基于冗余信息及分布计算的站域协同保护研究

The development of modern power system has a tendency of structural diversity, diversification in operation mode and intelligence of control methods. Combining new technologies and methods of computer and network communication, this topic studies the integration, fusion and coordination of redundant information and distributed computing in station domain protection and control field. The targets are to improve the performance of protection and control system and guarantee the stable operation and intelligent coordination of power system. Establish the redundancy information identification and coordination treatment mechanism of digital substation. Explore coordinated control theories of intelligent protection. The research emphases are promotion and implementation of the multiple nodes parallel computing, fault-tolerant check, coordination scheduling and optimization of protection function. Based on the research, put forward new principles and methods of station domain protection. Make full use of information mining, artificial intelligent technology and multi-discipline collaborative protection and control technology. Construct station domain coordinating protection and control system which implements effective utilization of redundant information, multiple nodes parallel computing and complementarity of multiple functions.

现代电力系统向着结构多元化、运行方式多样化、控制手段智能化方向演变。课题结合计算机及网络通信领域的新技术、新方法，面向智能配电网，围绕冗余信息和分布式计算在站域保护与控制领域的集成、融合与协调展开研究，以提升保护与控制系统整体性能，保障电力系统安稳运行和智能协调为目标，建立智能变电站冗余信息的辨识及协调处理机制，探索智能保护协调控制理论。重点研究保护功能在多节点并行计算、容错校验、协同调度及优化等方向的提升与实现，结合新型配电网的特点提出站域保护的新原理、新方法。充分利用信息挖掘及人工智能的先进成果和多学科理论发展协同保护与控制技术，将某个保护功能与其所属保护设备的独立关联关系转化为多个功能与多个设备互相关联的网络化关系，实现冗余信息有效利用、多节点并行计算、多种功能有效互补的站域协同保护与控制系统。

智能变电站具有强大的数据通信和信息共享能力，本项目挖掘变电站冗余信息，通过分布式并行计算实现高可靠性站域保护与控制功能，成果如下：.（1）基于智能变电站分层分布式架构，提出并设计满足数据冗余、算法和功能冗余的分布式站域协同保护结构。将传统保护与控制设备各自独立的串行模式转化为网络化交互模式，提高保护与控制系统性能。.（2）研究智能变电站信息获取与协调处理机制，提出了面向保护可靠性的多设备间信息调用及协同策略，提出多点冗余信息数据挖掘和有效利用方法，利用多种设备的信息协同提升保护性能。提出基于压缩感知理论的站域保护信息防误码传输和高容错故障区域识别算法，提升通信可靠性，并构建基于OPNET的变电站通信系统模型，验证了通信实时性满足保护要求。.（3）构建含分布式电源接入、交直流混联的复杂配电网故障模型，分析复杂配电网对保护的影响并提出保护新方法。分析风电在不同风速和控制策略下对保护影响、光伏发电和电动汽车的V2G模式对保护的影响等；针对含高渗透率DG的配电网提出基于电压加速的自适应电流速断保护方法；针对交直流配电网提出基于直流断路器的直流故障保护方案。.（4）提出基于中间量分解的保护算法模块化并行计算方法，将保护算法的计算过程分解为多个计算模块，实现多点并行计算。提出基于多算法融合的保护并行计算，实现多保护设备的冗余计算和功能模块的协同调度，保护功能不会因为单个算法的原理局限性而不正确动作，提升保护的容错性和快速性。.（5）提出基于冗余信息的站域协同保护新原理，包括基于综合阻抗/功率差动/相位相关电流差动的站域保护等，提升保护速度和选择性，并具有抗CT饱和和接地阻抗性能。提出自适应后备保护区域划分方法、分布式智能识别区划分及配合方法，能够及时识别并切除故障。提出基于多点信息的控制策略，包括基于站域信息/负荷信息的低压减载算法，能够提高电压恢复值并降低停电经济损失；基于灰色关联分析/层次分析法的低频减载算法，能够快速恢复频率并减少减载量。构建智能站域保护与控制研究平台，部分研究成果应用于配电网站域保护。