（电力系统及其自动化专业论文）基于周边实时信息的线路自适应协调保护的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 以往的自适应保护系统计算任务集中在调度端而且对通信水平的要求较高，难 以满足自适应保护快速性、准确性的要求。当一段线路的运行状态发生变化时，受 影响较大的是与其连接紧密的几级线路，对于相距较远线路的影响可以忽略。针对 上述情况，本文提出了基于周边厂站实时信息的线路自适应保护方案。另外，考虑 到线路两端保护相继动作会对保护定值造成影响，本文对阻抗阵修改方法和自适应 协调保护策略作出了改进。最后，本文利用v c + + 6 o 建立了相应的实验室模型。 文章详细阐述了模型各个模块的实现方法。试验证明，本文提出的研究理论是可行 而且有效的。 关键词：周边信息，自适应保护，相继动作 a b s t r a c t i nt r a d i t i o n a la d a p t i v ep r o t e c t i o ns y s t e m ，t h ea s s 适n m e n ti nc a l c u l a t i o nw a sf a s t e n e d o nt h cs c h c d u l e rp a n a n di ta s k e df o ri h i 曲姗m u n i c a t i o nl c v c l s 0i tw a sd i f f i c l l l tt o s a t i s f yt h ed c m a n do fs p e e d i n e s sa n dn i c e t yi na d a p t i v ep r o t c c t i o n w h e no p e r a t cs t a t 璐 o fo n es c c t i o no ft r a n s m i s s i o nl i n ec h a n g e s ，o n l yt h ec i r c u n l j a c e n tr e l a yp r o t e c t i o n s e t t i n g sn e e dt 0b er e s e t a 丑a d a p t i v cp r o t e c t i o ns t r a t e g y b a s e do nc i r 伽m j a c e n t i n f 6 m a t i o nh a sb o e np r o p o s e di nv i e wo ft h ea b o v es i t u a t i o n i na d d i t i o n ，t h ep r o t e c t i o n s e t t i n g ss h o u l db ec h a n g e ds i n c et h et w or e l a yp r o t e c t o r sa c t0 n ea f t e rt h e0 t h e r s ot h i s a n i c l eh a si m p r o v e dt h ei m p e d a n c cm a t r i xm o d i f y i n gm e t h o da n dt h cc o o r d i n a t e d a d a p t i v c p r o t e c t i o ns t r a t e g y a tl a s t ，a ne m u l a t es y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e du s i n g v c + + 6 0 t h i sp a p e rh a se x p l a i n c dt h et e c h n i q u e st oc a 盯yo u te a c hp a no ft h ce m u l a t c s y s t e m t l h ee x p e r i m e n t a lr c s u l t sa r cv e r yp o s i t i v c m e n gy 町i n ( p o w e rsy s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h uy b n g l i k e yw o r d s ：c i r c u i n j a c e n ti n f o r m a t i o n ，a d a p t i v ep m t e c t i o n o n ea f t e rt h eo t h e r a c t i o n 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于周边实时信息的线路自适应 协调保护的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：塑三坠 日期：三! 1 7 ? ! 