淺談智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)發(fā)展的影響

楊政?楊宇鵬

摘要：隨著智能電網(wǎng)建設(shè)在我國(guó)的逐步推進(jìn)，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)形態(tài)將得到極大改變，電力系統(tǒng)中電子式互感器的投入以及數(shù)字化變電站的大量應(yīng)用必然會(huì)影響電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)。文章分析了智能電網(wǎng)的定義、特點(diǎn)，研究了智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響，指出了繼電保護(hù)今后應(yīng)重點(diǎn)研究的方向。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；電力系統(tǒng)；電子式互感器；數(shù)字化變電站 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0121-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.059

依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的“十二五”規(guī)劃綱要，未來(lái)的電網(wǎng)建設(shè)要以特高壓電網(wǎng)建設(shè)為骨架，各級(jí)電網(wǎng)要協(xié)調(diào)發(fā)展，并且建設(shè)出的電網(wǎng)要具有高度自動(dòng)化、智能化的特征。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)將作為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的主要方向。電網(wǎng)的智能化建設(shè)會(huì)大幅改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)，在建設(shè)智能電網(wǎng)的過(guò)程中，電力系統(tǒng)中大量應(yīng)用了廣域測(cè)量技術(shù)、控制交直流技術(shù)以及電子式互感器技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)提出了更高要求，為使繼電保護(hù)能更好地適應(yīng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，我們就必須充分了解智能電網(wǎng)的定義及特點(diǎn)。

1 智能電網(wǎng)的定義及特點(diǎn)

智能電網(wǎng)屬于一種自動(dòng)化程度特別高的供電網(wǎng)絡(luò)，它的各個(gè)用戶以及節(jié)點(diǎn)都處于實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)，并且從電力輸電端到用戶端各個(gè)節(jié)點(diǎn)要能實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)電流與信息。借助分布式智能、寬帶通信技術(shù)與集成自動(dòng)控制系統(tǒng)，智能電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)開(kāi)展市場(chǎng)交易，無(wú)縫連接電網(wǎng)各成員，可有效增強(qiáng)供電企業(yè)與電力用戶間的互動(dòng)。

就技術(shù)角度而言，智能電網(wǎng)的實(shí)際含義大致包括3個(gè)層面：首先是借助傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控供電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，如發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備、配電設(shè)備以及供電設(shè)備等；其次利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集、整合得到的數(shù)據(jù)；最后通過(guò)分析、挖掘數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)優(yōu)化管理整個(gè)電力系統(tǒng)。

智能電網(wǎng)的主要特征大致可分為以下五點(diǎn)：

1.1 自愈

由于智能電網(wǎng)可對(duì)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)掌控，這樣有利于電網(wǎng)故障隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與快遞消除；智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，自我恢復(fù)能力比較好，這樣可有效防止出現(xiàn)大面積停電現(xiàn)象。

1.2 安全可靠

智能電網(wǎng)具有一定的堅(jiān)強(qiáng)性，它抵抗自然災(zāi)害、外力破壞以及計(jì)算機(jī)攻擊的能力都比較強(qiáng)，它能很好地保障工作人員的人身安全以及電網(wǎng)設(shè)備安全，電網(wǎng)運(yùn)行具有很強(qiáng)的自恢復(fù)能力。

1.3 經(jīng)濟(jì)高效

智能電網(wǎng)可對(duì)資源配置進(jìn)行科學(xué)、合理優(yōu)化，促使設(shè)備的實(shí)際傳輸容量與利用率達(dá)到最佳；智能電網(wǎng)可及時(shí)調(diào)度不同區(qū)域間的電能，有效彌補(bǔ)電力供應(yīng)缺口；智能電網(wǎng)與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求相吻合，可使電價(jià)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)浮動(dòng)，系統(tǒng)優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行。

1.4 兼容

智能電網(wǎng)對(duì)各類型設(shè)備具有很好的開(kāi)放兼容性，可有效融合集中式大電源、分布式發(fā)電資源以及可再生能源，使它們更和諧地服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)。

1.5 與用戶友好互動(dòng)

