電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及實現(xiàn)方法

摘 要：在用電需求不斷增加的形勢下，隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)保護(hù)由局域轉(zhuǎn)向為廣域已勢在必行。構(gòu)建電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)，需要根據(jù)電網(wǎng)保護(hù)實際需求對系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行全面細(xì)致的分析與合理的規(guī)劃，以確保電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)切實可行。由此，文章首先對電網(wǎng)廣域保護(hù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)分析，然后從實際出發(fā)對電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成與實現(xiàn)方法進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)；現(xiàn)狀；構(gòu)成；實現(xiàn)方法

引言

最近幾年，為滿足廣大用戶對電能的需求，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，而快速的大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)發(fā)展給電力系統(tǒng)運行安全與穩(wěn)定性提出了更高的要求。同時，一旦大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)發(fā)生停電事故，無疑將會給人們的生活生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。這些因素的存在都要求電力企業(yè)必須基于全局角度積極構(gòu)建電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)。所以，對電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成與實現(xiàn)進(jìn)行研究對保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要的作用與意義。

1 電網(wǎng)廣域保護(hù)研究現(xiàn)狀

1.1 廣域保護(hù)的基本含義

廣域保護(hù)概念是在研究區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)常規(guī)弊端進(jìn)而引發(fā)對后備保護(hù)的深入研究過程中被提出來的。由于技術(shù)、相關(guān)理論尚不夠成熟及其他等原因，目前廣域保護(hù)系統(tǒng)還沒有形成一個統(tǒng)一規(guī)范的概念。但根據(jù)廣域保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生的背景與需求，其基本含義主要有兩種解釋：一種是自動控制功能系統(tǒng)，一種是基于在線動態(tài)安全分析與廣域測量系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。前者是利用多點信息對故障進(jìn)行快速精確消除并對故障消除后系統(tǒng)遭受的影響進(jìn)行分析，以及采取相應(yīng)的控制措施實現(xiàn)保護(hù)與自動控制功能的系統(tǒng)。雖然表述方式上存在一定差異，但對于系統(tǒng)功能的理解卻是一致的。文章根據(jù)現(xiàn)有研究成果將廣域保護(hù)系統(tǒng)的含義歸納為，在滿足繼電保護(hù)、按穩(wěn)定判據(jù)切機(jī)切負(fù)荷以及低頻、低壓減負(fù)荷等要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的一種保護(hù)系統(tǒng)。

1.2 廣域保護(hù)所需技術(shù)

電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)離不開計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)的綜合運用。先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)可以為電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)提供超大容量的存儲設(shè)備，為海量數(shù)據(jù)信息的存儲與高效處理提供可能。而數(shù)據(jù)庫的建立為各種測量數(shù)據(jù)、在線計算控制策略等數(shù)據(jù)的存儲、計算與處理提供巨大的空間，從而使數(shù)據(jù)統(tǒng)一性、安全性與可靠性均得到更好的維護(hù)。另外計算機(jī)運行速度的不斷提高，還能夠為廣域保護(hù)系統(tǒng)算法計算效率的提高提供相應(yīng)技術(shù)支持。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)在電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)中的運用是該系統(tǒng)構(gòu)建起來的整個框架支持。目前，多數(shù)電力系統(tǒng)已構(gòu)建起以以太網(wǎng)和SDH光纖網(wǎng)為主的廣域網(wǎng)，這就為電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的建立與運行提供了良好的載體與支持，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r與誤碼率也將會得到有效的減小。

2 電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成

以電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)中的廣域后備保護(hù)系統(tǒng)為例，目前該系統(tǒng)主要有集中式與分布式兩種主要結(jié)構(gòu)形式，這兩種結(jié)構(gòu)形式均可以用來表示決策控制方案與數(shù)據(jù)通信方式，而且根據(jù)不同功能需求，它們還可以較好的滿足人們對電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)可靠性、選擇性等性能的不同需求。

集中式結(jié)構(gòu)需要構(gòu)建通信控制與決策中心，用以對整個電網(wǎng)中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來制定出決策控制方案。同時向電網(wǎng)中各個智能電子設(shè)備（IED）發(fā)出控制命令，最終完成全電網(wǎng)內(nèi)的后備保護(hù)與安全穩(wěn)定控制功能。通過這種結(jié)構(gòu)形式，可以實現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)更大范圍信息的獲取及決策控制方案的綜合制定，從而使電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)控制策略更加準(zhǔn)確全面。與分布式結(jié)構(gòu)相比，集中式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸方式相對簡單。

