廣域后備保護原理與通信技術研究

孫陶鈞

摘要：互聯大電網的發展使目前的電網結構變得更加復雜，傳統的后備保護是對單端信息進行故障檢測判斷，如果出現異常運行狀況或非預期故障時，傳統的后備保護很可能出現保護誤動、保護拒動或者是連鎖動作，進而造成大面積停電，這就要求從根本上改善傳統后備保護的不足之處。隨著電力市場的推進和電力系統的發展，電網的穩定問題日趨明顯。繼電保護是電網安全保障系統中的第一道防線，近年來，廣域后備保護改善了繼電保護的性能，使電網更加穩定。本文對廣域后備保護原理和通信技術進行了具體的研究。

關鍵詞：廣域后備保護原理 通信技術 電網

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0099-01

1 廣域后備保護的現狀

1.1 廣域后備保護系統的結構

要實現廣域后備保護首先要對廣域后備保護系統的結構進行確定。不同的WAPS結構會對廣域后備保護通信網絡、廣域后備保護算法等方面的設計產生不同的影響。目前，適宜的WAPS結構主要有三種：區域主站集中式WAPS結構、分布式WAPS結構以及變電站式WAPS結構[1]。

1.2 廣域后備保護的算法

目前，廣域后備保護的算法大致可以分為三類：基于邏輯狀態信息的廣域后備保護、基于單端電氣量信息的廣域后備保護以及基于電壓、多斷電流等電氣量信息的廣域后備保護。

1.3 廣域后備保護系統的可靠性

與傳統的后備保護相比，廣域后備保護在作用域、信息域、保護原理以及實現方式等方面都產生了很大的變化；廣域后備保護設計到保護裝置、智能變電站內合并單元等多種智能電子設備，因此，要考慮傳統保護可靠性模型是否能直接應用到廣域后備保護中；多元件備用系統和廣域通信網絡的可靠性也要慎重考慮。

1.4 廣域通信網絡技術研究

廣域后備保護系統需要通過電力通信網來實現各個變電站之間的信息通信。因此，在應用廣域后備保護系統時，首先要解決廣域保護通信系統的設計問題。

根據網絡用途的不同大致可以將電力通信網分成四類：傳輸網絡、支撐網絡、業務網絡以及數據網絡[2]。

1.4.1 傳輸網絡

傳輸網絡可以分為無線通信傳輸網和有線通信傳輸網。在傳輸網中，通信的核心網絡是SDH光傳輸網。它是以波分復用DWDM為SDH的技術補充，以無線通信和電力線載波為備用和應急通道。目前，我國已經在各個廠站基本建成SDH體制的光傳輸網，這種光傳輸網以環形結構為主。

1.4.2 支撐網絡

支撐網絡包括同步網以及網管系統。同步網的基礎是綜合定時供給設備；而網管系統則是電力通信網中的關鍵支撐系統，它能夠為電力通信網提供管理、運行以及維護手段。

1.4.3 業務網絡

業務網包括會議電視、調度交換網、行政交換網等。

1.4.4 數據網絡

可以將數據網絡分為電力綜合業務數據網和電力調度數據網兩種。電力綜合業務數據網是在IP+SDH的基礎上建立而成的。電力綜合業務數據網能夠提供更為安全穩定、帶寬大、可靠性高、實時性好的多種業務數據網絡平臺。電力綜合業務數據網的總體速率單位是155Mbit/s；電力調度數據網同樣是在IP+SDH為基礎建立而成，電力調度數據網通過MPLS VPN將調度數據網分成VPN1以及VPN2。VPN1和VPN2分別完成縱向安全區I和安全區II的數據傳輸、交換工作。

1.4.5 廣域通信網絡技術研究總結

繼電保護的范疇中包括廣域后備保護。對于電力行業的要求而言，直接在SDH光傳輸網上加載遠方線路繼電保護的傳輸方式更加合適。電力通信網的業務要依靠不同的通信子網來完成，而通信子網又依賴于電力傳輸網，因此可以說，電力通信網是一個能夠將多種業務子網綜合起來的復雜網絡結構。廣域保護通訊系統設計中目前亟待解決的關鍵問題是，在不影響運行、實現資源節約以及廣域機電保護功能有效性的基礎上，納入以SDH光傳輸網為基礎的電力通信網[3]。

2 廣域后備保護原理與通信技術研究

2.1 基于證據理論

邏輯量信息和幅值信息是構建具有低同步采樣要求的廣域后備保護算法的可用信息。基于證據理論融合的廣域后備保護基本原理主要體現在子站故障檢測部分、主站接收部分以及相關子站與主站之間的發送接收過程。子站故障檢測部分首先要進行采樣預值來提高采樣測量的可靠性，然后對LTU向主站RDU發送信息周期和線路的啟動元件動作狀態進行判斷，如果啟動元件動作，則要根據故障后支路電流的分布確定故障線路與本站之間的最近支路，并將故障線路的相關數值信息傳至主站[4]。

2.2 基于IEC 61850

在IEC 61850的基礎上對廣域后備保護系統進行建模，可以發現如下特點：第一，基于IEC 61850的廣域后備保護建模方法具有廣泛的適應性；第二，信息服務模型具有極強的傳輸可靠性；第三，信息服務模型的通信量小。

2.3 基于HLA

HLA可以在不同的仿真系統之間提供相對獨立的支撐服務，實現多個仿真軟件之間的相互操作。一個基于HLA的廣域后備保護仿真系統可以由一個或者多個聯邦與若干成員構成。

3 結語

廣域后備保護信息交互的支撐平臺是廣域通信系統，良好的廣域通信系統可以使廣域后備保護在電網發生故障時快速正確地切除故障。通過對廣域后備保護系統結構和廣域網絡通信技術的研究，對廣域后備保護的可靠性進行了分析和判斷。

參考文獻

[1]劉益青.智能變電站站域后備保護原理及實現技術研究[D].山東大學，2012.

[2]陳國炎.廣域后備保護原理與通信技術研究[D].華中科技大學，2012.

[3]張超.廣域保護的故障元件識別算法與相關通信技術研究[D].廣西大學，2014.

[4]楊昌洪.輸電線路廣域后備保護研究[D].西南交通大學，2008.