分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)結構研究

李成博

摘 要 廣域繼電保護有自身的系統(tǒng)架構、信息域劃分方法和主要保護原理，對廣域繼電保護的原理探索成為當前研究界的熱點，并在探討和分析廣域繼電保護應用現(xiàn)狀及問題的基礎上，探索廣域繼電保護的實踐應用，提出分區(qū)域廣域繼電保護的系統(tǒng)結構設計和規(guī)劃。基于故障識別算法，建構完整而明晰的廣域繼電保護體系，從而使其適應用于區(qū)域電網(wǎng)的分布和應用，提升廣域繼電保護系統(tǒng)的有效性和可靠性。

關鍵詞 分區(qū)域 廣域繼電保護 系統(tǒng)

隨著電力需求的日益增大，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷擴大，電力系統(tǒng)運行更為復雜，受到擾動的影響因素也隨之加大，這對于電力系統(tǒng)結構和運行安全提出了挑戰(zhàn)。為此，我們需要關注電力系統(tǒng)繼電保護的安全穩(wěn)定控制，要全面深入地分析廣域繼電保護系統(tǒng)的結構及保護功能，并在信息化、自動化、互動化為特征的智能電網(wǎng)發(fā)展契機之下，推進分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的結構建設，充分利用廣域范圍內(nèi)的信息，運用保護原理實現(xiàn)廣域繼電保護，從而提升電力系統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)的整體安全性和穩(wěn)定可靠性。

一、廣域繼電保護系統(tǒng)的概念及原理

廣域繼電保護系統(tǒng)主要是用于對互聯(lián)電網(wǎng)的長期電壓崩潰而采用的預防措施，它借助于SCADA實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓穩(wěn)定控制，并通過人工智能技術，消除繼電保護中出現(xiàn)的故障或異常現(xiàn)象，防范電力系統(tǒng)的連鎖跳閘現(xiàn)象，從而避免區(qū)域內(nèi)大面積停電。廣域繼電保護的概念并非要取代傳統(tǒng)保護手段，而是基于電網(wǎng)的多點信息，對傳統(tǒng)保護加以必要的補充，從而實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的整體保護。廣域繼電保護系統(tǒng)主要有以下兩種保護原理：

（一）廣域電流差動保護和方向比較式保護原理

這是傳統(tǒng)繼電保護的常用保護原理。廣域電流差動保護是基于基爾霍夫電流的定律，實現(xiàn)便捷而性能優(yōu)越的保護，主要應用于電力主設備和輸電線路的主保護；而方向比較式保護原理具有更好的選擇性，能夠快速、靈敏地應用于輸電線路的主保護。由此可見，廣域電流差動保護和方向比較式保護都屬于繼電保護的主保護，而非后備保護。一旦主保護出現(xiàn)誤動作或故障異常，就要依賴于延時長、選擇性較差的后備保護，不利于提升電力系統(tǒng)繼電保護的穩(wěn)定可靠性。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴張，需要利用網(wǎng)絡通信技術，實現(xiàn)電力多點綜合的信息判斷，并將電流差動保護和方向比較式保護延伸到后備保護之中，從而克服主保護的缺陷。

（二）基于廣域信息的自適應繼電保護

為了增強繼電保護的選擇性和靈敏性，在廣域電流差動保護和方向比較式保護之中，要采用定值整定和定值校驗的方式，實現(xiàn)對繼電保護在特殊運行狀態(tài)下出現(xiàn)的拒動或誤動防范，這就使繼電保護裝置變得更為復雜，在極大的程度上降低了繼電保護動作的速度和可靠性。為此，需要采用自適應繼電保護，通過廣域信息，調(diào)整和優(yōu)化自適應繼電保護的技術，從而使繼電保護裝置更為靈敏地感知電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在基于廣域信息的自適應繼電保護系統(tǒng)中，可以根據(jù)電網(wǎng)運行的狀態(tài)變化，而自發(fā)地進行整定值的自修改，并對多重故障情況選用適宜的自適應保護策略，實現(xiàn)繼電保護。然而，這種自適應保護技術對廣域信息的處理通信延時要求較高，這就使繼電保護能夠利用的信息較少，還需要建構自適應參數(shù)識別模型，加以詳細的研究和完善。

二、分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的架構

分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的結構是基于有限廣域保護的理念，重點考慮廣域繼電保護的“第一道防線”功能，承擔有限的任務要求，而且廣域繼電保護的決策只需要根據(jù)故障點靈敏度較高的保護信息，進行故障判斷和決策，而不需要對全部系統(tǒng)的故障信息加以匯集。在廣域繼電保護的具體實現(xiàn)過程中，也是采用分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的方式。為此，我們基于上述有限廣域保護的理念和原則，對分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的結構加以研究和分析。

