Realization of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity Monitoring
By the Regional Satellite Navigation System
C ao Yueling1,Zhou Shanshi1,Hu Xiaogong1,Wu Bin1
1.Shanghai Astronomical Observatory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai,200030
1.caoyueling@https://www.doczj.com/doc/7e19264620.html,
Abstract:Though many basic corrections have been considered,like Antenna phase center error,broadcast ephemeris clock error,atmospheric correction,relativistic correction, tidal correction,the pseudorange observation for Real-time positioning users is still affected by residual errors like satellite and receiver clock error,broadcast ephemeris error, multi-path effect etc.Especially for single frequency receiving users,the effect of Ionospheric delay is even larger.
Augmentation Service of Wide Area Differential System for Regional Satellite Navigation System offers the capabilities of main part residual errors simulating which will perform the calculation of Grid Ionospheric delay and equivalent satellite clock error,and increase the positioning precision of the system users.Also the system provide the precision level of these differential corrections,offering integrity information and warning when the system is unavailable or precision level is decreasing.The service is similar to WASS system for GPS,The differences of the two systems is that the former system wouldn't separate the orbital errors and satellite clock errors,it would offer the satellite related errors together in the form of equivalent satellite clock error.This Algorithm is convenient to achieve and reduce the burden of data processing.
In this paper,the algorithms of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity for Regional Satellite Navigation System were discussed in detail,the differential corrections and integrity information were calculated according to the present constellation and station distribution,the results was analyzed.
Keywords:Satellite Clock Error,Grid Ionosperic Delay,UDRE,RURA,GIVE
区域卫星导航系统的广域差分增强服务及完好性
曹月玲1，周善石1，胡小工1，吴斌1
1.中国科学院上海天文台，上海，200030
1.caoyueling@https://www.doczj.com/doc/7e19264620.html,
【摘要】实时定位用户伪距观测数据在进行天线相位中心改正、广播星历钟差改正、大气改正、相对论改正、潮汐改正等公共误差改正基础上，仍受剩余误差的影响，如卫星钟差、接收机钟差、广播星历误差、多路径影响误差等，尤其对单频接收机用户，受电离层延迟误差影响严重。区域卫星导航系统的广域差分增强服务，对这些剩余误差的主要部分进行模拟，提供电离层延迟格网改正数和卫星等效钟差改正数，以提高系统用户的实时定位精度。同时监测差分改正精度，提供完好性信息，当系统不可用或精度降低时，能够及时向用户告警。该广域差分增强服务与GPS的WAAS系统类似，区别是不对轨道误差和卫星钟差进行分离，而将与卫星相关的误差统一给出，用卫星等效钟差改正表示。其算法简便易行，大大减小数据处理负担。本文首先对区域卫星导航系统广域差分改正及完好性信息的算法进行了详细的论述，计算了差分改正值及完好性信息，并依据目前的星座组成及有限的区域监测站分布，对计算结果所能实现的精度进行了定量分析。
【关键词】卫星等效钟差，格网电离层延迟，UDRE,RURA,GIVE
一、引言
区域卫星导航系统建设对我国国防及国民经济发展具有重要意义。为了提高区域卫星导航系统的服务能力及国际竞争力，需要增强系统的精度、完好性和可用性等方面的性能。区域卫星导航系统采用广域差分增强技术以提高系统定位精度，同时监测各种误差改正精度实现系统完好性监测，提高报警能力。
我国区域卫星导航系统的广域差分增强系统与GPS的WAAS系统相似，其基本思想是：对区域卫星导航卫星三个频率的伪距观测量的误差源加以区分，并对每一误差源进行“模型化”，然后计算各误差的差分改正值。系统包括三个方面的误差源分析：卫星星历误差、卫星钟误差和电离层延迟。主控站将处理得到的广域差分改正信息通过地面站传输到地球同步卫星，再由同步卫星传输给用户。同步卫星实时传输能力强，覆盖区域大，在传输差分改正信息的同时，还作为卫星测距源发播三个频率的载波信号，使得用户的定位精度和可靠性都高于广域差分系统，因此称其为广域差分增强系统。我国区域卫星导航系统的广域差分增强系统具有自身的特点，将与卫星有关的误差合并为一项，称为卫星等效钟差。对于电离层延迟采用的是格网改正法，计算电离层格网点垂直延迟。因此区域卫星导航广域差分增强系统提供两类差分改正信息：卫星等效钟差和格网电离层延迟。
区域卫星导航系统在提供差分改正信息的同时，还需监测这些改正信息的精度，为用户提供完好性信息。其中，卫星星历改正和卫星钟差改正的误差综合给出，以UDRE（用户差分伪距误差）和RURA（区域用户距离精度）表示，电离层格网点垂直延迟改正的误差用GIVE表示。通过对UDRE、RURA和GIVE的确定和验证，实现对区域卫星导航广域差分增强系统完好性的监测。
二、区域卫星导航广域差分增强系统
区域卫星导航广域差分增强系统提供卫星等效钟差和格网电离层延迟两类改正信息，对这两类改正信息的计算原理进行阐述，并对计算结果进行分析。2.1卫星等效钟差
2.1.1等效钟差计算原理
原始伪距观测量为测站天线相位中心至卫星天线相位中心的观测量，且信号还会受到传播路径上的大气层、电离层等影响。对原始伪距观测量的改正项包括：电离层改正、对流层改正、相对论周期项改正、固体潮改正、板块运动引起的测站位移改正、测站偏心改正、卫星天线相位中心改正、卫星天线DCB和接收机硬件延迟（TGD）。原始伪距观测量经过上述各项误差改正后得到伪距改正值。
根据广播星历及观测时刻，可以解算卫星位置，在测站坐标已知的情况下，可得测站与卫星间理论距离。
利用区域卫星导航系统全部参考站的伪距观测值，分别计算I/Q支路三个频点的卫星等效钟差，其算法为：对同一支路同一频点的伪距，计算伪距改正值与理论距离之差，再扣除通过广播星历计算的卫星钟差，即得等效钟差观测量。该观测量为星历误差、卫星钟差误差、接收机钟差和多路径影响等各残余误差的总和。针对每个观测历元，计算所有卫星的等效钟差改正数和除基准站外所有测站的接收机钟差改正数。对等效钟差观测量列观测方程为：
j j
i i
pcorobs v t t
+=???
