专利名称：一种适应网络拓扑变化的最小断点集计算方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种适应网络拓扑变化的最小 断点集计算方法。
背景技术：
最小断点集的求取是复杂环网方向保护整定计算最关键的步骤之一，承担着保障 电网安全可靠运行的重要任务。研究表明，70%的大面积停电事故是直接或间接由于保护 定值不合理而造成了，保护的不正确动作将产生大面积、长时间的停电事故。当网络中存 在环路时，方向保护配合会出现配合“死锁”问题，要求选取一组有效的整定起始点，将所有 的“死锁”解开，保证全网保护的合理配合。整定起始点的选取有多种结果，理论研究表明， 保护的断点(即起始点)数目越少越好，数目最少的断点集即为最小断点集。断点选择合 适，有利于保护的协调配合；反之，断点选择不当，则全网配合收敛速度可能会比较缓慢，甚 至不能收敛，并且还可能影响全网保护动作的快速性和灵敏度。简单网络可由人工采用观 察法决定；当网络中的环路越多，保护之间的相互配合关系就越复杂，单纯采用人工观察的 方式往往造成疏忽，无法快速准确地确定全网的最佳整定起始点，且人工观察的方式存在 大量的重复性工作。目前，我国正形成一个全国互联、“四横六纵”、具有交错嵌套环网结构 特征的复杂互联大电网，最小断点集的求取复杂程度越来越高。同时，智能电网的建设和发 展，迫切需要从根本上改善最小断点集适应系统结构非预设性变化的水平。这就要求当电 网的拓扑发生变化时，最小断点集能够进行快速更新，以适应当前的运行方式，因此，适应 网络拓扑变化的最小断点集计算方法的研究具有较强的工程实际意义。目前，关于最小断点集的研究主要集中在最小断点集的求取上，主要形成了基于 图论的算法、基于保护配合依赖关系的算法和基于人工智能的算法等三种算法。基于图论 的方法简单、直观，理论上能够得到最优解，计算量和复杂程度随着电网规模的增大呈指数 规律增长的，甚至不收敛。基于配合关系的算法复杂度是保护总数的多项式函数，计算量较 小，具有较好的针对性及实用性。然而计算出来的断点具有随机性，不能保证每次得到的断 点数都是最少，且不如图论直观易懂。采用人工智能的算法能大大降低问题复杂性，但算法 参数的设置对计算结果有很大的影响，内部训练、模拟的原理复杂，在实际的继电保护整定 计算程序中尚未广泛应用。这些研究主要针对于静态网络拓扑结构，当网络拓扑发生变化 时，现有的算法主要有两种方式进行最小断点集的更新，一种是利用最小断点集求取算法 对变结构后的网络重新进行断点求取，这种方法计算时间长，每次结构变化都需要重新计 算断点，有很多重复性的工作，效率低，无法适应网络变化的要求；另一种是基于原始网络 的回路信息，利用变结构保护与原始回路的关系进行断点的增减，这种方法对于初始网络 最小断点集的选取有严格限制，需要明确各个保护所处的回路信息，可扩展性较差。
发明内容
针对上述背景技术中现有最小断点集计算方法中存在计算量大、计算复杂、计算结果具有随机性等不足，本发明提出了一种适应网络拓扑变化的最小断点集计算方法。本发明的技术方案是，一种适应网络拓扑变化的最小断点集计算方法，其特征是 该方法包括以下步骤步骤1.当网络有η子区域且线路不变时，全网最小断点集M的计算方法为步骤1. 1 计算全网保护关联矩阵R及各子区域保护关联矩阵Ri, i = 1,2L η；步骤1. 2 计算系统等效后主区域保护关联矩阵Rz ；步骤1. 3 计算全网终端线路最小断点集Mt ；步骤1. 4 计算各子区域最小断点集Mi ；步骤1.5 根据全网终端线路最小断点集Mt及子区域最小断点集Mi计算主区域保 护界定集Uz，删除主区域保护界定集Uz的元素在主区域保护关联矩阵Rz中所对应的行、列 元素，在此基础上计算主区域最小断点集Mz ；步骤1. 6 综合全网终端线路最小断点集Mt、各子区域最小断点集礼、主区域最小 断点集Mz，共同构成全网最小断点集M ；步骤2.当网络线路变化时，全网最小断点集M的计算方法为步骤2. 1当网络线路增加时，按增加的线路所在的区域，全网最小断点集M的计算 方法为步骤2. 1. 1 子区域内增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新对应子 区域最小断点集Mi,得到子区域内增加线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 1. 2 主区域内增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主区域 最小断点集Mz，得到主区域内增加线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 1. 