智能電網(wǎng)可智能互動(dòng)客戶，給客戶提供更可靠、更優(yōu)質(zhì)的電能，最大限度地滿足客戶需求，可使系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)縫銜接批發(fā)、零售電力市場(chǎng)，可借助市場(chǎng)交易，有效激勵(lì)電力市場(chǎng)主體主動(dòng)管理電網(wǎng)安全，更好地保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響

智能電網(wǎng)主要是在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入先進(jìn)傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等，讓供電企業(yè)的發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。繼電保護(hù)作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，依據(jù)傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)計(jì)與配置的繼電保護(hù)很難與智能電網(wǎng)相適應(yīng)，智能電網(wǎng)的具體技術(shù)特點(diǎn)對(duì)當(dāng)前繼電保護(hù)的應(yīng)用將產(chǎn)生重要影響。

2.1 數(shù)字化

數(shù)字化是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要特征，就繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，其數(shù)字化主要包括兩個(gè)方面：實(shí)際測(cè)量手段的數(shù)字化與信息傳輸方式的數(shù)字化，電子式互感器以及數(shù)字接口在繼電保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用，模擬量電纜傳輸以及狀態(tài)量電纜傳輸是傳統(tǒng)變電站主要采用的傳輸方式，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，以光纖為媒介的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字傳輸將逐步取代以上兩種傳輸方式。

光電轉(zhuǎn)換原理是電子式互感器主要用到的測(cè)量原理，電子式互感器不但體積小，而且具有很好的絕緣性。傳輸頻帶寬，具有很好的暫態(tài)性是其給繼電保護(hù)帶來(lái)的主要優(yōu)勢(shì)，有效避免了傳統(tǒng)互感器的測(cè)量誤差以及暫態(tài)特性，能把電力系統(tǒng)的具體運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)向二次側(cè)很好的傳輸，隨著我國(guó)逐步推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)以及逐步推進(jìn)智能化儀器、設(shè)備，電網(wǎng)運(yùn)行中將不再使用傳統(tǒng)互感器。

電子式互感器使用的是網(wǎng)絡(luò)接口，其與智能斷路器的連接借助的是網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置，這樣可使二次回路的接線大幅簡(jiǎn)化，設(shè)備維護(hù)更方便。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)前，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的數(shù)字化變電站越來(lái)越多，500kV全數(shù)字變電站也已經(jīng)建成，變電站數(shù)字化建設(shè)正在如火如荼地開(kāi)展，分布分層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)建模采用的是統(tǒng)一的直接與對(duì)象面向的形式，數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)自描述以及抽象通信服務(wù)技術(shù)、特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，這些都是各數(shù)字化變電站的主要特點(diǎn)。

數(shù)字化變電站的逐步網(wǎng)絡(luò)化給繼電保護(hù)帶來(lái)了很多變革，如信息獲取與信息發(fā)送，就信息獲取而言，雖然“自掃門前雪”依然是繼電保護(hù)主保護(hù)的首要功能，但基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸具有共享性，這樣全站設(shè)備的電氣量信息都可以獲取到，便于更好地保護(hù)系統(tǒng)。

2.3 廣域化

近年來(lái)，在我國(guó)加速推進(jìn)電網(wǎng)信息化進(jìn)程的影響下，以PMU為基礎(chǔ)的WAMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來(lái)越普遍，很多地區(qū)還建成了專門用于繼電保護(hù)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，這為智能電網(wǎng)的控制提供了便利，我們可借助WAMS網(wǎng)絡(luò)提供的廣域信息來(lái)促進(jìn)繼電保護(hù)后備保護(hù)性能的提高，讓安全自動(dòng)裝置的實(shí)際性能逐步提高。

2.4 輸電靈活化

輸電效率高，易控制是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要特點(diǎn)，一些靈活輸電設(shè)備如可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置、STATCOM等必然會(huì)大量應(yīng)用到智能電網(wǎng)中，加之交直流混合輸電是我國(guó)電網(wǎng)的重要特征，這也大幅增加了電網(wǎng)中實(shí)際裝置的非線性可控元件。大量應(yīng)用了電子器件的智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障暫態(tài)的過(guò)程必然會(huì)不同于只有同步發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。

