基于信息容错的保护系统与方法与流程

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种基于信息融合的保护系统与方法。
背景技术：
：电力系统无疑是现代生活中最重要的部分之一，稳定的电力系统是确保人们生活工作的保障。随着通信技术的发展，电力系统的区域保护控制技术逐渐成为了现有电力系统的研究重点之一。随着通信技术、网络技术的完善与变电站光纤化的普及，保证远动通信的实时性与低误码率，但是仍然无法避免出现传输信息通过通信校验后出现部分信息丢失的事故。经过分析发现，引起这种信息丢失事故原因包括：通信环境出现扰动、或由于自然灾害引起通信通道损坏(如冰灾事故中发生的覆冰倒塔导致破坏部分通信通道)；且部分错误信息上传到决策层。现有的分布式的信息采集抗干扰措施难以全面保障，可能在采集端就出现误信息或误判，而极少量损坏的数据就可能导致错误决策。从现有的区域继电保护算法看，如果出现信息缺失或错误一般都只能退出运行或决策错误。由此可见利用某单一种类信息的广域继电保护算法，对区域信息利用过于简单，没有有效利用电力系统中所有的电气量是互相关联这一整体优势。故障元件识别是区域保护的核心和基础，如何提高故障元件识别的准确性，特别是在由于传感器故障、信息判断错误等原因引起的区域信息部分缺失或出错情况下的正确性，防止保护系统的拒动、误动，是有限区域保护中需要重点解决的关键问题。因此，亟待研究一种针对区域保护的具有可实施性且可靠的基于信息融合的保护系统与方法。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于信息融合的保护系统与方法，能够提高电力系统中区域保护的可靠性。为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种基于信息融合的保护方法，包括：获取变电站内节点的电气量信息以进行第一初步判断；将所述变电站的电气量信息与相邻变电站的电气量信息进行信息融合并利用遗传算法进行故障评估，以进行第二初步判断；判断第一初步判断与第二初步判断的结果是否一致，如果是则确定该变电站故障。其中，所述第一初步判断包括：对变电站内节点电气量进行信息融合以得到比较精确的故障区域，然后将比较精确的故障区域内的电气量和状态量信息进行融合。其中，所述方法还包括：通过以下公式(1)的电流差动原理对区域范围内故障变电站进行预判；如果边界差动区出现大于预设阈值的差动电流则表示区域范围内的变电站内部以及出线上发生故障，如果边界差动区出现小于预设阈值的差动电流则表示在区域范围之外出现故障；11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一个矩阵具有N行以对应N个节点，所述节点为变电站、站间线路；且所述矩阵中的每一元素为该节点与其他节点之间的电流的方向；0代表与这个节点之间没有关联，无电流流过；1代表电流是流入该节点的；-1代表电流是流出该节点的；其中公式(1)中的；在第二个矩阵中的I1～I12为对应支路的支路电流值。其中，所述方法还包括：通过以下的公式(2)和公式(3)进行多种保护方式的信息融合：Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分别为故障区域内的3种电气量判据以及保护个数，mi为第i个m判据的实际状态；lj和νk分别为第j、k个l和ν判据的实际状态；rp为第p个保护的实际状态；rp为0或1分别表示其未动作和动作；而分别表示对应的期望函数；在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分别为传统主保护、方向保护、距离保护、失灵保护对应的重要度系数；NA、NB、NC、ND为不同保护原理的保护个数，而Aj、Bj、Cj、Dj分别为主保护、方向保护、距离保护、失灵保护的实际状态，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分别为上述保护的期望状态。同时，本发明实施例还提了一种基于信息容错的保护系统，包括：就地保护装置，用于获取变电站内节点的电气量信息；区域保护控制装置，用于根据变电站内节点的电气量信息进行第一初步判断；并用于将所述变电站的电气量信息与相邻变电站的电气量信息进行信息融合并利用遗传算法进行故障评估，以进行第二初步判断；并判断第一初步判断与第二初步判断的结果是否一致，如果是则确定该变电站故障。其中，所述区域保护控制装置还用于对变电站内节点电气量进行信息融合以得到比较精确的故障区域，然后将比较精确的故障区域内的电气量和状态量信息进行融合。