外文翻譯電氣二次系統(tǒng)相關(guān)(DOC).doc

淮 陰 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯學(xué) 院：自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓 名：魏靜學(xué) 號：1131203125外文出處：13th International Conference on (用外文寫)Development in Power System Protection 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評語：所選內(nèi)容與課題相關(guān)，對課題設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值，難度一般，工作量適中；語句基本通順，內(nèi)容基本正確，專業(yè)詞匯翻譯基本正確，格式符合規(guī)范要求?？傮w評價(jià)：中等簽名： 2017年3月20日 附件1：外文資料翻譯譯文采用多智能體系統(tǒng)的數(shù)字化的變電站后備保護(hù)方法關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；后備保護(hù)；差動(dòng)繼電保護(hù)；電力系統(tǒng)仿真；多智能體系統(tǒng)。摘要:傳統(tǒng)上，差動(dòng)保護(hù)在變電站中用于保護(hù)重要的設(shè)備如母線和變壓器。他們是單元保護(hù)計(jì)劃，有良好的選擇性和快速操作時(shí)間，但不具備后備保護(hù)能力。后備保護(hù)通常由過流，保護(hù)阻抗或距離區(qū)的2 /3。他們的選擇性差，因?yàn)樾枰獏f(xié)調(diào)，他們將需要相對長的延時(shí)。數(shù)字化變電站提供了一個(gè)過程總線允許保護(hù)設(shè)備之間共享信息。這擴(kuò)展了這些設(shè)備的能力，這樣不需要過多的成本就可以改變傳統(tǒng)的后備保護(hù)理念和設(shè)計(jì)新的方案。本文采用多智能體系統(tǒng)（MAS）來模擬保護(hù)之間的相互作用和開發(fā)后備保護(hù)新技術(shù)。MAS系統(tǒng)通過PSCAD來改進(jìn)（java高級開發(fā)環(huán)境），在PSCAD提供電力系統(tǒng)仿真。單位邊界變電站中的保護(hù)方案擴(kuò)展到提供后備能力，與傳統(tǒng)方案相比有更好的性能。對110kV模擬變電站是用來說明和驗(yàn)證這種方法，使用不同的故障機(jī)制的測試方案顯示MAS的合作和自我修復(fù)的性能。1引言變電站是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它是在系統(tǒng)的可靠性和安全性方面意義重大。在傳統(tǒng)的變電站中，主要地點(diǎn)如母線和變壓器受差動(dòng)保護(hù)。他們是僅對發(fā)生在確定的區(qū)域內(nèi)的故障條件作出反應(yīng)的單元保護(hù)方案。他們的運(yùn)作依靠比較保護(hù)區(qū)邊界上的由電流互感器的位置所定義的繼電器狀態(tài)。這些方案提供了良好的選擇性和快速的操作時(shí)間，但傳統(tǒng)上不提供后備能力。后備通常采用分段式的過電流保護(hù)，在阻抗或距離區(qū)域2和/或區(qū)域3保護(hù)方案 1 。他們使用測量僅在連接點(diǎn)的繼電器狀態(tài)，它們對保護(hù)區(qū)限制較少，因此他們需要與其他繼電器進(jìn)行時(shí)間配合，與單位保護(hù)方案相比運(yùn)行時(shí)間有較長的延遲。母線和變壓器有一個(gè)高度配合的故障MVA，慢故障間隙可造成重大損害，并可以引起電力系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此傳統(tǒng)的后備保護(hù)方案提供的保護(hù)不能提供期望的性能。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站的現(xiàn)代化利用數(shù)字技術(shù)和通信改善變電站能力。IEC61850是國際內(nèi)基于以太網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)變電站。除了提供標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性，它還提供了一個(gè)過程總線，支持高級服務(wù)，如通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录℅OOSE）和采樣測量值（SMV）。這些設(shè)備可以使新的創(chuàng)新的應(yīng)用被設(shè)計(jì)，那些設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)上是太昂貴的實(shí)施。這是因?yàn)樽冸娬緝?nèi)的數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以在其局域網(wǎng)以一種標(biāo)準(zhǔn)的形式被獲?。↙AN），并且可以使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議訪問。