一种电力系统后备保护方法及装置与流程

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种电力系统后备保护方法及装置。

背景技术：

继电保护装置是电力系统安全保障体系的重要组成部分。为了更好地保证电力系统网络具有一定的鲁棒性及安全性，继电保护装置及各种其他稳定控制设备的运行定值和保护范围也应该尽可能适应现代电力系统各种常见的运行方式及局部拓扑结构的变化。同时，继电保护之间相互配合也应该能够适应现代电网更为复杂的环形以及辐射形相融合的拓扑结构。随着可再生能源以及分布式能源的快速发展，大容量传输线路、变压器、发电机组在电力系统中得到了广泛应用，大区域电网之间互联甚至全国联网逐步实现，电网规模不断扩大，电网结构日趋复杂，形成了交错嵌套、纷繁复杂的分布。同时，随着电力市场的进展，电力系统的发输配电各环节由统一管理、统一调度逐步转向双边合同交易和发电厂商的竞价上网，使得系统运行方式出现了诸多不确定因素。巨大的规模、复杂的结构、运行方式频繁且不确定的变化，对现有继电保护中的网络拓扑结构分析及运行组合方法提出了新的挑战。

对于电力系统中的电力元件，通常由主保护和后备保护两套保护系统来保护，当线路和设备长时间过载，导致发热达到热极限，需要依靠主保护完成过载线路和设备的隔离。然而，当主保护装置或断路器由于自身故障等原因拒绝动作时，后备保护则必须发挥作用，将过载线路和设备切除。现有保护系统中主保护装置和后备保护装置通常集合于一台保护设备中，通过动作时间以及灵敏度相配合。随着可再生能源的快速发展，电网中的分布式能源也越来越多，电网拓扑结构将越来越复杂，分布式能源嵌入下的环形辐射形相结合的复杂电网也会越来越多，在这种情况下，后备保护不仅仅要具备切除过载线路及设备和保护元件的能力，而且要在保证切除问题线路及设备的前提下，使系统有相对好的运行状态。

电力系统中，过负荷是一种常见的异常运行状态，可分为正常过负荷和故障状况下过负荷。正常过负荷通常是由调度从系统层面进行协调。当系统处于故障等紧急状况引发的过负荷，则需要安全稳定系统进行调节，例如切机切负荷及电压、频率紧急控制等以维持稳定。然而多起大停电事故均在控制采取措施或措施生效之前，后备保护由于动作迅速，已经把过负荷元件予以切除，并未给控制中心时间留出时间去采取减载措施，导致进一步的潮流转移和系统振荡，从而可能导致大面积停电事故。从整个过程来看，起因是故障，过程则是故障线路及设备切除造成的潮流转移，以及未发生故障线路及设备由于负荷转移而出现的过负荷，该线路或设备由于过负荷可能导致后备保护动作进而停运，从而进一步加剧其他非故障线路及设备的过负荷，导致后备保护相继动作跳闸，造成大面积停电。在这个过程中，根据现有的继电保护准则，保护均正确动作，但系统却崩溃了。主要原因在于现有的后备保护虽然保护了电气设备的安全，但却造成了系统停运和大面积停电，其后果反而更加严重。

对于上述所涉及到的问题，现有技术中提出了一些解决方案，如中国专利文献cn104462404a公开了一种电力系统潮流转移危险线路快速搜索方法，具体公开了：首先根据图论和电压相角搜索断线线路的等相角并行输电线路，然后寻找断线线路的起点与终点之间的经过等相角并行输电线路的最短路径，由该路径上的线路构成潮流转移线路集合，再根据各潮流转移线路的有功功率传输极限和潮流转移后的线路功率求得各潮流转移线路的潮流转移危险指数，最后根据潮流转移危险指数确定潮流转移危险线路。该方案在过负荷后备保护装置启动到动作的短暂时间，快速准确地搜索到潮流转移的危险线路，为防止连锁跳闸和大停电事故提供了技术支持。

