劉世丹+王增超+梁博

摘 要 容錯(cuò)性是電網(wǎng)廣域后備保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的重要因素。本文在分析廣域后備保護(hù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種基于多Agent的有限廣域方向比較算法，該算法簡(jiǎn)化了Agent間的通訊，并充分考慮方向元件冗余以保證算法的高容錯(cuò)性，從而可快速可靠地進(jìn)行故障定位，實(shí)現(xiàn)了線路與母線的后備保護(hù)。在EPOCHS平臺(tái)上對(duì)該算法進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了該算法的可行性和正確性。

【關(guān)鍵詞】有限廣域后備保護(hù) 容錯(cuò)性 Agent 方向比較

在廣域測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與通信等技術(shù)快速發(fā)展的背景下，利用廣域信息的電網(wǎng)后備保護(hù)日益受到關(guān)注。文獻(xiàn)[1]采用廣域電流差動(dòng)算法，通信量大，對(duì)時(shí)復(fù)雜，加大了實(shí)時(shí)通信的難度；文獻(xiàn)[2]采用基于一次設(shè)備/方向元件關(guān)聯(lián)矩陣的方向比較算法，對(duì)變電站內(nèi)主接線變化有很好的適應(yīng)能力，但該算法沒(méi)有考慮遠(yuǎn)后備保護(hù)，且容錯(cuò)性不高；文獻(xiàn)[3]則利用方向元件冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)高容錯(cuò)性，算法簡(jiǎn)單可靠，通信量小，可以很好地在裝置中實(shí)現(xiàn)，但該算法較強(qiáng)地依賴于變電站決策中心的可靠性，且沒(méi)有考慮線路對(duì)側(cè)主保護(hù)跳閘對(duì)本側(cè)后備保護(hù)的影響，對(duì)母線后備保護(hù)考慮也較為簡(jiǎn)單。

針對(duì)上述算法的缺陷，本文提出一種新的基于多Agent的有限廣域方向比較算法，該算法采用有限廣域內(nèi)的多Agent分布式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化Agent間的通訊，利用Agent與線路/母線關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行廣域方向比較，能快速可靠地實(shí)現(xiàn)線路和母線的后備保護(hù)；在若干線路保護(hù)信息丟失的情況下，該算法通過(guò)對(duì)母線后備保護(hù)的自適應(yīng)整定，并充分考慮方向元件的高容錯(cuò)性，保證了后備保護(hù)系統(tǒng)的可靠工作；最后在電力和通信同步仿真平臺(tái)（EPOCHS）上驗(yàn)證了該算法的準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。按照后備保護(hù)的配置原則，該后備保護(hù)系統(tǒng)需給本站元件（包括母線和線路）提供近后備保護(hù)，還要給下一級(jí)變電站元件（對(duì)端母線及對(duì)端母線的出線）提供遠(yuǎn)后備保護(hù)。因此，本系統(tǒng)中的有限廣域半徑取為R=2，即需要收集直接相鄰變電站所有Agent的信息及次相鄰變電站靠近本站側(cè)的Agent的信息。有限廣域劃分示意圖如圖2所示，虛線范圍即為變電站A內(nèi)的保護(hù)Agent需要信息的范圍。對(duì)某一確定Agent，他發(fā)送自己信息的對(duì)象就是有限廣域范圍包含本Agent的變電站的所有Agent。以A1（表示Agent1，以此類推）為例，它需發(fā)送自己信息給A2、A3、A4、A5、A6和A7。

2 基于方向元件冗余的方向比較算法

每個(gè)Agent均配置方向元件和距離元件，配置方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]，假設(shè)其輸出值分別為f、j，并將線路主保護(hù)和近后備保護(hù)的動(dòng)作信息構(gòu)成記憶故障方向元件，將這三個(gè)元件的輸出結(jié)果進(jìn)行融合，形成Agent的故障測(cè)度值，再經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)收集其他Agent的故障測(cè)度值，根據(jù)Agent與線路/母線關(guān)聯(lián)矩陣，計(jì)算保護(hù)范圍內(nèi)各元件的故障綜合值并與故障整定值相比較，就可以得出各元件的故障情況。下面介紹記憶故障方向元件和故障測(cè)度值、故障綜合值的形成以及故障判別方法。為方便描述，記近后備延時(shí)為Tlocal，遠(yuǎn)后備延時(shí)為Tremote，最長(zhǎng)待包時(shí)間為waittime。

