智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)研究

江盈文

摘要：分析智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的區(qū)別，以及智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，針對我國智能電網(wǎng)繼電保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，為提高繼電保護(hù)的智能性、靈敏性、可靠性及迅速性提供參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；構(gòu)成；技術(shù)；挑戰(zhàn)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0049-03

智能電網(wǎng)作為當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，已由最初模糊的概念發(fā)展到了具體實施階段。相應(yīng)地，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)以及智能電網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)都成為其發(fā)展研究的重要內(nèi)容。

1 智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型、星型線路，等效模型見圖1。這些均為線型模型，運行方式相對比較單一，每一個電源點的潮流流向是單向的，因而能方便地利用電流保護(hù)、距離保護(hù)實現(xiàn)。

智能電網(wǎng)中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使每個點既可能是電源點又可能是最終的用戶點，因此線路潮流的流向是雙向的；另外，分布式電源作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個點，也可能會從系統(tǒng)中解列出來，形成微網(wǎng)單獨運行，等效模型如圖2所示。這種電網(wǎng)的運行方式是不確定和易變的，從而造成系統(tǒng)運行阻抗的千變?nèi)f化，最終導(dǎo)致傳統(tǒng)的過流保護(hù)、距離保護(hù)定值無法整定，保護(hù)不能單獨使用。基于此，必須考慮新的保護(hù)方案，避免受電網(wǎng)運行方式變化的影響。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電源點的潮流流向是確定的。通常保護(hù)輸入的是本側(cè)的電氣量，包括：三相電流Ia，Ib和Ic；三相電壓Ua，Ub和Uc。通過對這些電氣量的判別，滿足相關(guān)保護(hù)的要求。線路光纖差動保護(hù)最多是輸入被保護(hù)線路對側(cè)的電流，所以傳統(tǒng)繼電保護(hù)電氣判別量基本固定不變。其構(gòu)成示意圖如圖3所示。

2.2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對繼電保護(hù)提出了更高要求。通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及，也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。智能電網(wǎng)中，可利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用這些信息可對運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)對保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控與修正。

另外，對于保護(hù)裝置而言，保護(hù)功能除了需要本保護(hù)對象的運行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運行信息。一方面是保證故障的準(zhǔn)確實時識別，另一方面是保證在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。所以，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)動作時不一定只跳本保護(hù)對象，也有可能在跳本保護(hù)對象時還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，還有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點而不跳開本保護(hù)對象。

圖4為智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成示意圖。在智能電網(wǎng)中，通過監(jiān)控系統(tǒng)對本保護(hù)對象和其關(guān)聯(lián)節(jié)點的運行狀況進(jìn)行分析和決策，實時調(diào)整相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能和保護(hù)定值，使保護(hù)裝置適應(yīng)靈活變化的運行工況。同時由保護(hù)功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護(hù)動作策略。

3 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展，要求智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)與先進(jìn)的信息、通信和控制等技術(shù)加以融合。為了滿足智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的技術(shù)要求，需要有對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)解決以往電網(wǎng)中存在的問題。

3.1 通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)通過高速雙向通信系統(tǒng)這個平臺，能夠不斷地自我監(jiān)測和校正，實現(xiàn)自愈。它能夠監(jiān)測到各種擾動，進(jìn)行無功補(bǔ)償、潮流分配，避免傳統(tǒng)大電網(wǎng)中大范圍停電等情況的發(fā)生。該通信系統(tǒng)能夠保證電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)、用戶以及各種不同的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信。

3.2 參考量測技術(shù)

參考量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部分，其作用是將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，供給智能電網(wǎng)各個方面使用。參考量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系、設(shè)備健康狀況、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)等數(shù)據(jù)。

3.3 設(shè)備技術(shù)

設(shè)備技術(shù)主要包括電力電子技術(shù)和分布式能源接入技術(shù)。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，其節(jié)能效果明顯，以SVC為代表的柔性交流輸電技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)體現(xiàn)尤為明顯。將電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合，通過對電力系統(tǒng)參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，可大幅降低輸電損耗、提高輸電系統(tǒng)輸送能力和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平。

3.4 控制技術(shù)和決策支持技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定及采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這一技術(shù)可以管理電網(wǎng)的有功和無功。先進(jìn)的控制技術(shù)分析和診斷功能將引進(jìn)專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)采取自動的控制行動，實現(xiàn)電網(wǎng)的自愈性。決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運行人員一目了然的可理解的信息，以動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)來幫助系統(tǒng)運行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。

