智能電網繼電保護技術探討

李國東 李濤 李存彥

【摘要】分析智能電網網絡結構、傳統電網繼電保護與智能電網繼電保護構成的區別，以及智能電網關鍵技術，針對我國智能電網繼電保護面臨的挑戰進行探討，為提高繼電保護的智能性、靈敏性、可靠性及迅速性提供參考。

【關鍵詞】智能電網；繼電保護；構成；技術

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，傳統的電網運作已經不能適應當前社會的發展需求，因此國家電網提出了建設智能電網的戰略部署。智能電網涉及到很多高精尖技術，其中繼電保護作為實現電力網絡和相關設備檢測保護的關鍵技術，在智能電網的建設和發展中發揮著重要作用，因此要保證智能電網的安全運作，就需要提高電網中的繼電保護水平。

1 智能電網的網絡結構模型

傳統的電網模型主要有以下類型：總線型、星型、環型線路等。以線型方式為例，它的特點是比較單一，任何一個潮流點的流向都是單向的，因而我們的電流保護策略可以較為方便地實現，比如以距離保護的方式進行，這是目前在業界比較流行的一種方式。而在智能電網中，結構模式由單一的線性結構、星型結構變為了網狀結構。在網狀結構里面，任何一個點既可能是電源點，又可能就是用戶點本身，所以這種方式的線路潮流流向是雙向的。對于分布式電源來說，它

可以既作為網狀電網的一個點，也可以從整個系統之中獨立出來。這種網狀結構最終就成為了微網的一種單獨運行機制，它的運行方式是不確定的，由此導致系統運行阻抗產生了易變性，并對過流保護、距離保護造成了影響。所以我們必須在傳統的電網保護模型中施加與智能電網相適應的保護方案，使得電網不會因運行方式的變化，而影響其整體安全穩定運行。

2 智能電網繼電保護原理

應用傳感器在智能電網中對發電、輸電、配電、供電等關鍵的電氣設備的運行狀況進行實時監控，然后經過網絡系統將采集到的數據進行整合，最后對獲取的數據進行分析，以此來實現對電網運行狀況的實時監控，從而實現對保護定值和保護功能的動態監控和及時修正。對于繼電保護裝置來講，保護功能除了需要保護對象的運行信息，還需要相關聯的其他設備的運行信息。這就需要做好信息的共享工作，保證故障的準確性時，在沒有或少量人工敢于的情況下，迅速隔離故障并自行自我恢復，從而避免大面積停電事故的發生，提高電網供電的可靠性和穩定性。因此，智能電網中的繼電保護裝置在保護動作時不僅僅要跳本保護對象，有時在跳本保護對象的同時，還得發出連跳指令，跳開其他關聯點。

3 智能電網關鍵技術

未來智能配電網的發展，要求智能電網繼電保護技術與先進的信息、通信和控制等技術加以融合。為了滿足智能電網繼電保護的技術要求，需要有對應的關鍵技術解決以往電網中存在的問題。

3.1 通信技術

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現智能電網的基礎。智能電網通過高速雙向通信系統這個平臺，能夠不斷地自我監測和校正，實現自愈。它能夠監測到各種擾動，進行無功補償、潮流分配，避免傳統大電網中大范圍停電等情況的發生。該通信系統能夠保證電力電子控制器、保護系統、用戶以及各種不同的設備進行網絡化通信。

3.2 參考量測技術

參考量測技術是智能電網基本的組成部分，其作用是將測量數據轉換為數據信息，供給智能電網各個方面使用。參考量測技術給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質量、相位關系、設備健康狀況、故障定位、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、停電確認等數據。

3.3 設備技術

設備技術主要包括電力電子技術和分布式能源接入技術。電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行變換及控制的一種現代技術， 其節能效果明顯，以SVC 為代表的柔性交流輸電技術和高壓直流輸電技術體現尤為明顯。將電力電子技術和現代控制技術結合，通過對電力系統參數的連續調節控制，可大幅降低輸電損耗、提高輸電系統輸送能力和保證電力系統穩定水平。

3.4 控制技術和決策支持技術

先進的控制技術是指智能電網中分析、診斷和預測狀態并確定及采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。這一技術可以管理電網的有功和無功。先進的控制技術分析和診斷功能將引進專家系統，在專家系統允許的范圍內采取自動的控制行動，實現電網的自愈性。決策支持技術將復雜的電力系統數據轉化為系統運行人員一目了然的可理解的信息，以動畫技術、動態著色技術、虛擬現實技術以及其他數據展示技術來幫助系統運行人員認識、分析和處理緊急問題。

4 繼電保護發展面臨的挑戰

4.1 大電網、超/特高壓影響

1） 特高壓電網故障時諧波分量大， 非周期分量衰減緩慢，暫態過程明顯，影響保護動作的可靠性和快速性；2） 超/特高壓長線路分布電容對電流差動保

護和按集中參數模型構成的保護產生不利影響；3）同塔雙回或多回線路的跨線故障以及互感和線路參數不平衡會對保護造成影響；4） 變壓器保護利用諧波含量區分內部故障與勵磁涌流的難度增大；5） 電網間的相互影響使故障特性更為復雜，故障計算誤差增加；6） 對于繼電保護設備， 要求具有更高的可靠性、安全性和電磁兼容能力。

4.2 電力電子設備影響

1） FACTS 元件的安裝位置、投入運行與否以及所涉及參數的調整變化會對電網短路電流的特征和分布產生影響；2） 直流輸電系統的控制和保護問題

仍然很突出，交、直流系統的故障會互相影響；3） 風機類型、風機的工作狀態、風機所采用的控制方法及故障類型等因素， 會對不同時段的保護以及選相功能等產生影響。

4.3 電網的控制策略影響

FACTS 元件大量應用，直流輸電工程投入運行，以及規模化風電場、光伏電站的并網運行，使得電網的繼電保護必須與這些設備或元件的控制策略進行協調與配合。其中包括FACTS 元件的保護與控制，及其與系統保護的協調配合；直流輸電系統的控制與保護，以及交直流混聯系統保護的協調與配合；風電、光伏電站的并網控制對接入系統保護的影響； 此外，電網一、二、三道防線之間的協調配合也需要考慮。

結語

隨著我國智能電網的不斷發展，智能電網的保護裝置也要不斷發展和改進，繼電保護無論是觀念還是具體實踐都需要進行相應的變革。智能電網下的繼電保護要集保護、控制、測量、數據通信一體化，要明確傳統繼電保護和智能電網繼電保護之間的區別，從而提出新的繼電保護實現方式。

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