基于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)新技術(shù)研究

國(guó)網(wǎng)銀川供電公司 王二慶

繼電保護(hù)技術(shù)是電力系統(tǒng)中不可或缺的一個(gè)重要組成部分，其在現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)在智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)方面已經(jīng)有了較為先進(jìn)可靠、穩(wěn)定而有效地繼電防護(hù)裝置。而其中就包括微機(jī)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制等多種新型智能化設(shè)備，這些智能設(shè)備也被廣泛的應(yīng)用于電力領(lǐng)域之中；與此同時(shí)各種新材料以及新工藝應(yīng)用到繼電器，也給傳統(tǒng)的電子式保護(hù)技術(shù)帶來(lái)了極大影響并對(duì)其造成一定沖擊，使得電子元件受到嚴(yán)重?fù)p壞或不能正常工作。

繼電保護(hù)技術(shù)是電力系統(tǒng)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要作用就是為了確保電網(wǎng)能夠安全可靠地運(yùn)行。在智能電網(wǎng)當(dāng)中，由于新技術(shù)具有較高的自動(dòng)化水平、較強(qiáng)靈敏度以及靈活性等優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。有關(guān)繼電保護(hù)功能可以在新技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)有效地處理和切除，以保證供電質(zhì)量在可控范圍之內(nèi)；同時(shí)還具備降低線路損耗率并提高電能利用效率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中來(lái)作為重要環(huán)節(jié)之一，其主要作用是為了保障用戶用電安全和穩(wěn)定運(yùn)行從而確保電網(wǎng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 繼電保護(hù)的智能電網(wǎng)分析

1.1 智能電網(wǎng)的特點(diǎn)

智能電網(wǎng)具有較高的可靠性。在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置可以對(duì)故障進(jìn)行快速處理，從而使整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)更加可靠。當(dāng)發(fā)生問(wèn)題時(shí)能夠迅速地做出反應(yīng)并作出相應(yīng)措施以避免損失擴(kuò)大化和減輕影響；此外還有效降低了設(shè)備投資費(fèi)用、節(jié)約了人力物力等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用到各類工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中去。智能電網(wǎng)具有較高的安全性。在電力系統(tǒng)中存在著大量不確定因素，因此其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)可以概括為以下幾點(diǎn)：第一，整體性。因?yàn)檎麄€(gè)電力系統(tǒng)是由大量分布式發(fā)電單元以及各種終端設(shè)備組成而來(lái)；第二，統(tǒng)一化與自動(dòng)化相結(jié)合的特點(diǎn)。可以將不同區(qū)域和部門進(jìn)行自動(dòng)有效地整合，使其能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享及資源優(yōu)化配置等功能；第三，安全性高且可控性強(qiáng)的特點(diǎn)。第四，能源電力大數(shù)據(jù)中心技術(shù)的應(yīng)用，使得電網(wǎng)可以在安全可靠的狀態(tài)下運(yùn)行，整個(gè)復(fù)雜的過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單與便捷，并且技術(shù)人員可以對(duì)故障發(fā)生時(shí)及時(shí)處理并做出相應(yīng)補(bǔ)救措施。

1.2 智能電網(wǎng)的主要技術(shù)

智能電網(wǎng)是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的、集成化、多功能為一體化系統(tǒng)。它可以將傳統(tǒng)電力電子技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在實(shí)現(xiàn)了對(duì)電量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及控制的功能之后，還可以通過(guò)通信手段與計(jì)算機(jī)等相關(guān)設(shè)備的有機(jī)融合，將不同設(shè)備連接在一起形成完整的智能控制系統(tǒng)[1]。

1.2.1 數(shù)據(jù)集成技術(shù)

智能型電網(wǎng)大數(shù)據(jù)具有分散性、多樣性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，給大數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。對(duì)于智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的處理，首先要對(duì)眾多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、剔除、修改等處理，最終構(gòu)建正確、一致、完整、有效的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)集成模型有數(shù)據(jù)聯(lián)邦、中間件模型、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等。

1.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

智慧電網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都是結(jié)構(gòu)化的，同時(shí)還存在文本、圖像、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。分布式文件系統(tǒng)可以存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)松散、無(wú)模式的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于海量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)或分布式并行數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

由于應(yīng)用范圍廣泛，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)需要采用不同的數(shù)據(jù)處理技術(shù)以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求。針對(duì)海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和計(jì)算需求，對(duì)大數(shù)據(jù)分批、存貯、圖計(jì)算等進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)新技術(shù)研究