2.1 記憶故障方向元件

引入記憶故障方向信息，把主保護(hù)和近后備保護(hù)的動(dòng)作信息作為一種方向信息維持一段時(shí)間。若本側(cè)線路主保護(hù)正確動(dòng)作，則可以確定故障發(fā)生在本段線路正方向，故將記憶故障方向信息置為1，如果主保護(hù)沒(méi)動(dòng)作，則記憶故障方向值置為0；若本側(cè)線路或母線近后備保護(hù)動(dòng)作，將記憶故障方向信息值置為1。兼顧主保護(hù)可能誤動(dòng)的情況，記憶故障方向元件的輸出值為：

記憶故障方向信息的維持時(shí)間整定為Tremote和waittime之和。

2.2 故障測(cè)度值與故障綜合值

利用方向元件、距離元件和記憶故障方向元件的輸出值，定義Agent的故障測(cè)度值為：

收集完有限廣域范圍內(nèi)Agent的故障測(cè)度值后，計(jì)算各元件故障綜合值F。若元件故障綜合值的絕對(duì)值大于其故障整定值絕對(duì)值，則將其判為確定故障元件；若等于，則判為疑似故障元件；若小于，則判為正常元件。

對(duì)于線路，利用線路各端Agent的故障測(cè)度值來(lái)計(jì)算故障綜合值，如式（3）所示。線路故障整定值如式（4）所示。

式中，Ni表示關(guān)聯(lián)矩陣中線路所在列中的非零元素個(gè)數(shù)。

母線故障綜合值的計(jì)算方法如式（5）所示。

式中，Xi為關(guān)聯(lián)矩陣中母線所在行中的非零元素個(gè)數(shù)，Yi為母線所在行中非零元素對(duì)應(yīng)列中的其他非零元素個(gè)數(shù)，Coutj和Coutm則為非零元素對(duì)應(yīng)Agent的故障測(cè)度值。

母線故障整定值如式（6）所示。

其中，n為與對(duì)應(yīng)母線關(guān)聯(lián)的Agent丟包的數(shù)量，如果某Agent檢測(cè)到其他Agent信息全部丟失，可以判斷為本Agent通信端口出現(xiàn)故障，則取消最長(zhǎng)待包延時(shí)，并將Tlocal提高至與Tremote相等。

3 跳閘策略

如圖3所示。

4 EPOCHS仿真

電力與通信同步仿真平臺(tái)EPOCHS將電力仿真軟件PSCAD和網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2整合到一起，利用文件傳遞數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)兩者的同步運(yùn)行，十分適合廣域保護(hù)系統(tǒng)的仿真。本文利用EPOCHS搭建圖2所示輸電網(wǎng)絡(luò)來(lái)驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性，并獲取通信延時(shí)。設(shè)定Tlocal為100ms，Tremote為200ms；假設(shè)系統(tǒng)正常運(yùn)行后0.2s發(fā)生故障，k1為線路接地，k2為母線接地。下面分別對(duì)各Agent正常工作及有限個(gè)Agent失效情況下兩種接地故障的仿真結(jié)果作分析。

4.1 各Agent與通信均正常

當(dāng)線路2-5發(fā)生A相接地故障時(shí)，各Agent正常輸出，各元件輸出如表1所示。通過(guò)計(jì)算故障綜合值，線路2-5被判為確定故障線路。對(duì)于線路3-1有兩種情況，即故障點(diǎn)在A3的距離元件整定范圍之外或之內(nèi)，對(duì)應(yīng)的A3的故障測(cè)度值為0或1，線路3-1被判為正常線路或疑似線路，但由于保護(hù)范圍內(nèi)存在確定故障線路，由跳閘策略可知，切除線路2-5。A5主保護(hù)在0.236s動(dòng)作，A2近后備保護(hù)在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。endprint