坚： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期：圣! ! 兰! ：! 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 现代互联电网的规模不断扩大，在提高了电网运行经济效益的同时，故障影响 的地域范围和用户数量也越来越大。随着全球自然环境的恶化，自然灾害的发生更 为频繁，电力系统故障的严重程度和不稳定因素呈上升态势，对电网的安全稳定运 行带来了越来越严峻的考验。由于受传统保护系统整定方法和配合策略的限制，在 历次大停电过程中，多有涉及保护不正确动作的现象发生。研究表明，7 0 的大面 积停电事故跟保护系统的不合理定值有直接或间接的关系，这些保护的不正确动作 进一步扩大了大停电的范围分析近年来的大停电事故，发现传统继电保护系统 的整定配合主要存在以下问题【卜2 j ： 长期以来，电网保护采用一套固定定值应付各种运行方式的策略，即根据电网 的最大运行方式来整定保护定值，以满足保护的选择性；根据电网的最小运行方式 来校验定值的灵敏性。而这两种方式又是由整定人员凭经验设想出来的，实际的方 式可能超出它们的界定范围，造成保护定值难以与当前的运行方式相匹配，无法达 到最佳性能，延长了故障切除时间，扩大了故障切除的范围。尤其在大范围自然灾 害下，如地震、台风或大雾，电网可能发生多处跳闸，电网拓扑发生了较大的变化， 传统保护定值无法涵盖新的运行方式，导致保护因灵敏性严重下降而拒动或者失去 选择性而误动，进一步扩大了停电范围。 此外，目前的继电保护整定原则以电力元件为保护对象，并采用本地量作为保 护动作的判据，反应的只是电网中某一个点或者小区域内的运行状态。设备故障跳 闸后引发了潮流转移，如果故障发生前电网因设备检修已处于n 1 或者n 2 状态， 将导致电网运行在严重超过n 1 或者n 2 的安全范围之外，引起过负荷连锁跳闸。 实际上过负荷跳闸发展往往是较缓慢的，可以通过改变后备保护的定值以及与自动 装置的协调配合( 如切机、切负荷等) 来消除。 针对传统保护的不足，人们提出了自适应保护的概念。自适应继电保护可以定 义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值 的保护【3 1 。自适应继电保护的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种变化， 进一步改善保护的性能。自适应保护系统需要实时、准确获取电网运行方式的变化 信息，及时更正与其不相适应的定值，以保证其动作的正确性、快速性、选择性， 这是基于“点 、“线一信息的传统保护系统所不能实现的。随着现代计算技术和通 信技术的长足进步，研究基于广域信息的电网自适应保护系统已具备了基本的前 华北电力大学硕士学位论文 提。 目前基于电网全网信息的自适应保护的研究较少，尚有很多理论与技术问题需 要研究。实现全网自适应保护的关键是如何提高电网结线分析、短路计算和定值计 算的速度，使整个整定计算的速度能跟得上电网运行方式变化速度。因此如何提高 自适应保护整定计算的实时性，是需要研究的一个重点。 现有的自适应保护系统大多把计算集中在电网的调度端进行，当计算出新的保 护定值以后再将定值广播通知给电网内的各个变电站。这种体系结构不仅给调度带 来过重的负担，而且对电网的通信系统提出了很高的要求。如果通信系统出现故障 造成信道堵塞，必然会引起保护定值更新不及时。另外，我们知道当一条线路发生 故障时，受其影响较大的是周边的地区，对于离故障地点较远区域的影响可以忽略。 因此，本文提出了基于周边实时信息的自适应保护的观点。 基于周边实时信息的自适应保护策略将电网保护系统分为调度端和厂站端两 部分。调度端首先对全网进行拓扑分析、形成全网的节点阻抗矩阵，然后调度端将 该阻抗矩阵传递给各个厂站。当某条线路的运行方式发生交化时，将这一事件信息 从本线路向相临的节点逐级传递，直至受此影响不明显的节点，同时修改这些节点 处的阻抗矩阵，然后进行短路计算，修改整定值。采用这种方法具有几个明显的优 势：( 1 ) 当电网运行方式发生变化时，只修改受影响较大的地区的保护定值，大 大减少了运算量。( 2 ) 对阻抗阵的修改和保护定值的重新整定计算分散到了各个 厂站，这样能够减轻调度端的计算负担，提高运算速度。( 3 ) 整定计算直接在厂 站端完成，节省了从调度到厂站的信息传递时间，也降低了对通信系统的要求。 在自适应保护系统中，由于计算速度的限制和通信系统不可预知的故障，定值 整定速度有可能跟不上电网运行方式的变化速度。同时，应该考虑线路有可能出现 相继故障的情况和线路两端的保护不同时动作的影响。已经有不少学者对线路相继 故障的情况进行了分析，并提出了解决方法。而据笔者所知，对于线路两端保护相 继动作情况的研究还鲜见报道。因此，本文将对线路两端的保护装置不同时动作的 情况进行分析，给出有效的解决方法。 1 。2 国内外研究现状 数十年来，微机保护得到了飞速的发展。它所具备的一系列优点使微机保护在 性能、可靠性和综合经济技术指标上都远远超过了传统的机械一电磁型保护，因此 在电力系统得到了广泛的普及。