智能電網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)的研究與探討

王圣亞

摘 要：科技的發(fā)展帶動了智能電網(wǎng)的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用，也對電力系統(tǒng)保護(hù)提出了新的要求。本文從智能電網(wǎng)的特點出發(fā)，依據(jù)現(xiàn)階段的制造技術(shù)分析了現(xiàn)有的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)，并對一些典型的新技術(shù)進(jìn)行分析，為當(dāng)今電力技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步提供了說明。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；光纖傳感；北斗導(dǎo)航

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0165-02

1 引言

在傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用最優(yōu)的控制方法和精密的儀器設(shè)備，借助各種傳感器進(jìn)行檢測，將得到的數(shù)據(jù)通過集成高速雙向的通信網(wǎng)絡(luò)傳遞給智能決策系統(tǒng)，以保證電網(wǎng)能夠安全、經(jīng)濟、綠色運行，這就是智能電網(wǎng)[1-2]。和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)具有較高的智能性和綜合性，且隨著技術(shù)水平的提高，智能電網(wǎng)朝著智能化、一體化的方向發(fā)展。

完整的電力系統(tǒng)由四部分組成：發(fā)電、輸電、配電以及用電[3]。在這個過程中，電力系統(tǒng)將自然界其他形式的能量通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，并且將電能通過電網(wǎng)運輸科學(xué)地分配給用戶[4]。同時，還需要相關(guān)的保護(hù)技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步調(diào)節(jié)，以保證用戶可以安全用電。其中熔斷器是繼電保護(hù)技術(shù)中最先使用的保護(hù)設(shè)備，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出了電磁繼電式和電子式靜態(tài)繼電保護(hù)裝置。

不同的電網(wǎng)環(huán)境給電力保護(hù)系統(tǒng)也帶來了不同的發(fā)展要求，現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)已經(jīng)得到了廣泛發(fā)展，風(fēng)力和太陽能等發(fā)電方式的發(fā)展也促進(jìn)了智能電網(wǎng)的進(jìn)步和優(yōu)化。而電力網(wǎng)絡(luò)與市場緊密結(jié)合，對電能量和質(zhì)量的需求都不斷提高，也對電力保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求[5]。傳統(tǒng)的電磁繼電式保護(hù)和電子式靜態(tài)繼電保護(hù)裝置已經(jīng)不能滿足需求，基于此，本文提出了一些電力保護(hù)新技術(shù)，并對各項技術(shù)進(jìn)行簡單的研究與探討。

2 電力保護(hù)技術(shù)新技術(shù)探討

2.1 分布式電源

分布式電源的應(yīng)用主要是針對太陽能發(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電等清潔能源發(fā)電方式而提出的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)。對比其他電網(wǎng)發(fā)電模式，分布式電源發(fā)電規(guī)模小，且距離用戶更近，既可以直接輸向供電端，也可以根據(jù)需要將電能輸送至電網(wǎng)。相較于傳統(tǒng)發(fā)電模式，分布式電源發(fā)電更加經(jīng)濟、環(huán)保，可靠。分布式發(fā)電往往采用就近輸送電能的方式，避免了因為遠(yuǎn)距離輸電線帶來的電磁損失，同時減少了高壓輸電線的架設(shè)，降低了輸電成本。除此之外，因為分布式電源采用清潔能源發(fā)電方式，所以在減少污染，保護(hù)環(huán)境方面起到了重要的作用。

然而，我國目前并未在分布式電源方面投入太多的研究精力，且大量研究都集中在研究電源、發(fā)電本身，而對電力系統(tǒng)規(guī)劃的研究并沒有太深入，針對分布式電源的監(jiān)測、運行等方面大多也只能利用定性反分析的方法，無法對得出的結(jié)論進(jìn)行定量分析。因此分布式電源電力保護(hù)系統(tǒng)還需進(jìn)一步加快發(fā)展。

2.2 光纖傳感技術(shù)

因光纖既可以測量信號，又可進(jìn)行傳感，且光纖傳感不易受電磁信號的干擾，具有扛輻射性能，及絕緣、耐腐蝕和耐高溫等特性，因此利用光纖傳感技術(shù)可以保護(hù)電力系統(tǒng)不受上述內(nèi)容的危害。與傳統(tǒng)傳感技術(shù)比較，光纖傳感技術(shù)具有材料安全、測量精確，響應(yīng)速度快、抗干擾能力強及壽命長、易于組網(wǎng)的特點。

3 電力系統(tǒng)維護(hù)相關(guān)技術(shù)

