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1、电力系统拓扑结构的实时监测摘要咱们通常将电力系统中彼此连接在一些元件，例如发电机、变压器、输电线、负载等概念为电力系统的拓扑。拓扑结构的研究决定了大多数监视器可否正确的动作，例如操纵和爱惜动作。本论文介绍一种能实时的精准测定拓扑结构的方式。为了能够证明什么缘故这种方法很重要，本文假定了拓扑结构监测那个问题的研究背景，并讨论了其各类应用功能的阻碍。如何实现这种监测方式所需要的硬件和软件是十分重要的，同时性能的改善也要紧取决于变电站和全系统拓扑结构监测的准确性可否提高。1.引言咱们把这种彼此连接在一路的结构概念为电力系统网络结构。网络拓扑结构，是通过网络中负责维持网络连通性的开关元件中的测量单元所

2、取得。这些元件称为断路器（CBs）, 它们都是用来切除或连通系统中某些组成部份。另外，有些功能需要应用到电力系统模型。在建模的进程中网络中所有组件的参数值必需加以概念。最多见的测量电力系统的拓扑结构最多见的方式是监测断路器的状态。实时监控一般是通过监视操纵与数据搜集系统的远程终端装置来完成。RTU接在连接变电站或开关站的断路器上，以检测的断路器状态的转变，通过SCADA系统的界面向操作人员报告。 此刻监测断路器的状态主若是同过监测操纵电路的触头A和B。这些触头的位置被设计为互补的。以便通过监测触头A和触头B相反的状态来确信断路器的开或断。尽管这种方式已利用了一段时刻，接触“ A ”和“ B ”

3、指示的靠得住性一直备受关注。因为触头仪表的读数错误显现得相对频繁。这可能是由系统故障，或SCADA系统通信的错误，或人为操作的失误所引发的。因此，本文献要紧的工作是在众多的方式中探讨出一种能加倍靠得住的监测断路器状态的方式。本次发表的文献偏重于拓扑结构监测中两个大体相关的问题。即系统性的改善整个拓扑网络的测量和局部性的提高单个断路器状态的测量。到目前为止，对网络的拓扑结构那个问题的讨论，主若是集中于如何使得系统能够动态的测定系统的拓扑状态和尽可能的使得拓扑结构测定更精准。对位于变电站层的局部拓扑结构问题的研究，要紧包括基于断路器操纵回路测量信号的自动分析，和基于变电站智能电子设备检测拓扑结构兼

4、容性的研究这两个方面。本文偏重于延伸本地断路器监测概念的问题，整个网络拓扑结构的监测。讨论监测任务的背景和相关的实时监测后，本文概述了实施和效益的新方式。最后还论述以后进展的需要。2. 检测器大体工作情形电力系统监测器的运行状态包括模拟信号的测量，和断路器开关状态的测量。本节要紧讨论检测器如何执行局部性与系统性的请求。局部事件监控与变电站的运行相关联的局部操作，包括故障后可能发生的数字式继电爱惜动作或操作人员通过SCADA系统单纯的使断路器开断动作。作为局部事件监控的一部份，可能需要局部性或系统性的测量。局部性测量的应用 典型的的情形下，一个数字式故障记录器被连接到变电站进行模拟信号与断路器状

5、态的测量。在这种情形下，局部测量用于本地的监控功能。而且所有测量的采样时刻在整个变电站层面上是同步的。详细分析继电爱惜的动作顺序就能够够准确的推算出故障的类型和在包括多级断路器运行时开关的动作时序。系统性测量的应用当系统拓扑结构的信息和整个网络的分散测量信息被用于本地事件研究时，系统性测量要紧目的是研究分析本地事件。一种新的基于一个适当程序的故障定位算法确实是最好的例证。该程序把短路研究所取得的信号与故障录波器中记录的信号相较较。在系统模型的某处设置故一个故障，然后进行仿真实验产生一个故障信号，而且人为的模拟显现场测量信号和故障录波器。然后改变系统模型中模拟故障的位置，而且将现场记录信号与仿真

