处理。 同时与北京锦正茂自主研发的高精度双极性恒流电源及FCP磁场控制平台完*结合(稳定性10PPM),可以组成一套多功能实验室磁场发生系统。这个系统中,通过真正的双极性恒流电源输出,可以实现了快速均匀的磁场扫描以及磁场换向,从而避免在使用非连续性电源时出现过零反转的间断问题,实现真正的零磁场。 您也可以在淘宝网首页搜索“锦正茂科技”,就能看到我们的企业店铺,联系更加方便快速! 技术指标: ※电磁铁为四极结构的,轭铁八边形,气隙可调,极柱直径50mm,磁极直径25mm,四极在同一平面;可水平或45度角放置。 ※电磁铁配四个极头;其中两个极头打5mm通孔,当气隙为25mm时,一维中心磁场Hmax≥0.25T; ※电磁铁采用自然冷却。0.25T磁场环境下可连续工作30分钟,线包温升小于60℃ ; ※电磁铁单线包功率150W,双线包串联300W,﹡功率300W*2,四极各留抽头。
北京锦正茂科技有限公司 2022-02-07
一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法
本发明涉及一种基于神经网络的风电磁悬浮偏航系统悬浮控制方法,属电气工程技术领域。该方法采用含量化因子的神经网络控制策略,使磁悬浮偏航系统在受到随机干扰情况下,实现稳定悬浮控制:当需要偏航时,首先由悬浮控制器采用PID算法控制励磁电流,使悬浮物向上悬浮至并保持在悬浮平衡点处,得到稳态下外环PID控制器的比例、积分、微分系数参数;其次,悬浮控制器改用含量化因子的神经网络控制策略,获得外环PID控制器参数的调节量;然后由两者求得励磁电流参考值,减去实际值,经内环PID控制器,实时调整励磁电流,实现稳定悬浮。本发明自适应能力强、动态响应快、抗干扰能力强,可确保整个悬浮偏航过程系统性能实时最优。
曲阜师范大学 2021-05-07
调谐型电磁超材料关键技术及在射频识别系统中的应用
本项目突破了电磁超材料存在的不可调谐、带宽窄、设计可靠性低等关键技术,开发出可调谐型射频微波电磁材料结构设计、电磁特性仿真与控制、材料制造与性能测试等工艺与方法,研制出系列射频/微波频段调谐型电磁超材料、基于超材料的射频滤波器/双工器/三工器/天线、超高频射频识别标签/读写器等产品,进行了规模化示范应用与验证,其性能指标达到市场同类产品国内领先水平;获得授权发明专利32项、实用新型专利27项,发表论文150余篇(其中SCI论文60余篇)。
电子科技大学 2021-04-14
基于身份证开锁的物联网电子锁系统
基于身份证开锁的物联网电子锁系统,主要由物联网电子锁、云服务器、后台管理软件、客户端软件组成。整个系统是基于无线以太网通信技术,可实现远程无线对电子锁的监控管理,通过RFID射频识别技术识别身份证信息。该系统解决了可用二代身份证刷卡开锁的问题,实现开锁过程实名制,以及利用无线以太网络传输开锁密码、开锁身份证号、门锁状态等信息的问题。
太原科技大学 2021-05-04
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