华中科技大学博士生论文模板Word文档下载推荐.doc

华中科技大学博士生论文模板Word文档下载推荐.doc

《华中科技大学博士生论文模板Word文档下载推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华中科技大学博士生论文模板Word文档下载推荐.doc（214页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

尹项根教授

游大海教授

答辩日期

2010年5月30日

ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineering

ResearchonInformationManagementandCommunicationTechnologyofWideAreaProtectionCopingwith

PowerGridCatastrophe

Ph.D.Candidate

1.1.1.1.1.WangYangguang

Major

PowerSystemanditsAutomation

Supervisor

Prof.YinXianggen

Prof.YouDahai

HuazhongUniversityofScience&

Technology

Wuhan430074，P.R.China

May,2010

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本论文属于

保密□，在____________年解密后适用本授权书。

不保密□。

（请在以上方框内打“√”）

指导教师签名：

年月日 日期：

年月日

华中科技大学博士学位论文

摘要

随着“西电东送、南北互供、全国互联”发展战略的实现，一个覆盖全国范围的统一电网已初具规模。

随着特高压、智能电网建设的铺开，我国电力工业已开始进入以特高压为显著标志，高智能化为显著特征、全国联网，实现更大范围资源优化配置的新阶段。

互联电网具有优化资源配置，有效提高供电可靠性等优点，但是也对继电保护系统带来了前所未有的挑战。

广域保护系统依靠通信网络，获取广域范围内的电网信息，通过综合决策，能快速、准确地，以尽可能小的停电区域隔离故障。

是提高大型互联电网安全性与稳定性的重要手段之一。

当前，由于极端自然灾害引发的电网灾变时有发生。

极端自然灾害给保护系统带来了多方面的影响，广域保护课题面临新的挑战。

因此，应研究对各种灾变具有自主应对能力的新型电网保护。

本文着眼应对灾变的有限广域智能保护，就信息处理与通信技术的诸多问题展开了深入的研究。

首先，信息处理应在一种具体的、完整的广域保护算法的基础上进行展开。

为此，首先分析了保护区域划分的必要性，确定了基于远后备保护范围划分保护区域的基本原则。

利用t统计检验方法对电流量显著性变化进行判别，提出了一种新的保护区域界定方法。

通过收集保护区域内的故障方向信息，给出了基于关联矩阵运算的广域方向比较故障判别算法。

提出了故障确认环的概念，利用故障确认环与距离动作信息构成了容错性处理措施，并给出了广域保护的跳闸流程。

其次，广域保护是一个复杂的动态系统，它通过对各种故障信息的综合决策与协作，以最快的速度、最小的范围隔离故障。

利用智能多Agent技术来构建广域保护系统是一条非常有效的途径。

根据本文提出的广域保护算法，设计了广域保护的多Agent系统。

就广域保护多Agent的体系结构、保护Agent的任务分解、单个Agent的组成结构以及典型子功能Agent的设计进行了详细的分析。

针对具体的广域保护算法，提出了广域保护多Agent系统的动态协作机制，并阐述了各种工作状态的转换过程。

第三，广域保护系统的实现建立在如何有效地获取广域范围内的信息，以及如何有效地使用这些信息。

因此，需要构建一个能够满足多种功能要求的统一信息交换平台。

本文提出基于IEC61850标准构建广域保护系统的信息传输平台。

分析了基于IEC61850标准的智能电子装置（IntelligentElectronicDevice,IED）建模的一般性步骤，进行了广域保护的功能分解，在此基础上完成了广域保护IED信息模型的建立。