6、信号作比较，当现场信号和模拟信号之间的误差最小的时候，就能够产生一个相匹配的最正确优化方案。在模型中假设模拟的故障定位使得价值函数最小，那么以为模拟的故障定位确实是实际中故障发生的地址。 系统性事件的监测另种监测情形是，当系统性事件需要个别地址变电站当场进行单独的操纵行为的信息。对致使停电的连续串事件进行分析研究确实是最好的例证。在这种情形下，本地小故障所产生的冲击就有可能产生更为严峻的系统性故障。 本地测量的应用 模拟信号和开关状态的就地测量能够有助于了解全系统的运行。例如，当测量从一些继电爱惜的动作顺序的时候能够帮忙了解系统的运行。当N - 2事故发生在系统中的时候情形专门重要。当这种偶然

7、性的故障仍然被以为是本地故障的时候，可能会产生阻碍电力系统运行平安运行的情形。统性测量的应用 这种情形在任何的能量治理系统（EMS）的功能中都很普遍的。大部份能量治理系统的功能是全系统性的，因此，所需测量执行的功能是系统性的。例如状态估量和系统稳固性监测功能这些情形。作为一个有关监测背景下的概要，表I给出区域性和全系统性的事件可能会监测和利用区域性和系统性测量的例子。而提到的例子是在电力系统中为大伙儿所熟知的操作，表1中所给的特例是一个专用情形的执行操作，而不是今天经常使用，可是确在所提到的例子中具有明显的益处。表1. 监测和测量事件测量对象区域性就地继电保护全系统故障定位系统性n - 2意外

8、情况a）状态估计b）系统稳定性3 实时监测 这种类型的监测需要模拟电流和电压的测量，和断路器状态的测量。依照对事件的阻碍，表2概述不同类型测量需要，而且在下面正文进行详细讨论。电流和电压的测量 电流和电压测量能够历时域测定法进行测量或从头构建出一个矢量。不同的操作需要推导出不同形式的电流和电压矢量。为了执行所需要的测量工作，需要对电压和电流进行采样测量。在同步采样中两个截然不同的方式能够实施：a）同步采样b）异步采样俗称信号扫描。进一步讨论的重点是同步采样，这是不太常见的，但在应用处合更可取。同步采样 当进行同步采样的时候，要考虑两个大体的实现要求：a）采样信号的定位b）同步脉冲的来源。关于信

9、号的定位，几个选项都是可能的：单、三相回路，同一个变电站的回路，相邻的变电站的回路，全系统的回路。在这种情形下，三相电路分为三电流和三电压信号。作为一个a当场时钟来自数据搜集系统，在每一个采样信号中起到采样滤波和采样维持（S/H）电路。若是采样同步是要在一个更普遍的基础上不单单是单一的三个时期的电路，一个更有效的方式是同步采样是利用参考时钟来自全世界定位系统（ GPS ）卫星。全世界定位系统同步信号能够被转移至在任何位置通过GPS接收机电力系统的数据搜集系统，这是一种本钱低设备，设备在一个特定的变电站可能效劳于几个数据搜集系统。这项工作是通过一些厂商提供的专用GPS时钟分派安排来完成的。 矢量

10、同步 在电力系统中许多监控应用是基于跟踪测量电流和电压矢量。电力系统中基于矢量模型普遍应用于潮流、短路、稳固的研究。为了跟踪矢量，在系统中比较不同点矢量往往显得超级的重要。这就需要同步地测量整个电力系统矢量，这是用矢量测量单元（ PMUs）由俗称广域测量系统（WAMS）执行完成的 。开关设备状态当许多电力系统的操作需要测量模拟信号的时候。咱们常常假设设备的开关状态也是一样能够测量，因为基于模拟信号的分析在许多场合里不明白系统拓扑是无法完成的。单个断路器状态电力系统中有许多事件，如发生故障；一个单一的电力设备所引发；如输电线路、变压器、发电机等。因此设计隔离电力系统故障设备的继电爱惜将操作断路器

