基于縱聯(lián)比較原理的廣域繼電保護(hù)算法研究

閆旭斌

【摘 ?要】傳統(tǒng)繼電保護(hù)只能判斷本地的保護(hù)設(shè)備元件、遠(yuǎn)后備保護(hù)延時(shí)特別長、系統(tǒng)的自適應(yīng)能力缺乏、有潛在的誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)。廣域繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它是以計(jì)算機(jī)、通信來保護(hù)和穩(wěn)定控制電網(wǎng)，使電網(wǎng)不會(huì)穩(wěn)定破壞、連鎖跳閘以及崩潰。

【關(guān)鍵詞】廣域繼電保護(hù);傳統(tǒng)繼電保護(hù);研究

1 現(xiàn)代傳統(tǒng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀

繼電保護(hù)是一種有保障的自動(dòng)保護(hù)裝置，它是由繼電器和一些其他電氣元件組成的，它能檢測出線路的事故點(diǎn)，并給出故障信號(hào)或者作用于斷路器導(dǎo)致它跳閘。在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)是其必不可少的一部分，對(duì)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性有很大的保障。

（1）繼電保護(hù)系統(tǒng)是由主、后備保護(hù)組成的，電網(wǎng)后備保護(hù)用多段保護(hù)式對(duì)近后備、遠(yuǎn)后備進(jìn)行保護(hù)，形成比較完善的保護(hù)體系。而對(duì)后備保護(hù)是尤為重要的，在電氣系統(tǒng)中，雖然主保護(hù)在選擇上有很好的針對(duì)性、反應(yīng)速度也非?？?，但也只是對(duì)系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)，無法對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部以外的其他故障進(jìn)行后備保護(hù);

（2）傳統(tǒng)的后備保護(hù)區(qū)域雖然很寬廣，但它要用動(dòng)作的快速性來換取自身的選擇性，一旦它動(dòng)作的時(shí)長過于大就會(huì)影響它們的保護(hù)作功能。除此之外，后備保護(hù)在非故障（過負(fù)荷）影響下會(huì)發(fā)生誤動(dòng)，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行;

（3）能檢測本地工作信息的繼電保護(hù)和能夠保障自動(dòng)化裝置對(duì)電網(wǎng)多變的運(yùn)行控制欠缺自適應(yīng)力，難以在系統(tǒng)不斷的運(yùn)行中達(dá)到穩(wěn)定，易使系統(tǒng)運(yùn)行和控制的方式不合理而致使發(fā)生停電跳閘事故;

（4）繼電保護(hù)系統(tǒng)主要任務(wù)是系統(tǒng)故障的切除，但不管切除后的系統(tǒng)運(yùn)行是否會(huì)達(dá)到運(yùn)行的穩(wěn)定性，這樣的繼電保護(hù)就達(dá)不到切除故障后保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定效果。有可能還會(huì)在故障切除后，造成系統(tǒng)其他元部件的損傷，而導(dǎo)致保護(hù)裝置對(duì)故障的連續(xù)性的切除，出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的狀況。

2 廣域繼電保護(hù)原理

廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)是對(duì)信息的利用和保護(hù)系統(tǒng)安全性的落實(shí)，它的保護(hù)基本是強(qiáng)于傳統(tǒng)繼電保護(hù)弱于SCADA/EMS 的保護(hù)。而廣域繼電保護(hù)就是控制著電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，規(guī)定了它的動(dòng)作范圍時(shí)間在100ms 到100s之間。

2.1 自適應(yīng)整定

隨著電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和系統(tǒng)故障狀態(tài)性能的改變，繼而改善繼電保護(hù)性能和特性，改變系統(tǒng)定值的保護(hù)，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)狀況的改變主要是發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的投退以及線路故障引起的開關(guān)跳閘，還有發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷變化引起的潮流變化。如果電網(wǎng)線路的任意點(diǎn)發(fā)生開斷，就會(huì)引起其開斷點(diǎn)周圍相鄰小范圍線路短路電流發(fā)生變化，對(duì)該系統(tǒng)區(qū)域其他設(shè)備保護(hù)靈敏度和選擇性的影響。但除了斷開線路以外的區(qū)域，這些區(qū)域的短路電流非常的微小，不需要考慮整定計(jì)算。因此，提高在線整定的重要因素就是明確影響域的范圍。采用改進(jìn)緊鄰集合，劃分正在運(yùn)行系統(tǒng)的影響域，將該系統(tǒng)等價(jià)成一條支路，該系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化用其支路阻抗變化表示。因此，在該系統(tǒng)運(yùn)行方式下，大于門檻值的系統(tǒng)運(yùn)行方式值就是影響域，通過影響域確定需要刷新定值的保護(hù)后，即可對(duì)保護(hù)進(jìn)行在線整定計(jì)算。

