智能電網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)

李宏亮，谷會苗，張 瑞，郭 偉，李宏斌

（杭州得正電氣有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

智能電網(wǎng)環(huán)境是指以傳統(tǒng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過先進(jìn)的控制技術(shù)與新型儀器設(shè)備，利用傳感器，實行電網(wǎng)的全面檢測，并借助互聯(lián)網(wǎng)，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)智能系統(tǒng)，進(jìn)行判定，以確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，規(guī)避電網(wǎng)安全隱患，強化經(jīng)濟(jì)效益。完善的電力系統(tǒng)通常由發(fā)電、輸電、配電以及用電4個部分構(gòu)成。隨著我國發(fā)電系統(tǒng)的不斷增多，不同的電網(wǎng)環(huán)境中的保護(hù)系統(tǒng)也有所差別，太陽能、風(fēng)能是現(xiàn)階段較常見的發(fā)電系統(tǒng)之一，傳統(tǒng)的電磁繼電式保護(hù)、電子式靜態(tài)繼電保護(hù)裝置難以適應(yīng)，先進(jìn)、新型電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的研發(fā)刻不容緩。

1 電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)發(fā)展

電力系統(tǒng)涵蓋4個環(huán)節(jié)，發(fā)電、輸電、配電和用電，目的是利用發(fā)電動力裝置，實現(xiàn)自然界中一次能源到電能的有效轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行輸電、變電、配電，最后將電能提供給用戶使用。電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)，主要指對各個環(huán)節(jié)電能測量、調(diào)控、保護(hù)、通信以及調(diào)度，保障供電安全，為用戶提供安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的電能。熔斷器是最先使用的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，隨后以斷路器為核心的電磁式繼電保護(hù)裝置及電子式靜態(tài)繼電保護(hù)裝置應(yīng)運而生。從電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的發(fā)展情況看，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)裝置主要涵蓋5種，如集成電路型、整流型、機(jī)電、微機(jī)保護(hù)、晶體管。

2 智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護(hù)的重要作用

近些年我國人口數(shù)量逐漸上升，導(dǎo)致電力需求也越來越大。為降低有關(guān)企業(yè)供電負(fù)荷和壓力，提升電網(wǎng)運行質(zhì)量和效率，研發(fā)智能電網(wǎng)技術(shù)已成為電力企業(yè)最緊迫的重要任務(wù)。電網(wǎng)工作期間，難免會出現(xiàn)指令失效、設(shè)備運行故障等現(xiàn)象，使用繼電保護(hù)技術(shù)，可預(yù)防這些問題的發(fā)生，從而確保電網(wǎng)正常運行[1]。

如果電網(wǎng)運行中出現(xiàn)故障，電氣保護(hù)裝置將對有關(guān)設(shè)備電源進(jìn)行切斷，并立即向現(xiàn)場管理者傳送故障報警信號，并采取科學(xué)、有效故障排除措施，讓電網(wǎng)于較短時間內(nèi)恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。將繼電保護(hù)裝置、繼電保護(hù)技術(shù)用于電力系統(tǒng)中，不僅能夠提升電網(wǎng)工作效率，還可滿足用戶用電需求，避免因企業(yè)內(nèi)部設(shè)備運行故障影響用戶的正常生活和不必要的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

3 智能電網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 超導(dǎo)限流器的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用超導(dǎo)限流器的主要目的是在電路出現(xiàn)故障時，有效保護(hù)電路。超導(dǎo)限流器的材料一般為超導(dǎo)材料，這種材料在電路出現(xiàn)狀況時，能產(chǎn)生一定的阻抗，進(jìn)一步限制電流[2]。與傳統(tǒng)限流器相比，超導(dǎo)限流器有如下優(yōu)點：（1）反應(yīng)更迅速，在電路出現(xiàn)故障時，能夠及時做出反應(yīng)，提高電力系統(tǒng)的安全性；（2）耗能更少，能夠減少電能浪費；（3）具有自動控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動限流；（4）應(yīng)用范圍更廣，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障有更強的作用。

3.2 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)在使用中更加安全，測量結(jié)果更加精確，抗干擾的能力更強，同時組網(wǎng)也十分方便，化學(xué)性能十分穩(wěn)定?；谶@些優(yōu)點，光纖傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，實現(xiàn)了在線監(jiān)測電器測量，例如溫度、電流、應(yīng)變參數(shù)等。光纖在傳輸?shù)倪^程中，損耗低，傳輸?shù)念l帶范圍寬，使用光纖傳感技術(shù)能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)檢測范圍變大，促進(jìn)信息傳輸?shù)陌踩透咝А?/p>

