一种有源配电网的继电保护定值协调优化方法及装置

技术领域

本申请属于配电网继电保护定值技术研究领域，尤其涉及一种有源配电网的继电保护定值协调优化方法及装置。

背景技术

传统的配电网定值采用逐级配合方法，即主保护和后备保护之间通过时间级差相配合，该方法原理简单易于实现，随着新能源场站不断接入，配电网线路结构和配用电负载分配呈现多样性和复杂性，电网结构由单电源辐射状变为多电源供电，时间级差的选择变得异常复杂，时间级差选择过大，使配合时间过长，选择过小可能会造成误动，甚至出现定值之间无法配合情况。

目前保护定值协调优化主要采用反时限过流保护特性来说明算法的协调优化，反时限过流保护在国外获得广泛应用，而国内配电网普遍配置定时限三段式过流保护，现有定时限协调优化方法均为距离保护的协调配合，缺少适用于国内配电网普遍配置的定时限三段式过流保护的限过流保护的协调配合。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种有源配电网的继电保护定值协调优化方法及装置，能够提出基于定时限过流保护的配网定值协调优化方法，减少配电网定值的整定时间、优化配电网定值的选择性、提高灵敏度。

本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了有源配电网的继电保护定值协调优化方法，包括：获取配网保护数据；

基于所述配网保护数据，建立定值协调优化模型；

基于配网三段式过流保护和所述定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间；

基于所述过流保护约束区间，求解所述定值协调优化模型。

在第一方面的一种可能的实现方式中，以所述配网保护中整定时间最短、选择性最佳、灵敏度最优和满足约束条件最多为目标，建立所述定值协调优化模型的适应度函数；

所述定值协调优化模型的适应度函数表示为：

其中，I为配网保护数目，J为配网保护延时段数目，j取{1,2,3}；t

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述定值协调优化模型的约束条件包括：选择性约束条件、灵敏性约束条件、级差约束条件和潮流约束条件。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述选择性约束条件，整体表示为：

若线路l第j段保护与线路l-1第j-1段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

若所述线路l第j段保护与所述线路l-1第j段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述灵敏性约束条件表示为：

其中，I

所述级差约束条件表示为：

若所述线路l第j段保护与所述下一级线路l-1第j-1段保护配合，所述级差约束条件表示为：

其中，

若所述线路l第j段保护与所述线路l-1第j段保护配合，所述级差约束条件表示为：

其中，

所述潮流约束条件表示为：

其中，

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间，包括：

根据所述约束条件，将目标保护的定值电流和时间的二维关系划分成预设数目的所述约束区间，并形成约束区间图；每个所述约束区间图代表一个配合状态，以各个约束区间作为自变量，自变量处于一个S维空间中，将所述目标保护对应的目标自变量组合形成粒子；所述粒子作为配网保护的一套定值。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述求解所述定值协调优化模型，包括：

基于所述配网保护的一套定值，应用全局搜索迭代n次得到历史最优解；

在所述历史最优解附近进行局部搜索，所述局部搜索找到局部最优后跳出所述局部搜索；否则迭代m次后，得到最优解。

第二方面，本申请实施例提供了一种有源配电网的继电保护定值协调优化装置，包括：

数据获取模块，用于获取配网保护数据；

定值协调优化模型建立模块，用于基于所述配网保护数据，建立定值协调优化模型；

约束区间划分模块，用于基于所述定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间；

求解模块，用于求解所述定值协调优化模型。

第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的有源配电网的继电保护定值协调优化方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的有源配电网的继电保护定值协调优化方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的方法。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例，通过建立定值协调优化模型，以配网三段式过流保护为依托，首次提出过流保护约束区间，获得定值协调优化模型最优解，该方法参数少，能够减少配电网定值的配合时间，为我国配网保护实际配置情况提供有效借鉴。

可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例提供的过流II段约束区间图；

图3是本申请一实施例求解定值协调优化模型流程图；

图4是本申请一实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化装置的结构示意图；

图5本申请一实施例提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图和具体实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1是本申请一实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化方法的示意性流程图，参照图1，对该有源配电网的继电保护定值协调优化方法的详述如下：

在步骤101中，获取配网保护数据。

示例性的，配网保护数据包括配网保护数目、配网保护各延时段保护动作时间、保护的定值电流和时间等数据。

在步骤102中，基于配网保护数据，建立定值协调优化模型。

具体的，以配网保护中整定时间最短、选择性最佳、灵敏度最优和满足约束条件最多为目标，建立定值协调优化模型的适应度函数。

定值协调优化模型的适应度函数表示为：

其中，I为配网保护数目，J为配网保护延时段数目，j取{1,2,3}；t

具体的，定值协调优化模型的约束条件包括：选择性约束条件、灵敏性约束条件、级差约束条件和潮流约束条件。

接下来，确定上述各约束条件的取值范围。

具体的，选择性约束条件，整体表示为：

若线路l第j段保护与线路l-1第j-1段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

若线路l第j段保护与线路l-1第j段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

一实施例中，以电流II段保护为例：若线路l第II段保护与下一级线路第I段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