這允許不同保護(hù)設(shè)備之間共享信息，從而提高他們的能力和他們的合作 2 。建議的變電站后備保護(hù)利用數(shù)字化變電站的特殊能力開發(fā)新的性能較好但無需額外費(fèi)用的方案。該計(jì)劃需要設(shè)備之間的合作與溝通，在它的發(fā)展階段特別適合被建模為多智能體系統(tǒng)（MAS）。多智能體系統(tǒng)是人工智能的一門重要學(xué)科。這個(gè)系統(tǒng)感知環(huán)境的變化，然后使用單元之間的合作實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。多Agent的主要特征是它的靈活性，因?yàn)橄到y(tǒng)可以被添加、修改和重建，無需系統(tǒng)再次過度開發(fā)。該系統(tǒng)也傾向于防止故障的傳播，可以自我恢復(fù)和容錯(cuò)，主要是由于單元之間的功能的冗余和重疊。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，MAS已應(yīng)用于電力系統(tǒng)，并在以前廣泛報(bào)道。分布式中繼單元系統(tǒng)提出了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)電流差動(dòng)方案，本文提出一個(gè)總體的概念，但是沒有給出實(shí)現(xiàn)的具體科技方案。參考 4 應(yīng)用MAS實(shí)現(xiàn)輸電線路電流差動(dòng)保護(hù)。本文演示在不同通信流量條件下的表現(xiàn)及其設(shè)備故障檢測能力。參考 5 提出了一種基于單元自愈的保護(hù)系統(tǒng)。作者使用圖論分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，用電流差動(dòng)實(shí)現(xiàn)主保護(hù)和后備保護(hù)。參考 6 描繪了基于單元的電力系統(tǒng)與通信仿真平臺(tái)名叫EPOCHS，它可以在強(qiáng)電環(huán)境下模擬MAS。參考 7 描述了MAS級聯(lián)事件在廣域保護(hù)中的應(yīng)用。而多智能體應(yīng)用于電力系統(tǒng)保護(hù)是公認(rèn)的，很少有參考探討其在數(shù)字化變電站保護(hù)中的應(yīng)用，通過利用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)使用技術(shù)及其信息共享能力。2變電站后備保護(hù)某110kV網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。母線和變壓器的主保護(hù)通過差動(dòng)保護(hù)方案實(shí)現(xiàn)的。而母線的后備保護(hù)傳統(tǒng)上是由遠(yuǎn)端距離繼電器2元提供，或由變電站局部反看距離區(qū)3元提供。傳統(tǒng)變壓器的后備保護(hù)由無定向過電流、定向過電流和欠阻抗繼電器。他們是不具有選擇性的，因?yàn)樾枰獏f(xié)調(diào)所以要有一個(gè)相對較長的時(shí)間延遲。為給數(shù)字化變電站提供先進(jìn)的后備保護(hù)，一個(gè)新的計(jì)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)生了，它同時(shí)保持現(xiàn)有的硬件配置。以太網(wǎng)IEC61850通信在變電站允許設(shè)備之間的信息共享的出現(xiàn)使得這成為可能。擁有IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站體系結(jié)構(gòu)的典型通訊如圖2所示。圖1 110kv變電站的構(gòu)成圖2 采用IEC61850通信典型的數(shù)字化變電站多單元系統(tǒng)是用來模擬計(jì)劃。單位的配置如圖3所示。A、B、E、F、G、H是母線保護(hù)單元，C，D是變壓器保護(hù)單元。R1到R12是饋線保護(hù)單元。在基本層面上講，所有單元通過變電站進(jìn)程總線獲取當(dāng)?shù)匦畔⒉?zhí)行其預(yù)先分配的保護(hù)功能。圖3 等效的多智能體系統(tǒng)的配置3多智能體系統(tǒng)3.1單元的典型結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的單元的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。它從外部環(huán)境感知模塊樣本數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)被傳遞用以合作和決策加工儲(chǔ)存模塊。這個(gè)決策是被傳遞到輸出模塊執(zhí)行動(dòng)作。單元也可以進(jìn)行自我檢查其內(nèi)部狀態(tài)和健康狀況，其結(jié)果可以影響整體的相互作用和整個(gè)系統(tǒng)的決策。