（1）
其中，i为测站，j为卫星，j i
pcorobs为等效钟差观测量，v为残差，i t?和j t?分别为待估参数：接收机钟差、卫星等效钟差。在观测方程（1）中只有两类参数，接收机钟差i
t?和卫星等效钟差j t?，是线性模型。解算时，选择主控站接收机钟差为基准，不解主控站钟差，即其钟差为0。因此，在等效钟差解算中，需要正确扣除主控站接收机各频点的硬件延迟，否则会使等效钟差结果含有偏差。另外，系统只能计算卫星天线三个频点间的相对DCB，不能求各个频点的绝对DCB，现以第三频点DCB为基准，设其为0，因此卫星等效钟差观测量中包括第三频点卫星天线DCB的绝对值。
最后生成全部卫星的I/Q支路、三个频点
的等效钟差，几秒钟更新一次等效钟差信息，将一个更新周期内的有效结果取平均值，由主控站传输到GEO 卫星。
2.1.2区域卫星导航系统等效钟差计算结果
利用2011年1月14日一天的伪距观测数
据，计算各卫星三频点的等效钟差结果为：
图1卫星各频点等效钟差
红绿蓝三条曲线分别代表B1、B2、B3频点的解算结果，在GEO3和GEO4等效钟差结果中，三条曲线发生分离，是因为该颗卫星三个频点间的频间偏差没有完全消除，并被等效钟差吸收了。
等效钟差中包括广播星历误差和卫星钟差误差，在结果中明显可以看到的高频波动，经分析为伪距数据中的波动噪声所引起。这说明等效钟差的结果受伪距精度影响严重，要提高等效钟差的解算精度，需要解决伪距中的波动噪声，才能保证等效钟差的解算精度。
2.2格网电离层延迟
电离层延迟是影响用户定位精度的主要因素之一。双频接收机可以有效地修正电离层延迟，但对于单频用户，只能用电离层模型进行误差修正。区域卫星导航广域差分增强系统采用格网改正法修正电离层延迟，将电离层假定为距地面上方375km 处的一层薄壳，并在该假想球面上定义相应经线和纬线以及电离层格网点。区域卫星导航广域差分增强系统主要提供覆盖中国区域的160个格网点电离层延
迟，格网点分布范围从东经70°~140°，北纬10°~55°，格网点间隔为5°。
2.2.1格网电离层延迟计算原理
1）穿刺点电离层延迟
每个广域差分参考站都设有三台接收机，生成三路独立观测数据，其中，A 路用来计算等效钟差、格网电离层延迟等差分改正值，B 路用来检验改正值精度，C 路备用。每台接收机利用三频伪距观测值求解可见卫星（高度角大于15°）的电离层延迟，并转为对应穿刺点电离层垂直延迟。穿刺点是指参考站接收机天线与卫星天线连续与假想电离层球面的交点。
对于三频伪距数据，穿刺点视线方向电离层
延迟为：
22222212112123
(())/()/ionodely IPP P P Tgd Tgd f f f f f =???××?（2）
式中，1P 、2P 表示B1、B2频点伪距观测
值，2Tgd 、1Tgd 表示B1、B2频点站星硬件延迟组合值，1f 、2f 、3f 表示三个频点的频
率。
借助投影函数，可以将倾斜路径（视线方向）上的电离层延迟转换到垂直方向上，区域卫星导航系统采用的是较简单的三角函数投影函数：
()1/cos()
mf z z =（3）
其中z 为测站至卫星方向在穿刺点处的天顶距。cos()z 可以通过下式计算：
()/ex Xsat Xsta D =?；()/ey Ysat Ysta D =?；()/ez Zsat Zsta D
=
?D =()
obs X ex ey ez =cos()/||
obs ipp ipp z X X X =?（4）
其中（Xsat
Ysat Zsat ）表示卫星位
置；（Xsta Ysta Zsta ）表示测站位置；ipp
X 表示穿刺点位置。
2）格网点电离层延迟
通过上述方法对全部参考站进行数据处
理，可以按一定采样间隔得到各测站对全部可视卫星的穿刺点垂直延迟。对于格网面上任一格网点j，统计其周围四个格网内的全部穿刺点信息。根据穿刺点电离层垂直延迟，采用加权插值法，计算格网点j 的电离层延迟，计算公式如下：
1
1
n
ij
j
i IGP
IPP
n
i kj
k W I
I W
===∑
∑（5）
式中，j
IGP I 表示格网点电离层延迟；i
IPP
I 表示穿刺点电离层垂直延迟；n 表示穿刺点个数；ij W 为权，一般取为穿刺点至格网点距离的倒数。
要求在格网点相连的否则该格网点电
离层延迟标记为“未监测”。对于“未监测”
的格网点，采用14参数模型，补充计算格网点电离层延迟。
2.2.2区域卫星导航系统格网电离层延迟计算结果
计算利用区域导航卫星4颗，区域监测站20个，且主要分布于中国东部和中部地区，在此条件下，能够解算的电离层格网点分布如下图，其中蓝色区域表示能够“监测”的格网点，红色区域表示“未监测”的格网点，蓝色区域中颜色越深表示格网点解算精度越高。
图2区域格网电离层解算范围
根据图中表示的格网点解算精度，选择两个格网点为例进行说明，图中E 110°，N 20°的格网点颜色深，说明该点解算精度高，而E 120°，N 30°格网点颜色较浅，说明解算
精度较低。以这两个格网点为例，分别将每一个格网点一天电离层延迟变化与IGS 发布的格网点电离层延迟改正进行比较，以进一步分
析说明该格网点改正精度。
图3(E110°N20°)格网点电离层延迟
图4(E120°N30°)格网点电离层延迟
与IGS 比较结果与IGS 比较结果
表1两格网点与IGS 差值RMS(米)
格网点位置(E110°N20°)
(E120°N30°)
RMS 0.884 1.773均值
1.02
4.35
第二届中国卫星导航学术年会CSNC2011
图3、图4及表1的结果，进一步验证了格网点电离层延迟的解算精度。目前系统中格网点电离层延迟的解算结果与IGS 发布结果有米级的均值偏差，根据公式（2）进行分析，说明卫星和接收机硬件延迟没有完全扣除，这与等效钟差中出现的情况吻合。要提高格网点电离层延迟的精度，需要正确扣除卫星和接收机硬件延迟。
在单一格网点电离层延迟变化中，仍然出现高频波动噪声，说明伪距波动对格网电离层延迟的解算也产生不利影响。
三、区域卫星导航广域差分完好性
区域卫星导航广域差分增强系统发播广域差分改正数，同时也发播这些改正数的误差信息，包括UDRE、RURA 及GIVE 信息，来保证和监测系统的完好性。一般每个参考站利用两台接收机获得A、B 两路独立数据，将A、B 路数据进行交叉验证，验证包括两类：一类与卫星有关的卫星星历及卫星钟差的验证，即UDRE、RURA 验证；另一类是对电离层延迟改正的验证，即GIVE 验证。
3.1UDRE UDRE、
、RURA 的算法及结果分析UDRE 定义为系统服务区内，可视卫星星历误差及钟差误差相应的伪距误差置信限值。通过观测伪距和计算伪距的比较值进行统计计算得到。
伪距观测值经过电离层改正、对流层改正、卫星和接收机钟差改正、相对论效应改正、固体潮改正、板块运动引起的测站位移改正、测站偏心改正、卫星天线相位中心改正、卫星天线DCB 和接收机硬件延迟（TGD）改正、等效钟差改正等修正后，得到伪距修正值o ρ，利用参考站坐标和卫星广播星历，得到卫星和测站间的几何距离c ρ，两者的差异为d ρ：
o c
d ρρρ=?（6）
对相同卫星不同参考站的所有差值d ρ进行统计，则得到相应卫星的UDRE
值。
j
UDRE =
（7）
式中，
j 表示卫星号；N 表示对j 卫星
的伪距观测值个数；period T 表示更新周期，Nsta 表示观测到j 卫星的测站个数。
对于UDRE，电离层改正采用格网点电离层延迟内插视线方向的电离层延迟，具体算法
为：
计算穿刺点的电离层延迟，首先选择用于内插穿刺点电离层改正的电离层格网点。即能够包围该穿刺点、构成5°×5°矩阵的四个格网点。
要保证这四个格网点中，至少有三个格网点被“监测”。否则无法用格网电离层延迟内插穿刺点电离层延迟。
用选定的四个或三个格网点进行矩阵内插，计算穿刺点电离层垂直延迟，如下：
4
1(,)iono
i
iono i pp pp i Ipp W x y IGP ==∑i （8）
