智能电网继电保护技术探讨

智能电网继电保护技术探讨

发表时间：2016-07-25T13:58:49.813Z 来源：《电力设备》2016年第10期作者：孙瑜敏

[导读] 近年来，随着社会的发展，人们对电能需求量的不断增大。

（国网河南省电力公司新乡供电公司河南省新乡市 453000）

摘要: 近年来，随着社会的发展，人们对电能需求量的不断增大，各供电企业也越来越重视智能电网建设，由于智能电网具有一些新特点，这就对电网的继电保护提出了更高要求，为使智能电网继电保护更科学、更合理，本文介绍了智能电网网络结构特点，分析了传统电网继电保护与智能电网继电保护构成的区别，阐述了智能电网继电保护构成的关键技术，提出了新的继电保护实现原理，研究了智能电网继电保护需考虑的主要问题，以供同行参考。

关键词: 智能电网；网络结构；继电保护；关键技术

智能电网作为当今世界电力系统发展变革的最新动向，已由最初模糊的概念到了具体实施阶段。国家电网公司提出加强智能电网建设的决议，灵活的可重构配电网络拓扑是智能电网的基础，它使系统在经历故障时，把故障影响范围局限在最小范围，并可迅速通过其他连接恢复对其他部分的供电。为此未来的智能电网不再是简单的环状或辐射状，而是复杂的网状结构，这种网状结构对继电保护提出了新的要求。目前传统的保护大多是分散式保护，这种类型的保护利用的信息有限，通过多台装置相互配合即可实现整个变电站的保护要求。但在智能电网中灵活的网络拓扑，不固定的运行方式使孤立的单一保护装置存在定值整定困难，信息少使得保护性能受影响或判据太复杂，需要多台装置配合，要求的电压互感器(TV)和电流互感器(TA)多、电缆使用量大，增加维护难度、价格高等一系列问题，所以研究新型的适用于智能电网的继电保护势在必行。

1、智能电网的网络结构模型

传统电网中，典型的网络拓扑结构有总线型、环型、星型线路。这些均为线型模型，运行方式相对比较单一，每一个电源点的潮流流向是单向的，因而能方便地利用电流保护、距离保护实现。

智能电网中，网状结构使每个点即可能是电源点又是最终的用户点，因此线路潮流的流向是双向的；另外分布式电源作为网状电网的一个点，也可能会从系统中解列出来，形成微网单独运行，等效模型如图1所示。这种电网的运行方式是不确定和易变的，从而导致系统运行阻抗的千变万化，最终导致传统的过流保护、距离保护定值无法整定，保护不能单独使用。

图1 智能电网网络结构示意图

2、传统电网继电保护构成

传统电网中，电源点的潮流流向是确定的。通常保护输入的是本侧的电气量，包括:三相电流，三相电压。通过对这些电气量的判别，就基木上满足相关保护的要求。线路光纤差动保护最多是输入被保护线路对侧的电流，所以传统继电保护电气判别量基木上固定不变，并且基本上只需要木保护对象的电气量。

3、智能电网继电保护的几个问题

当继电保护应用于智能电网时，保护必须考虑3个方面的问题。第一个要考虑的问题是：灵活的运行方式、不确定的潮流流向，要求保护定值具有自适应功能。一条线路的继电保护装置的信息除了本线路的电气量外，还必须包括与该线路相关的所有线路的运行状况，综合所有相关信息对保护定值进行实时修正。第二个要考虑的问题是:保护功能需根据运行方式的变化做相应的调整。保护装置的定值、保护范围都应该根据运行方式做相应的调整。第三个要考虑的问题是:引入坏境条件对保护定值的影响。智能电网利用散布在电网中的传感器得到实时信息监控输电线路的温度和容量，并调整功率流使其更接近运营极限。为此我们必须实时调整输电线路过负荷保护的定值，以适应温度和容量变化带来的影响。

4、新的继电保护实现原理

4.1智能电网继电保护构成

由上述分析可见，智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高要求，另一方面通信和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件。

智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测，实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。例如，智能电网电源点为某大型工矿企业的自备风力发电厂，白天工厂用电量大，需从系统吸收功率，晚上工厂用电量明显下降，风力发电厂向电网输送功率。为了实现风力发电厂和电厂出线的可靠保护，需对风力发电厂的潮流进行监控，根据潮流流向及输送功率的大小对出线配置保护(距离保护、电流等后备保护)的相应定值进行修正。

另外，对保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其他设备的运行信息。一方面保证故障的准确实时识别，另一方面保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。所以智能电网继电保护装置

保护动作时不一定只跳本保护对象，有可能在跳本保护对象时还需发连跳命令跳开其他关联节点，也有可能只发连跳命令跳开其他关联节点，不跳开本保护对象。

图2为智能电网继电保护构成示意图。在智能电网中，通过监控系统对本保护对象和其关联节点的运行状况进行分析和决策，实时调整相应继电保护装置的保护功能和保护定值，使保护装置适应灵活变化的运行工况。同时由保护功能决定参与故障判断的电气量信息和保护动作策略。

图2 智能电网继电保护构成示意图

4. 2差动保护在智能电网中的应用

纵差保护是电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择性好，已成功应用于发电机、电抗器、电动机、母线、线路等主设备上。

在智能电网中光纤差动保护将获得更广泛的应用，因为其不受运行方式变化的限制，不受潮流流向变化的影响。

同时在智能电网中，光纤差动保护将不仅仅接入线路双端电流，或环网三端的电流，而是可能接入多侧电流，由装置决策参与线路差动保护计算的电流通道。

5、结束语

在分析智能电网网络结构和特点的基础上，指出了传统电网继电保护与智能电网继电保护构成的区别。同时分析了智能电网继电保护中必须考虑的3个问题，包括保护定值自适应：保护功能根据运行方式的变化做相应的调整以及引入坏境条件对保护定值的影响，从而提出了新的继电保护实现方式。

参考文献:

【1】余贻鑫，奕文鹏.智能电网【J】.电网与清洁能源,2009,25 (1):7-11. 【2】肖朝霞，王成山，王守相.含多微型电源的微网小信号稳定性分析【J】.电力系统自动化，2009,33(6). 【3】王维检.电气主设备继电保护原理及应用【M】.北京:中国电力出版社，2002. 【4】唐涛，诸伟楠，杨仪松等.发电厂与变电站自动化技术及其应用【M】.北京:中国电力出版社，2005. 作者简介:

孙瑜敏（1972年2月28日）、性别：女、民族，籍贯：河南省新乡市，（单位：国网河南省电力公司新乡供电公司；；大专；变电运行高级工；助理工程师；研究方向：智能电网）。