并按照标准的规定，创建了广域方向保护逻辑节点类和广域纠错保护逻辑节点类。

分析了广域保护功能逻辑节点之间的交换信息，这些信息都属于快速报文业务。

因此，提出了利用通用变电站事件（GenericSubstationEvent,GSE）服务模型传输广域保护功能所需的故障信息，并研究了信息传输的发布/订阅机制。

第四，通信网络是实现广域保护的基础，通信技术的飞速发展使得收集广域范围的电网信息成为可能。

由于广域保护包括继电保护与安全自动控制两大功能，在考虑通信系统建设成本和可扩展性的基础上，本文提出了基于电力调度数据网传输广域保护信息的通信方案。

分析了广域保护对通信网络性能的要求，提出了基于IPoverSDHwithMPLSVPN的广域通信组网方案和信息传输方法。

通信系统采用分布式与集中式相结合的混合模式，广域继电保护IED所需的信息以分布式对等模式进行交换，其它信息通过集中模式传往调度中心。

利用MPLS技术的流量工程与区分服务模型保证广域保护所需信息传输的服务质量。

设计了一个实际的广域保护通信系统，并利用仿真软件OPNETModeler对通信系统进行建模，仿真保护信息在各种情况下传输的实时性、可靠性。

第五，极端气候条件的破坏，通信通道受损，不仅导致纵联主保护退出运行，而且使基于完整健全电网展开研究的广域保护理论不能适用。

为此，展开了通信通道重构技术的研究。

本文提出了两种通信通道重构技术，一种是利用健全链路以迂回方式传输保护信息，提出了基于最短路径的迂回路由算法，并针对多条链路同时故障时可能导致健全链路拥塞的情况，提出了基于链路负载约束的最短路径迂回路由算法。

第二种是结合电力设施监测，引入无线传感器网络构建临时应急通道。

以冰冻气候下的电力设施监测系统为例，设计了应用无线传感器网络的保护应急通道系统。

选择了系统所需的传感器节点，进行了传感器节点的布置，提出了网络的拓扑结构。

由于传感器节点采用电池供电，网络寿命受电池容量限制，因此，对电池的放电特性进行了研究，仿真实验表明电池具有明显的恢复效应。

根据传感器节点布置在输电线周围的特点，提出了小CT取能与电池联合供电的节点能量优化方案，并应使节点工作在脉冲放电方式。

然后，提出了基于电池状态的簇头节点选举方法，和基于定向扩散与谣传路由的路由算法。

本文对应对灾变的广域保护系统进入了深入的研究，为广域保护从概念性探索向应用基础研究转化奠定了理论基础。

使得广域保护具备紧急应对电网灾变的能力，加强电力系统安全稳定的“第一道防线”。

关键词：

广域保护；

灾变；

t统计检验；

故障确认环；

多Agent系统；

IEC61850；

多协议标记交换；

迂回通信；

无线传感器网络

ABSTRACT

Withtheimplementationofthedevelopmentstrategyof“west-eastelectricitytransmission,south-northelectricityexchangeandinterconnectionofnationwidepowergrid”,anationwideintegratedpowersystemhasbeguntotakeshape.AstheconstructionofUHV,smartgridrollout,thedevelopmentofourpowerindustryhasbegantoenteranewstagewhichischaracterizedbyUHV,highintelligence,interconnectionofnationwidepowergridandoptimumdistributionofenergyinmoreareas.Theinterconnectednetworkwillbringunprecedentedchallengeforrelayingprotectionsystem,althoughithastheadvantageofoptimizingtheallocationofenergy,enhancingpowersystemreliabilityeffectivelyandsoon.Thewideareaprotectionsystemisoneoftheimportantmethodstoenhancethesecurityandstabilityofthelargeinterconnectednetwork,whichreliesoncommunicationnetworkstogetpowernetworkinformationinwideareaandisolatesfaultsquicklyandpreciselyinanassmallaspossibleoutageregionthroughcompounddecisions.

Thepowergridcatastrophecausedbyextremenaturedisastershappensoccasionallyatpresent,andthedisastershavebroughtvariousinfluencesuponprotectionsystem,whichhavetheresearchonwidearearelayingprotectionfacedmanynewchallenges.Thereforeanew-typepowergridprotectionsystemthatisabletocopewithvariouskindsofdisastersindependentlyshouldberesearched.Consideringthelimitedwideareaintelligentprotectionsystemcopingwithcatastrophe,thefollowingaspectsarestudied:

thedemarcationofprotectedzones,thewideareaprotectionalgorithmwhichischaracteristicoffault-tolerance,theintelligenttechnologybasedonmulti-agentsystem,theconstructionofaunifiedinformationcommunicationplatform,communicationschemeandamethodoftransmittinginformation,communicationchannelreconstructiontechnology,etc.

