基于纵联原理的广域继电保护算法研究

潘侃

摘 要：目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式，基于纵联原理能够迅速确定出故障的区域。文章提出了基于纵联原理的广域继电保护算法，通过对继电保护故障的确定和算法研究，分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略，表现了算法的准确性，能够克服运行的状况影响，提高继电保护性能。

关键词：纵联原理；广域；继电保护算法

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0080-02

为了改善现阶段继电保护中的不足，在追求更高性能的继电保护方法的同时对新的继电保护概念进行研究。在继电保护中不同位置的IED能够通过互感器获得信息同时也能获得其他IED的信息，在实现主保护的同时提供后备保护的功能。

1 广域继电保护中的问题

广域既定保护有分布式和集中决策式两种结构。因为集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此本文着重延吉分布式决策的结构。决策结构中不采用决策主机，而是通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。而每个IED都会通过和其他IED交换信息以预算出故障位置，由此进行与之对应的操作。分布式决策机构中的广域继电保护的算法中存在两个问题：①通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换。②交换信息内容及故障判断等信息的利用。

2 广域继电保护范围的划分

广域继电保护分为两个部分，在快速主保护的同时要对相邻的设备故障进行后备保护。

2.1 快速主保护区域（最小保护区域）

与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同，包括背侧母线和IED所在线路。快速主保护区域与传统继电保护相比优势在于有两套主保护，其继电保护只要跳开一个断路器并且只需要通过一个IED完成。

2.2 后备保护区域

它也称为最大保护区域在常规工作下IED及其相邻线路提供后备保护作用，可以通过设定确定最大保护区域的范围。

如图1所示，数字对应IED和断路器的编号，L为线路，B为母线。如IEDL3最小保护范围是L2、B2。最大的保护范围为L1、L3、L4、L5及母线B3，当LEDL3故障发生时只能在这一范围内交换信息。

3 基于纵联原理的广域继电保护算法

3.1 广域纵联比较故障定位算法

快速继电保护功能实现取决于判断故障所在的区段。基于纵联原理对广域继电保护进行研究，应当在系统内每个断路器、电流互感器出设IED来测量故障方向。其中没个IED都要事先规划其保护区域，同时列出最大保护区域内的被保护设备与IED的对应关系。通过研究IED内部中故障方向的信息计算出故障的发生区段，确保在故障时周围的IED能够准确判断区段且执行相关操作。

在故障定位算法介绍前要确定两个系数的定义。

3.1.1 动作系数AF

AF表示为IED故障方向的原件动作情况，其取值为：

AFi=i=1时代表方向元件i为正向故障i=-1时代表方向元件i为反向故障i=0时代表方向元件i无输出

3.1.2 关联系数

AF为其它IED相对于被研究的IED关联程度值，表现不同位置的IED输出结果对判断故障的影响程度，其取值为

RFi=n1 IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内线路故障n1IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内母线故障n2 IEDi和相关IED的关联系数在最大保护范围内其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED输出对故障定位的不同影响，目的是刻画量度，其本身没有特殊含义。当n2=1时，n1、n2取值和网络结构有关，定义为：

①计算最小保护区域线路故障时，IED的取为n1。IED的线路接线为I接线，在正常情况下n1=2，与自身RF值也是n1；

②计算最小保护区域内母线故障时，IED的RF为n1。n1等于被研究的IED最大保护区域内母线带出线条的最大值，此时IED自身RF值也是n1。

在节点系统结构图中，IED3最下保护区域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判断故障是否在线路L2中发生，IED4相对于IED3关联系数RF为n1=2；在IED3和IED2、IED7中判断故障是否在母线B2上，IED2、IED7相对于IED3关联系数RF为n=3；在IED2和IED1中判断故障是否在线路L1，IED2相对于IED3关联系数RF为n2=1。

故障方向其原件动作系数和IED关联系数R作为广域继电保护的算法基础，其中每个IED内部都会对故障进行定位计算。当故障时其中每个IED都应当按照如表所示的算法进行故障判断，其结果作为，将其与事先确定的RF相乘能够作为IED输出的结果。将被保护的单元采用式1，同时将相互对应的IED输出值进行相加，将其结果作为判断的结果。根据式2、3再综合考虑判断结果能够判断出故障的发生位置。

其中，F为对保护对象i的故障判断结果，N为被保护元件i的IED数量。

当线路i故障时，对应线路的值为正且满足以下条件，则F为线路i的故障线路判断结果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi为线路i的故障判断结果门槛值，线路都存在门槛值，设定依据线路的故障对应的IED拒动之后，采用式1能够得出门槛值。

当故障发生在母线，故障的母线对应的值是负数且满足以下几个条件，则F为母线故障时的判断结果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母线的故障判断结果门槛值，原则同式（2）。

