面向智能配電網故障自愈的保護方法研究中文摘要

故障自愈涵蓋了從故障發(fā)生到重新恢復供電整個過程，對縮短故障停電時間、提高供電可靠性意義重大。本課題以面向智能配網故障自愈的保護方法為研究對象，主要研究故障的快速消除方法、自適應重合閘方法、電網區(qū)域自動劃分及孤島辨識方法，具體包括：（1）智能配電網故障建模及故障分析，采用分布智能式結構、基于區(qū)域縱聯(lián)比較原理實現(xiàn)相間故障快速檢測隔離的方法；（2）非相間故障自愈方法，包括單相接地全故障電流計算與補償方法，線路參數(shù)在線計算與監(jiān)視、斷線故障判斷與定位方法；（3）智能配電網自適應重合閘，包括智能配電網重合時序的確定及實現(xiàn)方法，基于注入信號法的瞬時性和永久性故障識別原理；（4）基于可達性矩陣和圖的連通性原理的智能配電網分區(qū)及孤島辨識方法，對故障后的電網拓撲進行快速分析，在此基礎上對孤島數(shù)量及覆蓋范圍進行判斷。為實現(xiàn)智能配電網快速可靠自愈、提高供電可靠性提供理論依據(jù)和實現(xiàn)方法。

智能配電網的故障自愈是指在故障發(fā)生后，應用自動控制手段使故障快速恢復或隔離，避免影響電網的安全穩(wěn)定運行與供電質量，或將故障的影響降至最小。故障自愈是對傳統(tǒng)繼電保護、安全自動控制、配電自動化、在線監(jiān)測與故障診斷技術的綜合、延伸和提高。開展智能配電網故障自愈技術的研究，對于減少停電時間、提高供電可靠性和供電質量、降低故障帶來的損失具有重要意義，是智能配電網中亟待解決的關鍵技術問題。 故障自愈涵蓋了從故障發(fā)生到再次恢復供電整個過程，涉及的中間環(huán)節(jié)和技術內容較多，本課題以面向智能配電網的故障自愈保護方法為研究對象，開展了基于區(qū)域縱聯(lián)比較原理的智能配電網故障快速檢測與隔離方法、智能配電網自適應重合閘策略與關鍵技術問題、智能配電網故障后的電網分區(qū)方法與孤島辨識方法研究等，為實現(xiàn)智能配電網故障自愈提供原理和方法支撐。 主要研究內容有：基于區(qū)域縱聯(lián)比較原理的相間短路故障檢測與隔離方法，在智能配電網建模和相間故障特征分析的基礎上，提出了靈敏度不受分布式電源容量和并網位置影響的故障方向檢測元件，采用分布智能式結構實現(xiàn)區(qū)域縱聯(lián)比較保護的方法實現(xiàn)智能配電網故障的快速檢測與隔離；非相間短路故障的自愈方法研究，包括單相接地全故障電流計算與補償方法研究、配電線路參數(shù)在線計算及斷線故障的檢測與定位方法等；開展了智能配電網自適應重合閘策略與關鍵技術問題研究，包括智能配電網開關類型自動識別方法、基于信號注入原理的智能配電網瞬時性故障與永久性故障的識別方法等；開展了基于拓撲分析和關聯(lián)矩陣的智能配電網分區(qū)與孤島辨識方法研究，提出了基于故障隔離和開關變位觸發(fā)的智能配電網分區(qū)方法及基于可達矩陣的孤島檢測與辨識方法。本課題對上述內容進行了深入的研究，提出了相應的算法并進行了算例仿真驗證。在此基礎上完成了多個橫向課題的研究，培養(yǎng)的若干博士和碩士研究生，并取得了相應的學術成果，較好的進行了理論與實踐的結合?？傮w表明，此項目達到預期效果并有良好的前景。

自愈是未來智能電網的核心特征。本項目系統(tǒng)化地研究了電網自愈的基礎理論，提出基于風險約束的電網主動自愈方法論。研究成果覆蓋主動自愈的全過程，包括：適于自愈的信息獲取和風險評估方法，脆弱性的主動消除策略、故障的被動的故障恢復策略以及實現(xiàn)主動自愈策略的核心算法。取得了以下的研究成果： 提出了適用于自愈電網的系統(tǒng)的信息獲取和風險評估的方法。首先，建立了互聯(lián)輸電系統(tǒng)在擾動后動態(tài)狀態(tài)識別和估計的方法；第二，提出了輸電系統(tǒng)在持續(xù)序貫擾動下的靈活域刻畫和運行風險的定量評估策略；第三，提出基于自組織臨界理論的輸電系統(tǒng)風險測度和脆弱環(huán)節(jié)識別策略；第四，建立了基于系統(tǒng)最大安全運行時間的運行風險評估測度方法。 提出了系統(tǒng)脆弱性的消除策略，實現(xiàn)主動自愈。首先，提出了考慮極端運行環(huán)境條件的輸電網檢修策略，消除潛在的脆弱性；第二，提出考慮極端天氣條件下的輸電網主動序貫調整策略，減小潛在損失；第三，提出了考慮信息系統(tǒng)脆弱性的主動防御策略；第四，提出微電網脆弱性主動消除策略，減小潛在損失。 提出了系統(tǒng)化的恢復策略，實現(xiàn)系統(tǒng)的被動自愈。首先，提出了考慮冷負荷、負荷分塊特性、系統(tǒng)頻率響應特性和發(fā)電機爬坡特性的輸電系統(tǒng)恢復策略；第二，提出了基于開關模型和原件的可用性的輸電網恢復策略構建；第三，提出了配電系統(tǒng)中聯(lián)合移動發(fā)電設備的故障后恢復策略。 構建自愈策略的高效計算技術。首先提出了基于矢量化技術的含序貫約束的自愈策略高效求解方法；第二，提出了基于潮流方程幾何特征的高效自愈策略求解方法；第三，建立了基于CPU-GPU混合的自愈策略驗證平臺。 基于理論研究成果，開發(fā)了電力系統(tǒng)自愈決策支持系統(tǒng)-System Restoration Navigator，由美國電力科學研究院在北美大規(guī)模推廣應用。依托本項目培養(yǎng)博士生4名，博士后兩名，發(fā)表論文27篇，其中SCI檢索12篇。出版英文專著一本。 本項目的成果為自愈電網的構建提供理論基礎、分析方法和實現(xiàn)手段，并最終可望使自愈電網的夢想逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。

自愈是未來智能電網的核心特征。本項目將系統(tǒng)化地研究電網自愈的基礎理論，提出基于風險約束的電網主動自愈方法論，主要目標包括：提出一致性的系統(tǒng)風險測度和信息獲取機制，實現(xiàn)系統(tǒng)的風險識別和脆弱性評估，為啟動主動自愈并監(jiān)控自愈過程提供依據(jù)；提出基于風險約束的主動自愈策略構建的一般性理論，以自愈過程總體風險為目標，實現(xiàn)顯性故障的自愈和潛在脆弱性的消除；提出和改進一系列高效的隨機分析方法，實現(xiàn)包含可再生能源和負荷響應等未來智能電網本質特征的系統(tǒng)自愈策略構建，核心技術包括隨機場景消減，馬爾科夫模擬，隨機點估計等；構造CPU和GPU結合的高效計算平臺，將自愈策略構建的計算需求合理的分配到CPU和GPU中，實現(xiàn)軟硬件結合的高性能計算；在標準和實際系統(tǒng)中完成提出理論和技術的測試。.本課題基于申請人以往大量的國際、國內相關研究經驗，其成果將為自愈電網的構建提供理論基礎、分析方法和實現(xiàn)手段。