由于系统中大量微机保护装置的应用，使得电力系 统的继电保护水平有了突破性的提高。随着硬件技术的不断发展、更新，人们开始 研究如何充分发挥微机保护运算速度快、逻辑判断能力强、智能化程度高等特点， 2 华北电力大学硕士学位论文 打破传统保护整定方法的局限，进一步提高保护的性能。而自适应保护是其中一个 充满希望的研究方向。 在八十年代末，s h h o r o w i t z 、g d r o c k e f e l l e r 以及a k j a m p a l a 等学者在i e e e 会刊上做了一系列的报道，正式提出了“自适应保护 的概念，从多个角度对自适 应保护的研究状况进行了论述和展望。文献1 4 】指出由于电网运行的复杂性，继电保 护的配置和整定存在诸多折衷，自适应保护是解决这一矛盾的有效途径。文章从多 端线路保护定值的配合、变压器比率差动保护定值的选择、自动重合闸动作的最佳 时机等角度分析了自适应保护的应用，以优化电力系统的运行水平。文献【5 】对传输 线的自适应保护概念做了正式的定义，即应能根据电网运行方式的变化，在线调整 保护的定值、动作逻辑和特性等。文章着重分析了自适应保护在性能上的提高，并 指出应采用分层式的系统架构来实现传输线自适应保护的目标。文章还构想了通过 与s q m e m s 接口互连，逐步实现自适应保护系统的工程应用。文献【6 l 主要分析 如何加快自适应定值计算速度以满足自适应保护的要求。作者在华盛顿大学的计算 机辅助保护系统上设计了一套拓扑分析程序( t 舯) ，并通过对一个仿真系统的自适 应定值计算时间的试验测试，预示未来借助高性能的并行计算系统、快速的通信系 统实现保护自适应定值的实时整定是完全可能的。 国内在上世纪9 0 年代初期就有学者开始研究自适应保护。文献【7 】提出了自适应 保护在系统保护和变压器差动保护方面应用的一些构想。文献【8 1 提出电流速断保护 和电压速断保护的自适应整定方法，并指出了适用条件和为保证保护的正确动作应 采取的有效措施。文献【9 】介绍了自适应电流速断保护在双回线路中的应用，其保护 性能明显优于传统电流速断保护。文献【1 0 】提出了自适应零序速断保护和接地距离保 护的整定方法和实现方案，并从工程应用角度分析了实现自适应保护的可能性。文 献【1 1 】提出了自适应距离保护的新动作判据，在可靠防止距离保护误动作的前提下， 扩大了距离保护的动作范围，提高了区内故障动作的灵敏度。文献【1 2 】提出了对自适 应接地距离保护动作特性的修正方法，使得保护具有较强的抗过渡电阻能力，并能 有效防止暂态超越。 受通信条件的限制，上世纪的自适应保护研究主要停留在基于点或线信息的自 适应整定算法上近年来，高速广域网技术和广域测量技术得到了飞速的发展，突 破了传统通信可靠性差、速度慢的瓶颈，调度端数据更新的理论时间可控制在毫秒 级，使得研究基于电网全网信息的自适应保护成为可能。当前，电力系统广域保护 已成为国内外学者的研究热点。由于广域保护的研究仍处于探索阶段，还没形成完 整全面的理论体系，广域保护系统的概念、保护目标、应具备的功能，以及应选用 的体系结构尚无明确的定义比较一致的看法是，广域保护系统应借助高速广域网 和广域测量技术，实时、准确地获取电网当前的运行信息，分析电网当前的运行状 3 华北电力大学硕士学位论文 况，实时整定与电网当前运行方式相匹配的保护定值，使得保护处于最佳性能，对 故障进行快速、准确、可靠切除，并与稳定控制系统起协同工作，保障电网在故 障切除后不发生连锁跳闸事故i l 引。 广域保护系统应根据不同的保护目标来选择信息源和信息内容，并采用不同的 保护算法和策略，设计相应的体系结构。国内外学者根据具体保护目标的差异，提 出了多种广域保护方案。文献1 1 4 l 提出基于专家系统的传输线后备保护顺序跳闸策 略。将保护的启动信息和开关的动作信息作为相应的动作因子，应用少量的动作规 则推理故障的影响区域，并根据广域测量信息计算保护可信度的大小得出断路器跳 闸顺序，以保证因故障被切除的元件最少。文献【1 5 】针对单端电源的情况，提出了基 于中心单元和现场单元结构的变电站内快速后备保护的初步设计方案，利用对故障 电流方向的检测实现对变电站内故障地点的快速判别。文献【婚 ) 提出基于l p 通信网 实现广域电流差动后备保护方案，利用保护终端装置与保护中心的结构来判定区内 或区外故障，同时着重分析了网络的适用性、可靠性、安全性对实现系统功能的重 要性。文献【1 8 】基于图论理论对广域电流差动进行了研究，提出根据电网运行状况动 态在线划分主、后备保护区的方法。 由上可见，随着现代计算技术和通信技术的长足进步，研究基于电网全网信息 的广域保护系统已具备了基本的前提。为提高自适应定值计算的实时性，需要研究 如何提高电网结线分析、短路计算和定值整定计算的速度，使整个整定计算的速度 能跟得上电网方式变化速度。而考虑到电网故障的复杂性，以及保护正确动作对电 网安全的重要性，还需研究一套有效的协调控制策略，来应对可能出现的各种不利 情况，确保保护的正确动作。 自从“美加一大停电以后，人们针对连锁故障跳闸进行了很多研究。