3.1 分布式光纖傳感

智能電網(wǎng)能夠安全運行，很大程度上依賴于監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性和可靠性，這個過程主要依靠精密的傳感器和傳感技術(shù)、計算機技術(shù)以及電力電子技術(shù)等方面，通過實時在線監(jiān)測將各種數(shù)據(jù)傳輸并進(jìn)行分析診斷，實現(xiàn)整個系統(tǒng)狀態(tài)的實時監(jiān)測。例如電力系統(tǒng)中的變壓器，如果其內(nèi)的繞組發(fā)生細(xì)微的形變，并不能很方便直觀地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)形變發(fā)生到一定程度時會引起短路事故并且可能會造成嚴(yán)重的損失。針對這種隱患，對變壓器機械性變狀態(tài)的監(jiān)測極為重要，以便在未造成損失的情況下能夠及時發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行修復(fù)，有效避免重大事故的發(fā)生。

變壓器設(shè)備在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，其工作狀態(tài)是否正常對電網(wǎng)的運行有很大的影響。在設(shè)計變壓器時，它的各個部件尤其是繞組部分要滿足較高的機械強度、耐熱強度和絕緣強度參數(shù)，還要設(shè)計最大電壓和短路電流參數(shù)，這是因為變壓器的工作環(huán)境通常伴隨著強的機械負(fù)荷、電壓以及電磁場，并且還會產(chǎn)生大量的熱。但是在變壓器運行的過程中也會逐漸出現(xiàn)某些偏差：油紙的絕緣性能會逐漸下降，繞組承受點動力的能力也會逐漸減弱，電力系統(tǒng)的短路電容會增加，變壓器如果承受短路沖擊會使繞組發(fā)生機械形變，鐵心未壓緊產(chǎn)生松動及硅鋼片的重力作用都會使得鐵心發(fā)生機械形變。

針對以上這些問題，使用分布式光纖傳感能夠?qū)崟r靈敏地測量變壓器是否發(fā)生機械形變以及發(fā)生機械形變的具體位置，并將數(shù)據(jù)通過光纖進(jìn)行傳輸。和其他的傳輸方式相比，光纖傳輸?shù)目垢蓴_能力較強，不受電磁干擾，絕緣性能優(yōu)良，能夠保證整個電器系統(tǒng)安全可靠地運行。

3.2 集成通信技術(shù)

智能電網(wǎng)主要依靠通信系統(tǒng)完成各個設(shè)備信息的收集工作，在電力公司和電力用戶之間信息的相互交換是十分可靠的，基于此，各個電力系統(tǒng)之間的通信設(shè)施必須是開放式的，且相互開放的兩個電力系統(tǒng)之間的信息應(yīng)該可以雙傳遞。在信息高度開放的前提下，如何保證電力系統(tǒng)之間的信息不外漏就成了一個非常重要的探索方向。現(xiàn)階段，各個通信系統(tǒng)之間多采用光纖、擴頻、電纜以及電力線載波等通信方式，雖然可以基本實現(xiàn)電力系統(tǒng)之間的相互通信，但可移植性差，且保密方式單一，因此，這就需要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，將各種通信方式進(jìn)行融合，形成一個個的集成通信技術(shù)。

3.3 北斗導(dǎo)航通信

傳統(tǒng)的通信方式一般使用光纖傳輸，光纖通信具有傳輸速度快、安全可靠等優(yōu)點，但是同時也存在鋪設(shè)成本和后期維護(hù)成本高、容易遭受自然災(zāi)害損壞的缺點。相比來說，通信衛(wèi)星的通信方式傳輸速度更高、建設(shè)成本低、搭建方便、傳輸距離遠(yuǎn)，但是租用的費用較高，而且安全性不如光纖傳輸。

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)是我國自主研發(fā)并建設(shè)的衛(wèi)星系統(tǒng)，包括三部分：北斗衛(wèi)星的空間站部分、地面端的地面控制中心以及衛(wèi)星用戶。該衛(wèi)星系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速定位、遠(yuǎn)距離通信、雙向傳輸以及精密授時，并且運營維護(hù)簡單方便，應(yīng)用在通信方面能夠大大節(jié)省成本，而且因為這是中國自主研發(fā)的衛(wèi)星系統(tǒng)，可避免通信數(shù)據(jù)被其他國家掌握，其安全性能夠得到有效保障。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)越來越成熟，逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域，在電力系統(tǒng)中可以考慮將北斗通信衛(wèi)星作為應(yīng)急通信的一種方式，和傳統(tǒng)的通信方式相結(jié)合，提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

科學(xué)的不斷發(fā)展為電力市場打開了新的發(fā)展方向，通過吸收各個領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，智能電網(wǎng)可適于家庭和工業(yè)等各個領(lǐng)域的應(yīng)用，符合國家對能源的發(fā)展需求，也與國家提出的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相適應(yīng)。電力系統(tǒng)保護(hù)作為智能電網(wǎng)中的一個非常重要的方面，未來會有更多的新技術(shù)涌現(xiàn)，比如分布式光纖傳感技術(shù)保護(hù)電力系統(tǒng)通信安全，集成通信技術(shù)保證電力系統(tǒng)的有效性，以及借助于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航可提高電力系統(tǒng)的準(zhǔn)確性等，在未來的發(fā)展中，還會有越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到電力系統(tǒng)保護(hù)中來。

參考文獻(xiàn)

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