上述方案虽然能够快速预测出潮流转移危险线路，但是，现有的电力系统的供电网络拓扑结构日益复杂，供电状况也会随时间发生变化，因此，难以保证预测计算出的潮流转移危险线路就是执行后备保护动作之后的潮流转移过负荷的电路，其可靠性比较低，如果预测失败，则容易造成了系统停运和大面积停电。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于现有技术中通过预测计算出的潮流转移危险线路可靠性低，使得在其预测失败，容易造成了系统停运和大面积停电，从而提供一种电力系统后备保护方法及装置。

本发明实施例提供了一种电力系统后备保护方法，包括：判断目标电力系统是否发生过负荷；当所述目标电力系统发生过负荷时，确定所述目标电力系统内的过负荷线路；确定所述过负荷线路的过负荷承受时间；在所述过负荷线路的过负荷承受时间内，对所述过负荷线路进行减载。

可选地，在所述对所述过负荷线路进行减载之后，还包括：判断所述过负荷线路经过所述过负荷承受时间后是否仍处于过负荷状态；如果所述过负荷线路经过所述过负荷承受时间后仍处于过负荷状态，则对所述过负荷线路执行后备保护动作。

可选地，所述对所述过负荷线路进行减载，包括：执行预先设置的所述过负荷线路对应的减载策略；或者，对所述目标电力系统进行潮流计算；确定所述过负荷线路对应的减载策略；执行确定出的所述减载策略。

可选地，所述对所述过负荷线路进行减载，包括：计算与所述过负荷线路串联的变电站的减载量；通过利用计算得到的减载量对相应的变电站进行减载来对所述过负荷线路进行减载。

可选地，在对所述过负荷线路执行后备保护动作之后，还包括：判断所述目标电力系统内是否发生潮流转移过负荷；在所述目标电力系统内发生潮流转移过负荷时，返回执行确定所述目标电力系统内的过负荷线路的步骤。

本发明实施例提供了一种电力系统后备保护装置，包括：第一判断单元，用于判断目标电力系统是否发生过负荷；第一确定单元，用于当所述目标电力系统发生过负荷时，确定所述目标电力系统内的过负荷线路；第二确定单元，用于确定所述过负荷线路的过负荷承受时间；减载单元，用于在所述过负荷线路的过负荷承受时间内，对所述过负荷线路进行减载。

可选地，还包括：第二判断单元，用于在所述对所述过负荷线路进行减载之后，判断所述过负荷线路经过所述过负荷承受时间后是否仍处于过负荷状态；执行单元，用于在所述过负荷线路经过所述过负荷承受时间后仍处于过负荷状态时，对所述过负荷线路执行后备保护动作。

可选地，所述减载单元包括：第一执行模块，用于执行预先设置的所述过负荷线路对应的减载策略；或者，第一计算模块，用于对所述目标电力系统进行潮流计算；确定模块，用于确定所述过负荷线路对应的减载策略；第二执行模块，用于执行确定出的所述减载策略。

可选地，所述减载单元包括：第二计算模块，用于计算与所述过负荷线路串联的变电站的减载量；减载模块，用于通过利用计算得到的减载量对相应的变电站进行减载来对所述过负荷线路进行减载。

可选地，还包括：第三判断单元，用于在对所述过负荷线路执行后备保护动作之后，判断所述目标电力系统内是否发生潮流转移过负荷；其中，所述第一确定单元还用于在所述目标电力系统内发生潮流转移过负荷时，确定所述目标电力系统内的过负荷线路。

根据本发明实施例，在过负荷承受时间内，对已经发生过负荷的线路进行减载，以避免该对该线路执行后备保护动作导致潮流转移过负荷，进而避免导致电力系统停运和大面积停电，相对于现有技术中通过预测计算出的潮流转移危险线路的方式，可以避免预测失败所带来的后果，可靠性大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电力系统后备保护方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例中电力系统后备保护方法的另一个具体示例的流程图；