4 繼電保護(hù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

4.1 大電網(wǎng)、超/特高壓影響

1） 特高壓電網(wǎng)故障時諧波分量大，非周期分量衰減緩慢，暫態(tài)過程明顯，影響保護(hù)動作的可靠性和快速性；2） 超/特高壓長線路分布電容對電流差動保護(hù)和按集中參數(shù)模型構(gòu)成的保護(hù)產(chǎn)生不利影響；3） 同塔雙回或多回線路的跨線故障以及互感和線路參數(shù)不平衡會對保護(hù)造成影響；4） 變壓器保護(hù)利用諧波含量區(qū)分內(nèi)部故障與勵磁涌流的難度增大；5） 電網(wǎng)間的相互影響使故障特性更為復(fù)雜，故障計算誤差增加；6） 對于繼電保護(hù)設(shè)備，要求具有更高的可靠性、安全性和電磁兼容能力。

4.2 電力電子設(shè)備影響

1） FACTS元件的安裝位置、投入運行與否以及所涉及參數(shù)的調(diào)整變化會對電網(wǎng)短路電流的特征和分布產(chǎn)生影響；2） 直流輸電系統(tǒng)的控制和保護(hù)問題仍然很突出，交、直流系統(tǒng)的故障會互相影響；3） 風(fēng)機(jī)類型、風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、風(fēng)機(jī)所采用的控制方法及故障類型等因素，會對不同時段的保護(hù)以及選相功能等產(chǎn)生影響。

4.3 電網(wǎng)的控制策略影響

FACTS元件大量應(yīng)用，直流輸電工程投入運行，以及規(guī)?；L(fēng)電場、光伏電站的并網(wǎng)運行，使得電網(wǎng)的繼電保護(hù)必須與這些設(shè)備或元件的控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合。其中包括FACTS元件的保護(hù)與控制，及其與系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)配合；直流輸電系統(tǒng)的控制與保護(hù)，以及交直流混聯(lián)系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)與配合；風(fēng)電、光伏電站的并網(wǎng)控制對接入系統(tǒng)保護(hù)的影響；此外，電網(wǎng)一、二、三道防線之間的協(xié)調(diào)配合也需要考慮。

4.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\行方式影響

目前以光纖差動為代表的主保護(hù)已臻于完善，然而受電網(wǎng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆绊懙膫鹘y(tǒng)后備保護(hù)卻面臨很多困難。為保證其可靠性，不得不按照最嚴(yán)酷的情況進(jìn)行配置和整定；為了保證其選擇性，不得不犧牲后備保護(hù)的快速性和靈敏性。

參考文獻(xiàn)

[1] 余文軍.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究綜述[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（2）：303.

[2] 劉強(qiáng).智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討[J].江蘇電機(jī)工程，2010（3）：82-84.

[3] 王增平，姜憲國，張執(zhí)超，等.智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（2）：13-18.

摘要：分析智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的區(qū)別，以及智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，針對我國智能電網(wǎng)繼電保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，為提高繼電保護(hù)的智能性、靈敏性、可靠性及迅速性提供參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；構(gòu)成；技術(shù)；挑戰(zhàn)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0049-03

智能電網(wǎng)作為當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，已由最初模糊的概念發(fā)展到了具體實施階段。相應(yīng)地，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)以及智能電網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)都成為其發(fā)展研究的重要內(nèi)容。

1 智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型、星型線路，等效模型見圖1。這些均為線型模型，運行方式相對比較單一，每一個電源點的潮流流向是單向的，因而能方便地利用電流保護(hù)、距離保護(hù)實現(xiàn)。

智能電網(wǎng)中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使每個點既可能是電源點又可能是最終的用戶點，因此線路潮流的流向是雙向的；另外，分布式電源作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個點，也可能會從系統(tǒng)中解列出來，形成微網(wǎng)單獨運行，等效模型如圖2所示。這種電網(wǎng)的運行方式是不確定和易變的，從而造成系統(tǒng)運行阻抗的千變?nèi)f化，最終導(dǎo)致傳統(tǒng)的過流保護(hù)、距離保護(hù)定值無法整定，保護(hù)不能單獨使用?；诖?，必須考慮新的保護(hù)方案，避免受電網(wǎng)運行方式變化的影響。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電源點的潮流流向是確定的。通常保護(hù)輸入的是本側(cè)的電氣量，包括：三相電流Ia，Ib和Ic；三相電壓Ua，Ub和Uc。通過對這些電氣量的判別，滿足相關(guān)保護(hù)的要求。線路光纖差動保護(hù)最多是輸入被保護(hù)線路對側(cè)的電流，所以傳統(tǒng)繼電保護(hù)電氣判別量基本固定不變。其構(gòu)成示意圖如圖3所示。

