新型電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)發(fā)展策略研究

關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障檢測

中圖分類號(hào)：TM771 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需要有效的故障診斷與定位策略。作為系統(tǒng)防御機(jī)制的關(guān)鍵組成部分，繼電保護(hù)裝置在檢測到異常時(shí)能及時(shí)隔離問題區(qū)域，確保其余部分的正常運(yùn)作[1]。傳統(tǒng)繼電保護(hù)方式僅能識(shí)別故障的存在，無法精確定位故障源，這增加了故障處理及系統(tǒng)恢復(fù)的復(fù)雜性。

基于此，本文深入探討基于繼電保護(hù)的電力系統(tǒng)故障檢測技術(shù)，其對提升電力系統(tǒng)的安全性與可靠性至關(guān)重要。本研究有助于運(yùn)維人員迅速且精準(zhǔn)地定位并解決故障，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，并加快恢復(fù)正常運(yùn)行速度，從而更好地保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和持久性[2]。

1 技術(shù)概述

1.1 繼電保護(hù)

新型電力系統(tǒng)保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)之一是繼電保護(hù)，它涉及對電網(wǎng)電流和電壓等要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控與評估。當(dāng)檢測到潛在問題時(shí)，該技術(shù)會(huì)啟動(dòng)特定的保護(hù)措施，確保電氣設(shè)備及線路的穩(wěn)定運(yùn)行。其核心功能[3] 如下。

（1）量測電流與電壓。借助電流互感器和電壓互感器，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠精確地獲取電力系統(tǒng)的電氣參數(shù)。

（2）參數(shù)對比分析。繼電保護(hù)系統(tǒng)會(huì)將實(shí)測的電流、電壓數(shù)值與預(yù)設(shè)的安全閾值進(jìn)行對比，一旦檢測的數(shù)值超出或不符合預(yù)設(shè)條件，系統(tǒng)將立即啟動(dòng)保護(hù)程序。

（3）執(zhí)行保護(hù)響應(yīng)。在識(shí)別到異常狀況時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備會(huì)立即采取行動(dòng)以防止危害。

（4）通信與調(diào)控功能。新型電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置通常配備通信和控制功能，能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)交換信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，提升了電力系統(tǒng)的綜合管理和保護(hù)效能。

1.2 故障檢測與記錄

故障檢測與記錄技術(shù)在繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，它能夠幫助系統(tǒng)及時(shí)檢測并記錄電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障事件，為后續(xù)的分析、修復(fù)和改進(jìn)提供重要參考依據(jù)。故障檢測與記錄技術(shù)采用的方法主要包括實(shí)證分析法和電位變化法[4]。故障檢測技術(shù)用于確定電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障類型、位置和原因，通過分析繼電保護(hù)裝置收集的數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，識(shí)別故障事件，從而精確地確定故障的性質(zhì)和位置。

2 關(guān)鍵難點(diǎn)及技術(shù)

2.1 嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

早期的繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)主要依賴于工業(yè)計(jì)算機(jī)，其在電網(wǎng)故障應(yīng)急響應(yīng)中的信息獲取能力受到限制。然而，隨著嵌入式科技的革新，新一代的低能耗中央處理器被引入故障信息系統(tǒng)的核心硬件設(shè)計(jì)中，有效解決了高溫散熱難題，并顯著提升了數(shù)據(jù)讀取的速度。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用促使信息系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了模塊化的轉(zhuǎn)型，各模塊間的無縫協(xié)作確保了每個(gè)模塊的高效安全運(yùn)行。圖1 為面向繼電保護(hù)裝置的嵌入式結(jié)構(gòu)[5]。

軟件功能的模塊化設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)一步提升了基于繼電保護(hù)技術(shù)的故障信息系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。同時(shí)，人工智能技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用加速了電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置的智能化，為電力系統(tǒng)故障提供了快捷、靈敏、精準(zhǔn)的檢測和診斷方法，滿足了新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

2.2 分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分布式控制系統(tǒng)（ distributed control system，DCS）是由多個(gè)分布在不同位置的控制站包括主站和子站組成的系統(tǒng)，主站和子站通過通信網(wǎng)絡(luò)相互連接。

分布式主站是一種將主站（或主服務(wù)器）的功能和負(fù)載分布到多個(gè)節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器上的系統(tǒng)。它將核心功能和工作量分解至眾多節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器，旨在提升系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性和容錯(cuò)處理能力[1]。

分布式子站作為電力系統(tǒng)的核心組件，由一系列關(guān)鍵設(shè)備構(gòu)成，如保護(hù)裝置、故障檢測設(shè)備及變電站自動(dòng)化元件，其核心功能在于高效地執(zhí)行故障信息的捕獲、操控、儲(chǔ)存以及傳輸任務(wù)，同時(shí)為調(diào)度中心等主站提供定制化的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.3 繼電保護(hù)故障檢測方法

