智能電網(wǎng)中廣域繼電保護的應用

1 　概述

　　經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展使電力系統的電壓等級升高、電網(wǎng)復雜程度增加,給電力系統的安全穩定運行帶來(lái)巨大挑戰。作為保障電力系統安全穩定運行“三道防線(xiàn)”中第一道防線(xiàn)的繼電保護也面臨嚴峻的考驗,傳統保護整定配合越來(lái)越困難。

　　隨著(zhù)國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設的開(kāi)展,智能電網(wǎng)的特征帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò )重構、分布式電源接入、微網(wǎng)運行等技術(shù),對繼電保護提出了新的要求,基于本地測量信息及少量區域信息的常規保護在解決這些問(wèn)題時(shí)面臨較大的困難;同時(shí),新技術(shù)(如新型傳感器技術(shù)、時(shí)鐘同步及數據同步技術(shù)、計算機技術(shù)、光纖通信技術(shù)等) 的研究與應用也給繼電保護的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。在以上因素的促進(jìn)下,基于廣域測量信息,從系統的角度綜合考慮繼電保護設計和配置的廣域繼電保護得到了越來(lái)越多的關(guān)注。

　　2 　廣域保護技術(shù)的發(fā)展

　　早在1997 年,瑞典學(xué)者Bertil Ingel ssON 就提出了廣域保護的概念 ,用來(lái)預防長(cháng)期電壓崩潰等控制功能。國際大電網(wǎng)會(huì )議將廣域保護的功能及控制手段和目標進(jìn)行了定義。

　　廣域保護系統包含繼電保護和安全自動(dòng)控制兩方面內容,其中,廣域繼電保護作為廣域保護的重要組成部分,對輔助傳統主保護、提高保護定值的自適應能力、簡(jiǎn)化保護配合、縮短保護動(dòng)作時(shí)間等方面起關(guān)鍵作用,有助于從根本上切實(shí)解決現有繼電保護存在的適應能力差、整定配合復雜等難題,提高保護的自適應能力。

　　1998 年日本學(xué)者Yoshizumi Serizawa 將廣域思想與繼電保護結合起來(lái),提出基于GPS 通過(guò)光纖通道傳送多點(diǎn)電流信息,構成廣域差動(dòng)保護的觀(guān)點(diǎn)。電流差動(dòng)保護的范圍不限于某電氣元件,而擴至該元件的相鄰區域,不僅能為元件提供快速的差動(dòng)主保護,還可為相鄰區域提供動(dòng)作延時(shí)小、選擇性好的差動(dòng)后備保護,提高保護系統的性能。有學(xué)者提出了一種基于多Agent 的廣域電流差動(dòng)保護系統,借助專(zhuān)家系統實(shí)現電流差動(dòng)、后備保護區的動(dòng)態(tài)在線(xiàn)劃分,然后通過(guò)各保護Agent 間的配合協(xié)調實(shí)現對整個(gè)電網(wǎng)的主、后備電流差動(dòng)保護。廣域后備保護可利用專(zhuān)家系統方法實(shí)現 ,在給定網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構、相鄰幾級變電站中繼電器的動(dòng)作情況以及斷路器的開(kāi)合狀態(tài)的前提下,利用所定義的動(dòng)作因子AF (action factor) 的大小來(lái)判定故障位置。AF 描述了基于所有已動(dòng)作了的保護設備判斷某元件故障的可能性大小,這種方法旨在保證主保護故障時(shí)能正確隔離故障。

　　3 　智能電網(wǎng)將對傳統繼電保護的影響

　　智能電網(wǎng)一個(gè)重要的功能特性是自愈性。“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問(wèn)題的元件從系統中隔離出來(lái),并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態(tài),同時(shí),幾乎不中斷對用戶(hù)的供電服務(wù)。運用本地和遠程設備的通信幫助分析故障、電壓降低、過(guò)載等系統運行狀態(tài),并基于這些分析采取適當的控制行動(dòng)。智能電網(wǎng)將安全、無(wú)縫地容許各種不同類(lèi)型的發(fā)電和儲能系統接入系統,簡(jiǎn)化聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程。

　　未來(lái)智能電網(wǎng)中,電網(wǎng)的自愈特征將會(huì )對繼電保護的選擇性、可靠性、速動(dòng)性、靈敏性提出更高的要求,對常規繼電保護的配置方法提出新的要求,常規保護在這幾個(gè)方面根據實(shí)際情況的不同會(huì )有所側重。特高壓電網(wǎng)的建設、電網(wǎng)規模的擴大,將導致短路電流增大很多,因此,應對短路電流增大造成的定值可靠系數降低、短路電流抑制設備的運行等問(wèn)題進(jìn)行分析研究,提出相應對策。分布式電源的靈活接入、多變壓器的運行方式帶來(lái)的后備保護配合、雙向潮流、系統阻抗的變化等問(wèn)題均會(huì )給繼電保護定值整定帶來(lái)困難,保護定值的適應能力也將受到嚴峻考驗。

　　同時(shí),智能電網(wǎng)將給繼電保護的發(fā)展帶來(lái)新的契機,智能電網(wǎng)中所采用的新型傳感器技術(shù),例如電子式或光電式互感器不受傳統電磁式互感器飽和的影響,對故障時(shí)電氣量的采集更為精確,簡(jiǎn)化了保護的數據算法,縮短了數據處理時(shí)間。智能電網(wǎng)的數據同步技術(shù)、時(shí)鐘同步技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及IEC 61850 標準的應用,可以提供區域范圍內數據采集的高精度同步,滿(mǎn)足數據采集傳輸的實(shí)時(shí)性,保障數據傳輸過(guò)程的冗余和可靠性;也可為新原理的實(shí)現、工業(yè)控制技術(shù)在電力系統的應用提供技術(shù)支持,為廣域保護的新原理、新算法和實(shí)際應用提供了基礎支撐。

　　4 　智能電網(wǎng)下廣域繼電保護應采取的措施及技術(shù)考慮

　　廣域繼電保護應用于實(shí)際時(shí),若在整個(gè)系統內實(shí)現集中保護,由于系統規模增大造成的大量數據采集點(diǎn)、海量數據、傳輸距離和速度等因素,會(huì )增加廣域繼電保護實(shí)現的難度,也將增加保護配置、運行和維護的難度,保護可靠性難以得到保證。因此,還應該結合實(shí)際系統進(jìn)行廣域繼電保護區域結構的確立,綜合考慮、合理利用智能電網(wǎng)新技術(shù),使廣域繼電保護更有利于實(shí)際應用。

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