其中，所述区域保护控制装置通过以下公式(1)的电流差动原理对区域范围内故障变电站进行预判；如果边界差动区出现大于预设阈值的差动电流则表示区域范围内的变电站内部以及出线上发生故障，如果边界差动区出现小于预设阈值的差动电流则表示在区域范围之外出现故障；11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一个矩阵具有N行以对应N个节点，所述节点为变电站、站间线路；且所述矩阵中的每一元素为该节点与其他节点之间的电流的方向；0代表与这个节点之间没有关联，无电流流过；1代表电流是流入该节点的；-1代表电流是流出该节点的；其中公式(1)中的；在第二个矩阵中的I1～I12为对应支路的支路电流值。其中，所述区域保护控制装置还通过以下的公式(2)和公式(3)进行多种保护方式的信息融合：Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分别为故障区域内的3种电气量判据以及保护个数，mi为第i个m判据的实际状态；lj和νk分别为第j、k个l和ν判据的实际状态；rp为第p个保护的实际状态；rp为0或1分别表示其未动作和动作；而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分别表示对应的期望函数；在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分别为传统主保护、方向保护、距离保护、失灵保护对应的重要度系数；NA、NB、NC、ND为不同保护原理的保护个数，而Aj、Bj、Cj、Dj分别为主保护、方向保护、距离保护、失灵保护的实际状态，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分别为上述保护的期望状态。本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明实施例首先利用公式(1)的区域电气量信息进行初步的故障位置确认，然后在区域保护初步判断保护故障位置后，再利用站内保护动作信息融合算法判断保护故障位置，将二者的结果进行逻辑与运算，进而最后判断故障位置，下发保护控制命令。该方法提高了现有区域保护系统的容错能力，保障了保护控制系统的安全实施。附图说明图1为本发明实施例的区域保护系统示意图；图2为本发明实施例的区域保护拓扑图；图3为本发明实施例的算法逻辑示意图。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本发明实施例提出了一种如图1所示为本发明区域保护控制系统示意图，由图可知，该系统包括就地保护装置、智能接口、合并单元、站域保护装置、区域保护装置，就地保护装置、合并单元、智能接口与站域保护装置通过以太网连接，站域保护装置与区域保护装置通过区域通信网络连接。其中站域保护装置连接变电站以接收变电站内节点的电气量信息以进行第一初步判断；将变电站的电气量信息与相邻变电站的电气量信息进行信息融合并利用遗传算法进行故障评估，以进行第二初步判断；如果第一初步判断与第二初步判断结果一致则确定该变电站故障。其中该电气量信息为电流值。具体的，可以根据基尔霍夫定律计算变电站方位内节点电流；如果电流值为0则该变电站正常运行，如果电流值不为0则该变电站的第一初步判断为发生故障。进一步的，在进行第一初步判断时，为了降低计算复杂度并获取关联紧密的电气量信息，本发明实施例中可以将变电站内节点电气量进行信息融合以得到比较精确的故障区域，然后将比较精确的故障区域内的电气量和状态量信息进行融合。同时，将原理简单且具有良好选择性的电流差动原理应用于区域范围内故障变电站预判，并在此基础上应用基于电流突变量的区域保护，这种保护算法可以保证在保护区域内一旦发生短路故障，就能快速定位故障。如图2所示区域拓扑结构，为了加快相应故障区域辨识速度，可以引入如公式(1)的节点矩阵方程。11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一个矩阵具有N行以对应N个节点，且所述矩阵中的每一元素为该节点与其他节点之间的电流的方向；0代表与这个节点之间没有关联，无电流流过；1代表电流是流入该节点的；-1代表电流是流出该节点的；其中公式(1)中的节点为变电站、站间线路；在第二个矩阵中的I1～I12为对应支路的支路电流值。通过上述公式(1)判断是否在边界差动区来进行故障判断，如果边界差动区出现差大的差动电流则表示比较精确的故障区域内的变电站内部以及出线上发生故障，如果边界差动区出现较小的差动电流则表示在该比较精确的故障区域之外出现故障。因此，将边界差动区出现差大的差动电流作为变电站内部故障的启动判据。在上述分析的基础上，已经预判电网的故障信息位置，因此基于故障位置，挖掘相邻保护信息，进一步改善遗传算法的约束性能，提高算法的容错性，提出遗传算法的适应度函数，利用变电站内传统主保护信息、距离元件信息及方向元件信息建立如下适应度函数：而为体现各保护的重要程度的不同，引入保护系数式得到适应度函数。Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分别为故障区域内的3种电气量判据以及保护个数，mi为第i个m判据的实际状态；lj和νk分别为第j、k个l和ν判据的实际状态；rp为第p个保护的实际状态；rp为0或1分别表示其未动作和动作。