一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法
一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种电力系统纵差保护装置可靠性 评估分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的快速发展，电力系统越来越依赖于通信系统。通信系统出现问题 必然危害电力系统的安全、稳定和经济运行。继电保护信号具有实时性强、发送几率低、发 送时间不确定等特点，这对保护通道的传输性能提出了严格的要求，也给保护可靠性研宄 提出了新的挑战。如2003年6月南方电网一条500kV线路故障时，其差动保护因光纤通道 时延过长导致闭锁而拒动，造成严重影响。因此，研宄通信延时和误码引起继电保护装置运 行风险具有重要的意义。
[0003] 目前考虑通信延时误码对继电保护装置的影响的研宄非常少，并且不够深入。大 多数仅仅从定性或者实验的角度来探索通信延时和误码对保护装置的影响并给出了相关 结论，从概率的角度来分析延时误码对继电保护装置影响的成果更少。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是：为了克服现有研宄通信延时误码对继电保护装置的影响的不足， 提出一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，该方法在分析延时 误码对纵差保护装置的影响机理上，考虑通信延时误码的分布特性及其保护对通信延时误 码隐含的临界特性，计算出延时误码引起的纵差保护装置非正常动作的概率。
[0005] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0006] 1)实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息；
[0007] 2)根据测量得到的延时和误码信息，根据公式⑴~⑷计算当前纵差保护装置 的非正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj、纵向对称延时 引起保护装置拒动概率P"_ (td)、误码引起保护装置拒动概率Pw，w)和延时误码引起保护拒 动概率P j:
[0013] 其中，1。5为纵差保护装置的启动门限，U为负载电流，《为同步角速度，供㈨为 式（5)所示的标准正态分布的分布函数，为横向不对称延时，0为纵差保护装置的两侧 测量电流测量误差服从的正态分布N(0, 〇2)的标准差；
[0014] 为纵差保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限，td为纵向对称延时，0 1 为纵向对称延时服从的正态分布t~N(td，0 /)的小扰动引起延时变化标准差；
[0015] Wl为正常情况下通道平均误码率，n为测量时段内传输的比特数，为保护装置 所能承受的最大平均误码率，w为实时平均误码率。
[0016] 本发明的有益效果如下：本发明考虑了通信延时和误码对纵差保护装置的影响， 能够准确地计算出延时误码引起的纵差保护装置非正常动作的概率，弥补了当前该研宄领 域的不足，使纵差保护的评估更为全面，评估结果更有实际意义。其结果为概率性指标的引 入，克服了基于统计数据的评估方法二态性（正常或故障）的缺点，不但能够指出当前保护 运行状态是否安全，还能指出不安全程度的度量并对不安全情况进行预警，从而具有很强 的实用性。
【附图说明】
[0017] 图1为延时误码引起纵差保护装置拒动过程示意图。
[0018] 图2为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律产生的横向不对称延时 序列。
[0019] 图3为图2中横向不对称延时序列引起的保护误动作概率。
[0020] 图4为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律引起的纵向对称延时序 列。
[0021] 图5为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律产生的误码序列。
[0022] 图6为图4和图5中延时误码序列引起的保护拒动概率
【具体实施方式】
[0023] 下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
[0024] 本实施例中的继电保护装置为光纤电流纵差保护装置，其相关参数如下表所示：
[0025]
[0027] 如图1所示，该光纤电流纵差保护装置在通信系统运行环境变化时可能会因通信 延时误码引起的该装置拒动（即非正常动作）。主要原因在于，传输通道延时变化可能超 过通道延时门限，或者传输通道误码变化可能超过通道误码门限。引起通信系统运行环境 变化的原因有很多，如光纤性能劣化、SDH设备故障、存在强烈干扰源或者工作温度过高等。 因此，就需要就通信延时误码引起的该装置非正常动作概率进行评估。
[0028] 首先，实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息，得到的横向 不对称延时、纵向对称延时和误码率序列分别如图2、图4和图5所示。
