電力系統(tǒng)站域保護(hù)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用探討

蘇松鴻

摘 要：文章從站域繼電保護(hù)基本作用出發(fā)，分析站域繼電保護(hù)的原理，闡述了站域保護(hù)的算法，并從系統(tǒng)監(jiān)測和事故記錄、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、融合多Agent體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)建新的信息交換及預(yù)警機(jī)制等角度，分析了電力系統(tǒng)站域保護(hù)的應(yīng)用，最后提出了站域保護(hù)技術(shù)發(fā)展的前景。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；站域保護(hù)；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0011-02

站域保護(hù)是智能變電站后備保護(hù)的一項重要技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)繼電保護(hù)難題，因此具有一定優(yōu)勢。當(dāng)前，國際相關(guān)領(lǐng)域十分重視該技術(shù)的研究，我國有關(guān)企業(yè)已著手開展產(chǎn)品研發(fā)，如許繼、南瑞以及南自等，已推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。針對站域保護(hù)技術(shù)的發(fā)展歷程和實際運(yùn)用，本文進(jìn)行了重點論述。

1 電力系統(tǒng)站域保護(hù)的原理分析

站域保護(hù)利用智能變電站IEC61850規(guī)約通信系統(tǒng)，實時收集所有設(shè)備的開關(guān)量等信息，從而實現(xiàn)站域保護(hù)功能。因此，站域保護(hù)能夠集中為刀閘、模擬器、斷路器等一次設(shè)備提供近后備保護(hù)，在后備保護(hù)領(lǐng)域具有突出優(yōu)勢。

站域保護(hù)包括多個獨(dú)立的功能模塊。各模塊之間展開類似于傳統(tǒng)繼電保護(hù)的配合，實現(xiàn)站域保護(hù)的整體邏輯，但在功能和定值方面，站域保護(hù)與就地保護(hù)無配合關(guān)系。站域保護(hù)的結(jié)構(gòu)多為集中式，因此，在220 kV及以上的變電站內(nèi)，站域保護(hù)應(yīng)采取冗余配置，才能保證其動作的可靠性。

2 電力系統(tǒng)站域保護(hù)的保護(hù)算法分析

當(dāng)前，對于電力系統(tǒng)的站域保護(hù)來說，其保護(hù)算法還有待完善，正處于發(fā)展時期。站域保護(hù)一般分為三大模塊：一是數(shù)據(jù)采集和計算，二是故障位置判別，三是保護(hù)跳閘決策。站域保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集和計算

利用IEC61850規(guī)約通信，該模塊對站域保護(hù)所需的所有信息，包括一次設(shè)備的狀態(tài)欄等信息進(jìn)行收集并進(jìn)行計算，如智能變電站中的斷路器開關(guān)所在位置，以及電壓電流等站內(nèi)模擬器等。

2.2 故障位置判別

對于站域保護(hù)來說，該模塊具有重要的核心作用，通過收集故障的方向和距離等信息，從而確定故障位置。以下幾種方法是故障位置判別時常用的算法。

2.2.1 基于故障電壓分布的故障位置判別

站域保護(hù)通過IEC61850規(guī)約，可同時采集系統(tǒng)兩側(cè)的電壓故障分量，然后利用一側(cè)的電壓和電流故障分量，對另外一側(cè)的電壓故障分量進(jìn)行估算，二者若相同，則可判定為區(qū)外故障。反之，若二者相差明顯，則為區(qū)內(nèi)故障。利用系統(tǒng)兩側(cè)電壓故障分量差異狀況的算法，特別適用于判別邊界元件的故障類型，是當(dāng)前站域保護(hù)中普遍采用的一種保護(hù)算法。

2.2.2 基于遺傳信息融合技術(shù)的故障位置判別

近年來，作為新興人工智能技術(shù)的代表，遺傳信息技術(shù)越來越多地被站域保護(hù)技術(shù)所應(yīng)用，其將故障方向列為遺傳算法的處理對象，利用多種判別方法，根據(jù)所收集的保護(hù)判據(jù)信息，對目前狀態(tài)值和保護(hù)期望值進(jìn)行分析，計算二者差異構(gòu)造的極大值，并建立相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)，然后通過遺傳信息技術(shù)，對函數(shù)進(jìn)行快速搜索和收集判據(jù)，以尋出最優(yōu)解，從而做出正確的故障方向決策，實現(xiàn)故障元件的判別。這種利用遺傳信息技術(shù)的故障位置判別，不僅可靠程度較高，也具有較高的容錯性，同時，在較大范圍內(nèi)，顯著提高了站域保護(hù)的抗干擾性。然而，由于人工智能技術(shù)還處于發(fā)展時期，對于該技術(shù)的實際應(yīng)用還有待觀察。

2.3 跳閘決策模塊

站域保護(hù)進(jìn)行故障位置判別，而后作出定位邏輯判斷，進(jìn)而利用智能變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)，將跳閘策略GOOSE報文發(fā)至對應(yīng)間隔的智能系統(tǒng)終端執(zhí)行，從而跳開系統(tǒng)內(nèi)故障元件，以排除故障。當(dāng)前，站域保護(hù)跳閘方式主要有兩種，一是通過動作時限跳閘配合，二是利用故障識別執(zhí)行跳閘決策。

3 電力系統(tǒng)站域保護(hù)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)監(jiān)測和事故記錄

