面向智能配电网故障自愈的保护方法研究结题摘要

智能配电网的故障自愈是指在故障发生后，应用自动控制手段使故障快速恢复或隔离，避免影响电网的安全稳定运行与供电质量，或将故障的影响降至最小。故障自愈是对传统继电保护、安全自动控制、配电自动化、在线监测与故障诊断技术的综合、延伸和提高。开展智能配电网故障自愈技术的研究，对于减少停电时间、提高供电可靠性和供电质量、降低故障带来的损失具有重要意义，是智能配电网中亟待解决的关键技术问题。 故障自愈涵盖了从故障发生到再次恢复供电整个过程，涉及的中间环节和技术内容较多，本课题以面向智能配电网的故障自愈保护方法为研究对象，开展了基于区域纵联比较原理的智能配电网故障快速检测与隔离方法、智能配电网自适应重合闸策略与关键技术问题、智能配电网故障后的电网分区方法与孤岛辨识方法研究等，为实现智能配电网故障自愈提供原理和方法支撑。 主要研究内容有：基于区域纵联比较原理的相间短路故障检测与隔离方法，在智能配电网建模和相间故障特征分析的基础上，提出了灵敏度不受分布式电源容量和并网位置影响的故障方向检测元件，采用分布智能式结构实现区域纵联比较保护的方法实现智能配电网故障的快速检测与隔离；非相间短路故障的自愈方法研究，包括单相接地全故障电流计算与补偿方法研究、配电线路参数在线计算及断线故障的检测与定位方法等；开展了智能配电网自适应重合闸策略与关键技术问题研究，包括智能配电网开关类型自动识别方法、基于信号注入原理的智能配电网瞬时性故障与永久性故障的识别方法等；开展了基于拓扑分析和关联矩阵的智能配电网分区与孤岛辨识方法研究，提出了基于故障隔离和开关变位触发的智能配电网分区方法及基于可达矩阵的孤岛检测与辨识方法。本课题对上述内容进行了深入的研究，提出了相应的算法并进行了算例仿真验证。在此基础上完成了多个横向课题的研究，培养的若干博士和硕士研究生，并取得了相应的学术成果，较好的进行了理论与实践的结合。总体表明，此项目达到预期效果并有良好的前景。

故障自愈涵盖了从故障发生到重新恢复供电整个过程，对缩短故障停电时间、提高供电可靠性意义重大。本课题以面向智能配网故障自愈的保护方法为研究对象，主要研究故障的快速消除方法、自适应重合闸方法、电网区域自动划分及孤岛辨识方法，具体包括：（1）智能配电网故障建模及故障分析，采用分布智能式结构、基于区域纵联比较原理实现相间故障快速检测隔离的方法；（2）非相间故障自愈方法，包括单相接地全故障电流计算与补偿方法，线路参数在线计算与监视、断线故障判断与定位方法；（3）智能配电网自适应重合闸，包括智能配电网重合时序的确定及实现方法，基于注入信号法的瞬时性和永久性故障识别原理；（4）基于可达性矩阵和图的连通性原理的智能配电网分区及孤岛辨识方法，对故障后的电网拓扑进行快速分析，在此基础上对孤岛数量及覆盖范围进行判断。为实现智能配电网快速可靠自愈、提高供电可靠性提供理论依据和实现方法。

自愈是未来智能电网的核心特征。本项目系统化地研究了电网自愈的基础理论，提出基于风险约束的电网主动自愈方法论。研究成果覆盖主动自愈的全过程，包括：适于自愈的信息获取和风险评估方法，脆弱性的主动消除策略、故障的被动的故障恢复策略以及实现主动自愈策略的核心算法。取得了以下的研究成果： 提出了适用于自愈电网的系统的信息获取和风险评估的方法。首先，建立了互联输电系统在扰动后动态状态识别和估计的方法；第二，提出了输电系统在持续序贯扰动下的灵活域刻画和运行风险的定量评估策略；第三，提出基于自组织临界理论的输电系统风险测度和脆弱环节识别策略；第四，建立了基于系统最大安全运行时间的运行风险评估测度方法。 提出了系统脆弱性的消除策略，实现主动自愈。首先，提出了考虑极端运行环境条件的输电网检修策略，消除潜在的脆弱性；第二，提出考虑极端天气条件下的输电网主动序贯调整策略，减小潜在损失；第三，提出了考虑信息系统脆弱性的主动防御策略；第四，提出微电网脆弱性主动消除策略，减小潜在损失。 提出了系统化的恢复策略，实现系统的被动自愈。首先，提出了考虑冷负荷、负荷分块特性、系统频率响应特性和发电机爬坡特性的输电系统恢复策略；第二，提出了基于开关模型和原件的可用性的输电网恢复策略构建；第三，提出了配电系统中联合移动发电设备的故障后恢复策略。 构建自愈策略的高效计算技术。首先提出了基于矢量化技术的含序贯约束的自愈策略高效求解方法；第二，提出了基于潮流方程几何特征的高效自愈策略求解方法；第三，建立了基于CPU-GPU混合的自愈策略验证平台。 基于理论研究成果，开发了电力系统自愈决策支持系统-System Restoration Navigator，由美国电力科学研究院在北美大规模推广应用。依托本项目培养博士生4名，博士后两名，发表论文27篇，其中SCI检索12篇。出版英文专著一本。 本项目的成果为自愈电网的构建提供理论基础、分析方法和实现手段，并最终可望使自愈电网的梦想逐步变为现实。

自愈是未来智能电网的核心特征。本项目将系统化地研究电网自愈的基础理论，提出基于风险约束的电网主动自愈方法论，主要目标包括：提出一致性的系统风险测度和信息获取机制，实现系统的风险识别和脆弱性评估，为启动主动自愈并监控自愈过程提供依据；提出基于风险约束的主动自愈策略构建的一般性理论，以自愈过程总体风险为目标，实现显性故障的自愈和潜在脆弱性的消除；提出和改进一系列高效的随机分析方法，实现包含可再生能源和负荷响应等未来智能电网本质特征的系统自愈策略构建，核心技术包括随机场景消减，马尔科夫模拟，随机点估计等；构造CPU和GPU结合的高效计算平台，将自愈策略构建的计算需求合理的分配到CPU和GPU中，实现软硬件结合的高性能计算；在标准和实际系统中完成提出理论和技术的测试。.本课题基于申请人以往大量的国际、国内相关研究经验，其成果将为自愈电网的构建提供理论基础、分析方法和实现手段。