智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討

鄭璟

【摘? 要】近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電能需求量的不斷增大，各供電企業(yè)也越來(lái)越重視智能電網(wǎng)建設(shè)，由于智能電網(wǎng)具有一些新特點(diǎn)，這就對(duì)電網(wǎng)的繼電保護(hù)提出了更高要求，為使智能電網(wǎng)繼電保護(hù)更科學(xué)、更合理，本文介紹了智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的區(qū)別，闡述了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的關(guān)鍵技術(shù)，提出了新的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理，研究了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)需考慮的主要問(wèn)題，以供同行參考。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);繼電保護(hù);關(guān)鍵技術(shù)

引言

智能電網(wǎng)作為當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，已由最初模糊的概念到了具體實(shí)施階段。國(guó)家電網(wǎng)公司提出加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的決議，靈活的可重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵悄茈娋W(wǎng)的基礎(chǔ)，它使系統(tǒng)在經(jīng)歷故障時(shí)，把故障影響范圍局限在最小范圍，并可迅速通過(guò)其他連接恢復(fù)對(duì)其他部分的供電。為此未來(lái)的智能電網(wǎng)不再是簡(jiǎn)單的環(huán)狀或輻射狀，而是復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)繼電保護(hù)提出了新的要求。目前傳統(tǒng)的保護(hù)大多是分散式保護(hù)，這種類(lèi)型的保護(hù)利用的信息有限，通過(guò)多臺(tái)裝置相互配合即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的保護(hù)要求。但在智能電網(wǎng)中靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌还潭ǖ倪\(yùn)行方式使孤立的單一保護(hù)裝置存在定值整定困難，信息少使得保護(hù)性能受影響或判據(jù)太復(fù)雜，需要多臺(tái)裝置配合，要求的電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）多、電纜使用量大，增加維護(hù)難度、價(jià)格高等一系列問(wèn)題，所以研究新型的適用于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)勢(shì)在必行。

1.智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線(xiàn)型、環(huán)型、星型線(xiàn)路。這些均為線(xiàn)型模型，運(yùn)行方式相對(duì)比較單一，每一個(gè)電源點(diǎn)的潮流流向是單向的，因而能方便地利用電流保護(hù)、距離保護(hù)實(shí)現(xiàn)。

智能電網(wǎng)中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使每個(gè)點(diǎn)即可能是電源點(diǎn)又是最終的用戶(hù)點(diǎn)，因此線(xiàn)路潮流的流向是雙向的;另外分布式電源作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個(gè)點(diǎn)，也可能會(huì)從系統(tǒng)中解列出來(lái)，形成微網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行。這種電網(wǎng)的運(yùn)行方式是不確定和易變的，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行阻抗的千變?nèi)f化，最終導(dǎo)致傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)、距離保護(hù)定值無(wú)法整定，保護(hù)不能單獨(dú)使用。

2.傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電源點(diǎn)的潮流流向是確定的。通常保護(hù)輸入的是本側(cè)的電氣量，包括：三相電流，三相電壓。通過(guò)對(duì)這些電氣量的判別，就基木上滿(mǎn)足相關(guān)保護(hù)的要求。線(xiàn)路光纖差動(dòng)保護(hù)最多是輸入被保護(hù)線(xiàn)路對(duì)側(cè)的電流，所以傳統(tǒng)繼電保護(hù)電氣判別量基木上固定不變，并且基本上只需要木保護(hù)對(duì)象的電氣量。