文献【1 9 j 通过对一起1 1 0k v 并联线路单回故障2 回线路相继跳闸事件的总结和分析，用电源 侧故障录波图对故障性质、故障时序、故障电流路径进行量化分析和比较，找出保 护误动的原因，并且利用录波记录数据计算得出新的故障电流分支系数，从而重新 进行定值整定，得出满足1 l o k v 并联线路单回故障只跳单回的定值配合关系。文献【2 0 l 指出电力系统整定计算中，会涉及到切除一个元件，同时考虑另一个元件相继动作 这种运行方式的变化。文章根据支路追加法修改阻抗矩阵的基本原理，进一步推导 出电力网络断开两回支路时，阻抗矩阵元素修正的公式，同时考虑相继动作自身 的特点，提出了统一的等效网络模型和计算机算法。 而线路两端的保护相继动作可以看作相继故障跳闸的特殊情况。目前，对于这 种情况的研究还鲜见报道 4 华北电力大学硕士学位论文 1 3 本文的主要工作 本文的编程工具采用v c + + 6 o ，数据库选用m i c f o s o f i 公司的a c c e s s 数据库实 现。 本文主要进行以下工作： 1 提出基于周边实时信息的线路自适应保护方案； 2 提出逐级搜索确定影响域的方法； 3 实现调度端发出信息、各个厂站接收信息的功能； 4 针对线路两端保护相继动作的情况对阻抗阵实时修改方法和自适应协调控制策 略进行改进： 5 利用v c + + 6 0 建立实验室模型 5 华北电力大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章基于周边实时信息的线路自适应保护方案 传统的电网继电保护和自动装置控制判据，大都基于本地量构成，反映的只是 系统某点或很小一个区域的运行状态，不能反映较大区域电网的安全运行情况。随 着电网互联情况的发展，这种基于本地信息的继电保护系统已经不能满足要求。另 外，随着计算机水平和通信技术的发展，使得自适应保护的实现成为可能。北美 “8 1 4 ”以及世界范围内的几次大停电事故让人们认识到传统的保护装置之间缺乏 协调配合，不能从整个互联电网的角度考虑保护装置的合理定值，而且保护的定值 也不能适应电网运行方式的变化。因此，人们提出了基于广域网全网信息的自适应 保护方案。 这种基于全网信息的自适应保护方案能够对电网进行拓扑分析、短路计算、设 定保护定值。当电网的运行方式发生变化时( 如切除某条线) ，该方案将实时修改 拓扑分析结果，进而修改全网的阻抗矩阵，从而改进各个保护的定值，使其适应电 网新的运行方式。这种保护方案在设定保护定值时不是仅考虑本地信息，而是根据 全网的实时信息进行设定，能够有效地防止保护装置连锁误动，优化保护性能。 但是，这种保护方案也存在一些问题。第一，当电网运行方式发生变化后，需 要重新修改电网内所有变电站保存的保护定值，计算量很大。而自适应保护对实时 性有严格要求，如段后备保护定值整定需要在o 5 s 内完成，这就对自适应定值整 定计算速度提出要求。第二，当保护整定计算结束后，需要将整定结果通知各个变 电站，因此需要具备良好的通信条件。如果发生通信信道堵塞，则会导致保护定值 不能实时修改，影响保护的性能。第三，该方案所有的功能，如拓扑分析、短路计 算、定值整定等都是在电网的调度端完成的，而同时调度端还承担着整个电网的协 调控制任务，这就使得调度端的任务过于繁重。 针对上述保护方案存在的问题，本章提出了一种基于周边实时信息的线路自适 应保护方案。该方案将保护定值的实时修改任务交由各个变电站自行完成，大大减 少了调度端的任务量，同时减少了通信压力。另外，由于某条线路的投切或故障只 是对该线路周围的几个保护造成影响，对于距离该线路较远地区的影响很小，可以 忽略不计，因此本章提出了一种搜索确定影响域的方法。当电网运行方式发生变化 时，只修改影响域中的保护定值即可这样能够减少计算量，提高计算速度 6 华北电力大学硕士学位论文 2 2 方案的整体思路 根据电力系统在地理上分布、结构上分层的特点，基于周边实时信息的线路自 适应保护方案采用了分区分层的思想，将电网的保护系统分为调度端和厂站端两部 分其中，调度端由拓扑分析模块、阻抗阵形成模块、数据传输模块构成：厂站端 由运行方式监测模块、搜索影响域模块、阻抗阵修改模块、继电保护模块构成。如 图2 1 。调度端和厂站端相互配合，共同完成自适应定值整定的功能。 图2 一l 基于周边信息的自适应保护体系结构 下层厂站端的主要任务是： ( 1 ) 采集、监测电网的运行方式信息，并把该信息发送到调度端； ( 2 ) 接受从调度端传来的全网阻抗矩阵，并进行实时修改； ( 3 ) 搜索确定该变电站周围的站点编号，确定影响域； ( 4 ) 进行自适应定值整定计算。 上层调度端的主要任务是： ( 1 ) 接受下层厂站和相临电网调度端传来的信息，进行全网拓扑分析； ( 2 ) 形成全网阻抗矩阵； ( 3 ) 将阻抗矩阵传递给下层各个厂站； ( 4 ) 与下层厂站的数据进行同步。 应用这种体系结构，阻抗阵的实时修改、整定计算等都在厂站端完成，可以减 轻调度端的负担，提高计算速度；另外，传统的自适应保护系统是在调度端完成定 值整定，然后将新定值广播通知给各个厂站，而本文所提出的保护方案的定值直接 7 华北电力大学硕士学位论文 在厂站端计算得出，这就避免了由于通信系统故障引起的定值更新不及时。 