3 单线路联络节点间增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更 新主区域最小断点集Mz及对应的子区域最小断点集Mi,得到单线路联络节点间增加线路后 的全网最小断点集M ；步骤2. 2当网络线路减少时，按减少的线路所在的区域，全网最小断点集M的计算 方法为步骤2. 2. 1 子区域内减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新对应子 区域最小断点集Mi,得到子区域内减少线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 2. 2 主区域内减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主区域 最小断点集Mz，得到主区域内减少线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 2. 3 单线路联络节点间减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更 新主区域最小断点集Mz及对应的子区域最小断点集Mi,得到单线路联络节点间减少线路后 的全网最小断点集M。所述网络线路增加时，全网最小断点集M的计算过程为首先，在静态全网保护关联矩阵R的基础上，增加保护关联矩阵中新增保护的依 赖关系，获取增加线路后的全网保护关联矩阵R'；然后，在静态全网最小断点集M的基础上，计算增加线路后的虚拟断点集Pa，并利 用虚拟断点集Pa对增加线路后的全网保护关联矩阵R'重构、简化，获取增加线路后的全网 保护关联矩阵R'中与虚拟断点集Pa无关的矩阵&，并用矩阵&计算新增断点；最后，校验新增断点，删除可替代的初始断点，得到增加线路后的全网最小断点集M，若增加的是终端线路，则直接增加终端线路的断点，并校验可替代的断点即可。所述网络线路减少时，全网最小断点集M的计算过程为首先，计算断开线路后的虚拟断点集已，删除其中的非终端线路断点；然后校验新 增加的全网终端断点即得到减少线路后的全网最小断点集M，当断开初始断点所在的线路 时，直接删除该断点并校验新增断点即可。所述主区域保护界定集Uz的计算过程为步骤1 将全网终端线路最小断点集Mt及各子区域最小断点集虬的元素在全网保 护关联矩阵R中所对应的行、列元素置零，再将全网保护关联矩阵R中依赖度为零的保护组 成全网保护界定集U;步骤2 将全网保护界定集U的元素在全网保护关联矩阵R所对应的行、列元素置 零；步骤3 判断此时全网保护关联矩阵R中是否存在依赖度为零的保护，若有，则将 此保护加入全网保护界定集U并返回步骤2，直至全网保护关联矩阵R中是无依赖度为零的 保护，由此得到全网保护界定集U，而全网保护界定集U中联络线保护就构成了主区域保护 界定集Uz。所述虚拟断点集Pa的计算过程为步骤1 将静态网络的初始断点归入虚拟断点集Pa，当涉及主区域时，将主区域保 护界定集Uz和主区域的初始断点集归入虚拟断点集Pa ；步骤2 删除获取增加线路后的全网保护关联矩阵R'中与虚拟断点集Pa相关的 元素；步骤3 判断此时全网保护关联矩阵R'是否存在依赖度为零的保护，若存在，则 将此类保护归入虚拟断点集Pa并返回步骤2，直至全网保护关联矩阵R'中无依赖度为0的 元素为止，由此得到虚拟断点集Pa。所述矩阵&的获取过程为首先，由网络中不属于虚拟断点集Pa的保护组成集合Ta ；然后，由增加线路后的全网保护关联矩阵R'的公式得到矩阵&
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_ cd _其中礼是指行编号、列编号均由虚拟断点集Pa中的元素构成的矩阵块；Rb是指行 编号由虚拟断点集Pa中的元素构成、列编号由集合Ta中的元素构成的矩阵块；R。是指行编 号由集合Ta中的元素构成、列编号由虚拟断点集&中的元素构成的矩阵块；&是指行编号、 列编号均由集合Ta中的元素构成的矩阵块。所述断开线路后的虚拟断点集已的计算过程为首先将断开线路上的保护及初始 的终端断点归入Py删除&元素在全网保护关联矩阵R中所对应的行、列元素，然后将依赖 度为0的保护加入Pp重复此过程直至集合&无新增元素为止。本发明的最小断点集的计算及更新方法同时适用于单区域和多区域网络，并且可 以和工程实际的物理分区相结合。多区域静态拓扑最小断点集的计算过程中，各子区域的 最小断点集可以并行计算，既可以保证全网断点数目合理，又能加快全网最小断点集的求 取速度。最小断点集的更新算法充分利用了静态网络的初始断点等信息，不受原始网络最小断点集求取算法的限制，仅需更新局部区域即可实现全网最小断点集的快速更新，该方 法计算量小，适用于多种网络拓扑变化情况。