圖4 一個(gè)單元之間的構(gòu)成3.2 一個(gè)變電站環(huán)境的一個(gè)單元一個(gè)變電站的保護(hù)單元，如圖5所示，由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、合作模塊，主要計(jì)算模塊、決策模塊、輸出模塊、交換模塊、檢測模塊、自檢模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊采集變電站的電壓和電流的采樣測量值（SMV），從變電站，以及通過GOOSE檢測的斷路器的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)由本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊和協(xié)作模塊處理。最后的決定傳遞給輸出模塊執(zhí)行必要的動(dòng)作。它也被傳遞到交換模塊以與其他單元交換信息。單元還可以詢問鄰近的單元商他們的健康和他們的狀況，并能夠自我檢查本身。 圖5 在變電站環(huán)境下的單元3.3 單元的自檢和互檢功能智能電子設(shè)備的一種典型的自檢功能設(shè)備包括檢查其內(nèi)部存儲(chǔ)器及其外圍設(shè)備及其通信。還有一個(gè)獨(dú)立看門狗電路，它能夠監(jiān)測處理器的健康狀況，并且在處理器停止工作時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。單元通過向其相鄰單元發(fā)送周期的詢問進(jìn)行互檢。如果收到適當(dāng)?shù)拇_認(rèn)，鄰近單元被認(rèn)為是正常工作的。它也將響應(yīng)來自鄰近單元以類似的方式。從鄰近單元的回應(yīng)將決定這個(gè)單元所需的行動(dòng)，以確保系統(tǒng)的整體目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。例如，如果相鄰單元被發(fā)現(xiàn)不工作，它將試圖接管毀壞的單元的責(zé)任。3.4單元合作功能如果單元從外部單元接收請求消息，則將進(jìn)行一定的合作行動(dòng)。例如，如果一個(gè)鄰近的單元失效了，它將試圖接管它的從失效的單元的功能通過獲取失效單元的數(shù)據(jù)。如果一個(gè)單元表示其本地?cái)嗦菲鳎–B）或其采樣系統(tǒng)不工作，它將旅行自己當(dāng)?shù)氐腃BS或進(jìn)行合并保護(hù)區(qū)，以提供必要保護(hù)范圍。3.5每個(gè)單元的后備區(qū)一個(gè)單元提供主要保護(hù)的地點(diǎn)或它保護(hù)的設(shè)備。例如，母線單元提供母線差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)一個(gè)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，將無故意拖延運(yùn)行和隔離故障。由于基于以太網(wǎng)的進(jìn)程總線可獲取，這個(gè)單元能夠獲取其他地區(qū)的采樣測量值。因此能夠?yàn)槠湎噜弳卧峁┍镜睾髠浔Ｗo(hù)。例如，單元F可以提供相鄰母線后備保護(hù)。換句話說，它可以保護(hù)單元E以防單元E有故障。新的后備方案采用差分原理，保護(hù)區(qū)明確定義根據(jù)E和F的CT位置。它具有一個(gè)時(shí)間延遲，以允許單元E確定自己的錯(cuò)誤。這個(gè)時(shí)間延遲將需要迎合單元E的工作時(shí)間和斷路器的開啟時(shí)間。然而，如果它已經(jīng)知道，單元E有一個(gè)失敗并退出MAS，F(xiàn)將接管E的責(zé)任，將沒有任何時(shí)間延遲動(dòng)作。4不同的故障場景4.1采樣數(shù)據(jù)失敗如果單元已確定其本地采樣數(shù)據(jù)不工作時(shí)，會(huì)停止自己的保護(hù)功能，并會(huì)向臨近的單元發(fā)送請求，請求周邊單元商接管必要保護(hù)功能。例如，如果單元E發(fā)現(xiàn)第14行采樣數(shù)據(jù)不工作，將退出MAS。它將發(fā)送請求給單元F，這表明它是一個(gè)CT故障狀況。單元F將接管單元E的責(zé)任。由于單元F的后備區(qū)域已經(jīng)覆蓋了單元E的保護(hù)母線，將加速其后備區(qū)，將為兩根母線執(zhí)行聯(lián)合差動(dòng)保護(hù)功能。根據(jù)這一原理，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)失敗時(shí)，這個(gè)請求將從本地信息擴(kuò)展到公用信息，使保護(hù)仍然保持。也沒有性能損失因?yàn)樘l行動(dòng)可以沒有任何延時(shí)。4.2通訊故障當(dāng)單元已確定其與進(jìn)程總線通信失敗，它將從多個(gè)單元系統(tǒng)退出。其他的單元會(huì)知道這個(gè)通過相互檢查模塊。然后他們會(huì)重新配置自己的保護(hù)區(qū)去覆蓋故障單元的區(qū)域。基于以太網(wǎng)的進(jìn)程總線應(yīng)該設(shè)計(jì)冗余避免單一故障點(diǎn)。因此，失敗的單元溝通不應(yīng)該導(dǎo)致全網(wǎng)崩潰 8 。在本例中，單元E未能與進(jìn)程總線通信，并已退出MAS。劑C，F(xiàn)、R9、R10已經(jīng)確認(rèn)失敗，將重新配置自己為之前由E保護(hù)母線保護(hù)提供保護(hù)。4.3斷路器失靈斷路器故障保護(hù)是本地后備保護(hù)的一部分。當(dāng)主斷路器不切斷主故障電流時(shí)它跳閘相鄰斷路器。