2 3 影响域的确定 电力系统的网络庞大且结构复杂，每重新整定一次保护定值的工作量都非常 大。而实际上，当一段线路的运行状态发生变化时，受其影响较大的只是周围的地 区，对于距离较远的地方影响很小，可以不考虑，所以没有必要重新整定所有的保 护定值，而是应该确定一个受影响较大的区域，只修改这个区域内的保护定值即可。 2 3 1 基于电网接线的关联矩阵 建立基于电网接线的关联矩阵是为了表明变电站问的连接关系，以备搜索确定 影响域使用。 根据图论的知识，可以用关联矩阵来描述节点间的连接情况。设某连通图有n 个节点，则为了描述这n 个节点的连接情况，可以建立一个nxn 阶的矩阵。它的 行和列都对应于节点，其任一元素a i i 定义如下： a i i = 1 ，表示节点i 与节点j 关联； a i i - 0 ，表示节点i 与节点i 无关联1 2 1 1 。 由此可以建立基于电网接线的关联矩阵。将电网内的各仓变电站视为节点并编 号1 到n ，建立n 阶方阵a 。其中，若变电站i 与变电站j 直接相连，则a i j = 1 ；若 变电站i 与变电站j 没有直接的联系，则a i j = 0 。以图2 2 所示电网图为例。 图2 2 示例电网图 8 华北电力大学硕士学位论文 该电网的关联矩阵为： 一- 2 3 2 搜索策略 本文提出了一种逐级搜索确定影响域的方法。即从运行状态发生变化的线路两 端的变电站开始，根据电网的关联矩阵搜索到与其相邻接的站点，然后依次搜索下 去，根据经验，搜索到5 级以内的变电站。将故障信息传递给搜索到的变电站，仅 修改这些站内的保护定值即可具体的搜索方法如下： ( 1 ) 根据2 3 1 所述方法形成基于电网接线的关联矩阵矩阵每一行中为“l ， 的元素对应的节点是直接连通的。 ( 2 ) 从运行状态发生变化的线路两端的变电站开始，搜索与其相连的站点。把 信息传递的起始站点标志设为“5 打，每向下搜索一级，标志数减1 ，当标志数为“l 一 时，停止搜索。 ( 3 ) 搜索到的这些厂站即为影响域。将信息传输给影响域中包含的厂站，厂站 接到信息后进行处理，重新设定保护定值。 以图2 2 所示电网图为例，具体说明搜索确定影响域的方法 根据2 3 1 形成的关联矩阵确定的各变电站邻接情况，如表2 一l 。 假设站点2 、3 之间的线路运行状态发生变化。根据表2 一l 可知，与变电站2 连接的有站点1 、3 、5 ，与变电站3 连接的有站点2 、4 、6 、9 。把这些站点都纳入 影响域，同时搜索标志减l 。 9 o o o o o o o o o o o o o o o o o o l l l 0 o o o o o o o o o o o o o l o o o 1 1 l o o o o o o o o o o 0 o o o o o o l l l o o o o o o o o o o o o o o l o o l l o 0 o o o o o o o o o o o o l o o o o l l o o o o o o o o o o o o o l o o o l 1 o o o o o o o o o o o o o o o o o o l l l o 0 0 l o 0 o o o o o o o l l o o l l l o o l o o o o o o o o o l o o o o l l l o o o o o o o o o o o 0 o o o o o o i l o o o l o o o o o o o l o o o o o l l o o o o l o o o o o o o o o o o o o l l l o o 1 o o o o o o o o o i o o o o l l l o o o l o o o o o o o o o o o o o l l l o o o o o o o o o o o o l o o o o o l l o o o o l o o o o o o o o o o l l o l o o o o o o o o o o o o o o o l o o l o o o o o o o o o o o o o o o o o o l l o 1 o o o o l o o o o o o o o 0 o o l l l o l o o l o o o o o o o o o o o o l l l o l o o o o o o o o o o o o o o o o l l o o o o l o o o o o o o o o o o o o o 华北电力大学硕士学位论文 表2 一l 变电站邻接情况 站点邻接站点站点邻接站点站点邻接站点 l2 、787 、91 51 4 、1 6 、2 0 21 、3 、593 、8 、1 0 、 1 4 1 61 1 、1 5 32 、4 、6 、91 09 、1 1 、1 41 71 2 、1 8 43 、6 、1 11 14 、1 0 、1 61 81 4 、1 7 、1 9 521 21 3 、1 71 91 8 、2 0 63 、41 37 、1 2 、1 42 01 5 、1 9 、2 1 71 、8 、1 31 49 、1 0 、1 3 、1 5 、1 82 12 0 接下来从这些被搜索到的站点出发，再次寻找与其相连的变电站。