3.2 广域继电保护策略

在运行故障时的IED通过故障定位算法来确定故障位置，且通过故障位置来判断机电保护策略，广域继电保护策略，如图2所示。

在故障中如果故障在最小保护范围，IED会迅速发出跳闸的信息来控制断路器，以此检测断路器的故障，在断路器失灵时应当向相邻的IED发送信号进行断路器的跳闸。

当故障在最大保护区域时，IED通过检测相邻断路器等方法来确定是否跳开IED的控制断路器，进行后备保护。这种继电保护的算法可以在短时间内同时完成主保护同时提供后备保护功能。因此后备保护不需要依靠整定值及动作的延时配合，只需要信息断路器和IED来进行后备保护，能够使故障切除的范围达到最小。

4 结 语

本文基于纵联原理对广域继电保护进行分析，提出了一种包括广域信息故障判断和继电保护的算法。这种算法紧跟时代步伐，更好地服务于电力运行和继电保护，其不但能够在短时间内对元件进行主保护，也能为相邻设备提供后备保护，确保继电保护的正常作用，为日后的研究发展提供参考和论述，也为广域继电保护提供了活力。

参考文献：

[1] 丛伟，潘贞存，赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究[J].中国电机工程学报，2006，（21）.

[2] 丛伟.广域保护系统结构及故障判别算法研究[D].济南：山东大学，2005.

[3] 尹项根，李振兴，刘颖彤，等.广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨[J].电力系统保护与控制，2012，（5）.

[4] 刘柱，王凯，刘杰.广域继电保护研究综述[J].广东电力，2009，（8）.

摘 要：目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式，基于纵联原理能够迅速确定出故障的区域。文章提出了基于纵联原理的广域继电保护算法，通过对继电保护故障的确定和算法研究，分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略，表现了算法的准确性，能够克服运行的状况影响，提高继电保护性能。

关键词：纵联原理；广域；继电保护算法

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0080-02

为了改善现阶段继电保护中的不足，在追求更高性能的继电保护方法的同时对新的继电保护概念进行研究。在继电保护中不同位置的IED能够通过互感器获得信息同时也能获得其他IED的信息，在实现主保护的同时提供后备保护的功能。

1 广域继电保护中的问题

广域既定保护有分布式和集中决策式两种结构。因为集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此本文着重延吉分布式决策的结构。决策结构中不采用决策主机，而是通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。而每个IED都会通过和其他IED交换信息以预算出故障位置，由此进行与之对应的操作。分布式决策机构中的广域继电保护的算法中存在两个问题：①通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换。②交换信息内容及故障判断等信息的利用。

2 广域继电保护范围的划分

广域继电保护分为两个部分，在快速主保护的同时要对相邻的设备故障进行后备保护。

2.1 快速主保护区域（最小保护区域）

与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同，包括背侧母线和IED所在线路。快速主保护区域与传统继电保护相比优势在于有两套主保护，其继电保护只要跳开一个断路器并且只需要通过一个IED完成。

2.2 后备保护区域

它也称为最大保护区域在常规工作下IED及其相邻线路提供后备保护作用，可以通过设定确定最大保护区域的范围。

如图1所示，数字对应IED和断路器的编号，L为线路，B为母线。如IEDL3最小保护范围是L2、B2。最大的保护范围为L1、L3、L4、L5及母线B3，当LEDL3故障发生时只能在这一范围内交换信息。

3 基于纵联原理的广域继电保护算法

3.1 广域纵联比较故障定位算法

快速继电保护功能实现取决于判断故障所在的区段。基于纵联原理对广域继电保护进行研究，应当在系统内每个断路器、电流互感器出设IED来测量故障方向。其中没个IED都要事先规划其保护区域，同时列出最大保护区域内的被保护设备与IED的对应关系。通过研究IED内部中故障方向的信息计算出故障的发生区段，确保在故障时周围的IED能够准确判断区段且执行相关操作。

在故障定位算法介绍前要确定两个系数的定义。

3.1.1 动作系数AF

AF表示为IED故障方向的原件动作情况，其取值为：

AFi=i=1时代表方向元件i为正向故障i=-1时代表方向元件i为反向故障i=0时代表方向元件i无输出

3.1.2 关联系数

AF为其它IED相对于被研究的IED关联程度值，表现不同位置的IED输出结果对判断故障的影响程度，其取值为

RFi=n1 IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内线路故障n1IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内母线故障n2 IEDi和相关IED的关联系数在最大保护范围内其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED输出对故障定位的不同影响，目的是刻画量度，其本身没有特殊含义。当n2=1时，n1、n2取值和网络结构有关，定义为：

