智能電網下的繼電保護關鍵問題研究

萬博文

摘 要：在分析智能電網下繼電保護的基礎上，主要指出了智能電網下繼電保護的的特點，智能電網對繼電保護的影響，導致新型繼電保護與傳統繼電保護的差異，并研究了一系列新型繼電保護急需解決的關鍵性問題，給智能電網下繼電保護的發(fā)展提供方向和給予電力工作者機遇。

關鍵詞：智能電網；新型繼電保護；問題

繼電保護裝置是電力系統自動化的第一道防線，是保證電力系統安全，可靠和穩(wěn)定運行的重要裝置之一，它通過收集并綜合分析整個電網的信息，在電網發(fā)生故障或出現異常情況時進行檢測并發(fā)出命令或預警，來維持電力系統的安全和可靠性。

隨著現代電力電子技術以及計算機網絡技術的不斷發(fā)展、電力系統環(huán)境的日益區(qū)域化，智能電網因此應運而生。由于其具有堅強，自愈，集成，優(yōu)化，兼容，經濟等特征，在世界各國得到了廣泛的推廣和應用，智能電網將會從根本上極大改變傳統電力系統的形態(tài)，這必然會對傳統繼電保護帶來影響。文章在分析智能電網下的繼電保護的基礎上，著重闡述并研究了一系列關鍵問題。

一、智能電網下的繼電保護

智能電網的交互式，分布式的特點，使得輸發(fā)電對繼電保護要求更高，一方面通信和現代電子技術的長足發(fā)展，計算機網絡技術，信息數字化技術及應用在各個行業(yè)的日益普及也為研究新的繼電保護提供了條件。這有別于傳統的繼電保護，傳統繼電保護利用的信息有限，利用多臺裝置之間的互相配合即可實現整個變電站的基本需求， 但智能電網網絡拓撲靈活，運行方式不固定的特點使得傳統保護不滿足要求。智能電網給繼電保護也帶來了很多機遇，在信息通信方面，目前本國電力系統光纖覆蓋率統計如下： 500 k V及以上的光纖覆蓋率達到了100%，220 k V覆蓋率為99.2%，110 k V覆蓋率為93%，形成了以光纖為主要傳輸介質，以分級分層自愈環(huán)網為主要網絡拓撲的電力通信專網。

二、傳統繼電保護受到的影響

作為號稱電力系統安全穩(wěn)定的第一道防線的繼電保護系統， 按傳統電力系統的指標來進行整定顯然不能適應于智能電網。傳統繼電保護的應用受制于智能電網的技術特點

1.智能化

智能電網擁有豐富的智能一次設備，其中的電子式互感器與傳統的電磁式互感器和電容式互感器除了在原理和結構上完全不同外， 在暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能方面有較大差別。 智能化電子式互感器采用光電轉換原理進行測量，體積小，絕緣性能好，它沒有構成電磁諧振的條件， 因此消除了磁飽和和鐵磁諧振的現象，抗干擾能力強，不僅如此，它還具有優(yōu)良的絕緣性能， 大的測量范圍，寬的頻率響應范圍，優(yōu)良的經濟性以及對故障極快的響應速度。

2.網絡化

隨著智能電網建設的大范圍擴張，繼電保護已經受到了很大的影響，表現出一種快速的的網狀結構發(fā)展趨勢。數字化變電站最大的特點是采用分布分層的結構體系，這對降低智能變電站建設成本、降低維護和操作難度、提高過程層網絡穩(wěn)定程度具有重要意義，面向對象的建模技術，采用數據自描述技術， GOOSE服務、 SV服務技術，智能設備之間的互操作能力，以及面向未來的開放體系結構得以實現。

3.整定自動化

傳統繼電保護的整定往往只是根據本線路或下級線路的運行情況，來躲過某規(guī)定值來決定的，需求的信息量少，且全網信息不能用來判斷整定所采用的的運行方式。為滿足全網的聯網自動配置和自動整定，并保證系統能夠進行分布式協同保護，智能電網下新型繼電保護改變了傳統的分散獨立的保護方式， 利用通信或者“四遙”技術實現通信平臺網絡化，進而實現全國聯網。

4.廣域化

目前大多數電力公司都在大力推進基于 PMU的 WAMS網絡建設，將會為繼電保護提供廣域信息，提高繼電保護的后備保護性能，這些都是傳統繼電保護系統不曾擁有的，怎么利用這些廣域信息，怎么使用來提高繼電保護可靠性，速動性，靈敏性，都是繼電保護需要考慮的問題。

三、新型繼電保護關鍵問題

1.配電網發(fā)展的滯后問題

配電網就是接收，分配電能的電網。配電網是電力系統中把發(fā)電輸電與用戶連接起來的重要環(huán)節(jié)，與用戶直接連接向用戶提供電能。提升輸電效率，降低電力投資， 節(jié)約社會資源的有效方式就是建設智能配用電系統，加強電網與用戶之間的雙向互動聯系，調動用戶積極性。DMS應該具有滿足用戶向電網反向輸送電能的能力，當滿足大量分布式電源接入電網后， 配網保護及控制技術也要進行相應調整，網絡拓撲，潮流計算，狀態(tài)估計，負荷預測控制， 故障區(qū)段定位等一系列高級應用軟件要適應配電網的變化，沿線安裝的各種監(jiān)控設備也應有所調整以適應智能配用電系統的轉變。

2.新能源互補電源問題

我國總體上缺少像水電站和燃氣電站這種能與新能源電力互補的可快速調節(jié)的電源。 由于新能源自生的品質問題導致不易保存，且能量供應也有波動性和間斷性，再加上缺少足夠的就地互補電源，就會引發(fā)新能源裝機無法充分并入電網； 新能源的接入時發(fā)電煤耗增加為了達到電力供需平衡，這會使得設備老化加快，機械產生裂縫，絕緣老化裂化，燃煤機組需要頻繁調整出力。因此解決新能源電力的實時平衡問題要根據實際條件，積極探索各種新型能源的組合及優(yōu)化互補方案，以降低間斷性輸出對整個系統的影響。

3.大電網振蕩問題

電網之間的并列不可避免的會產生對電力系統的擾動，擾動下會發(fā)生對發(fā)電機轉子間的相對搖擺，并在輸電線路上產生0.5HZ～2.5HZ低頻振蕩，傳統繼電保護常利用多邊形特性構成的微機距離保護來躲避振蕩和過渡電阻的影響，并配置受三相振蕩影響較小的零序電流保護，以切除三相運行時經較大的過渡電阻的接地短路。

四、結語

建設智能電網將會對電力系統產生巨大變革，會極大推動電力系統智能自動化的發(fā)展。繼電保護裝置作為電力系統自動化的第一道防線，時刻監(jiān)視著電力系統的故障和不正常狀態(tài)，在電力系統中有著舉足輕重的作用，隨著智能電網及智能變電站的建設和新型繼電保護相關問題研究的推進和深入，新型繼電保護也應緊跟智能系統的發(fā)展變化而變化和爭取解決上述諸多問題，做到和智能電網一樣蓬勃發(fā)展。

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