復(fù)雜的電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程，與可靈活控制的電網(wǎng)運(yùn)行使得電網(wǎng)具有了多變性，這對(duì)當(dāng)前繼電保護(hù)的保護(hù)能力提出了更高要求。

3 繼電保護(hù)今后應(yīng)重點(diǎn)研究的方向

3.1 借助數(shù)字化提高保護(hù)性能

隨著互感器故障的減少、實(shí)際傳輸性能的提升，之前的很多互感器故障問(wèn)題，如電流互感器的飽和、二次回路的斷線、接地等，繼電保護(hù)都不需再考慮。電氣量信息傳輸?shù)恼鎸?shí)性也方便了保護(hù)轉(zhuǎn)載性能的提升。如何對(duì)繼電保護(hù)的輔助功能進(jìn)行簡(jiǎn)化，借助數(shù)字化傳感器促進(jìn)繼電保護(hù)整體性能的提升，是未來(lái)繼電保護(hù)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化將使繼電保護(hù)的配置形態(tài)得到改變

以IEC61850網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的變電站，使得傳統(tǒng)繼電保護(hù)獲取與發(fā)送信號(hào)的媒介發(fā)生了改變，智能網(wǎng)絡(luò)下的繼電保護(hù)可借助共享在網(wǎng)絡(luò)上的站內(nèi)其他元件信息促進(jìn)主保護(hù)性能的提升，可借助控制信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的共享使繼電保護(hù)的配置得到簡(jiǎn)化。未來(lái)的繼電保護(hù)科研也應(yīng)重視這方面的研究。

3.3 應(yīng)重視安全自動(dòng)裝置性能的提高

PMU與WAMS網(wǎng)絡(luò)，可提供廣域信息，這些信息十分有利于電力系統(tǒng)的防御與緊急控制。可借助這些網(wǎng)絡(luò)，并且這些信息有助于后備保護(hù)敏感時(shí)間，有助于提升安全自動(dòng)裝置的性能，促進(jìn)當(dāng)前保護(hù)系統(tǒng)延時(shí)整定的改變，使它對(duì)系統(tǒng)故障的判斷更及時(shí)，以便采取相應(yīng)措施，有效避免出現(xiàn)大停電事故。

3.4 應(yīng)重視研究繼電保護(hù)的新原理與新技術(shù)

隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能的可接入電網(wǎng)，人們也越來(lái)越重視電網(wǎng)接入的安全性，在智能電網(wǎng)建設(shè)的影響下，調(diào)度方式可對(duì)傳輸方式以及潮流方向更快捷、更靈活地進(jìn)行調(diào)整，這必然會(huì)使傳統(tǒng)電網(wǎng)的故障暫態(tài)得到極大改變，在今后的繼電保護(hù)研究中，我們必須重視研究與智能電網(wǎng)靈活控制相適應(yīng)的繼電保護(hù)的一些新原理、新技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，電網(wǎng)智能化建設(shè)給電網(wǎng)帶來(lái)了很多變革，未來(lái)電網(wǎng)將朝著智能化的方向發(fā)展。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步深入，一些新技術(shù)、新設(shè)備也開(kāi)始大量應(yīng)用于建設(shè)中，這必然會(huì)給繼電保護(hù)專業(yè)帶來(lái)革命性的變化，對(duì)此繼電保護(hù)必須抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，與智能電網(wǎng)的建設(shè)步伐跟進(jìn)，要能適應(yīng)電網(wǎng)的智能化發(fā)展，以便在技術(shù)上支持智能電網(wǎng)建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司.堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)綜合研究報(bào)告[R].2009.

[2] 謝開(kāi)，劉永奇，朱治中，等.面向未來(lái)的智能電網(wǎng)[J].中國(guó)電力，2008，41（6）.

[3] 徐人可，湯漢松，孫志杰.電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2009，9（3）.

[4] 何世恩，劉竣.IEC61850數(shù)字化變電站對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，27（3）.

作者簡(jiǎn)介：楊政（1966-），男，山西榆社人，山西省電力公司晉中供電分公司技師，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及其自動(dòng)化調(diào)試、智能變電站的調(diào)試運(yùn)行及維護(hù)；楊宇鵬（1994-），男，山西榆次人，蘇州大學(xué)文正學(xué)院學(xué)生，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）