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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
一种既有节段拼装桥墩限位耗能保护装置
本实用新型提出了一种既有节段拼装桥墩限位耗能保护装置,包括环形固定件、环形弹性件、多个连接件以及多个耗能件,环形固定件套设在环形弹性件外侧且环形固定件内侧面与环形弹性件外侧面紧密贴合,环形固定件上设有多个贯穿其上下表面的固定孔,连接件的数量与固定孔的数量一致且一个连接件穿过一个固定孔将固定连接件与桥墩的承台连接在一起;环形弹性件的内侧面与桥墩的墩柱外侧面紧密贴合;多个耗能件均镶嵌在环形弹性件内且多个耗能件呈圆周分布。本实用新型传力路径明确,受力机理简单,使得装配式墩柱结构的地震响应达到理想的效果,结
安徽建筑大学 2021-01-12
低速电动车电池保护板、低速度电动车 BMS
目前在低速电动车市场(电动自行车、低速电动轿车、 观光车、叉车等)正在大力兴起,过去大部分都采用铅酸电池,随着新能源电池(如:磷酸铁锂、三元电池等)技 术日趋成熟,用新能源电池替代铅酸电池已是大势所趋。 而其中的保护板、BMS 是新能电池包中不可缺少的重要部件之一,其主要作是在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值,实现电池组各单体电池的均衡,有效地改善了串联充电方式下的充电效果,同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态, 保护并延长电池使用寿命。与同类产品相比,我司产品主要优势有均衡能力较强,保护措施全面且稳定可靠,可适用于多种新能源电池,同时具备通讯、定位、人机交互等多种功能,以广泛应用到多款电动车、叉车、观光车等车 型中 。
中国科学技术大学 2021-04-14
一种基于粒度控制的位置隐私保护方法和系统
本发明公开了一种基于粒度控制的位置隐私保护方法,包括: 判断移动设备中是否存储有一个 LBS 应用程序列表,如果有则为每个 LBS 应用程序设置隐私级别,其对应于该 LBS 应用程序将会获得的位 置精确度,并判断移动设备中是否已经存在有隐私策略库,如果存在 则持续监听来自于 LBS 应用程序的 LBS 请求,并在接收到 LBS 请求 时获取与该 LBS 请求对应的位置信息,从隐私策略库中读取该 LBS 应用程序对应的
华中科技大学 2021-04-14
啤酒大麦品种扬农啤 9 号(国家保护品种)
该品种属春性二棱皮大麦,幼苗半直立,叶色绿叶片较长;分蘖力强,成穗率高,亩有效穗 54 万左右,与对照扬农啤 5 号相仿,穗层整齐度好,穗型较大,每穗实粒数 25粒左右,比对照多 3.3 粒,千粒重在 40 克左右,与对照相仿,株型紧凑,株高 85cm 左右,比 CK 单 2 略矮,耐肥抗倒性较好,抽穗期和成熟期比对照早 1-2 天,高抗大麦黄花叶病,抗寒性比对照略好,后期熟相好。据国家大麦改良中心测定:该品种麦芽蛋白质含量为 11.1%, 微粉浸出率为 79.8%, 糖化力为 210.5WK, 库
扬州大学 2021-04-14
多绳摩擦式提升机钢丝绳打滑保护装
本系统为多绳摩擦式提升机滑绳保护系统,主要应用于矿井提升系统。系统可以有效检测到钢丝绳打滑,并且输出信号到提升机主控系统,执行打滑保护动作。确保了煤矿提升系统的安全运行,保障了煤矿的安全生产。且该系统还可应用于起重机、电梯等由钢丝绳驱动的设备,具有良好的市场前景。
安徽理工大学 2021-04-13
基于虚拟发电厂的配电网无功功率优化调度方法及系统
一种基于虚拟发电厂的配电网无功功率优化调度方法及系统,在沿馈电网络接入的每个节点连接设 置一个监测装置,控制过程包括当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时,各监测装置向虚拟发电厂的集 中控制器上传所接入节点的实时电压有效值;集中控制器建立无功功率优化调度模型并求解得到各分布 式电源的无功输出给定值,集中控制器向各分布式电源发送无功输出给定值,各分布式电源相应输出无 功功率至馈电线路。本发明通过集中控制器的优化调度,使得配电网中各个节点电压偏离额定值
武汉大学 2021-04-14
一种支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员软件技术