式中，iono Ipp 表示穿刺点电离层垂直延
迟；(,)i pp pp W x y 表示四个格网点的权；
,pp pp x y 为穿刺点相对于左下角格网点的相
对经度和相对纬度；iono
i
IGP 表示第i 个格网点
电离层垂直延迟。对于权重函数定义为：
1(,)W x y x y =?；2(,)(1)W x y x y
=??3(,)(1)(1)W x y x y =???；
4(,)(1)
W x y x y =??（9）
内插的电离层延迟除以倾斜因子得到穿
刺点视线方向电离层延迟。
RURA （区域用户距离精度）确定了用户站的定位精度情况。其计算方法与UDRE 类似，二者的区别为对伪距观测值电离层改正采用的方法不同：RURA 利用参考站的双频伪距观测值扣除电离层。另外，计算RURA 伪距改正值，不扣除等效钟差的影响。
同样利用2011年1月14日一天的伪距观测数据，得到UDRE 和RURA 的计算结果如下：
图5各卫星UDRE解算精度图6各卫星RURA解算精度
UDRE与RURA结果相比，精度明显降低，受到格网点电离层延迟误差和等效钟差结果中波动的影响。另外，图中UDRE的均值小于RURE的均值，这是因为RURE解算中扣除的是在等效钟差计算时得到的接收机钟差，在解算时以主控制钟差为基准，钟差为0，因此RURA 的结果中包含有主控制接收机钟差的零值偏差。
3.2GIVE的算法及结果分析
Compas广域差分增强系统在播发电离层格网点垂直延迟改正的同时，还会播发这些改正的误差信息，即格网电离层垂直改正误差（GIVE）。格网点电离层延迟改正是由该格网点四周格网内的穿刺点电离层延迟计算，根据误差传递原理，可用相应穿刺点的电离层延迟误差来估计格网点电离层延迟误差GIVE。为保证完好性，用参考站上的A路观测值计算格网点电离层延迟，用B路观测值进行验证，可得到更加准确的GIVE。
GIVE的计算方法为：
GIVE的计算精度取决于其周围穿刺点的分布和密度，对于格网面上任一格网点（IGP）j，统计其周围四个格网内的全部穿刺点信息。其周围至少三个格网内应具有穿刺点，否则不计算该格网点GIVE。
1、若条件1满足，对该格网点周围的任一
穿刺点，选择包围该穿刺点的四个（或三个）格网点内插该穿刺点电离层垂直延迟，内插方法如上文，记为
()
IPP
Iono t。如不能内插，标记该穿刺点不可用，计算其他穿刺点。
2、该穿刺点的电离层延迟还可以利用双频
观测值计算得到，并通过倾斜因子计算
穿刺点垂直电离层延迟，用'()
IPP
Iono t
表示。
3、将格网点内插结果与双频改正计算结果
相比较，对()
IPP
Iono t和'()
IPP
Iono t取
差，即：
'
()()()
IPP IPP
Err t Iono t Iono t
=?，在一
个更新时间间隔内，得到任一穿刺点电离层垂直延迟的一个误差序列。
4、统计格网点j周围四个格网内全部穿刺
点的电离层垂直延迟误差序列，则得到该格网点j的GIVE
值：
GIVE=
式中m为一个更新周期内，格网点j周围全部穿刺点个数。
利用2011年1月14日数据，每三分钟计算一组格网点电离层垂直延迟解算精度（GIVE），下面给出每隔6小时的GIVE解算结果。
图7Time：0点GIVE 图8Time：6点
GIVE
图9Time：12点GIVE 图10Time：18点GIVE
四、结论
本文依据目前区域卫星导航系统建设条件，计算了系统广域差分改正中的卫星等效钟差改正和格网点电离层改正，并监测了各差分改正精度，得到相应的UDRE、RURA和GIVE结果，对系统广域差分改正和完好性信息所能达到的精度进行实际论证。结果显示，在目前参考站和卫星数目不多的情况下，穿刺点数目少且分布不均，导致区域监测网中160个格网点，大部分格网点的GIVE值难以确定。针对这一情况，将讨论和验证新的格网法内插电离层延迟方案，设置新的格网点选择标准，例如扩大格网选择范围等。另外，系统中监测站接收机硬件延迟和卫星频间差会影响广域差分改正和完好性精度，需要进一步严格扣除。伪距观测数据中的波动状噪声，严重影响了等效钟差和格网电离层延迟的解算精度，并且从UDRE的结果中可以看出，两者受到的噪声波动影响不能够相互抵消。下一步将进一步研究如何消弱伪距波动噪声，以减小对广域差分改正信息的影响。
参考文献
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第30卷第4期中国电机工程学报V ol.30 No.4 Feb.5, 2010 84 2010年2月5日Proceedings of the CSEE ?2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2010) 04-0084-07 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 学科分类号：470?40 广域测量系统通信主干网的风险评估 彭静1，卢继平1，汪洋1，刘家伟2 (1．输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)，重庆市沙坪坝区 400030； 2．重庆电力公司沙坪坝供电局，重庆市沙坪坝区 400030) Risk Assessment of Backbone Communication Network in WAMS PENG Jing1, LU Ji-ping1, WANG Yang1, LIU Jia-wei2 (1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology (Chongqing University), Shapingba District, Chongqing 400030, China; 2. Chongqing Power Company Shapingba Power Supply Bureau, Shapingba District, Chongqing 400030, China) ABSTRACT: A mathematical model for risk assessment to communication backbone networks (CBN) in wide area measurement system (WAMS) was proposed. Considering the self-healing and ring structure characteristics of CBN, this paper gave a theoretical analysis to the model based on a typical ring network with 4 nodes and 2 optic fibers and double-direction, dual-passage through integrating qualitative and quantitative analysis. This model combined the four main factors of risk assessment together: assets, threats, vulnerabilities and risk impact. In order to get the final comprehensive risk value, the risk events probability and the risk impact value were calculated by reliability analysis and a comparison matrix which is borrowed from analytic hierarchy process (AHP), respectively. The results show that the method has a good operability and practicality, which can be used for follow-up assessment, and provides a basis to establish the security strategy for power systems. KEY WORDS: wide area measurement system (WAMS); communication backbone network (CBN); risk assessment; reliability; analytic hierarchy process (AHP) 摘要：根据电力系统中广域测量系统(wide area measurement system，WAMS)通信主干网的自愈环形结构特点，以一个 具代表性的4节点2纤双向通道环网为例，通过定性分析和 定量计算相结合，提出了WAMS通信主干网的风险评估模 型和计算方法。