[0029] 然后，根据测量得到的延时和误码信息，计算当前纵差保护装置的非正常动作概 率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj、纵向对称延时引起保护装置拒 动概率P"_(td)、误码引起保护装置拒动概率P"_ (w)和延时误码引起保护拒动概率Pj。
[0030] 1、横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj :
[0031] 横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj，根据保护装置工作过程中所存 在的不确定因素的分布规律及其电流差动保护的保护原理推导得到。假设装置两侧测量电 流的测量误差分别为a和0，且均服从正态分布N(0, 〇2)，在保护动作判据为差动电流Icd 大与等于1。5情况下，横向不对称延时引起保护装置误动作概率？"^^可以根据公式（1) 计算：
[0033] 其中，w为同步角速度，本实施例中可取为1〇〇 31。U为横向不对称延时，其序列 如图2所示。为下式所示的标准正态分布的分布函数：
[0034]
[0035] 横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj计算结果如图3所示。
[0036] 2、纵向对称延时引起保护装置拒动概率Pyj (td):
[0037] 纵向对称延时引起保护装置拒动概率Pyj(td)，根据纵向对称延时的分布规律及其 保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限推导得到。假设纵向对称延时服从正态分布 t~N(t d，〇 /)，保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限为，则纵向对称延时引起保 护装置拒动概率匕^、）可以根据公式（2)计算：
[0039] 其中，td为纵向对称延时，其序列如图4所示。
[0040] 3、误码引起保护装置拒动概率Pwj(w):
[0041] 误码引起保护装置拒动概率Pw(w)根据误码的分布规律及其保护装置所能容忍 的最大误码门限推导得到。假设误码服从泊松分布，正常情况下通道平均误码率为 Wl，取为 KT8,测量时段内（如Is)传输的比特数为n，取为2X106。保护装置所能承受的最大平均 误码率为 ￥_，取为2XKT6。则误码引起保护拒动概率可根据公式（3)计算：
[0043] w为实时平均误码率，其序列如图5所示。
[0044] 4、延时误码引起保护拒动概率PJ:
[0045] 延时误码引起保护拒动概率Pj根据保护装置受通信延时和误码的影响过程相对 独立推导得到，如公式（4)所示，计算结果如图6所示：
[0047] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，其特征在于，包 括以下步骤： 1) 实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息； 2) 根据测量得到的延时和误码信息，根据公式（1)~（4)计算当前纵差保护装置的非 正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率P1UJ、纵向对称延时引起 保护装置拒动概率P"_ (td)、误码引起保护装置拒动概率P"_ (w)和延时误码引起保护拒动概 率Pj:其中，1。5为纵差保护装置的启动门限，U为负载电流，ω为同步角速度，φ (X)为式（5) 所示的标准正态分布的分布函数，为横向不对称延时，σ为纵差保护装置的两侧测量电 流测量误差服从的正态分布Ν(0, σ2)的标准差； tmax为纵差保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限，td为纵向对称延时，〇 i为纵 向对称延时服从的正态分布t~N(td，〇 /)的小扰动引起延时变化标准差； W1为正常情况下通道平均误码率，η为测量时段内传输的比特数，Wmax为保护装置所能 承受的最大平均误码率，w为实时平均误码率。
【专利摘要】本发明公开了一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，属于电力系统控制技术领域。本发明实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息，根据测量得到的延时和误码信息，计算当前纵差保护装置的非正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率、纵向对称延时引起保护装置拒动概率、误码引起保护装置拒动概率和延时误码引起保护拒动概率。本发明通过实时测量保护信号传输的延时和误码来分析当前通信系统对继电保护装置的影响，弥补了当前继电保护装置可靠性评估方面存在的不足，具有较强的实用性。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN104897980
【申请号】CN201510112724
【发明人】倪明, 杨志新, 李满礼, 吴英俊, 余文杰, 汤奕, 童和钦, 赵丽莉, 李悦岑