而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分别表示对应的期望函数。在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分别为传统主保护、方向保护、距离保护、失灵保护对应的重要度系数；而Aj、Bj、Cj、Dj分别为主保护、方向保护、距离保护、失灵保护的实际状态，NA、NB、NC、ND为不同保护原理的保护个数，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分别为上述保护的期望状态。信息融合的目的是利用相邻变电站内的信息纠正本站内信息的缺失或错误，信息融合是在以方向信息故障判断原理的基础上实现的，广域后备保护系统在对本站及相邻站内的状态信息进行融合决策时，将方向元件信息作为待优化的参数，将本站及相邻站内的各种主保护信息、距离元件信息及方向元件信息以一定的融合策略形成遗传算法的目标函数，通过遗传算法对目标函数的遗传操作得到的最优决策解也即是遗传决策后变电站保护范围内的方向元件信息。再结合基于电气量的故障位置辨识，即可正确的进行保护逻辑判断。如图1所示为本发明区域保护控制系统示意图，由图可知，该系统包括用于就地保护装置、智能接口、合并单元、站域保护装置、区域保护装置，就地保护装置、合并单元、智能接口与站域保护装置通过以太网连接，站域保护装置与区域保护装置通过区域通信网络连接。本发明中，通过站域保护装置上送变电站内节点电气量信息，例如电流值，这样，根据基尔霍夫定律可以计算变电站方位内节点电流，若节点电流为0，那么认为本变电站内无故障，否则，认为本站发生故障，这是以本站信息和相邻变电站状态信息进行信息融合，利用遗传算法进行故障评估，若二者判断结果一致，则认为故障，否则认为无故障。变电站内节点电气量进行信息融合，得到较小的故障区域，然后将较小区域内的电气量和状态量信息进行融合，这样即能减小计算量，同时还能获取关联度紧密的信息。而将原理简单且具有良好选择性的电流差动原理应用于区域范围内故障变电站预判，并在此基础上应用基于电流突变量的区域保护，这种保护算法可以保证在保护区域内一旦发生短路故障，就能快速定位故障。如图1所示区域拓扑结构，为了加快相应故障区域辨识速度，可以引入节点矩阵方程，将站间线路、变电站作为节点。I1至I12为对应支路的支路电流，正常情况11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>上述公式(1)对应为节点的电流方程，当变电站内部以及出线上发生故障时，边界差动区会有较大的差动电流，在变电站节点范围外出现故障时，边界差动区的差动电流将保持在比较小的范围之内，因此，将边界差动区出现差大的差动电流作为变电站内部故障的启动判据。在上述分析的基础上，已经预判电网的故障信息位置，因此基于故障位置，挖掘相邻保护信息，进一步改善遗传算法的约束性能，提高算法的容错性，提出遗传算法的适应度函数，利用变电站内传统主保护信息、距离元件信息及方向元件信息建立如下适应度函数：而为体现各保护的重要程度的不同，引入保护系数式得到适应度函数。Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分别为故障区域内的3种电气量判据以及保护个数，mi为第i个m判据的实际状态；lj和νk分别为第j、k个l和ν判据的实际状态；rp为第p个保护的实际状态。rp为0或1分别表示其未动作和动作。而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分别表示对应的期望函数。而(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分别为传统主保护、方向保护、距离保护、失灵保护对应的重要度系数，一般情况下可以取1，Aj、Bj、Cj、Dj分别为主保护、方向保护、距离保护、失灵保护的实际状态，NA、NB、NC、ND为不同保护原理的保护个数，而Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分别为上述保护的期望状态。信息融合的目的是利用相邻变电站内的信息纠正本站内信息的缺失或错误，信息融合是在以方向信息故障判断原理的基础上实现的。如图3所示的，广域后备保护系统在对本站及相邻站内的状态信息进行融合决策时，将方向元件信息作为待优化的参数，将本站及相邻站内的各种主保护信息、距离元件信息及方向元件信息以一定的融合策略形成遗传算法的目标函数，通过遗传算法对目标函数的遗传操作得到的最优决策解也即是遗传决策后变电站保护范围内的方向元件信息。再结合基于电气量的故障位置辨识，即可正确的进行保护逻辑判断。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3