该模型将风险评估涉及的资产、威胁、脆弱 点和风险影响4大要素有机融合。采用可靠性分析方法计算 出风险事件发生的概率，借鉴层次分析法中构建比较判断矩 基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2004CB 217908)。 The National Basic Research Program of China (973 Program) (2004CB 217908). 阵实现风险影响值的量化计算，从而得出通信主干网的风险综合值。计算结果表明所提出的方法具有良好的实用性和可操作性，可用于后续的评估工作，并为电力系统制定安全保护策略提供了依据。 关键词：广域测量系统；通信主干网；风险评估；可靠性；层次分析法 0 引言 广域测量系统可以在同一参考时间框架下捕捉到大规模互联电网的实时稳态及动态信息，它能完成传统的数据采集与监控(supervisory control and data acquisition，SCADA)和能量管理系统(energy management system，EMS)不能完成的实时测量和紧急保护控制功能。为能在更精准的时间尺度和更广泛的空间跨度上对电力系统进行实时监控，WAMS对其通信网络提出了更高的实时性、可靠性和安全性要求。全光纤网络的交叉连接器和光分插复用器的出现促进了波分复用(wavelength division multiplexing，WDM) 技术的研究和发展。WDM环网保留了环形结构的自愈特性，同时还可以在不改变系统结构的情况下进行容量的平滑升级，它是组建高速、大容量通信系统的优选方案。目前，基于WDM光网络承载IP业务的自愈环网已经广泛应用于WAMS通信主干网络[1-5]。 风险管理一词最早出现于1956年的哈佛商业评论[6]，当时所谓的风险主要是指保险公司的财务风险，如今风险评估已经成为一门整合性的新科学，涉及到技术、管理和社会等各个层面。对于大区域电网而言，WAMS中传输的实时数据直接影响
基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究曾兵元 发表时间：2018-03-13T11:05:44.340Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：曾兵元 [导读] 摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法, [（江苏金智科技股份有限公司江苏省南京市 211100） [摘要: 广域继电保护的算法有很多种，目前我国继电保护中广泛采用多重化主保护联合后备保护配置方式.而本文所提出的算法主要是建立在纵联比较原理基础上的,通过分析对继电保护故障的确定和算法,分析了继电保护系统在广域的运行状况和保护策略,该算法可以速判断电网故障发生的位置,通过继电保护系统对保护范围中所产生的IED故障方向信息的收集以及将关联系数和动作系数结合起来所进行简单的运算，使电网发生故障的位置被快速确定下来。 [关键词: 纵联比较原理；广域；继电保护算法 [1.广域继电保护的现状 [广域继电保护有分布式和集中决策式两种结构, 集中决策结构主要靠决策主机进行运作，且对通信系统的依赖性较大，因此, 决策结构中不采用决策主机，采用分布式决策结构,通过在断路器处设IED，使IED在执行故障定位判断的同时对安装点进行信息采集、运算、传输。但是分布式决策结构中的广域继电保护的算法存在着一些问题,比如, 通过广域继电保护的保护范围的确定来避免盲目获取测点信息，增加通讯压力。因而当信息交换范围被划定后IED能够和其相关范围的IED进行信息交换，避免盲目的交换;交换信息内容及故障判断等信息的利用中存在的问题. [2.广域继电保护的范围 [广域继电保护分为两个部分,一是快速主保护区域,二是后备保护区域. 快速主保护区域是最小保护区域,与常规继电保护中的线路主保护和母线主保护相同,包括背侧母线和IED所在线路,其继电保护只要跳开一个断路器,而且通过一个IED就能完成.后备保护是也称为最大保护区域,在通常情况下,IED及其相邻线路提供后备保护作用,可以通过设定确定最大保护区域范围.如下图所示,图1表明了广域继电保护的过程.数字对应IED和断路编号,L为线路,B为母线.如图IED最小保护范围是L2,B2最大保护范围是L1、L3、L4、L5及母线B3,当故障发生时，只能在之一范围内交换信息。 [3. 基于纵联比较原理的故障定位算法 [在纵联比较算法中可利用的信息可以是多种，比如故障距离信息、故障方向信息、故障电气量的相位信息或者所有信息的综合，采用比较故障方向信息的算法的原因是与其他信息相比，故障方向信息易于判断，指示明确，传送信息量少，便于利用。 [3.1故障位置的判定 [实现继电保护功能的关键在于对故障发生的位置做出快速的判断，故障定位的重要方法之一是广域纵联比较原理，被保护系统的电流互感器以及断路器同时会安装IED，IED能够对故障发生的方向进行测量。第一，为了使各IED之间的信息交换能够有目的地进行，必须定好各IED的保护区；第二，针对每个IED。需要把最大保护区域所涉及的设备列出来，比如，变压器、母线以及线路等，并把这些内容整理成对应关系；第三，对于IED内部研究，可以参照对应表中的内容进行比较和计算，找出故障发生的具体位置，当待电网发生故障时，产生故障的具体位置就会被周围的IED准确判断出来，然后依照预先设定的逻辑进行相应的操作；第四，纵联比较算法可以利用多种信息，比如，可以把网络发生故障的方向信息、故障距离信息和其他方面的信息综合起来，因为故障方向具有明确的指标，无需传送大量信息，而且利用起来比较方便，所以分析这方面的相关算法。 [3.2动力系数的计算方法 [为了使故障方向元件的输出更具可靠性，对于故障方向算法的判断，可以对每个IED都采用不同的原理来完成，故障定位算法涉及到两个动力系数，AF象征IED中故障方向元件的动作情况，取值情况为 [关联系数RF，AF是其他IED相对研究IED的关联程度值，它象征了不同位置IED的输出结果对故障判断的影响程度，取值为