2.1 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

智能型電網(wǎng)與普通電網(wǎng)在構(gòu)成上有許多不同之處，分布式發(fā)電和交互式發(fā)電對(duì)保護(hù)電路有較高的要求，同時(shí)，隨著國(guó)家在通信領(lǐng)域和信息化社會(huì)的不斷完善，數(shù)字化技術(shù)已使新型的保護(hù)系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定地在各個(gè)行業(yè)發(fā)展，尤其是一些技術(shù)能力。目前，智能電網(wǎng)在對(duì)電力進(jìn)行輸送、分配儲(chǔ)電、發(fā)電等多個(gè)階段的工作中，可以有效地借助信息化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)整合、分析等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的有效監(jiān)控。它可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)修正保護(hù)定值。為了保障電廠的正常使用，有關(guān)單位必須隨時(shí)注意電廠的潮流流向，從而根據(jù)不同的潮流流量和功率變化來(lái)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整。保護(hù)器不僅要采集監(jiān)測(cè)對(duì)象自身的信息，還要監(jiān)測(cè)其他設(shè)備的運(yùn)行情況。

在無(wú)人參與的情況下，保證故障部件可以自動(dòng)分離，自動(dòng)修復(fù)，保證故障范圍最小化，避免大規(guī)模停電；所以在電路保護(hù)過(guò)程中，出現(xiàn)故障時(shí)，不僅要隔離保護(hù)對(duì)象，還可能孤立其它相關(guān)對(duì)象。同時(shí)可以只孤立相關(guān)對(duì)象，而不會(huì)孤立地保護(hù)它們本身。智能型電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)保護(hù)對(duì)象及其它相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)定值方面的調(diào)整，使系統(tǒng)能靈活地自適應(yīng)運(yùn)行變化。保護(hù)功能在適應(yīng)運(yùn)行變化的同時(shí)決定故障保護(hù)措施的相關(guān)決策[2]。

2.2 基于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)方式

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)的主要作用是對(duì)線路和設(shè)備進(jìn)行有效地控制，使其總體性能穩(wěn)定，保持穩(wěn)定運(yùn)行。而傳統(tǒng)繼電器通常采用的是微機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化以及自動(dòng)裝置等相結(jié)合。這種新型智能化的智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并且準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)信息并做出響應(yīng)動(dòng)作；但是由于受外界因素影響較大且存在一定局限性時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，所以在實(shí)際應(yīng)用中，也需要對(duì)這些隱患進(jìn)行有效地排除和解決措施，使電力系統(tǒng)可以處于安全穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行工作?；谥悄茈娋W(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)主要是利用電力電子裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電氣量進(jìn)行測(cè)量、判斷和控制，從而達(dá)到安全監(jiān)控，并在故障發(fā)生后及時(shí)作出處理。其具體過(guò)程為：首先通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)分析出線路中各部分運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及電流值等；其次根據(jù)實(shí)際需要將不同電壓等級(jí)之間轉(zhuǎn)換成合適大?。蝗缓蟾鶕?jù)所需輸出相應(yīng)數(shù)值來(lái)確定設(shè)備是否正常工作；最后技術(shù)人員需要利用所得到的結(jié)果對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行整定和校驗(yàn)。

2.3 基于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)新技術(shù)方法

智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)各種不同類型的二次回路進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中各個(gè)部分能夠相互協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，并且還能有效地防止出現(xiàn)故障。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可以將其分為兩種模式：第一種模式屬于直接和間接式。這種方式指的是利用各種裝置來(lái)完成對(duì)一次設(shè)備或者遠(yuǎn)距離線路等所產(chǎn)生影響；第二種模式屬于自耦法的方式，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)是通過(guò)利用微機(jī)的特性以及它本身具有的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)于二次回路進(jìn)行控制從而達(dá)到保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用就變得越來(lái)越重要，其主要是通過(guò)對(duì)故障信息進(jìn)行收集、處理和分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著智能化水平的不斷提高以及自動(dòng)化程度進(jìn)一步提升，智能電網(wǎng)之中的繼電保護(hù)技術(shù)也需要與時(shí)俱進(jìn)發(fā)展起來(lái)新方法和新手段；同時(shí)還可以利用人工智能來(lái)完成傳統(tǒng)需要人工來(lái)操作的模擬量控制方式、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等工作模式以及數(shù)據(jù)采集等復(fù)雜的工作流程；此外，在電力系統(tǒng)中加入一些新型算法，比如最近流行的遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等各種新的算法與操作,使得技術(shù)人員可以對(duì)故障進(jìn)行分析處理和判斷[3]。

3 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 繼電保護(hù)新技術(shù)的設(shè)計(jì)