在智能變電站中，所有間隔的電流、電壓，以及一次設(shè)備的實時信息，如斷路器、刀閘位置等，均由站內(nèi)保護(hù)收集，并集中提供近后備保護(hù)和系統(tǒng)監(jiān)測，其對母聯(lián)、斷路器失靈、線路以及主變和母線等具有后備保護(hù)功能，并記錄事故。

3.2 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計

通過變電站等本地區(qū)域測試信息的繼電保護(hù)。其整合站域安全控制等功能，相互協(xié)調(diào)，可集成為站域保護(hù)。當(dāng)前，隨著智能變電站的發(fā)展和普及，為研究和應(yīng)用站域繼電保護(hù)創(chuàng)造了良好的契機(jī)。

近年來，WAMS（WideArea Measurement System），即廣域同步測量系統(tǒng)備受關(guān)注，其以GPS、PMU（Phasor Measurement Unit），及SDH（Synchronous Digital Hierarchy）等為基礎(chǔ)，通過通信網(wǎng)技術(shù)，多點位、同步實時收集和傳輸信息，實現(xiàn)了現(xiàn)代電網(wǎng)的安全控制和動態(tài)控制，極大提升了站域保護(hù)的發(fā)展。

3.3 融合多Agent體系結(jié)構(gòu)

其以Agent技術(shù)為基礎(chǔ)，在智能變電站內(nèi)構(gòu)建分層分布式保護(hù)系統(tǒng)，將物理集成和邏輯集成融合于站內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)之中。該保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

由圖可見，執(zhí)行級Agent能夠獨(dú)自完成本單元設(shè)置的保護(hù)任務(wù)，并利用通信網(wǎng)絡(luò)，與協(xié)調(diào)級Agent之間相互傳遞信息，從而實現(xiàn)更為復(fù)雜的保護(hù)功能。協(xié)調(diào)級Agent能夠在簡化模式下替代組織級Agent，對系統(tǒng)級保護(hù)目標(biāo)做出決定。

對于分布式保護(hù)來說，如何實現(xiàn)可靠的、實時的數(shù)據(jù)傳輸和同步采樣的高精度是亟待解決的難題。在方案中，如果設(shè)置過多的分布接入點，勢必考慮通信設(shè)備和鏈路是否穩(wěn)定可靠，因此，采用“冗余”同步時鐘源，以降低上述因素的影響。另外，在繼電保護(hù)方面，Agent技術(shù)的應(yīng)用還有待完善和考察，目前，主要成果多為理論性，并且Agent不僅要具備知識庫、系統(tǒng)通信等功能，還應(yīng)完成故障識別和執(zhí)行結(jié)果等多項任務(wù)，因此，還需進(jìn)一步研究和分析其協(xié)調(diào)控制能力和最優(yōu)決策。

3.4 構(gòu)建新的信息交換及預(yù)警機(jī)制

目前，以遺傳算法為基礎(chǔ)的站域繼電保護(hù)技術(shù)，已融合基于概率識別的信息技術(shù)，從而大大減少了計算量，避免了過早收斂現(xiàn)象的發(fā)生，提高了保護(hù)判別和信息容錯的能力，實現(xiàn)了基于遺傳算法故障元件判別原理的簡化和完善。

該算法的前提是在有限的廣域范圍之內(nèi)，多處故障不可能同時發(fā)生，其只對域內(nèi)元件個體故障編制故障識別碼，從而縮小了搜索范圍，與遺傳算法相比，簡化了搜索過程，避免了復(fù)雜的收斂判斷。算法的加權(quán)系數(shù)，是根據(jù)保護(hù)原理的靈敏度，以及選擇性而加以設(shè)定的。

4 電力系統(tǒng)站域保護(hù)應(yīng)用需解決的幾個問題

4.1 站域信息同步問題

當(dāng)前，該問題的解決，只能依靠GPS等全球衛(wèi)星同步時鐘，但因自然環(huán)境的影響和技術(shù)的不完善，如果站域同步采樣選取該方法，效果差強(qiáng)人意，所以，應(yīng)對策略還應(yīng)通過站域保護(hù)的原理算法進(jìn)行。

4.2 后備保護(hù)系統(tǒng)的完善配置問題

該問題是針對站域通信的失效和站域后備是否靈敏而提出的。因此，為避免站域后備保護(hù)發(fā)生誤動，應(yīng)采取有效應(yīng)對措施。此外，為切除故障，遠(yuǎn)后備保護(hù)因其以就地信息為基礎(chǔ)和執(zhí)行簡單，也應(yīng)保留設(shè)置，如采取固定整定值、靈敏度較高的長延時保護(hù)等末級后備措施。

4.3 站域繼電保護(hù)可靠性與風(fēng)險評估問題

對于廣域后備保護(hù)來說，其信息多源，對站域信息通信的依賴度較高，因此，可靠性面臨多種考驗，但是，也存在多項利于可靠性提高的因素，應(yīng)謹(jǐn)慎評估其安全風(fēng)險，以利于實際應(yīng)用。

5 結(jié) 語

當(dāng)前，我國電網(wǎng)輸電等級日益提高，不僅網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，而且系統(tǒng)交直流互聯(lián)發(fā)展已成為趨勢。廣域保護(hù)和控制等繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，如站域保護(hù)，突破了傳統(tǒng)保護(hù)的局限，為電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠提供了有力保障。

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