2.2 潮流轉(zhuǎn)移識(shí)別

潮流轉(zhuǎn)移是過負(fù)荷和距離（距離Ⅲ段）保護(hù)的不合理保護(hù)，引起后備保護(hù)。若故障線路的潮流轉(zhuǎn)移到其他線路，將有可能導(dǎo)致這些線路過載，發(fā)生連鎖跳閘。因此，通過閉鎖保護(hù)的跳閘信號(hào)，允許被保護(hù)設(shè)備合理的短時(shí)過負(fù)荷，在其熱穩(wěn)定極限前切除受端負(fù)荷或送端機(jī)組來消除或減輕過負(fù)荷，達(dá)到防止保護(hù)誤動(dòng)繼而引起電網(wǎng)連鎖跳閘的目的。

2.3 廣域后備保護(hù)

廣域后備保護(hù)是系統(tǒng)后備保護(hù)對(duì)對(duì)象實(shí)施保護(hù)的，只要了解該對(duì)象的故障信息，就可以對(duì)該對(duì)象進(jìn)行保護(hù)。廣域后備保護(hù)系統(tǒng)是電網(wǎng)內(nèi)許多智能電網(wǎng)設(shè)備相互輔助通過電子信息達(dá)到通信的效果，從而共同實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)功能的復(fù)雜性電網(wǎng)系統(tǒng)。對(duì)于實(shí)際工程而言，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)必要的兩個(gè)條件：（1）在信息傳遞方面，要求系統(tǒng)安全、快速、可靠、穩(wěn)定;（2）合理的利用目前現(xiàn)有的成熟通信裝置和通信技術(shù)。

3 廣域繼電保護(hù)算法

廣域繼電保護(hù)算法主要研究系統(tǒng)后備保護(hù)算法，有的學(xué)者提出獲取高電壓線路中多個(gè)故障點(diǎn)的整定結(jié)果，基于專家系統(tǒng)整體的做出決策的后備保護(hù)算法。有些知名研究員提出了廣域差動(dòng)后備保護(hù)算法，這種算法減小后備保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作用時(shí)，它將故障差動(dòng)保護(hù)范圍擴(kuò)展到獨(dú)立電氣元件相鄰的區(qū)域，使得保護(hù)的區(qū)域?qū)拸V，繼而達(dá)到廣域繼電保護(hù)的效果。

3.1專家系統(tǒng)的廣域繼電保護(hù)算法

專家系統(tǒng)是用專家推理方法設(shè)計(jì)保護(hù)方案，建立一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，根據(jù)建立的模型來解決問題。基于專家系統(tǒng)的廣域繼電保護(hù)主要是對(duì)電氣故障元件的判別，繼而安全、快速地處理故障，系統(tǒng)獲得相鄰區(qū)域故障元件的判斷結(jié)果，運(yùn)用專家系統(tǒng)的方法進(jìn)行決策，判別出故障的精準(zhǔn)位置;處理系統(tǒng)故障時(shí)繼電保護(hù)拒動(dòng)給故障判別帶來了影響。它的作用就是快速的識(shí)別和隔離電網(wǎng)中的故障元件，加快繼電保護(hù)的動(dòng)作，盡量減小停電區(qū)域。

3.2 廣域電流差動(dòng)保護(hù)算法

由于電流差動(dòng)保護(hù)結(jié)構(gòu)的問題，電流差動(dòng)保護(hù)能夠保護(hù)區(qū)域內(nèi)部被保護(hù)元件以及被保護(hù)區(qū)域外的故障元件。因此，許多學(xué)者基于這些原因就將這種電流差動(dòng)保護(hù)的原理應(yīng)用到廣域繼電保護(hù)中，使它們更好地與繼電保護(hù)將結(jié)合，已達(dá)到更好的保護(hù)效果。廣域電流差動(dòng)保護(hù)是采用分布式結(jié)構(gòu)的保護(hù)算法，提出一種用于圖論方法的專家系統(tǒng)，它是根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的信息和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定各設(shè)備的主、后備的在線保護(hù)區(qū)。繼而根據(jù)在線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，自適應(yīng)的調(diào)整保護(hù)區(qū)。

3.3 廣域縱聯(lián)保護(hù)算法

廣域縱聯(lián)保護(hù)算法是比較出故障相鄰區(qū)域多測點(diǎn)故障方向信息，以及準(zhǔn)確地判斷出它的故障位置，采取相應(yīng)的保護(hù)策略。利用縱聯(lián)比較原理。廣域縱聯(lián)保護(hù)是將能夠測量故障方向的電子智能裝置（IED）安裝在被保護(hù)系統(tǒng)的每一個(gè)斷路器或電流互感器處;首先，先要明確每一個(gè)IED 各自保護(hù)領(lǐng)域，方便IED之間的信息交流;然后，匯總出每個(gè)IED 與被保護(hù)設(shè)備之間的關(guān)系;最后，從IED 內(nèi)獲取被保護(hù)元件的信息，根據(jù)IED 與被保護(hù)設(shè)備之間的關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)比，準(zhǔn)確地判斷出故障發(fā)生的區(qū)域。

結(jié)束語

隨著智能電力的不斷增加，電網(wǎng)的發(fā)展也越來越大，經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行也得到了提高，故障影響覆蓋的區(qū)域和用電量也增加了許多。然而，由于自然環(huán)境不斷地惡化，導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障和事故不斷發(fā)生，這樣使電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性沒有很好的保障，因此積極研究廣域繼電保護(hù)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）