图3为本发明实施例中电力系统的拓扑图；

图4为本发明实施例中电力系统后备保护装置的一个具体示例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种电力系统后备保护方法，该方法可以由控制中心的控制系统来执行，如图1所示，该方法包括：

步骤s101，判断目标电力系统是否发生过负荷。

步骤s102，当目标电力系统发生过负荷时，确定目标电力系统内的过负荷线路。其中，过负荷线路可以是指该线路或者该线路上的电力设备出现过负荷。

步骤s103，确定过负荷线路的过负荷承受时间。线路及线路上的设备具有一定的过负荷承载能力，在其未达到运行极限时自动延长动作时间，这段从线路上发生过负荷到执行后备保护动作的时间段，可以称之为过负荷承受时间。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例的过负荷线路的过负荷承受时间，可以根据线路或设备的热负荷能力以及稳定极限计算得到，优选为过负荷线路的最大过负荷承受时间。进一步优选地，为了快速确定过负荷承受时间，可以预先计算出各线路的过负荷承受时间，在进行后备保护过程中，无需进行计算，直接调取使用。

步骤s104，在过负荷线路的过负荷承受时间内，对过负荷线路进行减载。

本实施例在线路发生过负荷之后以及执行后备保护动作以前，也即是在过负荷承受时间内，对过负荷电路进行减载，以降低该过负荷线路上的负荷，使其负荷降至正常水平。

根据本发明实施例，在过负荷承受时间内，对已经发生过负荷的线路进行减载，以避免该对该线路执行后备保护动作导致潮流转移过负荷，进而避免导致电力系统停运和大面积停电，相对于现有技术中通过预测计算出的潮流转移危险线路的方式，可以避免预测失败所带来的后果，可靠性大大提升。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例中，在判断出目标电力系统发生过负荷，并确定目标电力系统内的过负荷线路之后，还可以判断该过负荷线路是正常过负荷，还是故障转移过负荷，例如，当系统线路或设备，如变压器等，发生严重过载，导致其过热达到线路热极限时，可以通过测量设备对问题线路和设备做出检测，并采集和计算线路以及各设备的电压电流幅值等，根据检测结果确定发生问题的类型和位置，以判断是否是正常过负荷还是故障转移过负荷。如果是故障转移过负荷，表明该线路出现故障，为维持电力系统的稳定，则需要对该线路执行后备保护动作以切除故障；如果是正常过负荷，则执行步骤s103以及s104。

由于现有的后备保护主要从保护电气设备自身的角度出发，通常不会区分正常过负荷和故障转移过负荷。如果后备保护能够根据评判标准和原则判断出被保护电气设备的过负荷状态是由于故障造成的潮流转移过负荷，就可以依据此来采取针对性的措施。对于因故障造成的潮流转移过负荷，应与紧急控制措施彼此紧密协调，从而提高系统整体安全运行水平。本发明实施例可以重新定位后备保护的运行机制，评判识别不同种类过负荷状态的能力，并以此融合后备保护和紧急控制措施。其中一个重要原则在于，当线路或设备发生潮流转移过负荷时，后备保护不应急于启动切除该元件，而应该利用系统全局分析充分挖掘设备和线路的过负荷承载能力，在其未达到运行极限时自动延长动作时间，为紧急控制措施的实施争取时间，同时积极采取应对控制措施，对过负荷线路或设备进行减载等控制操作，使系统恢复到正常运行状态。线路及设备的稳定运行主要受热载荷能力以及稳定极限的影响，计算出当前过负荷下的线路及设备承受时间，为负荷调整争取时间。在整个后备保护的过程中，必须做到消除过负荷的时间要和后备保护动作时间相配合，即过负荷承受时间应当大于控制措施实施时间以消除过负荷。如果不能快速消除过负荷，后备保护则必然动作，故障停电范围则有可能扩大。因此，为了从根本上防止大面积停电事故的发生，就需要改变现有后备保护方法，使其同时具有保护电气元件安全和系统安全的作用。为此本发明实施例中所述的后备保护装置不再与主保护装置集成于同一保护装置中，而是和其他后备保护装置的控制统一集成到系统层面，独立于主保护。

