利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2016.02.004

电力建设 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (2): 25-33.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2016.02.004

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利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略

徐兵1，张岩1，田方媛1，文福拴1,2，朱炳铨3，徐立中3

1.浙江大学电气工程学院，杭州市310027；2.文莱科技大学电机与电子工程系，文莱斯里巴加湾 BE1410；3.国网浙江省电力公司，杭州市 310007

出版日期:2016-02-01
作者简介:徐兵（1992），男，硕士研究生，从事电力系统故障诊断和系统恢复方面的研究工作；张岩（1990），男，博士研究生，从事电力系统故障诊断和系统恢复方面的研究工作；田方媛（1992），女，硕士研究生，主要从事电力系统故障诊断和系统恢复方面的研究工作；文福拴（1965），男，教授，博士生导师，本文通信作者，主要从事电力系统故障诊断与系统恢复、电力经济与电力市场、智能电网与电动汽车等方面的研究工作；朱炳铨（1967），男，高级工程师，主要从事电网调度运行管理工作；徐立中（1983），男，博士，工程师，主要从事电力系统调度运行控制工作。
基金资助:
国家高技术研究发展计划项目（863计划）（2015AA050202）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20120101110112）；国网浙江省电力公司科研项目（5211ZD13000R）；国家电网公司科技项目（52110115009Q）

Fault Identification and Wide-Area Backup Protection Strategy Based on Limited Phasor Measurement Units

XU Bing1，ZHANG Yan1，TIAN Fangyuan1，WEN Fushuan1,2，ZHU Bingquan3，XU Lizhong3

1. School of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China；2. Department of Electrical and Electronic Engineering, Institut Teknologi Brunei, Bandar Seri Begawan BE1410, Brunei；3. State Grid Zhejiang Electric Power Corporation, Hangzhou 310007, China

Online:2016-02-01
Supported by:
Project supported by National High Technology Research and Development Program （863 Program）（2015AA050202）；Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education （20120101110112）

摘要/Abstract

摘要：

针对传统后备保护整定困难、动作延时长、配合关系复杂等问题，提出了一种利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略。首先，根据相量测量单元的安装位置划分后备保护区域；在发生故障时，利用电气量信息确定故障设备所在的后备保护区域，以期快速缩小可疑故障设备范围。其次，提出一种基于解析模型的故障识别方法和广域后备保护策略。当主保护未能成功切除故障时，这种解析模型可综合利用主保护动作警报、断路器动作警报、后备保护启动信息和功率方向继电器指向信息，利用禁忌算法（tabu search，TS）求解最优故障假说，并通过解析保护和断路器的动作逻辑判断拒动装置。之后，根据不同的拒动情况提出相应的后备保护策略以防止故障扩大。最后，以IEEE 39节点系统为例，对所提出的方法做了验证。仿真结果表明，所提出的方法是可行的，具有较强的容错能力。

关键词: 故障诊断, 后备保护策略, 相量测量单元（PMU）, 后备保护区域（BPZ）, 解析模型

Abstract:

The traditional backup protection has some drawbacks, including difficult protection setting, long time delay and complicated coordination. Given this background, this paper proposes a fault identification and wide-area backup protection strategy based on limited phasor measurement units （PMUs）. Firstly, the whole power network is divided into several backup protection zones （BPZs） based on the placement of PMUs. Once a fault occurs, the electrical quantities are utilized to identify the faulted BPZ, so as to quickly narrow down the scope of suspected fault sections. Then, we present fault identification method and wide-area backup protection strategy based on the analytical model. When the main protection fails to clear the fault, this analytical model can comprehensively use the alarm information of main protection, circuit breaker action alarm, backup protection startup information and power direction relays to point to the information, adopt tabu search （TS） algorithm to seek the optimal fault hypothesis, and determine the malfunction devices through analyzing the action logics of protection and circuit breaker. Based on the identified malfunctions, the corresponding backup protection strategy is initiated to prevent the fault from spreading. The simulation results show that the proposed method is feasible and has strong fault tolerance ability.

Key words: fault diagnosis, backup protection strategy, phasor measurement unit （PMU）, backup protection zone （BPZ）, analytical model

中图分类号:

TM 774

徐兵，张岩，田方媛，文福拴，朱炳铨，徐立中. 利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 25-33.

