智能电网发展趋势下的广域继电保护研究

智能电网发展趋势下的广域继电保护研究

发表时间：2017-09-07T15:13:00.017Z 来源：《电力设备管理》2017年第7期作者：李嘉颖[导读] 智能电网的建设影响了我国电力系统发、输、配、用各个环节，使继电保护的运行环境发生了显著变化，对保护提出了更高要求。

广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞 523000 摘要：智能电网是我国电力工业发展的新方向，继电保护作为保障电网安全运行的第一道防线，需要积极适应电网变革。本文介绍了我国智能电网建设的特殊问题，对广域保护的概念、功能定位和系统构成模式进行讨论，并分析了广域保护主要算法的原理和特点。

关键词：智能电网；继电保护；广域保护

0 引言

智能电网的提出和建设是21世纪电力工业的新举创，是世界范围内应对能源环境问题和提升电网运行质量的有力措施。智能电网的建设影响了我国电力系统发、输、配、用各个环节，给作为电网安全运行第一道防线的继电保护带来了挑战，传统保护存在的诸多不足逐渐暴露。

1 我国智能电网建设面临的特殊问题

近年来在政策鼓励和社会需求双重助力推动下智能电网得到了大力的发展，尤其表现在超特高压电网投运、大规模新能源并网和智能配用电方面，同时智能电网的建设也面临着一些特殊问题。

1.1 远距离、交直流混合、超/特高压输电构成的大电网

随着电网规模日益复杂，其安全问题也更加突出。电力系统越庞大，事故发生概率越高，且大型互联电力系统在增强输电能力的同时也激生了由局部扰动衍生为全局故障的潜在威胁，数次大停电事故证明了这一个威胁的高发性。

1.2 波动性新能源电力以规模化接入电网为主要利用方式

新能源电力具有间歇性、随机性和可调度性差的特点，在电网接纳能力不足的情况下，会给电力系统的安全稳定造成威胁。新能源接入系统后会影响电能质量，还可能导致保护和自动装置误动作。另外，与常规电源相比，新能源电力运行控制方式有较大区别，给常规暂态稳定控制措施带来挑战。

1.3 配电网发展相对滞后，缺少需求侧对电网的支持响应能力

配电网直接面向用户，是保证供电质量、提高运行效率的关键环节。长期以来我国采用单向的电力供应消费模式，电网和用户之间缺乏有效互动，导致负荷“峰谷”差额大，用电负荷率低。

2 广域保护研究

2.1 广域保护的概念

受软硬件技术的限制，一直以来继电保护所利用信息主要为单端量和双端量两种，信息位置主要为被保护设备自身信息。随着电网运行环境日益复杂，传统保护原理由于信息量少，反应故障的角度单一，其不足逐渐暴露，而智能电网的发展又为实现多信息化继电保护搭建了平台，广域保护成为了新形势下继电保护发展的重点方向[1]。

广域保护融合与故障有关的多点、多类型信息，通过对信息的综合判断,实现开放/闭锁保护、调整保护动作特性、制定跳闸策略等功能。由于检测故障的角度更加全面，使保护在适应系统运行方式变化、减少保护对定值依赖、克服过负荷和振荡影响，以及提升保护动作速度等方面有更加良好的表现。

2.2 广域保护的功能定位

广域保护的定位应该以承担后备保护功能为重点。主要基于三个原因：1）元件主保护对快速性有很高要求，广域保护通过多信息交互和集中判断来实现，若作为主保护在快速性方面没有优势；2）目前电网主保护以电流差动保护和方向/距离纵联保护为主，具有绝对选择性，保护性能相对完善，不需要通过广域的方式来实现；3）传统后备保护以单端量原理为主，如前文所述，其整定配合复杂、动作延时长、适应性运行方式变化能力差、过负荷易误动等缺陷成为了大电网的安全隐患，已直接和间接地导致了数次大停电事故的发生，急需予以革新。