若线路l第II段保护与线路l-1第II段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

具体的，灵敏性约束条件表示为：

其中，I

级差约束条件表示为：

若线路l第j段保护与下一级线路l-1第j-1段保护配合，级差约束条件表示为：

其中，

若线路l第j段保护与线路l-1第j段保护配合，级差约束条件表示为：

其中，

潮流约束条件表示为：

其中，

在步骤103中，基于配网三段式过流保护和定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间。

具体的，根据上述约束条件，将目标保护的定值电流和时间的二维关系划分成预设数目的约束区间，并形成约束区间图；每个约束区间图代表一个配合状态，以各个约束区间作为自变量，自变量处于一个S维空间中，将目标保护对应的目标自变量组合形成粒子；粒子作为配网保护的一套定值。

示例性的，以各个约束区间作为自变量，自变量处于一个S维空间中，将各个自变量组合起来形成一个可行解，作为移动的一个粒子。

一实施例中，以电流II段保护为例，图2中一个点代表一个配合状态，点1、2代表满足潮流约束时两种整定时间，3代表过流II段与下一级保护II段保护配合时间，4代表过流II段与下一级保护I段保护配合时间，5、6代表灵敏度整定时两种整定时间。

在步骤104中，基于过流保护约束区间，求解定值协调优化模型。

具体的，求解定值协调优化模型，包括：基于配网保护的一套定值，应用全局搜索迭代n次得到历史最优解；在历史最优解附近进行局部搜索，局部搜索找到局部最优后跳出局部搜索；否则迭代m次后，得到最优解。

示例性的，如图3所示，在求解定值协调优化模型过程中，首先初始化数据：初始化保护定值和时间，在S空间内给初始粒子附予一个随机的位置，每个位置代表可能的一套定值，即包含配网所有保护的定值和时间。

然后进行全局寻优：全局寻优表达式为：

其中，

进行局部寻优：粒子间比较寻优，即每个粒子s

当

否则，迭代m次后，得到最优解，输出最优结果。其中，m为最大迭代次数，若未达到最大迭代次数，则重复局部寻优。

一实施例中，基于约束条件和优化后方案，比较蚁群算法和遗传算法与本算法的系统总动作时间，遗传算法得到总动作时间为5.292秒，遗传算法为4.995秒，本算法为3.984秒，优于其他算法。

可见本发明提出的有源配电网的继电保护定值协调优化方法，通过建立定值协调优化模型，以配网三段式过流保护为依托，首次提出过流保护约束区间，获得定值协调优化模型最优解，该方法参数少，能够减少配电网定值的整定时间、优化配电网定值的选择性、提高灵敏度，为我国配网保护实际配置情况提供有效借鉴。

应理解，上述各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例的有源配电网的继电保护定值协调优化方法，图4示出了本申请实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

图4是本申请一实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化装置的结构示意图，该装置包括：数据获取模块201，用于获取配网保护数据；定值协调优化模型建立模块202，用于基于配网保护数据，建立定值协调优化模型；约束区间划分模块203，用于基于定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间；求解模块204，用于基于过流保护约束区间，求解定值协调优化模型。

具体的，定值协调优化模型建立模块202以配网保护中整定时间最短、选择性最佳、灵敏度最优和满足约束条件最多为目标，建立定值协调优化模型的适应度函数。

定值协调优化模型的适应度函数表示为：

其中，I为配网保护数目，J为配网保护延时段数目，j取{1,2,3}；t

具体的，定值协调优化模型的约束条件包括：选择性约束条件、灵敏性约束条件、级差约束条件和潮流约束条件。

具体的，选择性约束条件，整体表示为：

若线路l第j段保护与线路l-1第j-1段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

若线路l第j段保护与线路l-1第j段保护配合，则选择性约束条件表示为：

其中，

具体的，灵敏性约束条件表示为：

其中，I

级差约束条件表示为：若线路l第j段保护与下一级线路l-1第j-1段保护配合，级差约束条件表示为：

其中，

若线路l第j段保护与线路l-1第j段保护配合，级差约束条件表示为：

其中，

潮流约束条件表示为：

其中，

约束区间划分模块203基于定值协调优化模型中的约束条件，划分预设数目的过流保护约束区间，包括：根据约束条件，将目标保护的定值电流和时间的二维关系划分成预设数目的约束区间，并形成约束区间图；每个约束区间图代表一个配合状态，以各个约束区间作为自变量，自变量处于一个S维空间中，将目标保护对应的目标自变量组合形成粒子；粒子作为配网保护的一套定值。

求解模块204求解定值协调优化模型，包括：基于配网保护的一套定值，应用全局搜索迭代n次得到历史最优解；在历史最优解附近进行局部搜索，局部搜索找到局部最优后跳出局部搜索；否则迭代m次后，得到最优解。

本申请实施例还提供了一种终端设备，参见图5，该终端设备300可以包括：至少一个处理器310和存储器320，所述存储器320中存储有可在所述至少一个处理器310上运行的计算机程序321，所述处理器310执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤，例如图1所示实施例中的步骤101至步骤104。或者，处理器310执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块201至204的功能。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器320中，并由处理器310执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序段，该程序段用于描述计算机程序在终端设备300中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器310可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器320可以是终端设备的内部存储单元，也可以是终端设备的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。所述存储器320用于存储所述计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器320还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

本申请实施例提供的有源配电网的继电保护定值协调优化方法可以应用于计算机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述有源配电网的继电保护定值协调优化方法各个实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述有源配电网的继电保护定值协调优化方法各个实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。