XU Bing，ZHANG Yan，TIAN Fangyuan，WEN Fushuan，ZHU Bingquan，XU Lizhong. Fault Identification and Wide-Area Backup Protection Strategy Based on Limited Phasor Measurement Units[J]. Electric Power Construction, 2016, 37(2): 25-33.

参考文献

［1］陈梦骁，王慧芳，何奔腾.距离II段保护简化整定方法及区域式后备保护方案［J］.电力系统自动化，2015，39（7）：151-156.
CHEN Mengxiao， WANG Huifang，HE Benteng.A simplified method of distance relay zone-II setting calculation and a region-based backup relaying scheme［J］.Automation of Electric Power Systems，2015，39（7）：151-156.
［2］杨向飞，刘革明，朱小红，等.光纤通道异常时加速线路II段后备保护技术［J］.电力系统自动化，2014，38（4）：123-126.
YANG Xiangfei，LIU Geming，ZHU Xiaohong，et al.Technology of accelerating back-up protection of transmission line zone II with abnormal fiber channel ［J］.Automation of Electric Power Systems，2014，38（4）：123-126.
［3］余锐，熊小伏.数字化变电站继电保护装置失效后备措施研究［J］.电力自动化设备，2009，29（7）：127-129.
YU Rui，XIONG Xiaofu.Back-up protection units for relay protection failure in digital substation［J］.Electric Power Automation Equipment，2009，29（7）：127-129.
［4］干磊，康河文，何敏.基于广域测量系统的电压稳定动态监测［J］.电力系统保护与控制，2010，38（21）：152-155.
GAN Lei，KANG Hewen，HE Min.The dynamic monitoring of voltage stability based on wide-area measurement system［J］.Power System Protection and Control，38（21）：152-155.
［5］王慧铮，王铁强，许勇，等.基于WAMS与PSD的电力系统低频振荡起振原因分析［J］.电力建设，2010，31（10）：1-5.
WANG Huizheng，WANG Tieqiang，XU Yong，et al.Analysis of low frequency oscillation of the WAMS and PSD-based power system［J］.Electric Power Construction，2010，31（10）：1-5.
［6］李虹，李卫国，赵书强，等.利用WAMS的电力系统动态状态估计结果校正［J］.中国电机工程学报，2010，30（25）：74-80.
LI Hong，LI Weiguo，ZHAO Shuqiang，et al.Results correction for power system dynamic state estimation based on WAMS［J］.Proceedings of the CSEE，2010，30（25）：74-80.
［7］李大路，李蕊，孙元章，等.计及广域测量信息的状态估计错误参数识别与修正［J］.电力系统自动化，2008，32（14）：11-15.
LI Dalu，LI Rui，SUN Yuanzhang，et al.Recognizing and correcting the wrong parameters in state estimation considering the WAMS measurements［J］.Automation of Electric Power Systems，2008，32（14）：11-15.
［8］牛胜锁，刘颖，梁志瑞，等.基于广域测量和抗差最小二乘法的电力系统谐波状态估计［J］.电力系统保护与控制，2012，40（8）：10-14.
NIU Shengsuo，LIU Ying，LIANG Zhirui，et al.Power system harmonic state estimation based on generalized measurement and robust least squares［J］.Power System Protection and Control，2012，40（8）：10-14.
［9］EISSA M M，MASOUD M E，ELANWAR M M M.A novel back up wide area protection technique for power transmission grids using phasor measurement unit［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25（1）：270-278.
［10］NAYAK P K，PRADHAN A K，BAJPAI P.Wide-area measurement-based backup protection for power network with series compensation［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2014，29（4）：1970-1977.
［11］TONG Xiaoyang，WANG Xiaoru，WANG Rui，et al.The study of a regional decentralized peer-to-peer negotiation-based wide-area backup protection multi-agent system［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2013，4（2）：1197-1206.
［12］汪华，张哲，尹项根，等.基于故障电压分布的广域后备保护算法［J］.电力系统自动化，2011，35（7）：48-52.
WANG Hua，ZHANG Zhe，YIN Xianggen，et，al.A wide area back-up protection algorithm based on fault voltage distribution［J］.Automation of Electric Power Systems，2011，35（7）：48-52.
［13］曾飞，苗世洪，林湘宁，等.基于序分量的电网广域后备保护算法［J］.电力系统自动化，2010，34（23）：57-63.
ZENG Fei，MIAO Shihong，LIN Xiangning，et al.A wide area backup protection algorithm for power grid based on sequence component［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（23）：57-63.
［14］NEYESTANAKI M K，RANJBAR A M.An adaptive PMU-based wide area backup protection scheme for power transmission lines［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2015，6（3）：1550-1559.
［15］陈静，刘涤尘，王宝华.基于有限PMU的广域后备保护研究［J］.电力系统保护与控制，2012，40（17）：67-71.
CHEN Jing，LIU Dichen，WANG Baohua.Study of wide area backup protection based on limited number of PMU［J］.Power System Protection and Control，2012，40（17）：67-71.
［16］文福拴，钱源平，韩祯祥，等.利用保护和断路器信息的电力系统故障诊断与不可观测的保护的状态识别的模型与Tabu搜索方法［J］.电工技术学报，1998，13（5）：1-10.
WEN Fushuan，QIAN Yuanping，HAN Zhenxiang，et al.A Tabu search based approach to fault section estimation and state identification of unobserved protective relays in power systems using information from protective relays and circuit breakers［J］.Transactions of China Electrotechnical Society，1998，13（5）：1-10.
［17］董明，张勇，张岩，等.含电气量信息的电力系统故障诊断解析模型［J］.电力系统自动化，2013，37（6）：55-62.
DONG Ming，ZHANG Yong，ZHANG Yan，et al.An analytic model for power system fault diagnosis employing electrical data［J］.Automation of Electric Power Systems，2013，37（6）：55-62.
［18］GUO Wenxin，WEN Fushuan，LEDWICH Gerard，et al.An analytic model for fault diagnosis in power systems considering malfunctions of protective relays and circuit breakers［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25（3）：1393-1401.