GNSS星基增强系统综述 摘要:自GPS提供全球导航定位服务以来，无论是在经济、政治还是军事、民用 等方面都发挥了重要的作用，基于此，目前许多国家都在论证和建设自己的卫星 导航定位系统，比如，俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo等，中国的北斗卫星 导航定位系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）也于2012年底正式运行，并到2020年将能够提供全球服务。由各国卫星导航系统所构成的全球卫星导航 系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）广泛应用于位置服务、道路铁路、航空航天、农业、测绘、授时同步等多个领域，特别是在民用航空领域，其优势 更加突出[1]。 在状态空间域差分技术中广域精密定位技术主要以载波观测量为主，可以达 到分米甚至厘米级的定位精度，但其需要解算模糊度参数，因此初始化时间长， 且在卫星机动条件下，其解算的卫星星历及星钟差分改正数精度较低；而广域差 分技术，主要以伪距观测量为主，定位精度只有1-3m，但其模型简单，解算速度快，不需要初始化时间，且能够提供完备性信息，因此在民用航空领域得到了广 泛的应用。 关键词：星基增强、卫星导航、广域差分 1 意义 当前中国民航正在实施民航强国战略，要求加快建设现代空中交通服务系统。到2020年，中国民航运输机队规模将达到4000架，通用航空机队规模将达到5000架，航空器年起降架次将超过1500万，运输总周转量将达到1700亿吨公里以上，旅客运输量将超过7亿人次。中国是一个多地形国家，机场环境差异较大，依靠传统的仪表着陆系统、测距仪等陆基导航设备无法对飞机的安全起降做出充 分的保证，且其设备投资巨大，维护费用较高。当前国际民用航空领域正在从陆 基导航向星基导航（卫星导航系统及其增强系统）过渡。但我国目前在主要航路 和终端、进近仍以陆基导航为主要设备源，因此，基于中国民航运输航空运行需 求和导航技术发展现状，中国民航在其制定的导航技术发展战略的中期（2021年~2030年）将稳步推进从陆基导航向星基导航过渡，并建议开展星基增强系统（Satlellite Based Augmentation System,SBAS）的研究和实验工作。 2 研究现状 2.1 算法研究现状 最早的广域差分系统算法是由斯坦福大学的Parkinson提出，其通过已知精确坐标的监测站对导航卫星的实时监测，将站钟、星钟和星历放在一起进行最小二 乘估计，但这种方法的计算效率较慢；后来Enge P对该算法进行了优化，先将站 钟通过时间传递分离出来，然后再对星历及星钟进行统一解算；1999年斯坦福大 学与美国喷气推进实验室的工作小组对上述方法进一步改进，采用站间单差的方 法消除星钟误差来解算星历误差，再利用解算的星历误差来估计星钟误差[2]，目 前大部分的广域增强系统算法都是采用这种矢量差分的方法。2004年德国地学研 究中心对上述几种算法进行了综合分析，认为上述几种算法是等效的，其实质都 是星历与星钟的统一解算[3]。 国外目前对于GPS广域差分系统的研究较多，而对于BDS广域差分系统的研 究则还没有，国内目前对于GPS广域差分系统的算法的研究基本与国外一致，其
浅析广域继电保护及其故障元件判别问题 发表时间：2016-04-14T16:45:32.580Z 来源：《电力设备》2016年1期供稿作者：王麟 [导读] 大唐韩城第二发电有限责任公司）大规模的停电事件屡屡发生，不仅是对经济发展造成妨碍，也是对国民生活的恶劣影响。 王麟 （大唐韩城第二发电有限责任公司） 摘要:我国经济与社会的不断发展使得国内对于电的需求越来越高，电力企业也因此得到了良好的发展环境。但是，由于旧式的继电保护技术在感应程度方面性能较差，导致停电事件屡屡发生。为了解决这一问题，我国开始研究广域继电保护技术。本文将首先研究传统继电保护中暴露出来的不足，再研究广域继电保护的几种研究成果，以及如何判别故障元件。 关键词:广域继电保护；传统继电保护；故障元件判别 0前言 大规模的停电事件屡屡发生，不仅是对经济发展造成妨碍，也是对国民生活的恶劣影响。因此我国应当重视电力发展的稳定性，在这方面进行更多的研究，使用更加稳定的方法解决电力的稳定问题。广域继电在这方面有一定的优势，操作方便，灵敏度较高，但是在使用的过程中还需要进一步研究其故障元件的判别问题。 1传统继电保护的缺陷 1.1数值不稳，误操频繁 传统的继电保护因为使用时间较长的缘故，其性能已经跟不上现在的电力发展需求了，特别是在科技发展迅速的当下，为了适应电力的高需求，电网结构发生了巨大的变化，各种复杂结构层出不穷。电网结构复杂化，但是继电保护并没有随之更新，于是传统继电保护的后备保护定值经常出现波动，造成电网检测的时候难度也随之增加。而且继电保护没有跟上电网结构发展的另一个弊端也逐渐展现出来，那就是继电保护的判定仍然停留在电网结构变动之前，对于是否进行继电保护的判断频频受到电网结构改变的影响[1]。有时实际上电网的运行处于正常状态，但是继电保护设备仍然判断电网发生了故障，于是引发了停电。 1.2后备配置性能不足 传统的继电保护的后备配置结构非常复杂，所以在进行是否对电网进行保护的判定时就要进行更长时间的计算，而传统继电保护本身储备的信息又与复杂的现代电网结构不符，造成长时间的判断之后依然会做出误判。这是后备配置结构无法适应当下电网需求的原因，可以判断传统的后配配置结构适应性不强，无法承担迅速发展的电网结构的保护任务。同时传统继电保护的后备配置的结构虽然复杂，但是设计非常单一，在当下社会发生了变革的电网结构中，面对新式电网结构中暴露出的新问题就暴露出了处理新问题方面的艰难之处，只能处理旧式电网结构的问题，但是当下的电网中，旧式电网结构已经难以适应社会的需要。这种情况就使得继电保护的能力和现代社会对于电力设备安全稳定性能之间的需求出现了交错，显然传统继电保护设备需要进行一次更新。 2广域继电保护 2.1广域继电保护的概念 广域继电保护是将计算机技术应用到继电保护中产生的新式继电保护技术，主要指的是广域测量信息的继电保护。广域继电保护技术继承了传统继电保护中的任务和职责，都是在线路故障的时候进行判定和切除，将继电保护和安全稳定控制系统结合起来，一起进行电力系统的安全经济控制活动。但是广域继电保护技术较之传统继电保护系统来更加稳定，而且因为融合了计算机技术的缘故，在进行故障判断的时候也更加灵敏。目前广域继电保护技术已经逐渐得到企业和国家的承认，开始应用到实际继电保护中，而且为了提高这种技术在继电保护技术上的效果，专家和技术人员还在持续研究中。 2.2OAS的继电保护 OAS的继电保护主要应用的是事件触发模式，通过对电网结构变化的时时掌控，根据实事情况计算并且调整保护定值，以此提高继电保护的灵敏度，降低停电事件的发生概率。研究人员对OAS的继电保护技术进行了长时间的研究，已经能够证明这种技术确实能够提高继电保护的灵敏度。因为计算机技术使得它在检测电网变化的时候能够根据变化采取处理模式，调整定值来加强保护。但是这种技术也存在着一定限制，那就是研究人员始终无法解决的传统后备保护整定配合复杂困难、延时缓慢的问题[2]。但是这一问题就是造成电力频繁断电的原因，所以OAS的继电保护仍然没有解决最限制传统继电保护继续使用的问题。OAS的继电保护技术还需要进一步研究，当这种技术能够解决频繁跳闸断电的问题，并能够保障上行和下行的信息都及时可信之后，就能够应用到实践中了。 2.3FEL的继电保护 FEL的继电保护技术研究开始于上个世纪九十年代末期，是以故障元件的判别原理——简称FEL为基础进行的。FEL的继电保护技术是通过电网中广域多点测量信息，然后采用了特定的判定方法，将电网中的故障元件和状态迅速判定后切除。可以看到，FEL的继电保护技术重点在于对故障元件的判断和切除的速度上，它有效解决了传统继电保护在这方面的延迟缓慢问题，高效地处理电网中的故障问题。而且它不依靠通过复杂的计算，而是通过一些的时序和逻辑之间的配合就能够进行后备保护的选择。FEL的继电保护技术没有通过检测电网的实时变化来进行判定，所以当它需要处理问题的时候，仅需从周边地区的变电站群外延设备中获取需要的信息即可，这种模式大大提高了它对故障进行判定的效率。FEL继电保护高效的判定速度使得它受到来自许多企业和工程的欢迎，虽然这门技术还有一些其他的问题需要进行研究弥补，但是现阶段已经是一种较为能够承担现今电力要求的技术了[3]。 3故障元件判别 3.1广域综合抗阻上的判别 随着运行模式的变化，普通电流和广域电流在线路范围和数量方面都会有不同的变化，但是两相比较之下，能够看出广域电流的灵敏度更加容易受到影响。经过研究实验证明，受到广域综合抗阻影响的故障元件判别方式能够有效解决广域电流的敏感问题，因此为了提高在判别故障元件上的优势，广域继电保护应当和综合抗阻联合起来。 3.2遗传信息融合技术上的判别 遗传信息融合技术能够帮助广域继电保护提高其继电保护的稳定性和精准度，它主要是通过将故障方向和遗传算法等状态与保护信息