如：与站点 1 相连的有站点2 、7 ，与站点4 相连的有站点3 、6 、l l 等。把这一级内搜索到的 新站点也纳入影响域，重复出现的站点不再记录。依次类推，直到搜索标志递减为 “l 时，停止搜索。完整的搜索过程由图2 3 的搜索树表示。按照这种方法搜索 到的全部站点即为影响域。 1 7 1 3 1 2 2 、5 4 3 6 9 2 0 1 7 j 9 图2 3 搜索树 由图2 3 可知，若站点2 、3 之间的线路运行状态发生改变，受影响的站点为变 电站1 2 0 。图2 2 所示的电网只是一个小型的示例电网，实际电网的站点繁多，搜 索5 级得到的变电站只是其中的一小部分，而其余大部分站点的保护定值是不需要 修改的，因此这种搜索确定影响域的方法是有效的，对于减少整定计算量具有积极 的意义。 2 4 数据传递 邮槽( m a i l s l o t ) 是w i n d o w s 用来实现进程间通信的一种手段，确切的说，是 用来实现单通道进程间通信的一种手段。通过邮槽不仅可以在本地计算机的进程间 l o 6 5 名 l 1 1 一 n 8 如 m 一i 华北电力大学硕士学位论文 进行通信，还可以实现与同在网络上的远程主机上运行的其他进程通信。用最简单 的话来说，通过邮槽，客户机进程可将消息传送或广播给一个或多个服务器进程， 在同一台计算机的不同进程之间，或在跨越整个网络的不同计算机的进程之间，协 助进行消息的传输。 邮槽采用的是一种比较简单的客户服务器体系。创建邮槽的进程被称为邮槽服 务器，而其它发送消息给邮槽的进程被称为邮槽客户机。在这个体系中，邮槽只允 许数据从客户机向服务器进行单向传输。邮槽的这种客户服务器体系可以很方便地 实现一点对多点的广播通信1 2 引。 本文的数据传递模块采用邮槽通信方式来实现阻抗矩阵从调度端到厂站端的传 递。根据邮槽通信的原理，本文在模型的调度端安装邮槽的客户机程序，在模型的 厂站端安装邮槽的服务器程序，则可以实现调度端发出网络初始阻抗阵的信息，厂 站端收到信息的功能。以下对邮槽的工作原理和实现技术进行具体说明。 2 4 1 邮槽服务器 邮槽服务器进程的主要职责是创建一个邮槽，并从邮槽读取数据。其实现过程 为：先用c r e a t e m a i l s l o t ( ) 创建个邮槽句柄，然后可以通过此句柄调用r e a d f j l e o 函数从任何客户机接收数据。最后用c l o s e h 卸d i e ( ) 关闭邮槽句柄。其中 c r e a t e m a i l s l o t ( ) 函数是邮槽专用的，函数原型为： h a n d l ec f c a t e m a i l s i o t ( l p c r s t rl p n a m e ，邮槽名 d w o r dn m a x m e s s a g e s i z e ， 最大消息长度 d w o r dl r e a d t i m e o u t ，超时时间 l p s e c u r i t y - 栅i b u t e sl p s e c u r i t y a t t m u t e s，安全属性指针 ) ； 其中，参数l p n a m e 指定了邮槽的名字，由于邮槽的创建只能在本地完成，因 此此处正确的邮槽名格式应为：m a i l s l o t 【p a t h 】n a m c 。参数n m a x m e s s a g e s i z e 定义 了可写入邮槽的一条消息的最大长度，大于此设置的消息会被服务器拒收。如果该 参数为0 ，服务器将会接收任意长度的消息。超时参数l r e a d 研m e 伽t 指定了服务器 进行的读操作要等候进入消息的时间，若在此时间内没有任何数据送达，读取操作 将会失败。如果将l r e a d t i m e o u t 设置为0 ，读操作会立即返回，此外还可以通过设 置m a i l l s l o t - w a i t - f o r e v 】孤来创建一个阻塞的读取操作。函数若执行成功将 返回邮槽旬柄，如果失败则返回i n v a u dh a n d l ev a l u e ，可以通过调用 g e t h s t e r r o r ( ) 得到错误代码。 华北电力大学硕士学位论文 由于邮槽的设计是围绕w i n d o w s 文件系统的，因此在邮槽服务器端对邮槽中数 据的读取所用的r e a d f i l e 0 函数将先前创建的邮槽句柄作为文件旬柄对其进行读取， 这与普通的文件读取操作是一样的。下面给出对邮槽中的数据进行读取的实现代 码。 