2.3 广域后备保护的构成模式

广域后备保护系统有三种构成模式，即广域集中式、IED分布式以及站域集中与区域分布相配合的模式，三种模式分别具有不同的特点。

2.3.1 广域集中式

如图1所示，广域集中式决策主机位于系统某中心站，其覆盖范围为整个区域电网，所包含厂站可以达到数十个甚至更多，以被保护设备为基本单元，通过直接集中全部信息进行故障判断。这种模式信息集中规模最大，检测故障角度最全面，同时对保护主机安全性和处理能力的要求最高。

图1 广域集中式

2.3.2 IED 分布式

图2为IED分布式结构，该模式的决策单元为分布在各被保护设备处的IED元件，各IED采集本地信息并与相关IED进行信息交互完成保护功能。这种模式的优点在于保护构成方式灵活，适应能力强，对单一决策元件依赖度低，而其缺点在于信息交互总量大、保护配置复杂、对通信条件要求高。

图2 IED 分布式

2.3.3 站域集中与区域分布相配合的模式

图3为站域集中与区域分布相配合的模式，此种模式同时包含了站域保护功能和区域保护功能。站域保护实现站内元件的后备保护功能，由设置在每一个厂站的站域主机集中本站各元件信息完成，各站同时作为区域保护子站构成分布式系统。区域保护主要针对站间联络线故障，由相关站域主机交互信息进行判断，同时对站内元件提供远后备功能。

图3 站域集中与区域分布相配合的模式

与广域集中式相比，站域区域相配合的模式对主站运算能力和主站安全性要求较低，通信延时短，交互信息相关度高；与IED分布式相比，其信息交互和判断故障机制简单，故障识别的重复工作少，利于后备保护向配置简单化的方向发展。

2.4 广域后备保护的主要算法

广域后备保护判断故障元件的算法大致可以分为两类，即基于同步电气量的故障元件识别算法和基于间接量信息的故障元件识别算法[2]。

2.4.1 基于同步电气量的故障元件识别算法

广域电流差动属于同步量故障元件识别算法中的一类，是传统元件电流差动的拓展，具有可靠性和灵敏度高、受振荡和过渡电阻影响小等优点。在具体实现上也有多种形式，如通过“大圆套小圆”的方式提高故障判断的可靠性；或首先利用故障后电网各节点正序故障分量电压进行故障粗定位，然后再用电流差动原理进一步选出故障元件，从而有效提高保护判断的速度和准确度。由于广域电流差动性能优越，在电网中有同步条件时是构成保护的首选原理。

同步量算法中还有一类是根据故障发生后各测点受故障影响程度不同以及包含的故障信息不同，利用数学统计分析理论提取其中的故障特征加以分析归类，从而实现故障区域划分和故障元件识别。该类算法的特点是能够快速处理大量数据，尤其适合实现“故障粗定位”。

2.4.2 基于间接量信息的故障元件识别算法

间接量是采用不同位置处方向、距离、电流等元件输出的信息，利用信息之间存在的关联性、一致性和互补性识别故障元件，具有无需同步采样、构成原理简单、交互数据量小和容错能力强等优点。该类算法适应各种模式的广域保护系统，可以独立承担保护功能或与其他保护原理配合使用。

5 结论

智能电网的建设影响了我国电力系统发、输、配、用各个环节，使继电保护的运行环境发生了显著变化，对保护提出了更高要求。同时智能电网搭建了先进的信息平台，继电保护具备了集成广域信息的条件，有望通过转变实现方式大幅度提升保护性能。

参考文献

[1]高超. 面向智能电网的广域保护研究[D].南京理工大学,2013.

[2]张坤. 振动法检测短路冲击下电力变压器绕组变形[D].上海交通大学,2013.

作者简介：

李嘉颖（1985-），女，助理工程师、高级工财务部资金结算助理专责，先后从事营销项目运营、人力资源管理、财务管理工作。e-mail：99327384@