图1为本发明的逻辑框图。图2为节点等效后多区域网络示意图。图3为应用本发明的5区域68节点系统示意图。图4为节点等效后主区域的示意图。图5为多区域网络拓扑变化分类示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明实施例的详细说明和具体的操作过程为图1为本发明的逻辑框图，图2为节点等效后多区域网络示意图，假设某电网划分 成η个区域，如图2所示的底层网络，初始的η个区域可视为编号为1、2、…i、···!!的子区 域。然后将子区域1、2、…i、…η分别等效成节点，对应的等效节点编号为Γ、2'、… i'、…η'，这η个等效节点与初始联络线共同构成了主区域，如图2所示的顶层网络。各个 子区域和主区域共同构成了节点等效后的多区域系统，共有(η+1)个区域。最小断点集计 算过程中，各个子区域相互独立，可以并行计算，有效降低复杂网络断点求取的复杂程度。图3所示为应用本发明的5区域68节点系统示意图，该系统划分为5个子区域， 计及联络线路，该系统共有86条线路(其中有8条为联络线)，172个保护。子区域1关联 着36个节点、42条线路、84个保护，线路的具体的节点和保护编号如表1所示。子区域2 关联着21个节点、27条线路、M个保护，线路的具体的节点和保护编号如表2所示。子区 域3关联着5个节点、5条线路、10个保护；子区域4关联着2个节点、1条线路、2个保护； 子区域5关联着4个节点、3条线路、6个保护。子区域3 5线路的具体节点和保护编号 如表3所示。主区域关联着13个联络节点、8条线路、16个保护，线路具体节点和保护编号 如表4所示。表1子区域1节点保护信息
权利要求
1.一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1.当网络有η子区域且线路不变时，全网最小断点集M的计算方法为 步骤1. 1 计算全网保护关联矩阵R及各子区域保护关联矩阵Ri, i = 1，2L η ；步骤1. 2 计算系统等效后主区域保护关联矩阵Rz ； 步骤1. 3 计算全网终端线路最小断点集Mt ； 步骤1. 4 计算各子区域最小断点集Mi ；步骤1. 5 根据全网终端线路最小断点集Mt及子区域最小断点集Mi计算主区域保护界 定集Uz，删除主区域保护界定集Uz的元素在主区域保护关联矩阵民中所对应的行、列元素， 在此基础上计算主区域最小断点集Mz ；步骤1. 6 综合全网终端线路最小断点集Mt、各子区域最小断点集虬、主区域最小断点 集Mz，共同构成全网最小断点集M ；步骤2.当网络线路变化时，全网最小断点集M的计算方法为 步骤2. 1当网络线路增加时，按增加的线路所在的区域，全网最小断点集M的计算方 法为步骤2. 1. 1 子区域内增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新对应子区域 最小断点集Mi,得到子区域内增加线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 1. 2 主区域内增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主区域最小 断点集Mz，得到主区域内增加线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 1. 3 单线路联络节点间增加线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主 区域最小断点集礼及对应的子区域最小断点集Mi,得到单线路联络节点间增加线路后的全 网最小断点集M ；步骤2. 2当网络线路减少时，按减少的线路所在的区域，全网最小断点集M的计算方法为步骤2. 2. 1 子区域内减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新对应子区域 最小断点集Mi,得到子区域内减少线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 2. 2 主区域内减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主区域最小 断点集Mz，得到主区域内减少线路后的全网最小断点集M ；步骤2. 2. 3 单线路联络节点间减少线路在所述全网最小断点集M的基础上，更新主 区域最小断点集礼及对应的子区域最小断点集Mi,得到单线路联络节点间减少线路后的全 网最小断点集M。