2.2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對繼電保護(hù)提出了更高要求。通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及，也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。智能電網(wǎng)中，可利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用這些信息可對運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)對保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控與修正。

另外，對于保護(hù)裝置而言，保護(hù)功能除了需要本保護(hù)對象的運行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運行信息。一方面是保證故障的準(zhǔn)確實時識別，另一方面是保證在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。所以，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)動作時不一定只跳本保護(hù)對象，也有可能在跳本保護(hù)對象時還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，還有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點而不跳開本保護(hù)對象。

圖4為智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成示意圖。在智能電網(wǎng)中，通過監(jiān)控系統(tǒng)對本保護(hù)對象和其關(guān)聯(lián)節(jié)點的運行狀況進(jìn)行分析和決策，實時調(diào)整相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能和保護(hù)定值，使保護(hù)裝置適應(yīng)靈活變化的運行工況。同時由保護(hù)功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護(hù)動作策略。

3 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展，要求智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)與先進(jìn)的信息、通信和控制等技術(shù)加以融合。為了滿足智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的技術(shù)要求，需要有對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)解決以往電網(wǎng)中存在的問題。

3.1 通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)通過高速雙向通信系統(tǒng)這個平臺，能夠不斷地自我監(jiān)測和校正，實現(xiàn)自愈。它能夠監(jiān)測到各種擾動，進(jìn)行無功補(bǔ)償、潮流分配，避免傳統(tǒng)大電網(wǎng)中大范圍停電等情況的發(fā)生。該通信系統(tǒng)能夠保證電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)、用戶以及各種不同的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信。

3.2 參考量測技術(shù)

參考量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部分，其作用是將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，供給智能電網(wǎng)各個方面使用。參考量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系、設(shè)備健康狀況、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)等數(shù)據(jù)。

3.3 設(shè)備技術(shù)

設(shè)備技術(shù)主要包括電力電子技術(shù)和分布式能源接入技術(shù)。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，其節(jié)能效果明顯，以SVC為代表的柔性交流輸電技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)體現(xiàn)尤為明顯。將電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合，通過對電力系統(tǒng)參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，可大幅降低輸電損耗、提高輸電系統(tǒng)輸送能力和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平。

3.4 控制技術(shù)和決策支持技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定及采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這一技術(shù)可以管理電網(wǎng)的有功和無功。先進(jìn)的控制技術(shù)分析和診斷功能將引進(jìn)專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)采取自動的控制行動，實現(xiàn)電網(wǎng)的自愈性。決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運行人員一目了然的可理解的信息，以動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)來幫助系統(tǒng)運行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。

4 繼電保護(hù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

4.1 大電網(wǎng)、超/特高壓影響

1） 特高壓電網(wǎng)故障時諧波分量大，非周期分量衰減緩慢，暫態(tài)過程明顯，影響保護(hù)動作的可靠性和快速性；2） 超/特高壓長線路分布電容對電流差動保護(hù)和按集中參數(shù)模型構(gòu)成的保護(hù)產(chǎn)生不利影響；3） 同塔雙回或多回線路的跨線故障以及互感和線路參數(shù)不平衡會對保護(hù)造成影響；4） 變壓器保護(hù)利用諧波含量區(qū)分內(nèi)部故障與勵磁涌流的難度增大；5） 電網(wǎng)間的相互影響使故障特性更為復(fù)雜，故障計算誤差增加；6） 對于繼電保護(hù)設(shè)備，要求具有更高的可靠性、安全性和電磁兼容能力。

4.2 電力電子設(shè)備影響

1） FACTS元件的安裝位置、投入運行與否以及所涉及參數(shù)的調(diào)整變化會對電網(wǎng)短路電流的特征和分布產(chǎn)生影響；2） 直流輸電系統(tǒng)的控制和保護(hù)問題仍然很突出，交、直流系統(tǒng)的故障會互相影響；3） 風(fēng)機(jī)類型、風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、風(fēng)機(jī)所采用的控制方法及故障類型等因素，會對不同時段的保護(hù)以及選相功能等產(chǎn)生影響。