[1]	张岩, 文福拴, 熊文, 牛振勇, 赵宏伟, 尚慧玉. 基于广域测量信息的电力系统故障诊断解析模型 [J]. 电力建设, 2018, 39(5): 10-.
[2]	张勇1，李丹1，文福拴2，张岩3，董艺1，郑建梓1. 基于IEC 61850的智能变电站过程层故障诊断[J]. 电力建设, 2018, 39(3): 42-.
[3]	尚慧玉，王崇宇，陈明辉，阳曾，熊文，文福拴. 灾害天气条件下电力系统故障诊断特征匹配方法[J]. 电力建设, 2018, 39(10): 37-43.
[4]	莫哈马德雷扎·戈尔巴尼帕瓦，周宁. 使用PMU数据检测持续振荡的多延迟自相干方法[J]. 电力建设, 2017, 38(9): 73-.
[5]	王守鹏，赵冬梅 . 一种基于体液免疫原理的电网故障诊断模型设计方法 [J]. 电力建设, 2017, 38(7): 131-.
[6]	廖志伟，岳苓，文福拴，朱炳铨，徐立中. 基于规则网的高压输电线路故障诊断与保护动作性能评价[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 34-41.
[7]	雷倩，吉兴全，文福拴，刘志鹏，于永进，许焕奇. 利用暂态分量的含分布式电源配电系统故障诊断[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 42-49.
[8]	高峰, 王彦文，郭林，徐睿. 电力系统负荷节点在线电压稳定指标的研究[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 69-77.
[9]	陈伟彪，陈亦平，姚伟，孙雁斌，文劲宇. 基于多源信息时间序列匹配的电网故障诊断方法[J]. 电力建设, 2016, 37(12): 134-.
[10]	韩中合，焦宏超，朱霄珣，王智. 基于EEMD排列组合熵的SVM转子振动故障诊断研究[J]. 电力建设, 2016, 37(1): 92-96.
[11]	王国平，余涛，傅森木，钟运平，张勇，程小华. 基于DGA的变压器故障诊断智能方法分析[J]. 电力建设, 2015, 36(6): 34-39.
[12]	石鑫，朱永利. 深度学习神经网络在电力变压器故障诊断中的应用[J]. 电力建设, 2015, 36(12): 116-122.
[13]	朱添益,蒋铁铮, 罗杰,宋军英, 谢晓骞. 一种基于电气量数据的输电线路故障诊断方法[J]. 电力建设, 2014, 35(10): 74-78.
[14]	陈彦桥，张芬芳. 330 MW机组控制系统的节能优化设计[J]. 电力建设, 2013, 34(1): 66-69.
[15]	程林. 特高压GIS/HGIS设备振动诊断方法研究[J]. 电力建设, 2009, 30(7): 17-19.

利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略

Fault Identification and Wide-Area Backup Protection Strategy Based on Limited Phasor Measurement Units

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