在繼電保護(hù)技術(shù)中，智能電網(wǎng)的主要組成部分是：集中處理和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，以及自動(dòng)控制的作用。其核心就是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊手段來(lái)進(jìn)行對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息等方面對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備之間相互聯(lián)系并形成相對(duì)統(tǒng)一的管理平臺(tái)；此外，還有助于提高工作效率及質(zhì)量水平；最后還要進(jìn)一步提升工作人員安全防范意識(shí)和綜合素質(zhì)，使繼電保護(hù)技術(shù)更加向智能化、人性化與現(xiàn)代化發(fā)展方向邁進(jìn)。

在對(duì)智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將傳統(tǒng)的繼電器控制和現(xiàn)代電力電子化相結(jié)合。因?yàn)樵趯?shí)際工作中，由于各種原因會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要采取多種方式來(lái)解決這些問(wèn)題：首先是利用微機(jī)與計(jì)算機(jī)之間相互協(xié)調(diào)、配合作用等原理來(lái)完成系統(tǒng)功能；其次就是通過(guò)硬件電路的連接來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集處理并傳遞給主控制器；最后一點(diǎn)就是將繼電器控制和電力電子裝置進(jìn)行有機(jī)結(jié)合起來(lái)可以形成一個(gè)完整的智能電網(wǎng)保護(hù)體系。

3.2 繼電保護(hù)裝置硬件組成

繼電保護(hù)裝置的硬件組成主要包括：信號(hào)處理電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路及轉(zhuǎn)換控制部分。其中，信息采集系統(tǒng)是整個(gè)智能電網(wǎng)中的核心設(shè)備，通過(guò)傳感器對(duì)電力線路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄。采集到相關(guān)數(shù)據(jù)后由計(jì)算機(jī)處理分析出故障類型以及故障原因等情況；數(shù)字化顯示方式能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸并且可以將所獲取內(nèi)容直觀地展現(xiàn)出來(lái)并保存起來(lái)；繼電保護(hù)裝置具有良好的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性及靈敏度高且方便使用。電源部分在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，需要為線路上發(fā)生短路故障提供穩(wěn)定和充足電流，當(dāng)電壓過(guò)大或者過(guò)低等異常情況下就會(huì)產(chǎn)生較大沖擊力來(lái)保證供電質(zhì)量，同時(shí)為了降低對(duì)電力網(wǎng)造成損害程度還應(yīng)選擇合適的控制方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)操作。通訊系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)信息以及通信設(shè)備之間的連接與聯(lián)系。

3.3 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的具體難點(diǎn)

繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用在電力系統(tǒng)中具有不可替代性，因此需要對(duì)其進(jìn)行一定程度上的研究。但是由于我國(guó)目前智能電網(wǎng)發(fā)展時(shí)間較短、起步晚且基礎(chǔ)薄弱。所以，對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)也存在很多難點(diǎn)。

智能化電網(wǎng)當(dāng)中所包含設(shè)備種類繁多而且技術(shù)原理比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的電氣元件和器件都有體積大以及重量重等固有的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中很難被取代，這就給電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)造成了一定難度。

由于受各種外界因素影響電路而不能正常工作，因?yàn)槭艿骄€路故障或其他原因引起誤動(dòng)作等情況。這些影響因素都會(huì)使繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)各種故障，從而造成一些不可彌補(bǔ)性事故發(fā)生概率增加、經(jīng)濟(jì)損失增大的現(xiàn)象。

繼電保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性較差。在電力系統(tǒng)中，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，由于其自身存在著一定程度上的不確定因素。比較常見(jiàn)的線路老化或者是設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題等都會(huì)影響到繼電器動(dòng)作，另外還有一種可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象等情況也時(shí)有發(fā)生。智能電網(wǎng)當(dāng)中還具有大量的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和二次回路、電壓互感器以及電流保護(hù)裝置等一系列重要元件。這些元器件中，有一些可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，其電容值較大[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要我們不斷地進(jìn)行探索與創(chuàng)新。在電力行業(yè)中，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速成長(zhǎng)和人民生活水平的提高以及電網(wǎng)建設(shè)程度逐漸擴(kuò)大。智能電網(wǎng)作為一種新型供電模式已經(jīng)被普遍應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，同時(shí)也出現(xiàn)許多問(wèn)題有待解決。由于各種因素導(dǎo)致設(shè)備老化、故障率高并且運(yùn)行速度較慢等現(xiàn)象日益嚴(yán)重，這些都使得繼電保護(hù)技術(shù)在實(shí)際工作中不能發(fā)揮其作用。