4.3 電網(wǎng)的控制策略影響

FACTS元件大量應(yīng)用，直流輸電工程投入運行，以及規(guī)?；L(fēng)電場、光伏電站的并網(wǎng)運行，使得電網(wǎng)的繼電保護(hù)必須與這些設(shè)備或元件的控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合。其中包括FACTS元件的保護(hù)與控制，及其與系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)配合；直流輸電系統(tǒng)的控制與保護(hù)，以及交直流混聯(lián)系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)與配合；風(fēng)電、光伏電站的并網(wǎng)控制對接入系統(tǒng)保護(hù)的影響；此外，電網(wǎng)一、二、三道防線之間的協(xié)調(diào)配合也需要考慮。

4.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\行方式影響

目前以光纖差動為代表的主保護(hù)已臻于完善，然而受電網(wǎng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆绊懙膫鹘y(tǒng)后備保護(hù)卻面臨很多困難。為保證其可靠性，不得不按照最嚴(yán)酷的情況進(jìn)行配置和整定；為了保證其選擇性，不得不犧牲后備保護(hù)的快速性和靈敏性。

參考文獻(xiàn)

[1] 余文軍.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究綜述[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（2）：303.

[2] 劉強(qiáng).智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討[J].江蘇電機(jī)工程，2010（3）：82-84.

[3] 王增平，姜憲國，張執(zhí)超，等.智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（2）：13-18.

摘要：分析智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的區(qū)別，以及智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，針對我國智能電網(wǎng)繼電保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，為提高繼電保護(hù)的智能性、靈敏性、可靠性及迅速性提供參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；構(gòu)成；技術(shù)；挑戰(zhàn)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0049-03

智能電網(wǎng)作為當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，已由最初模糊的概念發(fā)展到了具體實施階段。相應(yīng)地，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)以及智能電網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)都成為其發(fā)展研究的重要內(nèi)容。

1 智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型、星型線路，等效模型見圖1。這些均為線型模型，運行方式相對比較單一，每一個電源點的潮流流向是單向的，因而能方便地利用電流保護(hù)、距離保護(hù)實現(xiàn)。

智能電網(wǎng)中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使每個點既可能是電源點又可能是最終的用戶點，因此線路潮流的流向是雙向的；另外，分布式電源作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個點，也可能會從系統(tǒng)中解列出來，形成微網(wǎng)單獨運行，等效模型如圖2所示。這種電網(wǎng)的運行方式是不確定和易變的，從而造成系統(tǒng)運行阻抗的千變?nèi)f化，最終導(dǎo)致傳統(tǒng)的過流保護(hù)、距離保護(hù)定值無法整定，保護(hù)不能單獨使用?；诖?，必須考慮新的保護(hù)方案，避免受電網(wǎng)運行方式變化的影響。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電源點的潮流流向是確定的。通常保護(hù)輸入的是本側(cè)的電氣量，包括：三相電流Ia，Ib和Ic；三相電壓Ua，Ub和Uc。通過對這些電氣量的判別，滿足相關(guān)保護(hù)的要求。線路光纖差動保護(hù)最多是輸入被保護(hù)線路對側(cè)的電流，所以傳統(tǒng)繼電保護(hù)電氣判別量基本固定不變。其構(gòu)成示意圖如圖3所示。

2.2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對繼電保護(hù)提出了更高要求。通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及，也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。智能電網(wǎng)中，可利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用這些信息可對運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)對保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控與修正。

另外，對于保護(hù)裝置而言，保護(hù)功能除了需要本保護(hù)對象的運行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運行信息。一方面是保證故障的準(zhǔn)確實時識別，另一方面是保證在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。所以，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)動作時不一定只跳本保護(hù)對象，也有可能在跳本保護(hù)對象時還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，還有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點而不跳開本保護(hù)對象。

圖4為智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成示意圖。在智能電網(wǎng)中，通過監(jiān)控系統(tǒng)對本保護(hù)對象和其關(guān)聯(lián)節(jié)點的運行狀況進(jìn)行分析和決策，實時調(diào)整相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能和保護(hù)定值，使保護(hù)裝置適應(yīng)靈活變化的運行工況。同時由保護(hù)功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護(hù)動作策略。

3 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展，要求智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)與先進(jìn)的信息、通信和控制等技術(shù)加以融合。為了滿足智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的技術(shù)要求，需要有對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)解決以往電網(wǎng)中存在的問題。