Firstly,thenecessityofdemarcatingprotectedzonesisanalyzed,andthebasicprinciplesofthedemarcationbasedonremotebackupprotectionaredetermined.Anewmethodonthedemarcationisproposed,whichcandistinguishthesignificantchangeofamperagebymeansoftstatistictestmethod.Basedonincidencematrixoperation,afaultdetectionalgorithmofwideareadirectionalcomparisonprotectionisgiven,whichmakesuseofthefaultdirectioninformationgatheredfromtheprotectedzones.Theconceptoffaultconfirmationloopisintroduced,whichcanbeusedtoformthetreatmentmeasuresoffaulttolerancewiththeoperationinformationofdistanceprotection.Andthetripflowofwideareaprotectionisgivenaswell.

Secondly,thesystemfaultscanbeisolatedinaminimalregionasquicklyaspossible,whenallkindsofthefaultinformationiscoordinatedandprocessedcomprehensivelybywideareaprotectionthatisacomplexdynamicsystem.Itisveryeffectivetoconstructawideareaprotectionsystembymulti-agenttechnology.Accordingtothewideareaprotectionalgorithmproposedinthispaper,amulti-agentsystemofwideareaprotectionisdesigned.Andthedesignprocessareanalyzedindetail,suchasfollowthesystemarchitecture,thetaskdecompositionofprotectionagent,theconstitutionofasingleagentandthetypicalsub-functionagents.Forthewideareaprotectionalgorithm,adynamiccooperationmechanismofthewideareaprotectionmulti-agentsystemisproposedandthetransitionprocessofallkindsofworkingconditioniselaborated.

Thirdly,thewideareaprotectionsystemisbuiltuponhowtogetanduseeffectivelyinformationinawidearea.Soitisessentialtoconstructaunifiedinformationexchangeplatformthatisabletomeetavarietyoffunctionalrequirements.BasedonIEC61850,aninformationtransmissionplatformofwideareaprotectionisproposedinthisthesis.OnthebasisofanalyzingthegeneralmodelingstepofIntelligentElectronicDevice（IED）basedonIEC61850andthefunctiondecompositionofwideareaprotectionsystem,theinformationmodeloftheIEDusedforwideareaprotectionisbuiltup.Accordingtothestandardcode,thelogicalnodeclassesofwideareadirectionalprotectionandwideareaerrorcorrectionprotectionaresetup.Theexchanged-messageamongthefunctionallogicnodesofwideareaprotectionisanalyzed,whichbelongstothefastmessagetransmissionservices.ThentheideaoftransmittingfailuremessageneededbywideareaprotectionfunctionthroughtheservicemodelofGenericSubstationEvent（GSE）isprovided,andthepublish/subscribemechanismofinformationtransmissionisdiscussed.

Fourthly,communicationnetworksarethefoundationtorealizewideareaprotection,andtherapiddevelopmentofcommunicationtechnologymakesthempossibletogathertheinformationofpowergridinwidearea.Awideareaprotectionsystemcanrealizetwomainfunctions:

relayingprotectionandsecurity&

stabilityautomaticcontrol.Consideringtheconstructioncostandexpandabilityofacommunicationsystem,acommunicationschemeisproposedinthepaper,thatthewideareaprotectioninformationistransmittedthroughtheelectricpowersystemdispatchingdatanetwork.Analyzingtheperformancerequirementofcommunicationnetworksthatisneededbywideareaprotection,anetworkingschemeforwideareacommunicationbasedonIPoverSDHwithMPLSVPNandaninformationtransmissionmethodareproposed.Thecommunicationsystemadoptsahybridmodelcomposedofdistributedmodelandcentralizedmodel.TheinformationforthewidearearelayingprotectionIEDisexchangedwiththedistributed,peer-to-peermodel,whiletheotherinformationistransmittedtopowerdispatchingcenterswiththecentralizedmodel.TheservicequalityoftheinformationtransmissionforwideareaprotectioncanbeguaranteedbyTrafficEngineeringandDifferentiatedServiceModelinMPLStechnology.Anactualcommunicationsystemofwideareaprotectionisdesigned,anditsmodelisbuiltwithOPNETModelerfortestingthereal-timeandreliabilityoftheprotectioninformationtransmissioninallcircumstances.

Fifthly,underconditionsofextremeclimateordamagedcommunicationchannels,notonlypilotmainprotectionsystemcouldbeoutofservice,butalsothetheoryofwideareaprotectionbasedonunbrokenpowergridscouldbenomoreappropriate.Therefore,researchforcommunicationchannelreconstructiontechnologyisconducted.Therearetworelevantmethodsgiveninthepaper,andonei