11、切除故障设备。在这种情形下，了解开关元件状态在切换序列是监测任务的关键部份。拓扑状态在许多其它操作进程中，整个电力系统的开关的状态都必需了解，这要求利用拥有超级准确同步时钟的监测系统监视网络拓扑结构表2定位监测和时刻同步同步代表目标采样本地时钟三相电路GPS时钟变电站内、之间矢量相邻三相电路广域测量4. 断路器状态监测 全系统实时监测断路器的操作和状态目前是由SCADA系统中的RTUs执行。基于对检测断路器的触头电压水平，这些单元提供断路器的最终状态，如“打开”或“关闭” 。操纵信号的时刻转换，如打开或关闭， X、 Y线圈的电流，操纵和调整直流电压，闭合线圈等，或继电爱惜和运行维修工程师用于评

12、判断路器性能的信息无法用SCADA系统的RTU监测。表3列出的断路器操纵回路的信号，是一种替代方法，本文建议旨在监测。体系结构 建议的解决方案是基于一个新的CB监测器（CBM） ，该监测器将永久连接到变电站CBs11 。CB监测器获取每一个断路器实时操作的信息，不论操作是由手动操作或爱惜及操纵设备自动操作发起的，用一起互换的文档格式存储它们。在图1显示，相关的CB操纵电路的信号由中央PC贮存和无线电传输，由中央PC自动完成分析。表3 CB监测器监测断路器操纵电路的信号组别信号名称数字信号启动出错启动关闭X线圈信号Y线圈信号接触A接触B接触直流电压控制直流电压场直流电压电线光线圈电流解扣线圈电流

13、1解扣线圈电流2将关线圈电流相电流A相电流B相电流C相电流断路器状态多重利用 断路器状态信息可被用用于本地变电站的水平和该系统的水平。在变电站的水平，监测信号能够提供断路器的状态和是不是需要进行维修。在系统的水平，状态信息能够用来校验网络拓扑结构和拓扑结构，使数据加倍充沛。因此，不同组别的应用人员可能涉及访问的信息和进行分析，在图1中说明。为了普遍使用户取得信息，一个分析数据的自动化系统已被制定，该系统来自于CB所谓断路器监测分析系统（CBMAS）。该系统采纳的数据搜集单元（DAU）从不同的断路器中搜集数据。搜集数据后，自动进行处置以提取感爱好的信息，然后分发到各个用户。效劳器解决方案 断路器

14、监测分析系统支持客户/效劳器结构。客户端部份存在于变电站。它由数据搜集单元组成，把它放在CB和运行在集中的PC的软件上，永久安装在变电站，如图2所示。当断路器运作，记录文件通过无线方式传输到集中的PC 。客户端应用程序自动执行记录信号的分析。为更有效的数据处置，IEEE文件命名公约是用于命名记录文件 12 。信号处置模块的分析软件从记录信号的样本提取各类参数，专家系统的评估他们对取得值和公差选定的特定类型的断路器。由此产生的报告描述了检测异样和可能的问题的缘故。若是发觉问题，提出了严峻要挟以后的断路器操作的靠得住性，可编程的通知是发送到设在中央的办公室的效劳器。通知是然后处理，警告是通过电子邮

15、件发送或传呼机，以维持和爱惜个人。报告是提供为本地及地理混乱，利用者可通过执行本地数据库和网络效劳器支持的信息交流，通过动态HTML的页面。记录文件和报告能够通过以太网网络，依托标准、快捷及靠得住的TCP / IP协议下载到效劳器，。在中央办公室或操纵中心，CBMAS的效劳器部份由分析模块，一个中央数据库和正在运行的主效劳器三部份组成。中央数据库能够很容易地归档和检索的记录和从所有系统变电站分析报告。主网络应用程序许诺远程用户搜索记录和/或从任何地址对企业网络（内联网）分析报告。 硬件，软件和通信变电站的硬件系统是由安装在开关站中各个断路器中和主机电脑中的DAUs组成。用于将搜集到的信息寄存到

