广域测量技术

同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时测量,为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机。卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础。文章介绍了以同步相量测量技术为基础的广域测量系统(WAMS)的发展概况,在体系结构、相量测量单元(PMU)分布、通信通道的选择、中心站功能设计等方面进行了分析。在回顾国内外WAMS工程应用情况的基础上,集中介绍了WAMS现有的在线监测、分析与控制功能,并展望了WAMS在未来电力系统闭环控制中的应用前景。2100433B

广域继电保护系统广域继电保护系统的故障判别原理

在广域继电保护系统的应用过程中，故障元件的机制可以被看作是系统中的一个重要内容。从学者对这一问题的研究情况来看，一些学着认为这一系统中所应用的故障判别原理是对广域电流差动原理的一种表现。在这一技术的应用过程中，对广域电流误差和电容电流的问题的优化处理，对这一技术的自身价值的充分发挥，起到了一定的促进作用。还有一些学者认为，这一技术中的故障判别原理涉及到了故障电压分布原理等故障判别原理。这一系统在实际应用过程中的表现来看，智能算法在这一领域中的应用，对广域信息改善的可靠性的提升，具有一定的促进作用 。

广域继电保护系统广域继电保护系统中的其他技术问题

在这技术的应用过程中，信息同步问题、互操作性问题和风险评估问题等问题是系统中存在的主要技术问题。受到我国相关领域的技术现状的影响，在信息同步问题的处理过程中，我们目前只能通过GPS技术的应用，对这一问题进行解决。IEC61850信息标准的出台，对这一系统的互操作性问题的解决提供了一定的帮助。

众多 对广域继电保护决策任务的划分方法进行了探讨，提出了集中式、分散式、分层区域式三种系统结构。集中式保护系统由控制中心进行决策，如图1所示，控制中心集中决策可

以做到系统全局最优控制，更能体现广域保护的优势。但是集中式结构对控制中心设备要求过高，因此必须配置备用的中心设备;而且大量信息的集中处理使得控制中心计算量大，并对通信系统的依赖程度特别高，通信系统的准确性、可靠性、实时性决定着控制中心的分析结果。分散式保护系统由各分散的保护终端SPT进行决策，如图1所示，各保护终端利用一定范围内的信息，通过相对简单的算法和判据，实现可靠、灵敏的系统保护功能。即使某个保护终端决策功能失效，邻近终端可以作为后备。分散式结构能较好地克服集中式对控制中心设备要求过高的问题。但作为分散式系统的决策单元，保护终端获得电网信息有限，分析和决策能力有限，因此分散式结构往往不能做到全局最优控制。分层区域式的保护系统由三层构成位于最底层的本地测量单元(Local Measure UnitLMU、位于中问层的区域决策层(Region DecisionUnit RD U)和位于最顶层的系统监控中心(SystemMonitor Center SMC)，如图1中（c）所示。LMU是用来采集电网实时信息或同时附带保护功能的PMUs CPhase Measure Units); RDU完成数据采集以及保护控制功能，实现一个保护分区的系统保护;SMC对本地保护中心进行协调，实现安全防御计划。在分层区域式保护系统中，RDU与此区域内LMU通过光纤连接，正常运行时，监测本区域内LMU的运行状态，在扰动发生后，对LMU上传信息综合分析并作出相应的决策。决策作出后，一方面下传至LMU，执行闭锁或操作相应的断路器;另一方面将判断结果送至SMC } SMC负责实时协调和监控各区域保护系统。分层式系统中保护中心SMC根据下级单元的判断结果从逻辑上进行故障定位和全局决策，理论上能有效解决集中式广域保护中心计算量大的弊端，对通讯系统的要求也相应降低。

系统结构主要解决在哪里决策的问题。分散式结构是把数据分析和决策过程放在分散于系统各处的保护终端上，虽然能够解决集中式结构对于控制中心要求过高的问题，但是其决策能力有限;集中 式结构是在控制中心集中进行数据分析和控制决策，能够实现全局最优控制，在通信系统和控制中心分析决策能力能够达到要求的前提下，集中式结构是优于分散式结构的。集中式结构虽然功能强大，但是随着电力系统规模的逐渐扩大，保护系统需要的数据采集点增多，数据传输距离增长，对通信系统带宽和计算机运算处理能力提出更高要求。分层式结构结合分散式和集中式结构的优点，把大量原始数据的处理分散在各RDU进行，将大量原始数据传输限制在各有限区域之内，RDU把运算结果上传到保护中心SMC；SMC根据下级单元的判断结果从逻辑上进行故障定位和全局决策。分层式结构不仅能够解决集中式控制中心计算量大的问题，其对通信系统的要求也相应降低，而且还能够从系统角度进行分析和决策，实现全局最优控制，是集中式结构的改进和优化，因此分层式结构是目前更为合理的系统结构。

目前广域继电保护分层式结构是可以改进的，控制中心SMC除了接收区域保护RDU的判断结果外，还应当接收LMU中的部分电网信息，全面利用控制中心信息处理决策能力，更好地实现全局优化控制。例如在某个区域保护中，可以考虑将区域的边界点构成一个大差，大差中的信息处理及决策在控制中心进行，而内部的判别结果由下级判定结果上报。此外，笔者认为分层式结构还存在一些问题，比如说RDU和SMC的权限划分问题，当RDU的判断结果与上级SMC的判断结果不一致时，保护终端应该采用谁的决策结果才更为合理，这也是广域继电保护系统结构中值得深入探讨的问题。