【申请人】国家电网公司, 国电南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集团公司, 东南大学, 江苏省电力公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月15日
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种电力系统纵差保护装置可靠性 评估分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的快速发展，电力系统越来越依赖于通信系统。通信系统出现问题 必然危害电力系统的安全、稳定和经济运行。继电保护信号具有实时性强、发送几率低、发 送时间不确定等特点，这对保护通道的传输性能提出了严格的要求，也给保护可靠性研宄 提出了新的挑战。如2003年6月南方电网一条500kV线路故障时，其差动保护因光纤通道 时延过长导致闭锁而拒动，造成严重影响。因此，研宄通信延时和误码引起继电保护装置运 行风险具有重要的意义。
[0003] 目前考虑通信延时误码对继电保护装置的影响的研宄非常少，并且不够深入。大 多数仅仅从定性或者实验的角度来探索通信延时和误码对保护装置的影响并给出了相关 结论，从概率的角度来分析延时误码对继电保护装置影响的成果更少。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是：为了克服现有研宄通信延时误码对继电保护装置的影响的不足， 提出一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，该方法在分析延时 误码对纵差保护装置的影响机理上，考虑通信延时误码的分布特性及其保护对通信延时误 码隐含的临界特性，计算出延时误码引起的纵差保护装置非正常动作的概率。
[0005] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0006] 1)实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息；
[0007] 2)根据测量得到的延时和误码信息，根据公式⑴~⑷计算当前纵差保护装置 的非正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj、纵向对称延时 引起保护装置拒动概率P"_ (td)、误码引起保护装置拒动概率Pw，w)和延时误码引起保护拒 动概率P j:
[0013] 其中，1。5为纵差保护装置的启动门限，U为负载电流，《为同步角速度，供㈨为 式（5)所示的标准正态分布的分布函数，为横向不对称延时，0为纵差保护装置的两侧 测量电流测量误差服从的正态分布N(0, 〇2)的标准差；
[0014] 为纵差保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限，td为纵向对称延时，0 1 为纵向对称延时服从的正态分布t~N(td，0 /)的小扰动引起延时变化标准差；
[0015] Wl为正常情况下通道平均误码率，n为测量时段内传输的比特数，为保护装置 所能承受的最大平均误码率，w为实时平均误码率。
[0016] 本发明的有益效果如下：本发明考虑了通信延时和误码对纵差保护装置的影响， 能够准确地计算出延时误码引起的纵差保护装置非正常动作的概率，弥补了当前该研宄领 域的不足，使纵差保护的评估更为全面，评估结果更有实际意义。其结果为概率性指标的引 入，克服了基于统计数据的评估方法二态性（正常或故障）的缺点，不但能够指出当前保护 运行状态是否安全，还能指出不安全程度的度量并对不安全情况进行预警，从而具有很强 的实用性。
【附图说明】
[0017] 图1为延时误码引起纵差保护装置拒动过程示意图。
[0018] 图2为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律产生的横向不对称延时 序列。
[0019] 图3为图2中横向不对称延时序列引起的保护误动作概率。
[0020] 图4为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律引起的纵向对称延时序 列。
[0021] 图5为假设在第500个时间点通信发生故障，按分布规律产生的误码序列。
[0022] 图6为图4和图5中延时误码序列引起的保护拒动概率
【具体实施方式】
[0023] 下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
[0024] 本实施例中的继电保护装置为光纤电流纵差保护装置，其相关参数如下表所示：
[0025]
[0027] 如图1所示，该光纤电流纵差保护装置在通信系统运行环境变化时可能会因通信 延时误码引起的该装置拒动（即非正常动作）。主要原因在于，传输通道延时变化可能超 过通道延时门限，或者传输通道误码变化可能超过通道误码门限。引起通信系统运行环境 变化的原因有很多，如光纤性能劣化、SDH设备故障、存在强烈干扰源或者工作温度过高等。 因此，就需要就通信延时误码引起的该装置非正常动作概率进行评估。
[0028] 首先，实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息，得到的横向 不对称延时、纵向对称延时和误码率序列分别如图2、图4和图5所示。