例如，電力系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵元件是互感器，光電流互感器和光電壓互感器的使用從本質(zhì)上推動了電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)的發(fā)展。新型互感器不同于傳統(tǒng)互感器，能夠改變電力系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)用的方式和條件，有效拓展了互感器的應(yīng)用范圍，保護(hù)電力系統(tǒng)。

3.3 GPS系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中能有效推動電力系統(tǒng)的通信順暢，滿足電力系統(tǒng)在不同環(huán)境下的通信要求，其主要作用在于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)監(jiān)控三方面。GPS 系統(tǒng)能夠通過對電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，利用衛(wèi)星發(fā)送到電力中央控制系統(tǒng)中。電力中央控制系統(tǒng)能夠?qū)λ占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析，并根據(jù)分析結(jié)果給出準(zhǔn)確地判斷。

例如，當(dāng)變壓器的相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，電力系統(tǒng)能根據(jù)數(shù)據(jù)的異常情況來對變壓器進(jìn)行相關(guān)操控，從而避免問題擴(kuò)大化。因此，GPS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅能對電網(wǎng)實施全面監(jiān)控，還能有效提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。

3.4 新型繼電保護(hù)技術(shù)

新型繼電保護(hù)技術(shù)融入智能電網(wǎng)運行，可對電網(wǎng)進(jìn)行有效診斷，并迅速恢復(fù)。如廣域繼電保護(hù)技術(shù)主要是以子域為分析基礎(chǔ)，在子域中進(jìn)行信息采集，從而判斷電網(wǎng)運行是否有安全隱患問題的存在。廣域繼電保護(hù)技術(shù)的運用，初步實現(xiàn)了全自動電網(wǎng)控制技術(shù)，確保了電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運行，并增加了電網(wǎng)實際運行保護(hù)時間。廣域繼電保護(hù)技術(shù)結(jié)合智能電網(wǎng)，可以從根本上提高繼電保護(hù)效率，增強智能電網(wǎng)安全性、可行性，實現(xiàn)智能電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益最大化[3]。

3.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)事實上是一種人工智能技術(shù)，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。通過使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓電力系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時，能夠像人的大腦一樣，及時選擇有效的解決辦法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅僅具有記憶、聯(lián)想、學(xué)習(xí)功能，還具備很高的組織能力和適應(yīng)能力，能夠在學(xué)習(xí)之后迅速反映出輸入特征的樣本量。近些年來，信息技術(shù)快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)判斷電力系統(tǒng)故障狀態(tài)，推測故障位置。在智能電網(wǎng)環(huán)境下，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓電力系統(tǒng)處理故障問題的效率大大提高[4]。

3.6 信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)由傳統(tǒng)的數(shù)字式和模擬式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓夹g(shù)領(lǐng)域。信息技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)保護(hù)中，如小波轉(zhuǎn)換技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)。伴隨我國科技的不斷進(jìn)步，通訊技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)也越來越先進(jìn)和完善，在電力行業(yè)，數(shù)字信號處理技術(shù)在很大程度上促進(jìn)了電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)發(fā)展。小波變換具有更好的分析圖像和信號的性能 。通過使用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，電力系統(tǒng)能夠得到新的保護(hù)技術(shù)。

4 結(jié) 論

交流、直流輸電系統(tǒng)中使用電力保護(hù)新技術(shù)和其他相關(guān)設(shè)備，可有效提高電網(wǎng)發(fā)電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)的可控性，并促使太陽能、風(fēng)能等可再生能源進(jìn)一步開發(fā)和利用，對智能電網(wǎng)的實現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用[5]。

在智能電網(wǎng)建設(shè)中需要提高光伏并網(wǎng)、直流輸電，與繼電保護(hù)間的協(xié)調(diào)配合能力，引入適宜的可控?zé)o功補償器與交流器，電力潮流控制中融合相應(yīng)的電子控制技術(shù)等，可優(yōu)化電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的問題，增強電力控制靈活性。伴隨智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，要求工作人員具備極高的專業(yè)能力，電力企業(yè)應(yīng)定期培訓(xùn)相關(guān)工作人員，提升專業(yè)水平，以滿足我國智能電網(wǎng)發(fā)展需求[6]。

智能電網(wǎng)環(huán)境下電力保護(hù)技術(shù)日漸完善，電力保護(hù)實現(xiàn)了智能化和網(wǎng)絡(luò)化。