最簡單的形式下，它包含一個(gè)計(jì)時(shí)器，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)它開始工作。如果故障電流在定時(shí)器之后仍然存在，將命令打開相鄰斷路器。在多單元系統(tǒng)中，該技術(shù)本質(zhì)上是相同的，除了這個(gè)命令被送給相鄰單元去執(zhí)行斷路器打開。作為一個(gè)例子，代理E檢測到一個(gè)母線故障并發(fā)出跳閘命令。經(jīng)過時(shí)間延遲，它已確定斷路器在第16行未能打開。然后，它將發(fā)送一個(gè)命令給以單元F打開斷路器與代理F 配合。4.4單元故障單元的自我檢查模塊確定它有一個(gè)問題，它會(huì)廣播其狀況給MAS。其他單元將決定哪個(gè)單元是最合適的以取代其功能。在大多數(shù)情況下，它是相鄰的單元的后備保護(hù)區(qū)已經(jīng)覆蓋這個(gè)代理的保護(hù)區(qū)。例如，當(dāng)單元 E故障時(shí)，單元F將加速其后備保護(hù)區(qū)代理E。5總體方案協(xié)調(diào)總體方案協(xié)調(diào)執(zhí)行保護(hù)是建立在下列的命令保護(hù)功能的優(yōu)先級列表：主保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)，后備保護(hù)，遠(yuǎn)程備份保護(hù)。協(xié)調(diào)與最佳的時(shí)間延遲來實(shí)現(xiàn)。主保護(hù)采用差動(dòng)原理，運(yùn)行速度最快。當(dāng)主保護(hù)工作，它也將啟動(dòng)斷路器故障計(jì)時(shí)器，它也考慮到斷路器的開啟時(shí)間?；趩卧谋镜睾髠浔Ｗo(hù)將等待斷路器故障保護(hù)完成。如果斷路器故障保護(hù)不能清除故障，本地后備保護(hù)將啟動(dòng)自己的跳閘。然而，如果它已確定的主要保護(hù)其最大工作時(shí)間限制內(nèi)沒有檢測到故障的存在，它將加速其操作。這是通過單元之間的通信和審訊完成的。決策過程如圖6所示。斷路器故障保護(hù)是使用傳統(tǒng)的方法檢測故障電流的存在后，跳閘命令已發(fā)出。如果在CB故障時(shí)間延遲之后故障電流仍然存在，一個(gè)命令將被發(fā)送到其他單元啟動(dòng)跳閘相鄰斷路器。單元之間的通信是通過IEC61850的GOOSE的信息。對于關(guān)鍵應(yīng)用的時(shí)間延遲必須在4ms之內(nèi)。然而，實(shí)際的延遲可能由于通訊網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)流量、代理的內(nèi)部功能調(diào)度等多種因素，如參考 9 討論。 遠(yuǎn)程后備保護(hù)仍由分級提供過流保護(hù)或距離區(qū)2 / 3保護(hù)。他們的延遲時(shí)間將需要長于本地后備操作時(shí)間。 圖6 整體備份方案協(xié)調(diào)邏輯6測試用例 仿真是使用PSCAD和JADE（java高級開發(fā)環(huán)境）平臺(tái)。PSCAD模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行，而JADA平臺(tái)模擬多單元的互動(dòng)和決策。PSCAD和JADE之間的接口通過MySQL數(shù)據(jù)庫。整個(gè)系統(tǒng)圖如圖7所示。圖7 仿真平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)在一個(gè)典型的測試案例中，單相接地故障在110kV母線第一段。對于110kV母線單元E是主要的保護(hù)，它判斷故障和問題命令跳閘必要的斷路器。單元E的后備保護(hù)是單元C。單元C看到故障也通過其后備保護(hù)區(qū)，但它將有一個(gè)延遲操作，因?yàn)樗幸粋€(gè)低優(yōu)先級的保護(hù)操作。圖8所示為故障時(shí)單元E和C的反應(yīng)。圖8 單元E和代理C對110kV母線I段故障響應(yīng),連同17qf和16qf的電流波形 在另一個(gè)測試用例中，代理E失敗了，代理F確認(rèn)失敗。代理F然后接管E的責(zé)任和進(jìn)行配置以保護(hù)110kv母線段I和II。當(dāng)相同的故障出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)檢測到故障并發(fā)送命令到CBS 5qf，6qf和17qf清除故障無延時(shí)。在這個(gè)系統(tǒng)中，14qf是一個(gè)常開的斷路器，因此它的電流波形不顯示在下面的圖中。圖9顯示了試劑F在同樣的110kV母線I段故障時(shí)檢測中的作用圖9 電流波形在5qf，17qf和16qf顯示單元F接管單元E的責(zé)任來進(jìn)行110kV母線I段故障檢測 如果在跳閘命令已發(fā)出和斷路器失效定時(shí)器超時(shí)，故障電流仍然存在，在14qf，單元F將發(fā)送斷路器故障指令跳閘7qf，8qf和18qf。各單元的相互作用示于圖10。圖10 測試用例中代理的交互7結(jié)論本文提出了一種基于多智能體方法的變電站局部后備保護(hù)方案。多單元系統(tǒng)是一個(gè)合作系統(tǒng)，不同的單元一起工作達(dá)到共同的目標(biāo)。它也具有容錯(cuò)和自愈能