①计算最小保护区域线路故障时，IED的取为n1。IED的线路接线为I接线，在正常情况下n1=2，与自身RF值也是n1；

②计算最小保护区域内母线故障时，IED的RF为n1。n1等于被研究的IED最大保护区域内母线带出线条的最大值，此时IED自身RF值也是n1。

在节点系统结构图中，IED3最下保护区域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判断故障是否在线路L2中发生，IED4相对于IED3关联系数RF为n1=2；在IED3和IED2、IED7中判断故障是否在母线B2上，IED2、IED7相对于IED3关联系数RF为n=3；在IED2和IED1中判断故障是否在线路L1，IED2相对于IED3关联系数RF为n2=1。

故障方向其原件动作系数和IED关联系数R作为广域继电保护的算法基础，其中每个IED内部都会对故障进行定位计算。当故障时其中每个IED都应当按照如表所示的算法进行故障判断，其结果作为，将其与事先确定的RF相乘能够作为IED输出的结果。将被保护的单元采用式1，同时将相互对应的IED输出值进行相加，将其结果作为判断的结果。根据式2、3再综合考虑判断结果能够判断出故障的发生位置。

其中，F为对保护对象i的故障判断结果，N为被保护元件i的IED数量。

当线路i故障时，对应线路的值为正且满足以下条件，则F为线路i的故障线路判断结果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi为线路i的故障判断结果门槛值，线路都存在门槛值，设定依据线路的故障对应的IED拒动之后，采用式1能够得出门槛值。

当故障发生在母线，故障的母线对应的值是负数且满足以下几个条件，则F为母线故障时的判断结果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母线的故障判断结果门槛值，原则同式（2）。

3.2 广域继电保护策略

在运行故障时的IED通过故障定位算法来确定故障位置，且通过故障位置来判断机电保护策略，广域继电保护策略，如图2所示。

在故障中如果故障在最小保护范围，IED会迅速发出跳闸的信息来控制断路器，以此检测断路器的故障，在断路器失灵时应当向相邻的IED发送信号进行断路器的跳闸。

当故障在最大保护区域时，IED通过检测相邻断路器等方法来确定是否跳开IED的控制断路器，进行后备保护。这种继电保护的算法可以在短时间内同时完成主保护同时提供后备保护功能。因此后备保护不需要依靠整定值及动作的延时配合，只需要信息断路器和IED来进行后备保护，能够使故障切除的范围达到最小。

4 结 语

本文基于纵联原理对广域继电保护进行分析，提出了一种包括广域信息故障判断和继电保护的算法。这种算法紧跟时代步伐，更好地服务于电力运行和继电保护，其不但能够在短时间内对元件进行主保护，也能为相邻设备提供后备保护，确保继电保护的正常作用，为日后的研究发展提供参考和论述，也为广域继电保护提供了活力。

参考文献：

[1] 丛伟，潘贞存，赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究[J].中国电机工程学报，2006，（21）.

[2] 丛伟.广域保护系统结构及故障判别算法研究[D].济南：山东大学，2005.

[3] 尹项根，李振兴，刘颖彤，等.广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨[J].电力系统保护与控制，2012，（5）.

[4] 刘柱，王凯，刘杰.广域继电保护研究综述[J].广东电力，2009，（8）.

摘 要：目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式，基于纵联原理能够迅速确定出故障的区域。文章提出了基于纵联原理的广域继电保护算法，通过对继电保护故障的确定和算法研究，分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略，表现了算法的准确性，能够克服运行的状况影响，提高继电保护性能。

关键词：纵联原理；广域；继电保护算法

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0080-02

为了改善现阶段继电保护中的不足，在追求更高性能的继电保护方法的同时对新的继电保护概念进行研究。在继电保护中不同位置的IED能够通过互感器获得信息同时也能获得其他IED的信息，在实现主保护的同时提供后备保护的功能。

1 广域继电保护中的问题

广域既定保护有分布式和集中决策式两种结构。因为集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此本文着重延吉分布式决策的结构。决策结构中不采用决策主机，而是通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。而每个IED都会通过和其他IED交换信息以预算出故障位置，由此进行与之对应的操作。分布式决策机构中的广域继电保护的算法中存在两个问题：①通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换。②交换信息内容及故障判断等信息的利用。

2 广域继电保护范围的划分

广域继电保护分为两个部分，在快速主保护的同时要对相邻的设备故障进行后备保护。

2.1 快速主保护区域（最小保护区域）

与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同，包括背侧母线和IED所在线路。快速主保护区域与传统继电保护相比优势在于有两套主保护，其继电保护只要跳开一个断路器并且只需要通过一个IED完成。

2.2 后备保护区域

它也称为最大保护区域在常规工作下IED及其相邻线路提供后备保护作用，可以通过设定确定最大保护区域的范围。

如图1所示，数字对应IED和断路器的编号，L为线路，B为母线。如IEDL3最小保护范围是L2、B2。最大的保护范围为L1、L3、L4、L5及母线B3，当LEDL3故障发生时只能在这一范围内交换信息。