如图2所示，本发明实施例的后备保护方法，在步骤s104之后，还包括：

步骤s105，判断过负荷线路经过过负荷承受时间后是否仍处于过负荷状态。

步骤s106，如果过负荷线路经过过负荷承受时间后仍处于过负荷状态，则对过负荷线路执行后备保护动作。

本发明实施例中，如果在过负荷线路的过负荷承受时间内未能及时将过负荷线路上的负荷降至正常范围内，则表示该线路仍处于过负荷状态，对该过负荷线路执行后备保护动作，以将该线路切除。

另一方面，本实施例的后备保护方法还包括：

步骤s107，如果过负荷线路经过过负荷承受时间后未处于过负荷状态，则对过负荷线路不执行后备保护动作。也即是，在过负荷承受时间内及时将过负荷线路上的负荷降至正常范围内，该线路恢复到正常负荷，则不需要执行后备保护动作，电力系统已处于稳定状态。

作为一种优选实施方式，在上述实施例的后备保护方法的基础上，在步骤s106之后，方法还包括：

步骤s108，判断目标电力系统内是否发生潮流转移过负荷。执行后备保护动作之后，被切断的线路上的负荷转移到其它线路上，容易导致潮流转移过负荷。

在目标电力系统内发生潮流转移过负荷时，返回执行步骤102。没有发生潮流转移过负荷，则表明电力系统处于稳定状态。

作为一种可选实施方式，对过负荷线路进行减载包括：对目标电力系统进行潮流计算；确定过负荷线路对应的减载策略；执行确定出的减载策略。

具体地，先对目标电力系统建立准确的数学模型，以便于进行潮流计算，提出系统运行状态判据：暂态稳定、电压稳定、频率稳定等，考虑线路及设备过负荷的最大承受时间，为紧急控制措施争取时间，最后综合考虑全局系统确定出过负荷减载策略，执行上述策略，以对过负荷线路进行减载。

本实施例以电力系统拓扑结构分析为基础，以后备保护原则为依据，提高系统异常运行情况下电力系统的稳定性，可以尽可能保证重点关键负荷点的运行。

作为一种可替换实施方式，对过负荷线路进行减载包括：执行预先设置的过负荷线路对应的减载策略。

本实施例通过预置减载策略，提前计算出各线路的减载策略，从而减少确定减载策略的时间消耗，为线路减载提供充足的时间。

作为一种可选实施方式，本发明实施例所述的对过负荷线路进行减载包括：计算与过负荷线路串联的变电站的减载量；通过利用计算得到的减载量对相应的变电站进行减载来对过负荷线路进行减载。

本实施例中计算得到的变电站的减载量，将在进行减载过程中各变电站按照相应的减载量减载作为减载策略，执行该减载策略以实现减载。

下面结合图3对本发明实施例进行描述：

对图3所示的电力系统进行建模；假设保护装置p2与p3之间的线路发生故障，保护装置p2、p3动作，切除故障线路。

故障线路切除后，系统检测到p7、p8所在线路发生潮流转移过负荷情况，此时需要控制系统根据目前整体潮流情况，以及p7、p8所在线路实际情况，考察其运行热极限，计算出该线路的最大过负荷承受时间；在该时间内，根据目前整体的拓扑结构进行减载策略优化，确定对m变电站和n变电站各自的减载量，使p7、p8所在线路载流量回复到潮流转移过负荷前的水平；检测整个系统是否有过负荷情况，如果没有，则系统已处于稳定状态。

就图3所示的示例而言，由于其网络拓扑结构较为简单，这里可做简单的定性分析，在研究较为复杂的网络拓扑结构时，分析将会更加复杂，必须借助于相应算法和模型以及强大的计算中心才能得出最后的最优后备保护方案。

本实施例提供一种电力系统后备保护装置，该装置用于执行本发明实施例的后备保护方法，如图4所示，该装置包括：第一判断单元401、第一确定单元402、第二确定单元403和减载单元404。