3.1 通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)通過高速雙向通信系統(tǒng)這個平臺，能夠不斷地自我監(jiān)測和校正，實現(xiàn)自愈。它能夠監(jiān)測到各種擾動，進(jìn)行無功補(bǔ)償、潮流分配，避免傳統(tǒng)大電網(wǎng)中大范圍停電等情況的發(fā)生。該通信系統(tǒng)能夠保證電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)、用戶以及各種不同的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信。

3.2 參考量測技術(shù)

參考量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部分，其作用是將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，供給智能電網(wǎng)各個方面使用。參考量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系、設(shè)備健康狀況、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)等數(shù)據(jù)。

3.3 設(shè)備技術(shù)

設(shè)備技術(shù)主要包括電力電子技術(shù)和分布式能源接入技術(shù)。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，其節(jié)能效果明顯，以SVC為代表的柔性交流輸電技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)體現(xiàn)尤為明顯。將電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合，通過對電力系統(tǒng)參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，可大幅降低輸電損耗、提高輸電系統(tǒng)輸送能力和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平。

3.4 控制技術(shù)和決策支持技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定及采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這一技術(shù)可以管理電網(wǎng)的有功和無功。先進(jìn)的控制技術(shù)分析和診斷功能將引進(jìn)專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)采取自動的控制行動，實現(xiàn)電網(wǎng)的自愈性。決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運行人員一目了然的可理解的信息，以動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)來幫助系統(tǒng)運行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。

4 繼電保護(hù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

4.1 大電網(wǎng)、超/特高壓影響

1） 特高壓電網(wǎng)故障時諧波分量大，非周期分量衰減緩慢，暫態(tài)過程明顯，影響保護(hù)動作的可靠性和快速性；2） 超/特高壓長線路分布電容對電流差動保護(hù)和按集中參數(shù)模型構(gòu)成的保護(hù)產(chǎn)生不利影響；3） 同塔雙回或多回線路的跨線故障以及互感和線路參數(shù)不平衡會對保護(hù)造成影響；4） 變壓器保護(hù)利用諧波含量區(qū)分內(nèi)部故障與勵磁涌流的難度增大；5） 電網(wǎng)間的相互影響使故障特性更為復(fù)雜，故障計算誤差增加；6） 對于繼電保護(hù)設(shè)備，要求具有更高的可靠性、安全性和電磁兼容能力。

4.2 電力電子設(shè)備影響

1） FACTS元件的安裝位置、投入運行與否以及所涉及參數(shù)的調(diào)整變化會對電網(wǎng)短路電流的特征和分布產(chǎn)生影響；2） 直流輸電系統(tǒng)的控制和保護(hù)問題仍然很突出，交、直流系統(tǒng)的故障會互相影響；3） 風(fēng)機(jī)類型、風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、風(fēng)機(jī)所采用的控制方法及故障類型等因素，會對不同時段的保護(hù)以及選相功能等產(chǎn)生影響。

4.3 電網(wǎng)的控制策略影響

FACTS元件大量應(yīng)用，直流輸電工程投入運行，以及規(guī)?；L(fēng)電場、光伏電站的并網(wǎng)運行，使得電網(wǎng)的繼電保護(hù)必須與這些設(shè)備或元件的控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合。其中包括FACTS元件的保護(hù)與控制，及其與系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)配合；直流輸電系統(tǒng)的控制與保護(hù)，以及交直流混聯(lián)系統(tǒng)保護(hù)的協(xié)調(diào)與配合；風(fēng)電、光伏電站的并網(wǎng)控制對接入系統(tǒng)保護(hù)的影響；此外，電網(wǎng)一、二、三道防線之間的協(xié)調(diào)配合也需要考慮。

4.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\行方式影響

目前以光纖差動為代表的主保護(hù)已臻于完善，然而受電網(wǎng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆绊懙膫鹘y(tǒng)后備保護(hù)卻面臨很多困難。為保證其可靠性，不得不按照最嚴(yán)酷的情況進(jìn)行配置和整定；為了保證其選擇性，不得不犧牲后備保護(hù)的快速性和靈敏性。

參考文獻(xiàn)

[1] 余文軍.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究綜述[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（2）：303.

[2] 劉強(qiáng).智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討[J].江蘇電機(jī)工程，2010（3）：82-84.

[3] 王增平，姜憲國，張執(zhí)超，等.智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（2）：13-18.