2.根据权利要求1所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述网络线路增加时，全网最小断点集M的计算过程为首先，在静态全网保护关联矩阵R的基础上，增加保护关联矩阵中新增保护的依赖关 系，获取增加线路后的全网保护关联矩阵R'；然后，在静态全网最小断点集M的基础上，计算增加线路后的虚拟断点集Pa，并利用虚 拟断点集&对增加线路后的全网保护关联矩阵R'重构、简化，获取增加线路后的全网保护 关联矩阵R'中与虚拟断点集Pa无关的矩阵&，并用矩阵&计算新增断点；最后，校验新增断点，删除可替代的初始断点，得到增加线路后的全网最小断点集M，若 增加的是终端线路，则直接增加终端线路的断点，并校验可替代的断点即可。
3.根据权利要求1所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述网络线路减少时，全网最小断点集M的计算过程为首先，计算断开线路后的虚拟断点集!\，删除其中的非终端线路断点；然后校验新增加 的全网终端断点即得到减少线路后的全网最小断点集M，当断开初始断点所在的线路时，直 接删除该断点并校验新增断点即可。
4.根据权利要求1所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述主区域保护界定集Uz的计算过程为步骤4. 1 将全网终端线路最小断点集Mt及各子区域最小断点集虬的元素在全网保护 关联矩阵R中所对应的行、列元素置零，再将全网保护关联矩阵R中依赖度为零的保护组成 全网保护界定集U;步骤4. 2 将全网保护界定集U的元素在全网保护关联矩阵R所对应的行、列元素置零；步骤4. 3 判断此时全网保护关联矩阵R中是否存在依赖度为零的保护，若有，则将此 保护加入全网保护界定集U并返回步骤4. 2，直至全网保护关联矩阵R中是无依赖度为零的 保护，由此得到全网保护界定集U，而全网保护界定集U中联络线保护就构成了主区域保护 界定集Uz。
5.根据权利要求2所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述虚拟断点集Pa的计算过程为步骤5. 1 将静态网络的初始断点归入虚拟断点集Pa，当涉及主区域时，将主区域保护 界定集Uz和主区域的初始断点集归入虚拟断点集Pa ；步骤5.2 删除获取增加线路后的全网保护关联矩阵R'中与虚拟断点集Pa相关的元素；步骤5. 3 判断此时全网保护关联矩阵R'是否存在依赖度为零的保护，若存在，则将 此类保护归入虚拟断点集Pa并返回步骤6. 2，直至全网保护关联矩阵R'中无依赖度为0的 元素为止，由此得到虚拟断点集Pa。
6.根据权利要求2所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述矩阵&的获取过程为首先，由网络中不属于虚拟断点集Pa的保护组成集合Ta ； 然后，由增加线路后的全网保护关联矩阵R'的公式得到矩阵& 其中Ra是指行编号、列编号均由虚拟断点集Pa中的元素构成的矩阵块；Rb是指行编号 由虚拟断点集Pa中的元素构成、列编号由集合Ta中的元素构成的矩阵块；R。是指行编号由 集合Ta中的元素构成、列编号由虚拟断点集&中的元素构成的矩阵块扎是指行编号、列编 号均由集合Ta中的元素构成的矩阵块。
7.根据权利要求3所述一种适应网络拓扑变化的全网最小断点集计算方法，其特征是 所述断开线路后的虚拟断点集&的计算过程为首先将断开线路上的保护及初始的终端断 3点归入已，删除已元素在全网保护关联矩阵R中所对应的行、列元素，然后将依赖度为0的 保护加入Py重复此过程直至集合&无新增元素为止。
全文摘要
本发明公开了电力系统继电保护技术领域中的一种适应网络拓扑变化的最小断点集计算方法。该方法在网络拓扑未变化的情况下，利用保护关联矩阵并行计算各子区域的最小断点集，在此基础上，优化计算主区域的最小断点集，并据此确定全网最小断点集；在网络拓扑发生变化的情况下，基于虚拟断点集提出单区域最小断点集更新方案，并将其推广至多区域网络，在主区域、子区域及单线路联络节点拓扑变化时，仅需更新变结构所关联区域的断点即可实现全网最小断点集更新，有效地降低了复杂环网断点更新的复杂性。该方法不受断点求取算法及网络结构分区形式的限制，能够保证全网断点数目合理，计算速度快，具有很强的实用价值。
文档编号H02H7/28GK102130446SQ20111006824
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者叶东华, 王增平, 王彤, 马静 申请人:华北电力大学