广域测量系统（WAMS）Wide Area Measurement System 制作人：吴永东江涛
一·ＷＡＭＳ定义： 广域测量系统（WAMS）主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求!利用全球定位系统(GPS)时钟同步!进行广域电力系统状态测量
a. 时间上同步：目前的各种电力系统故障录波仪!由于不同地点之间缺乏准确的共同时间标记!记录数据只是局部有效!难以用于全系统动态特性的分析，如何统一全电网的时标一直是困扰电力工作者的一大问题。 全球定位系统的出现!提供了一个很好的统一系统时标的工具，与传统方法相比GPS 具有精度高’微秒级、范围大(不需要通道联络(不受地理和气 候条件限制等优点!是电网时间统一的理想方法!在电力系统中已经有相当多的应用
b .空间上广域:随着西电东送(全国联网和电力市场的推进!电力系统的空间范围不断扩大!形成广域电力系统。广域电力系统的运行分析与控制!都是以状态测量为基础的。
?根据电力系统的发展需求!人们开始研究相量测量单元（PMU）和WAMS。PMU利用GPS时钟同步的特点，测量各节点以及线路的各种状态量!通过GPS对时!将各个状态量统一在同一个时间坐标上。与传统远动终端装置RTU测量所不同的是PMU 在时间上保持同步!而且可以测量相角，这样可以获得各个节点和母线状态的相量而不仅仅是有效值!从而可以直观地了解各个状态之间的相量关系。 ＷＡＭＳ是以ＰＭＵ为基层单元采集信息!经过通信系统上传至调度中心!实现对系统的监测!构成一个系统。
二ＷＡＭＳ的结构： ?ＷＡＭＳ主要由位于厂站端的ＰＭＵ通信系统和位于调度中心的控制系统组成 主站位于省调度中心，子站为各功角监测点，子站由相角和功角测量装置、时间同步装置、系统和工控机组成。为了保证实时性!主站与子站之间的通信通道采用专用的微波通道。
Realization of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity Monitoring By the Regional Satellite Navigation System C ao Yueling1,Zhou Shanshi1,Hu Xiaogong1,Wu Bin1 1.Shanghai Astronomical Observatory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai,200030 1.caoyueling@https://www.doczj.com/doc/7e19264620.html, Abstract:Though many basic corrections have been considered,like Antenna phase center error,broadcast ephemeris clock error,atmospheric correction,relativistic correction, tidal correction,the pseudorange observation for Real-time positioning users is still affected by residual errors like satellite and receiver clock error,broadcast ephemeris error, multi-path effect etc.Especially for single frequency receiving users,the effect of Ionospheric delay is even larger. Augmentation Service of Wide Area Differential System for Regional Satellite Navigation System offers the capabilities of main part residual errors simulating which will perform the calculation of Grid Ionospheric delay and equivalent satellite clock error,and increase the positioning precision of the system users.Also the system provide the precision level of these differential corrections,offering integrity information and warning when the system is unavailable or precision level is decreasing.The service is similar to WASS system for GPS,The differences of the two systems is that the former system wouldn't separate the orbital errors and satellite clock errors,it would offer the satellite related errors together in the form of equivalent satellite clock error.This Algorithm is convenient to achieve and reduce the burden of data processing. In this paper,the algorithms of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity for Regional Satellite Navigation System were discussed in detail,the differential corrections and integrity information were calculated according to the present constellation and station distribution,the results was analyzed. Keywords:Satellite Clock Error,Grid Ionosperic Delay,UDRE,RURA,GIVE 区域卫星导航系统的广域差分增强服务及完好性 曹月玲1，周善石1，胡小工1，吴斌1 1.中国科学院上海天文台，上海，200030 1.caoyueling@https://www.doczj.com/doc/7e19264620.html, 【摘要】实时定位用户伪距观测数据在进行天线相位中心改正、广播星历钟差改正、大气改正、相对论改正、潮汐改正等公共误差改正基础上，仍受剩余误差的影响，如卫星钟差、接收机钟差、广播星历误差、多路径影响误差等，尤其对单频接收机用户，受电离层延迟误差影响严重。区域卫星导航系统的广域差分增强服务，对这些剩余误差的主要部分进行模拟，提供电离层延迟格网改正数和卫星等效钟差改正数，以提高系统用户的实时定位精度。同时监测差分改正精度，提供完好性信息，当系统不可用或精度降低时，能够及时向用户告警。该广域差分增强服务与GPS的WAAS系统类似，区别是不对轨道误差和卫星钟差进行分离，而将与卫星相关的误差统一给出，用卫星等效钟差改正表示。其算法简便易行，大大减小数据处理负担。本文首先对区域卫星导航系统广域差分改正及完好性信息的算法进行了详细的论述，计算了差分改正值及完好性信息，并依据目前的星座组成及有限的区域监测站分布，对计算结果所能实现的精度进行了定量分析。 【关键词】卫星等效钟差，格网电离层延迟，UDRE,RURA,GIVE