傳統(tǒng)繼電保護(hù)故障檢測技術(shù)的精確度易受測量數(shù)據(jù)質(zhì)量和系統(tǒng)模型精確度的影響，故在特定條件下無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位?；诖耍F(xiàn)代電力系統(tǒng)傾向于采用基于模型的故障檢測策略，利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)對電網(wǎng)進(jìn)行描述，并借助模型解析或優(yōu)化技術(shù)執(zhí)行故障檢測與定位。例如，時(shí)域反演等技術(shù)能夠結(jié)合電力系統(tǒng)的物理定律，提供高精度的定位結(jié)果。然而，這類方法對測量數(shù)據(jù)的精確度和系統(tǒng)模型的完整性有嚴(yán)格要求，因此對故障模型的構(gòu)建有較高標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 發(fā)展策略

3.1 智能與自適應(yīng)化

在新型電力系統(tǒng)的建設(shè)中，智能與自適應(yīng)的繼電保護(hù)策略被視為推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。隨著電力基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性日益提升和可再生能源的大規(guī)模接入，傳統(tǒng)的基于固定閾值的保護(hù)措施逐漸暴露其局限性，如難以有效適應(yīng)不斷變化的電流特性，以及無法滿足日益多樣化的電力需求。針對繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)落后的技術(shù)難點(diǎn)，智能自適應(yīng)保護(hù)技術(shù)基于前沿的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)和高級人工智能等技術(shù)，通過對歷史數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析，構(gòu)建精準(zhǔn)的模型體系，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和性能評估，如圖2所示。

這種技術(shù)的獨(dú)特性在于其具備動(dòng)態(tài)調(diào)整的能力，能夠根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，靈活地優(yōu)化保護(hù)參數(shù)并及時(shí)決策。這種靈活性顯著提升了保護(hù)反應(yīng)的精確度和速度，從而增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，使其更能應(yīng)對復(fù)雜多變的電力環(huán)境，為電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。

3.2 通信技術(shù)優(yōu)化

新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的DCS 等控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信的要求逐漸提高。隨著通信技術(shù)的深入探究和廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作及控制成為可能，這降低了人為介入的需求，提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效整合了各類設(shè)備和傳感器的信息，從而實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的全方位洞察和評估。

3.3 技術(shù)體系更新

深入探討多元化的繼電保護(hù)技術(shù)是為了充分應(yīng)對電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多變的運(yùn)行環(huán)境，準(zhǔn)確地檢測和定位電力系統(tǒng)中的故障，這也是保障新型電力系統(tǒng)可靠性和安全性的關(guān)鍵。

4 配置方案

本文以新型電力系統(tǒng)中的智能變電站系統(tǒng)繼電保護(hù)配置方案為例進(jìn)行分析。目前，眾多關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)日趨完善，隨著IEC 61850等通信標(biāo)準(zhǔn)的日益標(biāo)準(zhǔn)化和全球化，其應(yīng)用領(lǐng)域正不斷拓寬。新型電力系統(tǒng)中的變電站電氣設(shè)備在信息交互和互操作性上展現(xiàn)出前所未有的效能，這促使研究人員對變電站繼電保護(hù)策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而提出系統(tǒng)的保護(hù)配置方案。表1 為兩種保護(hù)配置對比結(jié)果。

在實(shí)施新型電力系統(tǒng)保護(hù)方案時(shí)，必須遵循特定準(zhǔn)則。其中，最重要的是雙重化配置原則，它涵蓋了測量、控制、主變壓器、線路、母線以及電容器的保護(hù)功能，并能獨(dú)立保障變電站設(shè)備的安全。同一套保護(hù)配置方案能夠適用于多種設(shè)備，且故障分析能力全面。此外，由于所需的保護(hù)設(shè)備數(shù)量較少，且網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建便捷，因此從智能變電站未來的發(fā)展趨勢來看，這種基于雙重化配置的繼電保護(hù)模式有較大可能成為主導(dǎo)趨勢[6]。

5 結(jié)語

在我國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)行中，電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行對大眾生活和工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。由于線路破損、設(shè)備損壞等原因造成的新型電力系統(tǒng)故障無法避免，因此，目前發(fā)展的關(guān)鍵是基于繼電保護(hù)技術(shù)對電力系統(tǒng)故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)且有效的檢測，從而實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)。本文旨在研究基于繼電保護(hù)的電力系統(tǒng)故障檢測技術(shù)的發(fā)展策略，研究結(jié)果可以為電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和維護(hù)提供重要的參考依據(jù)，以期促進(jìn)新型電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。