第一判断单元401用于判断目标电力系统是否发生过负荷。

第一确定单元402用于当目标电力系统发生过负荷时，确定目标电力系统内的过负荷线路。其中，过负荷线路可以是指该线路或者该线路上的电力设备出现过负荷。

第二确定单元403用于确定过负荷线路的过负荷承受时间。线路及线路上的设备具有一定的过负荷承载能力，在其未达到运行极限时自动延长动作时间，这段从线路上发生过负荷到执行后备保护动作的时间段，可以称之为过负荷承受时间。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例的过负荷线路的过负荷承受时间，可以根据线路或设备的热负荷能力以及稳定极限计算得到，优选为过负荷线路的最大过负荷承受时间。进一步优选地，为了快速确定过负荷承受时间，可以预先计算出各线路的过负荷承受时间，在进行后备保护过程中，无需进行计算，直接调取使用。

减载单元404用于在过负荷线路的过负荷承受时间内，对过负荷线路进行减载。

本实施例在线路发生过负荷之后以及执行后备保护动作以前，也即是在过负荷承受时间内，对过负荷电路进行减载，以降低该过负荷线路上的负荷，使其负荷降至正常水平。

根据本发明实施例，在过负荷承受时间内，对已经发生过负荷的线路进行减载，以避免该对该线路执行后备保护动作导致潮流转移过负荷，进而避免导致电力系统停运和大面积停电，相对于现有技术中通过预测计算出的潮流转移危险线路的方式，可以避免预测失败所带来的后果，可靠性大大提升。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例中，所述装置还包括：第二判断单元，用于在对过负荷线路进行减载之后，判断过负荷线路经过过负荷承受时间后是否仍处于过负荷状态；执行单元，用于在过负荷线路经过过负荷承受时间后仍处于过负荷状态时，对过负荷线路执行后备保护动作。

本发明实施例中，如果在过负荷线路的过负荷承受时间内未能及时将过负荷线路上的负荷降至正常范围内，则表示该线路仍处于过负荷状态，对该过负荷线路执行后备保护动作，以将该线路切除。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例中，所述装置还包括：第三判断单元，用于在对过负荷线路执行后备保护动作之后，判断目标电力系统内是否发生潮流转移过负荷；其中，第一确定单元还用于在目标电力系统内发生潮流转移过负荷时，确定目标电力系统内的过负荷线路。

执行后备保护动作之后，被切断的线路上的负荷转移到其它线路上，容易导致潮流转移过负荷。没有发生潮流转移过负荷，则表明电力系统处于稳定状态。

作为一种可选实施方式，减载单元包括：第一计算模块，用于对目标电力系统进行潮流计算；确定模块，用于确定过负荷线路对应的减载策略；第二执行模块，用于执行确定出的减载策略。

具体地，先对目标电力系统建立准确的数学模型，以便于进行潮流计算，提出系统运行状态判据：暂态稳定、电压稳定、频率稳定等，考虑线路及设备过负荷的最大承受时间，为紧急控制措施争取时间，最后综合考虑全局系统确定出过负荷减载策略，执行上述策略，以对过负荷线路进行减载。

本实施例以电力系统拓扑结构分析为基础，以后备保护原则为依据，提高系统异常运行情况下电力系统的稳定性，可以尽可能保证重点关键负荷点的运行。

作为一种可替换实施方式，减载单元包括：第一执行模块，用于执行预先设置的过负荷线路对应的减载策略。

本实施例通过预置减载策略，提前计算出各线路的减载策略，从而减少确定减载策略的时间消耗，为线路减载提供充足的时间。

作为一种可选实施方式，本发明实施例所述的，减载单元包括：第二计算模块，用于计算与过负荷线路串联的变电站的减载量；减载模块，用于通过利用计算得到的减载量对相应的变电站进行减载来对过负荷线路进行减载。

本实施例中计算得到的变电站的减载量，将在进行减载过程中各变电站按照相应的减载量减载作为减载策略，执行该减载策略以实现减载。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。