u i n rr c a d p r o “l p v o i dl p p 盯a m ) c h a n u 矗b r 【2 5 6 】；数据接受缓存 d w o r dd w n u m b e r o m y t e s r e a d ；实际接收到的字节数 c m a i l s l o t s 倒c f v i w p v i c w = ( c m a i l s l o t s e m f e w ) i p p 蝴； 得到视指针 持续对邮槽进行读取 w h n c ( r c 蝴f i l c ( p v i e w 一 m j m a j l s l o t ，b u 骶2 5 6 ， d w n u b c r o m y t c s r c a d ，n u u 01 = 0 )显示从邮槽接收到的数据 b u 骶r 【d w n u b 盯o f b m s r c a d 】= 、o ； p v i c w - m _ s m 璐s a g e = c s 研n g ( b u 疵f ) ， pv i e w 1 w a i l d a t c o ； ) r c t m 0 ： 曼巍，嚣摄搀黩嘏t 品熹鼻 图2 4 传来阻抗阵对厂站端界面 华北电力大学硕士学位论文 本文模型在各厂站端安装邮槽的服务器程序，用于接收从调度端传来的阻抗阵 数据。当调度端把阻抗阵数据传递给厂站端时，厂站端显示“传来阻抗阵，如图 2 4 。 2 4 2 邮槽客户机 邮槽客户机进程的主要任务是打开一个已创建邮槽的实例，并向邮槽写入数据。 一个基本的邮槽客户机的创建过程为：首先通过c r e a t e f i l e ( ) 函数打开一个指向已创 建邮槽的引用句柄，然后通过此句柄调用w r i t e f i l e ( ) 函数，向邮槽写入数据，在完 成了数据的写入后，调用c l o s e h a n d l e ( ) 关闭先前打开的邮槽句柄。 邮槽采用的是一种无连接的形式。客户机在打开指向邮槽的一个引用旬柄时， 并非建立同邮槽服务器的一个实际的连接。要对一个已创建的邮槽进行引用，需要 用到c r e a t e f i l e ( ) 函数，该函数的原型为： h a n d l ec r e a t e f i l e ( l p c t s t rl p f i l e n a m e ， d w o r dd w d e s i r e 也沁c e s s ， d w o r dd w s h a r e m o d c ， l p s e c u r i t y 彻i b u t e s l p s e c u r i t y a t t r i b u t e s ， d w o r dd w c r e a t i o n d i s p o s i t i o n ， d w o r d d w f i a g s a n d a t t r i b u t e s ， h a n d l eh t e m p l a t e f i l e ) ； 在用其打开一个邮槽时，参数l p f i l e n 锄e 为采用了w i n 3 2 文件系统标识的邮槽 名，由于邮槽客户机只能向服务器写入数据，所以访问模式参数d w d e s i r e d a c c e s s 必须设为g e n e r i c - w r i t e ，同时还要设置共享模式参数d w s h a r e m o d c 为 f i l es h a r er e a d ，以允许服务器在邮槽上打开和进行读取操作。安全属性参数 l p s e c u r i t y a t t r i b u t e s 对于邮槽并没有什么作用，应将其设置为n u l l 。创建方式参数 d w c r e a t i o n d i s p o s i t i o n 应该设置为o p e ne x i s t i n g 。下面给出邮槽客户机通过 c r e a t e f i l e ( ) 函数打开由服务器创建的名为t c s t 的邮槽的程序代码： m h m a i l s l o t = c r e a t e f i l e ( 、： m a i l s l o t t e s t ，g e n e r i c w r i t e ， f l l e s h a r e r e a d ，n u l l o p e n j ! x i s t i n l 3 l f i l e a t t r i b u t e n o r m a l ，n u l l ) ； i f ( m h m a i l s l o t = = i n v a l i d h a n d l e v a i jf e ) 华北电力大学硕士学位论文 m s m e s s a g e f o r m a t ( 打开邮槽失败，失败代码：d ”，g e t h s t e r r o r ( ) ) ； i n v a l i d a t e o ； r e t u r n ； e l s e m s m e s s a g e = “成功打开邮槽! ”； i i l v a l i d a t e o ； ) 在成功打开邮槽并获得其句柄后，便可以开始向邮槽写入数据了，与从邮槽读 取数据的r e a d f i l e o 相对应，这里使用w r i t e