智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討

李國東 李濤 李存彥

【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)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)作已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前社會的發(fā)展需求，因此國家電網(wǎng)提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略部署。智能電網(wǎng)涉及到很多高精尖技術(shù)，其中繼電保護(hù)作為實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)設(shè)備檢測保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，在智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，因此要保證智能電網(wǎng)的安全運(yùn)作，就需要提高電網(wǎng)中的繼電保護(hù)水平。

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

傳統(tǒng)的電網(wǎng)模型主要有以下類型：總線型、星型、環(huán)型線路等。以線型方式為例，它的特點(diǎn)是比較單一，任何一個(gè)潮流點(diǎn)的流向都是單向的，因而我們的電流保護(hù)策略可以較為方便地實(shí)現(xiàn)，比如以距離保護(hù)的方式進(jìn)行，這是目前在業(yè)界比較流行的一種方式。而在智能電網(wǎng)中，結(jié)構(gòu)模式由單一的線性結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)變?yōu)榱司W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)里面，任何一個(gè)點(diǎn)既可能是電源點(diǎn)，又可能就是用戶點(diǎn)本身，所以這種方式的線路潮流流向是雙向的。對于分布式電源來說，它

可以既作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個(gè)點(diǎn)，也可以從整個(gè)系統(tǒng)之中獨(dú)立出來。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)最終就成為了微網(wǎng)的一種單獨(dú)運(yùn)行機(jī)制，它的運(yùn)行方式是不確定的，由此導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行阻抗產(chǎn)生了易變性，并對過流保護(hù)、距離保護(hù)造成了影響。所以我們必須在傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)模型中施加與智能電網(wǎng)相適應(yīng)的保護(hù)方案，使得電網(wǎng)不會因運(yùn)行方式的變化，而影響其整體安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)原理

應(yīng)用傳感器在智能電網(wǎng)中對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵的電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，最后對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對保護(hù)定值和保護(hù)功能的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和及時(shí)修正。對于繼電保護(hù)裝置來講，保護(hù)功能除了需要保護(hù)對象的運(yùn)行信息，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運(yùn)行信息。這就需要做好信息的共享工作，保證故障的準(zhǔn)確性時(shí)，在沒有或少量人工敢于的情況下，迅速隔離故障并自行自我恢復(fù)，從而避免大面積停電事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)供電的可靠性和穩(wěn)定性。因此，智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)裝置在保護(hù)動(dòng)作時(shí)不僅僅要跳本保護(hù)對象，有時(shí)在跳本保護(hù)對象的同時(shí)，還得發(fā)出連跳指令，跳開其他關(guān)聯(lián)點(diǎn)。

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(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)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(gè)平臺，能夠不斷地自我監(jiān)測和校正，實(shí)現(xiàn)自愈。它能夠監(jiān)測到各種擾動(dòng)，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(gè)方面使用。參考量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)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(dòng)的控制行動(dòng)，實(shí)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(yùn)行人員一目了然的可理解的信息，以動(dòng)畫技術(shù)、動(dòng)態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)來幫助系統(tǒng)運(yùn)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(lì)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(jì)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(yùn)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(shí)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(yùn)行，以及規(guī)模化風(fēng)電場、光伏電站的并網(wǎng)運(yùn)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。

結(jié)語

隨著我國智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)的保護(hù)裝置也要不斷發(fā)展和改進(jìn)，繼電保護(hù)無論是觀念還是具體實(shí)踐都需要進(jìn)行相應(yīng)的變革。智能電網(wǎng)下的繼電保護(hù)要集保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化，要明確傳統(tǒng)繼電保護(hù)和智能電網(wǎng)繼電保護(hù)之間的區(qū)別，從而提出新的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]王倩，華勇.探討繼電保護(hù)的相關(guān)問題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（28）.

[2]張淦水.智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r[J].科教導(dǎo)刊，2011（33）.

[3] 唐濤，諸偉楠，楊儀松，等. 發(fā)電廠與變電站自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

[4] 肖朝霞，王成山，王守相. 含多微型電源的微網(wǎng)小信號穩(wěn)定性分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33