[0029] 然后，根据测量得到的延时和误码信息，计算当前纵差保护装置的非正常动作概 率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj、纵向对称延时引起保护装置拒 动概率P"_(td)、误码引起保护装置拒动概率P"_ (w)和延时误码引起保护拒动概率Pj。
[0030] 1、横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj :
[0031] 横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj，根据保护装置工作过程中所存 在的不确定因素的分布规律及其电流差动保护的保护原理推导得到。假设装置两侧测量电 流的测量误差分别为a和0，且均服从正态分布N(0, 〇2)，在保护动作判据为差动电流Icd 大与等于1。5情况下，横向不对称延时引起保护装置误动作概率？"^^可以根据公式（1) 计算：
[0033] 其中，w为同步角速度，本实施例中可取为1〇〇 31。U为横向不对称延时，其序列 如图2所示。为下式所示的标准正态分布的分布函数：
[0034]
[0035] 横向不对称延时引起保护装置误动作概率Pi (tj计算结果如图3所示。
[0036] 2、纵向对称延时引起保护装置拒动概率Pyj (td):
[0037] 纵向对称延时引起保护装置拒动概率Pyj(td)，根据纵向对称延时的分布规律及其 保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限推导得到。假设纵向对称延时服从正态分布 t~N(t d，〇 /)，保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限为，则纵向对称延时引起保 护装置拒动概率匕^、）可以根据公式（2)计算：
[0039] 其中，td为纵向对称延时，其序列如图4所示。
[0040] 3、误码引起保护装置拒动概率Pwj(w):
[0041] 误码引起保护装置拒动概率Pw(w)根据误码的分布规律及其保护装置所能容忍 的最大误码门限推导得到。假设误码服从泊松分布，正常情况下通道平均误码率为 Wl，取为 KT8,测量时段内（如Is)传输的比特数为n，取为2X106。保护装置所能承受的最大平均 误码率为 ￥_，取为2XKT6。则误码引起保护拒动概率可根据公式（3)计算：
[0043] w为实时平均误码率，其序列如图5所示。
[0044] 4、延时误码引起保护拒动概率PJ:
[0045] 延时误码引起保护拒动概率Pj根据保护装置受通信延时和误码的影响过程相对 独立推导得到，如公式（4)所示，计算结果如图6所示：
[0047] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，其特征在于，包 括以下步骤： 1) 实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息； 2) 根据测量得到的延时和误码信息，根据公式（1)~（4)计算当前纵差保护装置的非 正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率P1UJ、纵向对称延时引起 保护装置拒动概率P"_ (td)、误码引起保护装置拒动概率P"_ (w)和延时误码引起保护拒动概 率Pj:其中，1。5为纵差保护装置的启动门限，U为负载电流，ω为同步角速度，φ (X)为式（5) 所示的标准正态分布的分布函数，为横向不对称延时，σ为纵差保护装置的两侧测量电 流测量误差服从的正态分布Ν(0, σ2)的标准差； tmax为纵差保护装置所能容忍的最大纵向对称延时门限，td为纵向对称延时，〇 i为纵 向对称延时服从的正态分布t~N(td，〇 /)的小扰动引起延时变化标准差； W1为正常情况下通道平均误码率，η为测量时段内传输的比特数，Wmax为保护装置所能 承受的最大平均误码率，w为实时平均误码率。
【专利摘要】本发明公开了一种通信延时误码引起的纵差保护装置非正常动作概率评估方法，属于电力系统控制技术领域。本发明实时测量纵差保护装置的纵差保护信号传输延时和误码信息，根据测量得到的延时和误码信息，计算当前纵差保护装置的非正常动作概率，包括横向不对称延时引起保护装置误动作概率、纵向对称延时引起保护装置拒动概率、误码引起保护装置拒动概率和延时误码引起保护拒动概率。本发明通过实时测量保护信号传输的延时和误码来分析当前通信系统对继电保护装置的影响，弥补了当前继电保护装置可靠性评估方面存在的不足，具有较强的实用性。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN104897980
【申请号】CN201510112724
【发明人】倪明, 杨志新, 李满礼, 吴英俊, 余文杰, 汤奕, 童和钦, 赵丽莉, 李悦岑
【申请人】国家电网公司, 国电南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集团公司, 东南大学, 江苏省电力公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月15日
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