3.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的幾個(gè)問(wèn)題

當(dāng)繼電保護(hù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)時(shí)，保護(hù)必須考慮3個(gè)方面的問(wèn)題。第一個(gè)要考慮的問(wèn)題是：靈活的運(yùn)行方式、不確定的潮流流向，要求保護(hù)定值具有自適應(yīng)功能。一條線(xiàn)路的繼電保護(hù)裝置的信息除了本線(xiàn)路的電氣量外，還必須包括與該線(xiàn)路相關(guān)的所有線(xiàn)路的運(yùn)行狀況，綜合所有相關(guān)信息對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。第二個(gè)要考慮的問(wèn)題是：保護(hù)功能需根據(jù)運(yùn)行方式的變化做相應(yīng)的調(diào)整。保護(hù)裝置的定值、保護(hù)范圍都應(yīng)該根據(jù)運(yùn)行方式做相應(yīng)的調(diào)整。第三個(gè)要考慮的問(wèn)題是：引入壞境條件對(duì)保護(hù)定值的影響。智能電網(wǎng)利用散布在電網(wǎng)中的傳感器得到實(shí)時(shí)信息監(jiān)控輸電線(xiàn)路的溫度和容量，并調(diào)整功率流使其更接近運(yùn)營(yíng)極限。為此我們必須實(shí)時(shí)調(diào)整輸電線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)的定值，以適應(yīng)溫度和容量變化帶來(lái)的影響。

4.新的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理

4.1智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

由上述分析可見(jiàn)，智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對(duì)繼電保護(hù)提出了更高要求，另一方面通信和信息技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。

智能電網(wǎng)中可利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用這些信息可對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和修正。例如，智能電網(wǎng)電源點(diǎn)為某大型工礦企業(yè)的自備風(fēng)力發(fā)電廠，白天工廠用電量大，需從系統(tǒng)吸收功率，晚上工廠用電量明顯下降，風(fēng)力發(fā)電廠向電網(wǎng)輸送功率。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電廠和電廠出線(xiàn)的可靠保護(hù)，需對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠的潮流進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)潮流流向及輸送功率的大小對(duì)出線(xiàn)配置保護(hù)（距離保護(hù)、電流等后備保護(hù)）的相應(yīng)定值進(jìn)行修正。

另外，對(duì)保護(hù)裝置而言，保護(hù)功能除了需要本保護(hù)對(duì)象的運(yùn)行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運(yùn)行信息。一方面保證故障的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)識(shí)別，另一方面保證在沒(méi)有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。所以智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作時(shí)不一定只跳本保護(hù)對(duì)象，有可能在跳本保護(hù)對(duì)象時(shí)還需發(fā)連跳命令跳開(kāi)其他關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，也有可能只發(fā)連跳命令跳開(kāi)其他關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，不跳開(kāi)本保護(hù)對(duì)象。

在智能電網(wǎng)中，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本保護(hù)對(duì)象和其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析和決策，實(shí)時(shí)調(diào)整相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能和保護(hù)定值，使保護(hù)裝置適應(yīng)靈活變化的運(yùn)行工況。同時(shí)由保護(hù)功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護(hù)動(dòng)作策略。

4.2差動(dòng)保護(hù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

縱差保護(hù)是電氣主設(shè)備的主保護(hù)，它靈敏度高、選擇性好，已成功應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、電抗器、電動(dòng)機(jī)、母線(xiàn)、線(xiàn)路等主設(shè)備上。在智能電網(wǎng)中光纖差動(dòng)保護(hù)將獲得更廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠洳皇苓\(yùn)行方式變化的限制，不受潮流流向變化的影響。同時(shí)在智能電網(wǎng)中，光纖差動(dòng)保護(hù)將不僅僅接入線(xiàn)路雙端電流，或環(huán)網(wǎng)三端的電流，而是可能接入多側(cè)電流，由裝置決策參與線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的電流通道。

5.結(jié)束語(yǔ)

在分析智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，指出了傳統(tǒng)電網(wǎng)繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成的區(qū)別。同時(shí)分析了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)中必須考慮的3個(gè)問(wèn)題，包括保護(hù)定值自適應(yīng)：保護(hù)功能根據(jù)運(yùn)行方式的變化做相應(yīng)的調(diào)整以及引入壞境條件對(duì)保護(hù)定值的影響，從而提出了新的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式。

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