當(dāng)母線A發(fā)生A相接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。母線1-2故障綜合值為-4，因此被判為確定故障，其他元件無(wú)故障。因此，A1和A2后備保護(hù)在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

4.2 有限個(gè)Agent失效

對(duì)于有限個(gè)Agent失效的情況，主要考慮線路末端高阻接地時(shí)距離元件或序分量方向元件拒動(dòng)，以及由于通信丟包而導(dǎo)致某個(gè)Agent信息未能按時(shí)送達(dá)，或者故障時(shí)某變電站路由器擁塞導(dǎo)致該站所有Agent對(duì)外通信中斷。下面分別進(jìn)行討論：

（1）線路2-5末端高阻接地時(shí)A2距離元件拒動(dòng)。

各元件輸出如表3所示。通過(guò)計(jì)算故障綜合值，比較可得，線路2-5和母線A被判為疑似故障，由跳閘策略可知，近后備延時(shí)后先跳閘線路2-5，故障在0.351s被切除，母線后備保護(hù)返回，正確動(dòng)作。

（2）k1或k2接地時(shí)，A2發(fā)給A5的信息包丟失。

Agent2信息包丟失時(shí)，A5一直等到waittime結(jié)束時(shí)，才將A2的故障測(cè)度按0處理。

當(dāng)k1接地時(shí)，假設(shè)A2和A5的線路主保護(hù)都拒動(dòng)，各元件輸出如表4所示，A2于0.251s將線路2-5判為確定故障；A5于0.293s將線路2-5和母線A判為疑似故障，根據(jù)跳閘策略，A5將于Tlocal后跳閘。因此，A2在0.351s動(dòng)作，A5在0.393s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

當(dāng)母線A接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2于0.251s將母線A判為確定故障，而A5于0.293s將線路2-5判為疑似故障線路。因此，A1和A2在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

（3）k1或k2接地時(shí)，變電站A對(duì)外通信中斷。

變電站A對(duì)外通信中斷將導(dǎo)致A1和A2只能收到本站內(nèi)Agent的信息，waittime到達(dá)后將其他站的Agent故障測(cè)度值作0處理。

k1點(diǎn)接地時(shí)，A5線路主保護(hù)于0.236s正常動(dòng)作，各元件輸出見(jiàn)表1。由于變電站A對(duì)外通信中斷，A1和A2將線路2-5和母線C判為疑似故障，A2于0.391s跳閘，正確動(dòng)作。

k2點(diǎn)接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2將母線A判為疑似故障，而由于A5和A3未接收到A1和A2的信息，判斷得出線路2-5、線路3-1和母線A為疑似故障。因此，A1、A2、A3和A4于0.391s左右先后動(dòng)作跳閘，正確動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種有限廣域內(nèi)的分布式方向比較算法，該算法不僅能為本站母線和線路提供近后備保護(hù)，還能為相鄰變電站的母線和出線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)。在有限個(gè)Agent失效的情況下，該算法還具有較高的容錯(cuò)性；另外，由于該算法涉及的通信范圍與通信量較小，通信包種類較少，因此，基于該算法的分布式后備保護(hù)系統(tǒng)容易在裝置上實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇盛，段獻(xiàn)忠，曾祥君等.基于多Agent的廣域電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng).電網(wǎng)技術(shù)， 2005，29（14）：15-19.

[2]楊增力，石東源，段獻(xiàn)忠.基于方向比較原理的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng).中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（22）：87-93.

[3]張保會(huì)，周良才，汪成根等.具有容錯(cuò)性能的廣域后備保護(hù)算法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（5）：66-71.

[4]尹項(xiàng)根，汪旸，張哲.適應(yīng)智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護(hù)分區(qū)與跳閘策略.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（7）：1-7.