基于多信息融合的广域继电保护新算法 发表时间：2019-11-29T15:42:17.793Z 来源：《中国电业》2019年16期作者：王嵩 [导读] 广域继电保护实现的后备保护功能在故障切除时肩负着重要的责任 摘要：广域继电保护实现的后备保护功能在故障切除时肩负着重要的责任，一方面可以实现较为快速的故障切除，另一方面则可能因大范围切断输电断面造成严重后果。因此，如何利用广域冗余信息实现故障元件的可靠识别，并快速切除故障是目前广域继电保护研究的重点。本文在基于常规继电保护原理的基础上，提出一种基于多信息融合的广域继电保护故障识别新算法。 关键词：多信息融合；广域；继电保护；新算法 1 基于广域多信息融合的基本原理 广域继电保护的基本依据就是合理应用广域基础上冗余测量信息来识别系统故障，充分考虑测量、判断、传输广域信息中会出现信息错误或者缺失的问题形成融合多信息的湿度函数模型，通过信息的相互间逻辑关系和冗余性合理反映出元件故障概率。 1.1 识别广域故障的编码 识别故障的基本目的就是能够在发生系统故障的时候，达到快速识别故障以及及时切除故障的目的，软件实际上就是把识别故障元件的基本对象实施 0-1 状态编码，其中，1 表示故障状态；0 表示正常状态，利用在广域信息氛围内形成的所有保护元件状态编码构成的数字串，也就是故障识别编码来合理计算故障识别，得到最优识别故障的识别编码决策解，具备 1 状态的解需要与系统中出现故障的元件进行对应，从理论上分析，可以发现，如果系统元件都具有故障，N 个元件会形成 2N 组识别故障的编码。 1.2 建立适应度函数模型 在建立适应度函数的时候，需要从以下几方面进行分析：第一，选取广域故障信息。在建立广域多信息融合的适应度函数的时候，需要建立具有高灵敏度、快速判断以及高可靠性的信息优势。相比较主常规保护，广域继电保护具有比较慢的动作速度，但是相比较于常规后备保护来说，相对比较快，并且具有比较成熟的是地理信息保护原理，在研究的时候，常规保护原理能够达到快速识别后备保护和主动保护的目的。第二，引入一定的保护动作系数。充分考虑在不同原理的基础上来识别系统故障，具有不同的动作灵敏度和保护动作信息，如果同等分析就不能达到和体现保护信息具有一定重要性的目的。在引入保护动作系数以后，可以不需后备保护和主保护，能够同时分析后备保护和主保护的保护范围和逻辑关系。第三，容错能力。在广域多信息融合的前提下识别故障，需要分析错误信息或许和缺失信息带来的影响。在建立湿度函数以后，需要合理使用近后备快速保护、主保护、较高灵敏度的 II、III 段距离保护、零序和负徐保护等双重或者多信息保护，然后进行合理融合和计算，通过多信息来识别和分析错误信息，依据故障元件和际变化特性来达到识别故障具备的高容错性。基本函数形似如下： 1.3建立期望函数模型 利用收集情况中的决策中心通信系统来获得适应度函数的测量信息，依据正常状态来填补缺失的信息。利用期望函数来计算适应度函数保护动中期望实际情况。建立期望函数的好坏会在一定程度上影响是否能够成功建立适应度函数。在研究期望函数模型的时候，主要就是能够体现广域继电保护识别故障编码系统中电网发生故障的位置元件，也就是编解码对应元件，然后依据实际结构和后备保护、主保护的过后家相应适当保护范围和动作逻辑，达到具有可靠性保护元件的功能。通用表达式如下： 相比较在确定其他保护期望状态来说，在确定断路器失保护期望状态更加复杂，主要就是因为，在失灵保护情况下，操作机构和跳闸回路的相应保护，因此，不能识别故障编码。需要依据相应的断路器位置、保护动作信息等来估算期望值。2基于广域多信息融合的故障识别 2.1故障识别原理 正常运行时，各继电保护的实际信息均为０，计算此时各组编码的适应度，如表1所示。 表1 正常运行时各组故障识别编码的适应度 在系统发生故障时，由于故障元件的实际信息与期望信息一致，其对应故障识别编码的适应度会大幅下降，而与故障元件相关联的元件因在故障元件的后备保护范围内，其对应初始解的适应度会出现减小或增大的小幅变化；与故障元件不相关联的元件由于实际信息与期望信息不一致，其对应初始解的适应度不会减小。因此，在保护稳态启动后， 可以实时监视各组故障识别编码的适应度减小情况，当适应度减小到一定程度时，则判断其对应元件发生故障。为了更好地说明故障元件识别的算法，通过正常运行时和故障时故障识别编码的适应度比较，引入故障识别概率的概念
广域测量系统综述 广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求，利用全球定位系统GPS(Global Position System)时钟同步，进行广域电力系统状态测量。 传统的SCADA\EMS系统中，使用RTU（remote terminal unit）作为测量手段，能够测量电压、电流的有效值和功率，可以表征系统的稳态潮流，但没有对描述系统机电动态性能十分重要的相对相角量及其派生量；另一方面，测量的时间尺度为数秒级，因而得到的系统数据是历史的、不同时的，即便我们为其增加GPS时标，仍然只能监测系统稳态或准稳态运行情况。而在故障监测方面，传统的保护系统使用故障录波器DFR（digital fault recorder）作为监测手段，时间尺度可达到微秒级，速度很快。但DFR只能测量瞬时值，无法获得全面的系统动态过程信息，因而主要用于对故障后电磁暂态过程的记录，而无法对整个系统的动态过程进行记录和分析。而广域测量技术使用PMU（phasor measurement unit）作为测量手段，可以基于GPS标准时钟信号，测量得到信号的同步相量数据，其时间尺度介于RTU 和DFR之间，目前最快可达10ms左右。广域测量技术的优点在于，它可以实现异地的同步相量测量，并保持足够高的精度，同时能够保证高速通信和快速反应，因而非常适合目前不断扩大的电网规模。另一方面，由于提供了相量数据，我们可以分析功角、无功储备等动态信息，从而能够对电网的动态过程进行实时监测，有助于调度和控制。 WAMS主要由位于厂站端的PMU通信系统和位于调度中心的控制系统组成。网上有论文提出的WAMS结构如图1所示。 其中主站位于省调度中心，子站为各功角监测点，子站由相角和功角测量装置# 时间同步装置、通信系统和工控机组成。为了保证实时性，主站与子站之间的通信通道采用专用的微波通道。该系统已经通过了动模试验，各项技术指标已达运行要求，并且部分功能模块已经现场运行。 而有另一篇论文提出了一个更完整的监测系统，其结构如图2所示。