16、操纵室中。 CB监测的DAU数据搜集单元（DAU）有三个要紧任务：（1）执行数据搜集的信号从CB操纵电路和跳闸和关闭的记录序列。（2）被取得的信号转换成档案，依照商品贸易统计数据库档案规格。（3）以无线方式传送文件到集中装置。数据搜集单元捕捉15个电信号，列出较早的，从断路器操纵电路如图3所示。信号在断路器跳闸或关闭的时候产生。这15个信号中，11个是模拟信号和四个是状态信号。该系统是如图4所示。它的组成如下：信号调制。信号调制模块提供状态量，电隔离和转换的信号，将采样到的电压水平转换成适当的信号。断路器各级电压信号都是130vdc或1伏直流电。该信号调剂模块按比例的将A / D转换模块输入的

17、信号调制在-5V，+5V范围内。模拟数字转换器。 A / D转换器将从信号调制模块取得输入信号而且将其转换为数字形式。所有信号同步采样的，以取得准确的信号能再生产。微处置器。微处置器是用于操纵数据搜集和运行的通信协议。无线发射机。无线传输系统，该系统采纳常见的可跳频扩频技术，数据的传输距离超过300米，主若是用于发射所记录到的信息到中央电脑。 主从式数据传输 主站与子站之间是通过无线电通信的。当一个事件发生时子站就会记录下电信号而且批量的上传到主站系统。若是主站系统已经预备好同意子站发过来的信息就会向子站发送一个开始传送报文。然后子站就开始按约定的形式向主站发送报文首部、结构、数据文件。同意方

18、软件会成立一个适合的数据传输规约。 主站系统会把收到的数据包贮存到数据库中。图5展现了主从通信系统的结构。Monitoring of Power System Topology in Real-TimeAbstractPower system topology is defined by the connectivity among power system components such as generators, power transformers, transmission lines, loads, etc. The knowledge about topology is impo

19、rtant for correct execution of many monitoring, control and protection actions. This paper introduces an approach that assures accurate determination of the topology in real-time. To be able to justify why this approach is important, the paper gives a background of the topology determination problem

20、 and discusses the impact on various application functions. An implementation of the proposed approach consisting of hardware and software modules is outlined. Examples of the functional improvements due to the increased accuracy of topology determination at both the substation and system-wide level

21、 are presented at the end. 1. Introduction Topology of power systems is defined by interconnections among power system components such as generators, power transformers, busbars, transmission lines and loads. The interconnected infrastructure is called power system network. The topology of the netwo

22、rk is obtained by determining status of the switching components responsible for maintaining the connectivity status within the network. Such components are called circuit breakers （CBs）, and they are used to connect or disconnect any power system component to/from the rest of the network. In additi

23、on, some of the applications require knowledge about the power system model where the values of the parameters for all the components in the network need to be defined. The most common way of determining power system topology is through monitoring of the （CB） status. Real-time monitoring is typicall

24、y done through Remote Terminal Units （RTUs） of a Supervisory Control and Data Acquisition （SCADA） system. The RTUs are wired to the CB contacts in the substation switchyard, and the detected changes in the CB status are reported to the operators through a SCADA interface. Todays practice for determi

25、ning CB status is to monitor the control circuit contacts “a” and “b” Those contacts are designed to be in a complementing position so that an opening or closing of the CB can be easily determined by verifying the opposite status of the “a” and “b” contact positions. While this approach has been use

26、d for some time, the reliability of the contact “a” and “b” indication has always been a concern due to relatively frequent errors in the readings of the contacts, that may malfunction, or the errors in the SCADA communications, that may fail. As a result, alternative ways of making sure the CB posi

27、tion is determined more reliably are explored in the literature.The published literature focuses on two general issues associated with determination of the topology, namely the system wide attempt to improve overall network topology determination and the local attempt to improve status determination

28、 of a single CB. The network topology issues discussed so far include an ability to dynamically determine the status 1 and possibility for more precise topology determination 2. The local topology issues, addressed at the substation level, included discussion of the automated analysis of CB status b

29、ased on signal measurements from the CB control circuitry 3, and discussion of the topology consistency check based on measurements from substation intelligent Electronic Devices （IEDs） 4. This paper focuses on an extension of the local breaker monitoring concepts to the problem of monitoring the topology of the entire network. After discussing the background of the monitor