電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)一般由一個主站和多個子站所構(gòu)成，主站負(fù)責(zé)對各個子站進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，是整個保護(hù)系統(tǒng)的核心所在；各子站主要負(fù)責(zé)收集對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有數(shù)據(jù)信息。站與站之間的相互通信通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)。為直觀充分體現(xiàn)廣域保護(hù)系統(tǒng)的功能特征，文章主要講述一個由在線預(yù)決策系統(tǒng)、EMS管理系統(tǒng)、保護(hù)信息系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成的電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)。

3 電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

3.1 系統(tǒng)具備的功能

電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的實現(xiàn)需要具備以下幾項功能：其一，能夠?qū)崟r控制所有穩(wěn)定控制裝置及其控制策略表，以及保護(hù)裝置等各種定值；能夠進(jìn)行在線決策、在線實時更新控制策略表，系統(tǒng)控制具有較高的準(zhǔn)確性與自適應(yīng)性。其二，可以對由廣域網(wǎng)絡(luò)中的測量PUM裝置傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，對穩(wěn)定控制裝置動作狀態(tài)及各變電站運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，對系統(tǒng)故障進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析與處理。其三，能夠?qū)εc自身互聯(lián)的各發(fā)電廠和變電站穩(wěn)定控制裝置在電網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行提醒與診斷，并找出異常出現(xiàn)的具體位置。其四，設(shè)計有較多的接口冗余來提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性，進(jìn)而實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的信息交換。

3.2 系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

針對文章所探討的電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要是從已有資源中挖掘盡可能多的信息，然后結(jié)合在線預(yù)決策系統(tǒng)和EMS管理系統(tǒng)來構(gòu)成一個決策方案切實可行、能夠保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定的廣域保護(hù)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，通過由各個子站將策略交由穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)而實現(xiàn)各項操作，實現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能的真正發(fā)揮。這意味著電網(wǎng)內(nèi)各個變電站所安裝的穩(wěn)定控制裝置是廣域保護(hù)系統(tǒng)實現(xiàn)的最終執(zhí)行單元。

在實現(xiàn)電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)之前，為提高穩(wěn)定控制裝置的可靠性，需要對其實行雙機(jī)配置。文章選用當(dāng)前變電站采用最多的裝置FWK-300穩(wěn)定控制裝置來配置變電站穩(wěn)定控制雙機(jī)結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定控制裝置運行方式可以采用雙主機(jī)運行，也可以采用一主一輔的運行方式。

當(dāng)無故障時，廣域保護(hù)系統(tǒng)通過收集各子站數(shù)據(jù)信息來對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障但仍能正常運行時，最先反應(yīng)的子站進(jìn)入保護(hù)處理流程并提醒主站，進(jìn)而由主站告知其他各個子站也進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。各子站在保護(hù)過程中將對故障的計算與檢測數(shù)據(jù)全部上傳至主站，主站根據(jù)數(shù)據(jù)計算結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、裝置保護(hù)動作情況等的充分考慮，最終做出控制決策。主站做出決策后將對應(yīng)的命令發(fā)送給各個子站，具體包括：對于沒有出現(xiàn)故障的線路采取封閉措施，以降低故障對其影響。若子站保護(hù)動作失效或拒絕動作，由后備動作進(jìn)行保護(hù)。若故障部分被主站保護(hù)所及時隔離則返回，否則切除故障部分同時啟動故障處理并返回相關(guān)數(shù)據(jù)信息。需注意，子站故障處理動作的啟動與主站故障處理動作的啟動均需要在滿足一定條件下才可以。

根據(jù)上文對電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的介紹可知，各個子站功能的實現(xiàn)是整個系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)的重要保障與基礎(chǔ)。穩(wěn)定控制系統(tǒng)、保護(hù)信息系統(tǒng)等通過以太網(wǎng)將各測量與邏輯數(shù)據(jù)傳送至上層子站經(jīng)過測試已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。同時，作為整個電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)輔助部分的在線預(yù)決策系統(tǒng)與EMS管理系統(tǒng)，也均能在獲取數(shù)據(jù)的條件下進(jìn)行高效精確的計算與分析，并能將計算結(jié)果提供給系統(tǒng)，以便系統(tǒng)更好對電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

4 結(jié)束語

雖然文章研究的電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)能夠較好的達(dá)到保護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行效果，但隨著電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的不斷成熟與電網(wǎng)各項性能需求的不斷提高，現(xiàn)有電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)還需與時俱進(jìn)，努力克服開發(fā)過程中的困難與挫折，突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，通過不斷的更新與創(chuàng)新來不斷提高系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)適用范圍，從而為我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1]李振興，尹項根，張哲，等.有限廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的分區(qū)原則與實現(xiàn)方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，19：48-52.

[2]李振興.智能電網(wǎng)層次化保護(hù)構(gòu)建模式及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2013.

[3]范旖暉.電網(wǎng)廣域后備保護(hù)系統(tǒng)算法研究與實現(xiàn)[D].華中科技大學(xué)，2012.