-44- /2012.11/ 广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨 盐城供电公司 丁静娴 【摘要】随着电网建设规模的不断扩大以及电网结构和运行方式的日益复杂化和多样化，继电保护在电网建设、运行及管理中的重要性越来越凸显。传统的继电保护存在较多的问题，已不适应电网建设的发展。本文分析了广域继电保护中存在的问题，并探讨了故障元的判别原理及办法。【关键词】广域继电保护；故障元件；判别 继电保护是保障电网安全、稳定运行的第一道防线。近年来，随着电网建设规模的不断扩大以及电网结构和运行方式的日益复杂化和多样化，在复杂电网环境下，广域继电保护面临新的调整，传统继电保护存在着许多的问题。研究能够快速识别与隔离故障，简化保护整定计算的广域保护原理和配置方案，是保障电网安稳运行的重要内容。 一、现代电网中传统继电保护中存在的问题 (一)定值整定与配合困难 对于结构和运行方式复杂多变的现代电网，各相关后备保护之间动作值的配合非常复杂，并且通过就地检测量和延时实现配合的方式在很多情况下难以确保选择性。人们在继电保护中常采用“加强主保护，简化后备保护”措施，形成简化甚至放弃某些后备保护配置的趋向。在大电网发生高阻故障时，即使采用双套主保护并不能完全杜绝其拒动发生。 (二)远后备保护延时过长 多级阶梯延时配合导致远后备保护延时可能很长，于系统安全不利。 (三)缺乏自适应应变能力 传统后备保护的整定配合基于有限的运行方式，当电网的网架结构及 运行方式因故发生频繁和大幅改变时，易导致后备保护动作特性失配，可能造成误动或扩大事故 (四)存在潜在误动作风险 当电网结构或运行工况突发非预设性改变而伴随出现大范围的大负荷潮流转移时，可能造成距离保护Ⅲ段非预期连锁跳闸，甚至最终导致系统解列或大停电事故。产生这些问题的重要原因在于目前继电保护的动作依据仅仅是保护安装处设备本身的信息。如果可以得到当前系统更为全面的信息，可以产生更有效的故障判断和动作，这意味着基于广域信息有可能解决传统继电保护的某些难题。 二、广域继电保护的基本途径 目前，实现广域继电保护的基本功能主要有基于在线自适应整定原理(On-line Adaptive Setting，OAS)及基于故障元件判别原理(Fault Element Identification，FEI)两种不同途径。 (一)基于OAS的广域继电保护 在线自适应整定的研究始于上世纪80年代，国内则有学者将其表述为采用，防止保护失配并提高其灵敏度。在线自适应整定方法近20年来的研究工作主要围绕故障后扰动域识别、最小断点集搜索和快速短路计算等方面内容展开。 基于OAS的广域继电保护，研究时间较长，取得了很多成果，但实用化却受到一定的限制，其原因可能在于该方法虽可通过在线调整定值来对保护的灵敏性、选择性加以改善，但未从根本上克服传统后备保护整定配合复杂困难、阶梯延时动作缓慢等劣化保护性能的缺陷，这正是使后备保护存在隐性故障，易引发连锁跳闸、威胁系统安全的重要原因。 (二)基于FEI的广域继电保护 基于FEI的广域继电保护的研究是按后备保护区域来形成差动保护范围，可以准确的判定故障元件和确定后备保护动作区域。其优越性在于其无需整定计算，只需通过简单的时序和逻辑配合就能保证后备保护的选择性；可以有效地缩短后备保护的动作时间。同时，它没有大负荷潮流转移引起后备保护连锁动作的缺陷。 基于FEI的广域继电保护并不要求全电网的实时变化信息，即使远后备保护，最远仅需要周边相邻变电站群外延设备的故障相关信息，因此，这是一种有限广域保护，比较有利于其工程实现。针对大负荷潮流转移可能引发后备保护非预期连锁动作这一潜在风险问题，也可利用广域信息对电网潮流转移状况进行分析和判别，并及时对相关后备保护采取闭锁或改变动作特性等措施，从而避免后备保护的连锁跳闸，保障系统安全。 三、新型故障元件判别原理 (一)基于故障电压分布的故障元件判别原理 作为单一元件的故障判别原理有多种，譬如：电流差动、纵联方向、纵联距离等。显然，前者对同步采样要求严格而当应用于广域保护时存在困难，而后两者在复杂故障条件下性能尚不够完善。 基于线路故障电压分布的故障元件判别原理则能同时解决上述两方面的问题。该原理利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值估算另一侧的电压故障分量。这样，广域后备保护可同时获得电压故障分量的测量值和估算值。外部故障时线路任意一侧电压故障分量的测量值和估算值是一致的，而内部故障时至少有一侧电压故障分量的测量值和估算值存在较大的差异，以此构成故障元件识别判据，且仅需要根据故障时线路两端的启动特征实现同步校正即可。该原理均能正确识别高阻接地、转换性故障及振荡中再故障等复杂情况下的故障线路，并且不受潮 流转移的影响。 (二)基于广域综合阻抗的故障元件判别原理 广域电流差动保护较普通电流差动更易受线路分布电容的影响而降低灵敏度，这是因为区域差动范围内在不同运行方式下包含的线路数量可能不一样，分布电容以及电容电流可能呈现较大范围的变化，同时在广域条件下估计和补偿电容电流也有较大难度。基于综合阻抗的纵联保护能克服分布电容的影响，灵敏度较高。将综合阻抗概念引入广域继电保护，可形成基于广域综合阻抗的故障元件判别原理，克服广域电流差动保护的缺陷。该原理利用区域多端电压和电流构造综合阻抗，广域综合阻抗定义为： (1)其中，M-流入广域继电保护区域的线路数目；N-广域继电保护区域边界母线数目。 (三)基于遗传信息融合技术的故障元件判别方法 为提高广域保护信息的可靠性，提出一种基于遗传(GA)信息融合技术的故障元件判别方法，它以故障方向作为遗传算法的处理对象，结合其他状态和多种保护判据信息进行信息融合，由线路两端故障方向的容错判定确定故障元件，以克服数据传输过程中信息缺失或信息错误的影响。 该方法从基于故障方向的广域继电保护原理出发建立基于遗传算法的信息融合数学模型。然后根据当前保护状态值与保护的状态期望值之间的差异构造求极大值的适应度函数。采用遗传算法的种群建立，快速搜索和收敛判定的运算来寻找最优解，实现基于最优解的故障方向决策和故障元件判别。 (四)基于概率识别的信息融合技术为降低基于遗传算法的广域继电保护的计算量，避免过早收敛导致保护判断错误，提高信息容错能力，提出基于概率识别的信息融合技术，简化和改进基于遗传算法的故障元件判别原理。该算法基于有限广域范围同时发生多处故障的可能性很小的假设，仅对区域内单个元件故障建立故障识别编码，大大减小了搜索范围，避免遗传算法中复杂的搜索过程和收敛判断。算法依据保护原理的选择性与灵敏度设置加权系数，然后根据各类保护的实际状态和基于故障识别编码的期望状态之间的差异，结合加权系数，构造求极小值的适应度函数，并引入故障识别概率K i 为：
时滞电力系统中的LMI判据 李晓萌1013203012 摘要：本文对时滞电力系统建模、求解方法和技巧进行了总结。如今电力系统全国联网，成为一个整体。采用广域测量技术进行管理和控制成为必要的措施。然而，电力系统范围广、时滞大、控制方式复杂，容易产生运行不稳定等问题，如何采取有效的方法得以解决是我们当前面临的问题。采用广域信息可有效提高大型互联系统的动态性能，由于距离远，信号传输的延迟不可忽略。考虑信号时滞的电力系统可以看作一个时滞动力系统，本文首先介绍了时滞动力系统的模型以及时滞动力系统的稳定性；然后将计及广域信号时滞的电力系统建模为时滞微分代数方程组并分析了其小扰动稳定性。本文总结了已有的电力系统时滞模型，和能量函数形式，并用不同的方法进行解决，最后对未来主要工作进行了总结。 关键字：电力系统；时滞；能量函数；稳定性判据 0引言 在自然界中，系统状态的未来发展趋势往往既取决于当前运行状态，也与过去的状态直接相关，这类现象称为时滞现象[l]。时滞现象在电力系统中普遍存在。传统电力系统的控制器往往只基于本地信号进行控制，量测和通信环节中的延时很小，对系统稳定性分析和控制效果的影响也较小，在研究中一般都忽略时滞环节的影响。 随着现代大型互联电网的建立，电力系统的网络结构与动态行为更加复杂，传统的沿用局部信息的电力系统控制和保护设计方法将无法满足超大规模电力系统振荡抑制、系统保护和动态安全防御的要求。采用同步相量测量和现代通信技术，建立广域测量系统，利用全局信号来设计电力系统保护与控制是解决方法之一。而广域测量信息中存在明显的延时，不能完全忽略，因此研究广域信号的时滞对电力系统稳定性的影响，具有十分重要的现实意义。 考虑广域信号时滞影响的电力系统是一个时滞动力系统，可以建模为时滞微分代数方程组，通过分析其特征根在复平面的位置可以研究广域信号的时滞对电力系统小扰动稳定性的影响。 1 时滞电力系统 具有时滞的动力系统广泛存在于超大规模电路设计、信号处理、网络与通信、神经网络、生物环境与医学、建筑结构、化工过程、反馈控制系统、冶金过程以及经济、机械工程等各个科学和工程领域。由于时滞动力系统的解空间是无限维的，其理论分析往往非常困难。长期以来，时滞动力系统的分析和综