面向智能配電網(wǎng)故障自愈的保護(hù)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(fù)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(wǎng)故障自愈的保護(hù)方法為研究對象，主要研究故障的快速消除方法、自適應(yīng)重合閘方法、電網(wǎng)區(qū)域自動劃分及孤島辨識方法，具體包括：（1）智能配電網(wǎng)故障建模及故障分析，采用分布智能式結(jié)構(gòu)、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(bǔ)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(wǎng)自適應(yīng)重合閘，包括智能配電網(wǎng)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(dá)性矩陣和圖的連通性原理的智能配電網(wǎng)分區(qū)及孤島辨識方法，對故障后的電網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行快速分析，在此基礎(chǔ)上對孤島數(shù)量及覆蓋范圍進(jìn)行判斷。為實現(xiàn)智能配電網(wǎng)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(wǎng)的故障自愈是指在故障發(fā)生后，應(yīng)用自動控制手段使故障快速恢復(fù)或隔離，避免影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行與供電質(zhì)量，或?qū)⒐收系挠绊懡抵磷钚?。故障自愈是對傳統(tǒng)繼電保護(hù)、安全自動控制、配電自動化、在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的綜合、延伸和提高。開展智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)的研究，對于減少停電時間、提高供電可靠性和供電質(zhì)量、降低故障帶來的損失具有重要意義，是智能配電網(wǎng)中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 故障自愈涵蓋了從故障發(fā)生到再次恢復(fù)供電整個過程，涉及的中間環(huán)節(jié)和技術(shù)內(nèi)容較多，本課題以面向智能配電網(wǎng)的故障自愈保護(hù)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(wǎng)故障快速檢測與隔離方法、智能配電網(wǎng)自適應(yīng)重合閘策略與關(guān)鍵技術(shù)問題、智能配電網(wǎng)故障后的電網(wǎng)分區(qū)方法與孤島辨識方法研究等，為實現(xiàn)智能配電網(wǎng)故障自愈提供原理和方法支撐。 主要研究內(nèi)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(wǎng)建模和相間故障特征分析的基礎(chǔ)上，提出了靈敏度不受分布式電源容量和并網(wǎng)位置影響的故障方向檢測元件，采用分布智能式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)區(qū)域縱聯(lián)比較保護(hù)的方法實現(xiàn)智能配電網(wǎng)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(bǔ)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(wǎng)自適應(yīng)重合閘策略與關(guān)鍵技術(shù)問題研究，包括智能配電網(wǎng)開關(guān)類型自動識別方法、基于信號注入原理的智能配電網(wǎng)瞬時性故障與永久性故障的識別方法等；開展了基于拓?fù)浞治龊完P(guān)聯(lián)矩陣的智能配電網(wǎng)分區(qū)與孤島辨識方法研究，提出了基于故障隔離和開關(guān)變位觸發(fā)的智能配電網(wǎng)分區(qū)方法及基于可達(dá)矩陣的孤島檢測與辨識方法。本課題對上述內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究，提出了相應(yīng)的算法并進(jìn)行了算例仿真驗證。在此基礎(chǔ)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(yīng)的學(xué)術(shù)成果，較好的進(jìn)行了理論與實踐的結(jié)合。總體表明，此項目達(dá)到預(yù)期效果并有良好的前景。

自愈是未來智能電網(wǎng)的核心特征。本項目系統(tǒng)化地研究了電網(wǎng)自愈的基礎(chǔ)理論，提出基于風(fēng)險約束的電網(wǎng)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(fēng)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(fù)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(wǎng)的系統(tǒng)的信息獲取和風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(wǎng)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(wǎng)主動序貫調(diào)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(wǎng)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(fù)策略，實現(xiàn)系統(tǒng)的被動自愈。首先，提出了考慮冷負(fù)荷、負(fù)荷分塊特性、系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性和發(fā)電機(jī)爬坡特性的輸電系統(tǒng)恢復(fù)策略；第二，提出了基于開關(guān)模型和原件的可用性的輸電網(wǎng)恢復(fù)策略構(gòu)建；第三，提出了配電系統(tǒng)中聯(lián)合移動發(fā)電設(shè)備的故障后恢復(fù)策略。 構(gòu)建自愈策略的高效計算技術(shù)。首先提出了基于矢量化技術(shù)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(xué)研究院在北美大規(guī)模推廣應(yīng)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(wǎng)的構(gòu)建提供理論基礎(chǔ)、分析方法和實現(xiàn)手段，并最終可望使自愈電網(wǎng)的夢想逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。

自愈是未來智能電網(wǎng)的核心特征。本項目將系統(tǒng)化地研究電網(wǎng)自愈的基礎(chǔ)理論，提出基于風(fēng)險約束的電網(wǎng)主動自愈方法論，主要目標(biāo)包括：提出一致性的系統(tǒng)風(fēng)險測度和信息獲取機(jī)制，實現(xiàn)系統(tǒng)的風(fēng)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(fēng)險約束的主動自愈策略構(gòu)建的一般性理論，以自愈過程總體風(fēng)險為目標(biāo)，實現(xiàn)顯性故障的自愈和潛在脆弱性的消除；提出和改進(jìn)一系列高效的隨機(jī)分析方法，實現(xiàn)包含可再生能源和負(fù)荷響應(yīng)等未來智能電網(wǎng)本質(zhì)特征的系統(tǒng)自愈策略構(gòu)建，核心技術(shù)包括隨機(jī)場景消減，馬爾科夫模擬，隨機(jī)點估計等；構(gòu)造CPU和GPU結(jié)合的高效計算平臺，將自愈策略構(gòu)建的計算需求合理的分配到CPU和GPU中，實現(xiàn)軟硬件結(jié)合的高性能計算；在標(biāo)準(zhǔn)和實際系統(tǒng)中完成提出理論和技術(shù)的測試。.本課題基于申請人以往大量的國際、國內(nèi)相關(guān)研究經(jīng)驗，其成果將為自愈電網(wǎng)的構(gòu)建提供理論基礎(chǔ)、分析方法和實現(xiàn)手段。