3 基于纵联原理的广域继电保护算法

3.1 广域纵联比较故障定位算法

快速继电保护功能实现取决于判断故障所在的区段。基于纵联原理对广域继电保护进行研究，应当在系统内每个断路器、电流互感器出设IED来测量故障方向。其中没个IED都要事先规划其保护区域，同时列出最大保护区域内的被保护设备与IED的对应关系。通过研究IED内部中故障方向的信息计算出故障的发生区段，确保在故障时周围的IED能够准确判断区段且执行相关操作。

在故障定位算法介绍前要确定两个系数的定义。

3.1.1 动作系数AF

AF表示为IED故障方向的原件动作情况，其取值为：

AFi=i=1时代表方向元件i为正向故障i=-1时代表方向元件i为反向故障i=0时代表方向元件i无输出

3.1.2 关联系数

AF为其它IED相对于被研究的IED关联程度值，表现不同位置的IED输出结果对判断故障的影响程度，其取值为

RFi=n1 IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内线路故障n1IEDi和相关IED的关联系数在最小保护范围内母线故障n2 IEDi和相关IED的关联系数在最大保护范围内其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED输出对故障定位的不同影响，目的是刻画量度，其本身没有特殊含义。当n2=1时，n1、n2取值和网络结构有关，定义为：

①计算最小保护区域线路故障时，IED的取为n1。IED的线路接线为I接线，在正常情况下n1=2，与自身RF值也是n1；

②计算最小保护区域内母线故障时，IED的RF为n1。n1等于被研究的IED最大保护区域内母线带出线条的最大值，此时IED自身RF值也是n1。

在节点系统结构图中，IED3最下保护区域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判断故障是否在线路L2中发生，IED4相对于IED3关联系数RF为n1=2；在IED3和IED2、IED7中判断故障是否在母线B2上，IED2、IED7相对于IED3关联系数RF为n=3；在IED2和IED1中判断故障是否在线路L1，IED2相对于IED3关联系数RF为n2=1。

故障方向其原件动作系数和IED关联系数R作为广域继电保护的算法基础，其中每个IED内部都会对故障进行定位计算。当故障时其中每个IED都应当按照如表所示的算法进行故障判断，其结果作为，将其与事先确定的RF相乘能够作为IED输出的结果。将被保护的单元采用式1，同时将相互对应的IED输出值进行相加，将其结果作为判断的结果。根据式2、3再综合考虑判断结果能够判断出故障的发生位置。

其中，F为对保护对象i的故障判断结果，N为被保护元件i的IED数量。

当线路i故障时，对应线路的值为正且满足以下条件，则F为线路i的故障线路判断结果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi为线路i的故障判断结果门槛值，线路都存在门槛值，设定依据线路的故障对应的IED拒动之后，采用式1能够得出门槛值。

当故障发生在母线，故障的母线对应的值是负数且满足以下几个条件，则F为母线故障时的判断结果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母线的故障判断结果门槛值，原则同式（2）。

3.2 广域继电保护策略

在运行故障时的IED通过故障定位算法来确定故障位置，且通过故障位置来判断机电保护策略，广域继电保护策略，如图2所示。

在故障中如果故障在最小保护范围，IED会迅速发出跳闸的信息来控制断路器，以此检测断路器的故障，在断路器失灵时应当向相邻的IED发送信号进行断路器的跳闸。

当故障在最大保护区域时，IED通过检测相邻断路器等方法来确定是否跳开IED的控制断路器，进行后备保护。这种继电保护的算法可以在短时间内同时完成主保护同时提供后备保护功能。因此后备保护不需要依靠整定值及动作的延时配合，只需要信息断路器和IED来进行后备保护，能够使故障切除的范围达到最小。

4 结 语

本文基于纵联原理对广域继电保护进行分析，提出了一种包括广域信息故障判断和继电保护的算法。这种算法紧跟时代步伐，更好地服务于电力运行和继电保护，其不但能够在短时间内对元件进行主保护，也能为相邻设备提供后备保护，确保继电保护的正常作用，为日后的研究发展提供参考和论述，也为广域继电保护提供了活力。

参考文献：

[1] 丛伟，潘贞存，赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究[J].中国电机工程学报，2006，（21）.

[2] 丛伟.广域保护系统结构及故障判别算法研究[D].济南：山东大学，2005.

[3] 尹项根，李振兴，刘颖彤，等.广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨[J].电力系统保护与控制，2012，（5）.

[4] 刘柱，王凯，刘杰.广域继电保护研究综述[J].广东电力，2009，（8）.