f i l e o 完成数据的写入： c s t r i n gs m e s s a g c = “”； 要发送的数据 d w o r d d w b y t e s w r i t t e n ； 实际发送出去的字节数 i n tr e t = w r i t e f i l e ( m - h m a i l s l o t ，s m e s s a g e ，s m e s s a g e g e t k n g t h o ，& d w b y t e s w r i t t e n ，n u l l ) ； 向邮槽写入数据 i f ( r e t = = o ) m - s m e s s a g e f o m a t ( “发送数据失败，失败代码：d ”，g e t k s t e r r o o ) ； i n v a l i d a t c o ； c l s e m - s m e s s a g e f o m a t ( “成功发送数据，数据长度：d 字节”，d w b y t e s w r i t t c n ) ； i n v a l i d a t e o ； 1 2 3 l 2 5 阻抗阵的形成和修改 本文在进行短路计算时，利用的是节点阻抗阵而非导纳矩阵节点阻抗矩阵是 一个满阵，其非对角元素一般不等于零，每个元素都包含了全网的信息在进行各 种故障计算时，可直接取用有关节点阻抗元素进行运算，因此在多次重复使用时， 1 4 华北电力大学硕士学位论文 计算速度快，占用机时少。 在继电保护整定计算的故障计算中，往往需要对同一个电力网络进行反复的、 大量的短路计算，此时用节点阻抗矩阵求解具有一定的优势。 节点阻抗矩阵既是节点导纳矩阵的逆阵，原则上，可先形成节点导纳矩阵，然 后运用矩阵求逆的方法求取阻抗阵。但实际上，由于电网的节点众多，对导纳阵求 逆比较困难，而且容易出现误差。所以本文采用支路追加法形成和修改阻抗阵。这 种方法实质上是与根据定义直接求节点导纳矩阵的方法相对应的、根据自阻抗和互 阻抗的定义直接求节点阻抗矩阵的方法。 按照本文所提出的基于周边信息的自适应保护方案，调度端需要首先形成初始 阻抗阵，当线路运行方式发生变化时，各厂站端需要进行阻抗阵的实时修改。阻抗 阵的形成和修改均采用支路追加法完成，以下进行具体说明。 以图2 5 所示网络为例，说明运用支路追加法形成节点阻抗矩阵的过程。 z l z 2 0 图2 5 示例电路图 应首先从一个接地支路开始，例如从图中支路z l o 开始，逐步追加支路，同时 也逐步形成节点阻抗矩阵。 网络中只有一个接地支路z l o 时，网络中只有一个节点1 ，阻抗矩阵只有一阶。 这时，在节点1 连接支路z 1 2 ，网络中增加一个节点2 ，阻抗矩阵增加为二阶。不难 见到，增加的支路z 1 2 是树支，因增加这支路后，并不能形成回路。继增加支路z 1 2 后，再在节点2 连接支路z 2 0 ，网络中不增加节点，阻抗阵仍为二阶。也不难见到， 增加的支路z 2 0 是链支，因增加这支路后，形成了一个回路。继增加支路z 2 0 后，再 在节点2 连接支路z 2 3 ，网络中又增加一节点3 ，阻抗矩阵增加为三阶。显然，增加 的支路z 2 3 也是树支。然后，再相继在节点3 连接支路z 3 l 、z 3 0 。这时，网络中的节 点不再增加，阻抗矩阵的阶数也不再增加，而随支路z 3 l 、z 3 0 的接入，网络中相继 增加两个回路，因而，支路z 3 l 、z 3 0 都是链支。 无疑，如上的追加支路顺序不是唯一的，正如线图的树不止一个一样。但通过 华北电力大学硕士学位论文 如上的阐述可见：追加树支，增加节点，从而增加阻抗矩阵的阶数；追加链支，不 增加节点，从而不增加阻抗矩阵阶数，但必将改变其中各元素的值。以下就分别说 明追加树支和追加链支后节点阻抗矩阵的变化。 l 。追加树支 设原网络有m 个节点，并已经形成一个m 阶阻抗矩阵 z b 1 = 在该网络节点i 追加树支z i j 后，网络中增加一新节点j ，阻抗矩阵阶数增加为 m + 1 。设这个矩阵为： z b j i 根据电网络相关理论计算可得：z 1 j = z 1 i ，z 2 j = z 2 i ，z i j = z i i ，z m j = z m i ； 第j 行的非对角元素，乙l = z l j ，乙2 = z 2 j ，乙i = ，乙m = z m j ；砀= z 辽+ z i j 2 追加无互感链支 仍设原网络有m 个节点，并已形成一个m 阶阻抗矩阵。向该网络节点i 、j 间 追加链支z i i 后，网络中节点数虽不增加，其中各元素的值却将改变 根据计算可得修改后的元素为： z 豫吃量一等一 协1 ) 乙k瓦；乙；k 乙乙乙；乙；乙 3 3 3 0毛毛；乙；k 2 2 2 2 口乙乞；乞；乙乙；乙；乙 -，t， 厉励踟；磊；知励 蓦加轴；蓦；獬 胆瓦瓦瓦；瓦；幺 乙乞毛；毛；乙毛 瓦之毛；毛；乙乙乞乞；乏；如 瓦；毛；k毛 华北电力大学硕士学位论文 其中，z 址和z 玻分别为阻抗阵中修改前后第l 行第k 列的元素。其它变量的定 义与其类似，不再赘述。 一条支路因跳闸或维修退出后，可通