作者簡(jiǎn)介

劉世丹（1987-），男，廣東省汕頭市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

王增超（1987-），男，山東省青島市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

梁博（1984-），男，廣東省茂名市人?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

作者單位

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 廣東省廣州市 510600endprint

當(dāng)母線A發(fā)生A相接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。母線1-2故障綜合值為-4，因此被判為確定故障，其他元件無(wú)故障。因此，A1和A2后備保護(hù)在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

4.2 有限個(gè)Agent失效

對(duì)于有限個(gè)Agent失效的情況，主要考慮線路末端高阻接地時(shí)距離元件或序分量方向元件拒動(dòng)，以及由于通信丟包而導(dǎo)致某個(gè)Agent信息未能按時(shí)送達(dá)，或者故障時(shí)某變電站路由器擁塞導(dǎo)致該站所有Agent對(duì)外通信中斷。下面分別進(jìn)行討論：

（1）線路2-5末端高阻接地時(shí)A2距離元件拒動(dòng)。

各元件輸出如表3所示。通過(guò)計(jì)算故障綜合值，比較可得，線路2-5和母線A被判為疑似故障，由跳閘策略可知，近后備延時(shí)后先跳閘線路2-5，故障在0.351s被切除，母線后備保護(hù)返回，正確動(dòng)作。

（2）k1或k2接地時(shí)，A2發(fā)給A5的信息包丟失。

Agent2信息包丟失時(shí)，A5一直等到waittime結(jié)束時(shí)，才將A2的故障測(cè)度按0處理。

當(dāng)k1接地時(shí)，假設(shè)A2和A5的線路主保護(hù)都拒動(dòng)，各元件輸出如表4所示，A2于0.251s將線路2-5判為確定故障；A5于0.293s將線路2-5和母線A判為疑似故障，根據(jù)跳閘策略，A5將于Tlocal后跳閘。因此，A2在0.351s動(dòng)作，A5在0.393s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

當(dāng)母線A接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2于0.251s將母線A判為確定故障，而A5于0.293s將線路2-5判為疑似故障線路。因此，A1和A2在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

（3）k1或k2接地時(shí)，變電站A對(duì)外通信中斷。

變電站A對(duì)外通信中斷將導(dǎo)致A1和A2只能收到本站內(nèi)Agent的信息，waittime到達(dá)后將其他站的Agent故障測(cè)度值作0處理。

k1點(diǎn)接地時(shí)，A5線路主保護(hù)于0.236s正常動(dòng)作，各元件輸出見(jiàn)表1。由于變電站A對(duì)外通信中斷，A1和A2將線路2-5和母線C判為疑似故障，A2于0.391s跳閘，正確動(dòng)作。

k2點(diǎn)接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2將母線A判為疑似故障，而由于A5和A3未接收到A1和A2的信息，判斷得出線路2-5、線路3-1和母線A為疑似故障。因此，A1、A2、A3和A4于0.391s左右先后動(dòng)作跳閘，正確動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種有限廣域內(nèi)的分布式方向比較算法，該算法不僅能為本站母線和線路提供近后備保護(hù)，還能為相鄰變電站的母線和出線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)。在有限個(gè)Agent失效的情況下，該算法還具有較高的容錯(cuò)性；另外，由于該算法涉及的通信范圍與通信量較小，通信包種類較少，因此，基于該算法的分布式后備保護(hù)系統(tǒng)容易在裝置上實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇盛，段獻(xiàn)忠，曾祥君等.基于多Agent的廣域電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng).電網(wǎng)技術(shù)， 2005，29（14）：15-19.

[2]楊增力，石東源，段獻(xiàn)忠.基于方向比較原理的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng).中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（22）：87-93.

[3]張保會(huì)，周良才，汪成根等.具有容錯(cuò)性能的廣域后備保護(hù)算法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（5）：66-71.

[4]尹項(xiàng)根，汪旸，張哲.適應(yīng)智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護(hù)分區(qū)與跳閘策略.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（7）：1-7.

