基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法

摘要

基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法。在变电站监控层一台主机中运行的区域在线检测系统，当收集与发现本站内某线路对应保护装置有保护信号启动时，启动电网故障在线检测，通过局域网、广域通信网收集启动保护信号所保护的线路两端、相邻各线路的七类保护动作值，计算得到这些线路的相对保护熵，进行从大到小的排序，将相对保护熵排在前两名的线路列为疑似线路，将它们的相对保护熵分别与相对保护熵阈值比较，以多个判据判断出故障线路。本发明将相对保护熵与基于有限PMU的名义过渡电阻两种故障检测方法结合，能够有效检测出单个线路故障、两条不相邻线路双重故障、两条相邻线路复故障情况，大大提高了电网故障检测的容错性。

主权项

基于相对保护熵与名义过渡电阻的电网故障在线检测方法，变电站检测到本站内某保护装置中有保护信号启动后，将启动的保护信号所保护的线路及其相邻线路列为检测线路，利用局域网和广域通信网，收集各检测线路的保护装置的保护信号，计算出各检测线路的相对保护熵，并进行排序，把相对保护熵值大于相对保护熵阈值的线路判断为故障线路；对于相对保护熵小于相对保护熵阈值的线路，构造基于有限PMU的名义过渡电阻的求解方法，求取线路的名义过渡电阻，与名义过渡电阻阈值比较，补充判断其是否属于故障线路,其主要步骤包括：1)在每个变电站层的站控层构建一个区域保护决策子系统，它位于智能变电站站控层的一个主机中，通过局域网LAN收集本变电站中各保护装置的保护信号；当发现某线路有保护信号启动时，将启动的保护信号所保护的线路及其相邻线路列为检测线路，启动对各检测线路的在线检测过程；通过局域网、广域通信网同步数字系列SDH，收集本站、相邻变电站中与各检测线路相关保护装置中的保护信号；2)收集各检测线路的两侧、其相邻各线路远端的保护装置的七类保护动作值：本线路两侧主保护、本线路两侧距离I段保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远端距离III段保护、相邻线路远端方向保护、相邻线路远端距离II段保护信号；3)计算得到检测线路L_i的保护熵H_Li：其中，p_i表示与该线路相关的七类保护中某类保护动作的频数，它等于各类保护动作个数或处理后保护动作个数N_i除以该线路故障发生时所有期望保护动作之和N，即p_i＝N_i/N；Ln(p_i)是p_i的自然对数值；‑p_iLn(p_i)表示该类保护的自信息量，构成熵分量，如果p_i为0，则其为0；ω_i表示各熵分量的权重系数；本线路两侧主保护动作个数N₁＝A₁+A_{1_o}，其中A₁、A_{1_o}分别表示本侧和对侧的主保护动作值；本线路两侧距离II段保护动作个数N₂＝A_II+A_{II_o}，其中A_II、A_{II_o}分别表示本侧和对侧的距离II段保护动作值；本线路两侧方向保护动作个数N₃＝|A_D+A_{D_o}|，其中A_D、A_{D_o}分别表示本线路本侧和对侧的方向保护动作值,取值为+1、0、‑1，+1表示正方向动作，本线路区内故障；0表示不动作，本线路区内和区外无故障；‑1表示反方向动作，本线路区外故障；相邻线路远端距离III段保护动作个数其中N_n表示本线路两侧相邻线路的个数和，A_IIIj表示两侧相邻线路j远端距离III段保护动作值；相邻线路远端方向保护动作个数其中A_Dj表示相邻线路j远端方向保护动作值，N_n含义同上；本线路两侧I段保护动作个数N₆＝A_I+A_{I_o}，其中A_I、A_{I_o}分别表示本线路本侧和对侧距离I段保护动作值；相邻线路远端距离II段保护动作个数其中N_m表示本线路两侧中线路个数较多那侧的线路个数和，A_IIj表示相邻线路j远端距离II段保护动作值；式(1)中ω_i表示各熵分量的权重系数；本线路两侧主保护、本线路两侧距离II段保护、本线路两侧方向保护、相邻线路远端距离III段保护、相邻线路远端方向保护这5种保护均保护本线路全线，设ω₁＝1.1、ω₂＝1、ω₃＝1、ω₄＝0.9、ω₅＝0.9；本线路两侧距离I段保护的保护范围一般是本线路的80～85％，保守设ω₆＝0.9；相邻线路远端距离II段保护范围延伸到本线路的30～40％，保守设ω₇＝0.5；计算得到线路L_i的相对保护熵R_Li： R_Li＝H_Li/H_Li.max     (2)其中，H_Li.max表示线路L_i近端或远端发生故障时各保护均正常动作的最大保护熵H_Li.max；在线计算线路L_i的保护熵，将其与最大保护熵H_Li.max相比，得到的数值为线路L_i的相对保护熵R_Li，它反映了该线路的故障程度，介于0～1之间；4).对各检测线路的相对保护熵从大到小进行排序，将相对保护熵排在前两名的线路列为疑似线路，并将它们分别与相对保护熵阈值比较；4A).对于两条疑似线路，如果只有一条线路的相对保护熵大于相对保护熵阈值，即满足以下判据1，就判断该线路为故障线路；判据1：当某线路L_i的相对保护熵大于相邻线路中任意一条线路L_k的相对保护熵、且大于相对保护熵阈值，即满足以下条件时，则判定该线路发生故障；判据1适用于单条线路故障的检测；4B).对于两条疑似线路，如果它们的相对保护熵都大于相对保护熵阈值，有可能是相邻线路复故障、或单条线路故障时相邻正常线路上有多个保护误动造成其相对保护熵大于相对保护熵阈值的情况，就需要对两条疑似线路检查是否满 足以下判据2；判据2：当线路L_i、L_j的相对保护熵都大于相邻线路中任意一条线路L_k的相对保护熵、且都大于相对保护熵阈值，即满足以下条件时，则判定它们发生故障；对于判据2，有两条线路L_i、L_j的相对保护熵都大于相对保护熵阈值，首先判定两条线路中最大相对保护熵对应的线路为故障线路；另一条相邻线路可能发生故障，也可能是有多位保护误动的正常线路；然后在切除故障线路之后，重新采集区域内除去故障线路之外各相关线路的保护信号，对另一条相邻线路的故障情况再次进行判断，回到步骤2)；4C).对于两条疑似线路，如果它们的相对保护熵都不大于相对保护熵阈值，则分两条不相邻疑似线路、两条相邻疑似线路两种情况：(1)如果两条疑似线路在拓扑上不相连，即针对两条不相邻疑似线路：如果其中某条线路的名义过渡电阻小于名义过渡电阻阈值R_f.set，则判断该线路为故障线路，否则其为正常线路；如果两条不相邻疑似线路都为故障线路，则判断发生了不相邻线路双重故障；(2)如果两条疑似线路在拓扑上相连，即针对两条相邻疑似线路：如果其中某线路的名义过渡电阻小于名义过渡电阻阈值R_f.set，则判断该线路为故障线路，否则其为正常线路；在切除故障线路以后，新增一个PMU点，采集其测量值，计算剩余一条疑似线路的名义过渡电阻，再判断一次其故障情况；如果其名义过渡电阻小于名义过渡电阻阈值R_f.set，则确认该线路故障，否则其为正常线路。