1. 痛点问题 随着电力系统的发展,电网运行方式时变性和复杂性日益增强,运行专家难以把握电网安全运行的特征和规律,极大的增加了电网运行风险和控制难度。在传统的调度机制中,一方面,运方人员人工选择典型的运行方式,通过离线电力系统分析程序,计算电网潮流,分析电网稳定性,制定电网安全运行边界,进而人工归纳形成“年度运行方式手册”,来长期指导电网运行;另一方面,调度员将上述运行规则作为安全边界(安全约束),输入能量管理系统(Energy Management System,EMS),进而对电网进行调度和控制,以求在安全边界内达到最优运行点。 然而传统的调度机制存在问题,近年来国内外频繁发生的大停电事故也说明了这一点。主要问题归纳如下: 第一,极端运行方式下不安全:电网运行方式多变,离线规则可能不满足极端运行方式的安全要求。 第二,常规运行方式下经济性差:受能力和时间所限,运方人员离线制定运行规则时,仅分析典型运行方式,规则形成后长期使用,相对粗放,缺乏精益化管控,导致电力网络资源利用率低。 第三,随着新能源的大规模并网、需求响应的逐步实现,运行边界频繁变化,不确定性增强。 第四,电力系统运行受到其他系统影响,电力系统安全已经演变成为一个多系统、多因素综合分析问题。以微气象系统为例,对于发电侧,微气象直接影响风电、光伏等新能源的出力;对于需求侧,微气象直接影响工业负荷、智能楼宇、电动汽车等的负荷功率。因此,微气象系统通过影响发电负荷水平,进而影响电力系统安全。因此,随着电力系统与其他系统的关系日益紧密,电力系统安全评估时需要考虑其他系统(例如微气象系统)的影响。 综上所述,传统的调度机制已经无法适应新的形势。因此,亟需研究支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员软件的关键技术,通过人工智能、深度学习等信息领域与能源领域的交叉研究,突破支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员的基础理论瓶颈,从实际电力系统出发(物理维),立足现有调度机制,基于在线运行方式,采用模型驱动的安全评估方法(模型驱动),形成海量电力系统安全评估仿真样本(数据维);再以这些样本为基础,通过机器学习训练数据驱动的电力系统在线安全评估模型(数据驱动),形成电力系统安全运行知识图谱(知识维),以代替运方的“年度运行方式手册”。 2. 解决方案 本成果提出了一种支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员技术,包括可再生电源的数据驱动电压频率响应特性建模方法、用于暂态稳定预测的失稳样本主动生成方法、电力系统暂态稳定评估方法、结合深度学习和仿真计算的暂态稳定严重故障筛选方法、考虑运行约束的调整潮流生成方法等关键技术,开发了支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员软件。该软件用“人工智能”代替“专家智能”,以电力系统安全评估产生的海量仿真数据为基础,以人工智能和机器学习为手段,构建电力系统安全运行知识图谱,从而将“专家智能”离线制定粗放运行规则的模式,变革为“人工智能”在线发现精细运行规则的模式,逐步代替运方的“年度运行方式手册”,保证复杂电网安全、稳定、经济运行。 3. 合作需求 寻求应用场景和资源对接,应用场景和业务能覆盖断面规模众多的大省如浙江、广东等,并且有与输电网断面发现的大中型企业有合作经验,同时具有一定的技术开发能力、市场推广资源和现场工程实施经验,能与现有团队形成合力,通过信息领域与能源领域的交叉研究,突破支撑复杂电网断面发现的智能机器调度员软硬件难题。为保障项目实施质量和进度要求,拟合作团队需通过ISO9001质量管理体系认证,且是国家高新技术企业。期望通过合作,全面开展产品和服务的推广销售。
清华大学 2023-03-03
一种基于分层时间模糊 Petri 网的输电网故障诊断方法
本发明公开了一种基于分层时间模糊 Petri 网的输电网故障诊断 方法,属于电力技术领域;现有技术中的 Petri 网模型应对不确定及缺 失的报警信息的容错能力仍有待加强;本发明的分层时间模糊 Petri 网 模型,包括分层子模型和综合诊断模型,在保护和断路器发生误动或 拒动、报警信息缺失以及发生多重故障等情况下,均能给出正确的诊 断结果,具有较好的应用前景。 
华中科技大学 2021-04-14
面向中高压智能配电网的桥臂复用电力电子变压器
本发明公开了一种面向中高压智能配电网的桥臂复用电力电子变压器,包括模块化多电平变流器、输入串联输出并联隔离型DC,DC变换器和变流器;模块化多电平变流器输出的正极连接第一个隔离型DC,DC变换器模块的输入侧逆变桥前一桥臂的中间点,负极连接最后一个隔离型DC,DC变换器模块的输入电容负端;相邻两个隔离型DC,DC变换器模块的连接方式为前一模块的输入电容负端连接后一模块的逆变桥前一桥臂的中间点;隔离型DC?DC变换器的输入电容串联而成的桥臂作为上一级模块化多电平变流器的电容桥臂,前后两级共用一个电容桥臂。本发明中MMC跟隔离型DC,DC变换器共用一组电容桥臂,降低了系统成本;可以避免在MMC模块输出电压短路的情况下,ISOP输入电容短路的问题。
东南大学 2021-04-11
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