这里要首先明确的是:由于广域信息传递存在延时、可靠性及安全性等局限，且现有主保护的正确动作率较高，广域继电保护与传统主保护相比无明显优势。因此，将广域信息引入到后备保护更符合实际。广域后备保护应与传统主/后备保护相协调，共同承担电网“第一道防线”的职责。

广域后备保护的核心思想在于通过电网中的多点同步测量信息，确定故障元件的具体位置，在相邻保护之间通过简单的时序配合来保证保护动作的正确性。目前的研究主要是基于主保护算法的拓展，将方向比较纵联保护和电流差动保护原理引伸到广域后备保护中，并结合智能算法提高信息的容错性。广域后备保护根据所基于的系统结构不同，可分为区域集中式、变电站集中式、分布式3类。而由于系统结构的不同，相同的算法在实现过程中也有所差别。

广域继电保护系统广域方向比较纵联保护

以区域调度中心为后备保护系统中心，通过采集区域内各变电站线路保护装置的方向判别信息，构建故障方向关联矩阵，从而快速判断出故障线路并做出动作决策。网络仿真软件(NS2)的仿真结果表明主站到子站的端对端通信时延为4.6 ms . 满足广域后备保护的通信要求。

采用变电站集中式结构构建广}P后备保护系统，将母线和变压器保护也纳入系统中通过发电厂的主接线形式和方向元件位置形成关耳矩阵，结合故障方向信息确定具体的故障元件，多通过采集间接相关元件的信息保证算法的容错性在电网拓扑结构发生变化时，集中式结构的广域备保护都只需调整关联矩阵对应的行和列即可与乏适应。

针对集中式结构存在中心站单点失效风险的I}题，提出基于分布式结构的广域后备保打系统。各断路器和TA对应的智能电子设备(IED)仅完成安装点的信息采集和运算，而且自行完成古障定位和判断。算法首先确定各IE D的最小和最尹保护区域，从而保证各IED只与其相关范围内的类他IED交互信息，并定义动作系数和关联系数，再汇过相应判据算出被保护对象是否存在故障。

广域继电保护系统广域电流差动保护

采用基于分布式结构的广域电流差亏保护算法，提出一种基于图论方法的专家系统，根薪设备状态信息及拓扑结构，在线确定各设备的主、备保护区。属同一保护区内的保护装置相互通信巨可实现差动保护。并可根据网络拓扑结构的变化，睡适应调整保护区。 在此基础上引入基于}i测和修正自愈策略的保护Agent承担通信和协调再能。仿真结果证明其在电网连锁故障发生时，比右统过流保护具有更佳的动作特性。

将基于Agent的后备保护系统建立拍传统线路保护基础上，采用常规保护动作信息与以流差动相结合的方法判别故障元件。在广域后备移护由于通信故障退出时，可与传统保护相协调实。后备保护功能。在此基础上对广域后备移护系统的Agent模型进行了具体分析，提出了在区络阻塞、Agent故障、断路器失灵等状态下系统的维错策略。并使用电力和通信同步仿真器EPOCHS对广域后备保护系统进行仿真，该仿真器实现了区络通信(NS2)和电磁暂态仿真(PSCAD)接口，提震了仿真结果的可信度。

广域继电保护系统广域信息容错性算法

在信息容错性方而的研究是基于集件决策系统“知晓”何种信息错误的基础上，缺乏对1F息本身正确与否的识别。针对次此问题纂出了基于遗传算法的故障判别原理，通过构造适F度函数进行选择、交叉、变异等进化操作，求出最钊解。仿真结果表明在5/32的信息畸变率下保护书能做出正确判别。利用状态估计辨识不嵘数据原理，采用递归量测误差估计辨识法对不良娄据进行检测和辨识，与前述算法相比，具有更高的价值。

广域继电保护系统研究的难点和建议

从保护系统基于的结构模式看，区域集中式、变电站集中式和分布式结构的广域保护系统各有优势和缺陷。区域集中式和变电站集中式结构系统的投资较小，集成的信息量更大，可以实现更多的保护功能，同时也存在对决策中心依赖程度高的缺陷。分布式结构的保护系统通信量较少，不存在决策站单点失效的风险，算法更简单可靠，但也存在对IED性能要求较高，实用化困难的缺点。因此，如何根据电网的实际情况，选择合适的结构构建系统仍有待研究。

从广域后备保护系统基于的保护算法看，采用方向比较纵联保护的最大优点在于对GPS同步对时的要求不高，但如何解决逻辑量传输的可靠性及传统纵联方向保护所而临的问题还有待研究。例如:区内(区外)单相接地故障转区外(区内)异名相单相/两相接地故障时，方向元件拒动;线路非全相运行，负/零序方向元件退出后，故障时保护拒动;环网中功率分点故障，线路两侧不同方向元件可能同判为正向，导致保护误动等。采用广域电流差动保护则可避免考虑上述问题。和前者相比，由于需要多个测量点的电流值而非逻辑值，其对GPS同步对时的要求很高。因此，多站信息的高精度同步问题，是广域电流差动算法实用化的关键。

摆脱传统保护算法的束缚，研究新的故障快速识别与隔离算法，弥补现有保护原理存在的缺陷，也是值得探索的方向。以两端电压/电流相量的同步测量值为基础，构建复合相量函数进行故障定位。该法与电流差动算法结合应用，可在一定程度上弥补后者受线路分布电容电流影响较大的缺陷。