作者簡(jiǎn)介

劉世丹（1987-），男，廣東省汕頭市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

王增超（1987-），男，山東省青島市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

梁博（1984-），男，廣東省茂名市人。現(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

作者單位

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 廣東省廣州市 510600endprint

當(dāng)母線A發(fā)生A相接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。母線1-2故障綜合值為-4，因此被判為確定故障，其他元件無(wú)故障。因此，A1和A2后備保護(hù)在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

4.2 有限個(gè)Agent失效

對(duì)于有限個(gè)Agent失效的情況，主要考慮線路末端高阻接地時(shí)距離元件或序分量方向元件拒動(dòng)，以及由于通信丟包而導(dǎo)致某個(gè)Agent信息未能按時(shí)送達(dá)，或者故障時(shí)某變電站路由器擁塞導(dǎo)致該站所有Agent對(duì)外通信中斷。下面分別進(jìn)行討論：

（1）線路2-5末端高阻接地時(shí)A2距離元件拒動(dòng)。

各元件輸出如表3所示。通過(guò)計(jì)算故障綜合值，比較可得，線路2-5和母線A被判為疑似故障，由跳閘策略可知，近后備延時(shí)后先跳閘線路2-5，故障在0.351s被切除，母線后備保護(hù)返回，正確動(dòng)作。

（2）k1或k2接地時(shí)，A2發(fā)給A5的信息包丟失。

Agent2信息包丟失時(shí)，A5一直等到waittime結(jié)束時(shí)，才將A2的故障測(cè)度按0處理。

當(dāng)k1接地時(shí)，假設(shè)A2和A5的線路主保護(hù)都拒動(dòng)，各元件輸出如表4所示，A2于0.251s將線路2-5判為確定故障；A5于0.293s將線路2-5和母線A判為疑似故障，根據(jù)跳閘策略，A5將于Tlocal后跳閘。因此，A2在0.351s動(dòng)作，A5在0.393s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

當(dāng)母線A接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2于0.251s將母線A判為確定故障，而A5于0.293s將線路2-5判為疑似故障線路。因此，A1和A2在0.351s動(dòng)作，正確動(dòng)作。

（3）k1或k2接地時(shí)，變電站A對(duì)外通信中斷。

變電站A對(duì)外通信中斷將導(dǎo)致A1和A2只能收到本站內(nèi)Agent的信息，waittime到達(dá)后將其他站的Agent故障測(cè)度值作0處理。

k1點(diǎn)接地時(shí)，A5線路主保護(hù)于0.236s正常動(dòng)作，各元件輸出見(jiàn)表1。由于變電站A對(duì)外通信中斷，A1和A2將線路2-5和母線C判為疑似故障，A2于0.391s跳閘，正確動(dòng)作。

k2點(diǎn)接地時(shí)，各元件輸出如表2所示。A1和A2將母線A判為疑似故障，而由于A5和A3未接收到A1和A2的信息，判斷得出線路2-5、線路3-1和母線A為疑似故障。因此，A1、A2、A3和A4于0.391s左右先后動(dòng)作跳閘，正確動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種有限廣域內(nèi)的分布式方向比較算法，該算法不僅能為本站母線和線路提供近后備保護(hù)，還能為相鄰變電站的母線和出線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)。在有限個(gè)Agent失效的情況下，該算法還具有較高的容錯(cuò)性；另外，由于該算法涉及的通信范圍與通信量較小，通信包種類較少，因此，基于該算法的分布式后備保護(hù)系統(tǒng)容易在裝置上實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇盛，段獻(xiàn)忠，曾祥君等.基于多Agent的廣域電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng).電網(wǎng)技術(shù)， 2005，29（14）：15-19.

[2]楊增力，石東源，段獻(xiàn)忠.基于方向比較原理的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng).中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（22）：87-93.

[3]張保會(huì)，周良才，汪成根等.具有容錯(cuò)性能的廣域后備保護(hù)算法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（5）：66-71.

[4]尹項(xiàng)根，汪旸，張哲.適應(yīng)智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護(hù)分區(qū)與跳閘策略.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（7）：1-7.

作者簡(jiǎn)介

劉世丹（1987-），男，廣東省汕頭市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

王增超（1987-），男，山東省青島市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心助理工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

梁博（1984-），男，廣東省茂名市人。現(xiàn)為廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)管理工作。

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廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 廣東省廣州市 510600endprint