分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的架構主要由三個模塊構成：本區(qū)域測量單元、區(qū)域決策層、系統(tǒng)監(jiān)控中心。它們分別位于分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的最底層、中間層和最頂層。其中，最底層的本地測量單元主要是用于對電網(wǎng)運行的實時信息加以采集；中間層的區(qū)域決策層則主要是實現(xiàn)對電網(wǎng)運行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和保護分區(qū)的控制；最頂層的系統(tǒng)監(jiān)控中心負責對電網(wǎng)系統(tǒng)的本地保護中心的安全協(xié)調(diào)和防御。在上述結構中，區(qū)域決策層與本地測量單元在光纖的連接之下，監(jiān)測本地測量單元的實時運行，當發(fā)生擾動時，對本地測量單元的上傳信息加以分析和決策，當決策結果出來后，下傳至本地測量單元，執(zhí)行閉鎖操作；同時，將決策結果送到頂層的系統(tǒng)監(jiān)控中心，由系統(tǒng)監(jiān)控中心進行邏輯故障定位和全局整體性決策，實現(xiàn)對不同區(qū)域的保護。

在對廣域繼電保護的分區(qū)域劃分過程中，需要綜合考慮以下情況：第一，區(qū)域決策中心的選取。對于區(qū)域決策中心的選取需要考慮輸電系統(tǒng)各節(jié)點的關聯(lián)性，還要考慮節(jié)點間通信系統(tǒng)的關聯(lián)性，并基于電網(wǎng)拓撲結構選取相鄰的節(jié)點或者路徑關聯(lián)緊密的變電站，使其成為區(qū)域決策中心。第二，分區(qū)域繼電保護范疇界定。在分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)之中，要實現(xiàn)廣域繼電保護的后備保護功能，就需要盡可能少的交換區(qū)域間的信息，要以決策中心為起始點，以下一條線路的末端為終點，并科學地劃分和界定繼電保護的范疇。第三，分區(qū)域繼電保護的交互保護范疇。如果分區(qū)域繼電保護的交互保護區(qū)域過于寬泛，則會增加獲取信息的壓力，使通信系統(tǒng)受阻。為此，需要在兩個相鄰區(qū)域的廣域繼電保護系統(tǒng)至少要交互一條線路，從而有效地防范變電站直流消失或斷路器失靈狀態(tài)下的信息缺失情況，有效地排除故障。

三、分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的關鍵技術分析

（一）廣域繼電保護通信系統(tǒng)

在廣域繼電保護系統(tǒng)之中，通信技術是前提和基礎，它對廣域繼電保護的范圍實現(xiàn)約束功能，在測量系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字化標準中，光纖環(huán)網(wǎng)成了廣域繼電保護通信網(wǎng)絡的前提和基礎，從而實現(xiàn)了以全站信息為整體的面向通用對象的變電站傳輸模式，成為分區(qū)域廣域繼電保護的主流和趨勢。

（二）分區(qū)域廣域繼電保護故障識別技術

在廣域繼電保護故障識別中，常規(guī)的測量、判斷和通信控制集中于不同的IED系統(tǒng)，RCDC系統(tǒng)可以實現(xiàn)對廣域繼電保護的后備保護，可以運用分區(qū)域的冗余信息量，采用故障決策的智能保護算法和信息融合技術，從而有效地增強故障判斷和識別的可靠性和有效性。

四、結語

廣域繼電保護在網(wǎng)絡信息技術和計算機技術的支撐下不斷發(fā)展，實現(xiàn)了分區(qū)域的廣域繼電保護實時信息數(shù)據(jù)的采集、交換和共享，并在先進的計算機技術的支撐下，實現(xiàn)對廣域繼電保護數(shù)據(jù)信息的分析、運算和功能性決策，有效地解決了數(shù)字化變電站中的信息共享和交互問題，實現(xiàn)了廣域繼電保護信息的穩(wěn)定、協(xié)同控制。結合全網(wǎng)適應性的要求，從廣域繼電保護的“第一道防線”入手，提出了廣域繼電保護的區(qū)域劃分原則，建構分區(qū)域廣域繼電保護結構體系，并且還可以在廣域繼電保護系統(tǒng)的結構互助機制條件下，運用不同信息域的邏輯計算方法和關鍵技術，實現(xiàn)對廣域繼電保護系統(tǒng)的故障判斷和識別，從而較好地實現(xiàn)分區(qū)域廣域繼電保護系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（作者單位為國網(wǎng)山東省電力公司德州市陵城區(qū)供電公司）

參考文獻

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