基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究

基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究

发表时间：2019-10-14T15:35:28.723Z 来源：《河南电力》2019年2期作者：胡松涛

[导读] 本文主要通过对广域继电保护的基本原理以及相关知识对其进行相关阐述，并对广域保护的现状以及广域算法应用进行了详细的阐述。

胡松涛

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原 030032）

摘要：本文主要通过对广域继电保护的基本原理以及相关知识对其进行相关阐述，并对广域保护的现状以及广域算法应用进行了详细的阐述。通过对广域两种算法优缺点的分析，提出了现有广域继电保护系统存在的问题以及广域继电保护系统的应用前景。基于广域信息保护的系统已经成为现代电力系统的研究热点，相信它的应用也必将是未来研究中保护与控制的发展方向。

关键词：广域继电保护；保护算法

1 引言

在我国电力系统的持续运行中，继电保护装置是确保电网安全运行的首道防线，对电力系统的安全有着十分重要的作用。如果电力系统出现问题，继电保护装置能够及时反应，那么就能够避免系统状态的进一步恶化，起到保护电力系统的目的。近些年，多起因电网潮流转移导致电力事故、造成大面积停电，传统的继电保护不能够快速反应是一个主要原因。传统的保护方法是采用离线整定方式确定保护定值，系统结构复杂。但是在系统运行的过程中，如果需要将各种因素考虑在内，就无法全面兼顾灵敏性和选择性，无法保证定值能够始终如一的处在最佳状态。而且目前大部分保护装置的保护定值的修改需要人工来完成，增加了继保工作人员的工作量，同时增加了系统因定值误整定而造成事故的几率。所以为了提高电力系统的安全性能，研究出实时的快速反应的继电保护装置是十分必要的。近年来，我国一直朝着建立以信息化、自动化为一体的智能电网而努力，它的建设需要更加精确、更加快速以及更加完善的通讯系统为依托，这为广域继电保护系统的发展提供了良好契机。所谓的广域继电保护，最早提出其概念的是瑞典学者Bertil Ingelsson于1997年提出[1]，那就是主要对严重的故障在长期的电压崩溃的预防，其只对安全自动控制功能进行完成，却不包含继电保护的功能。

2 广域继电保护原理

2.1基于广域信息的自适应继电保护

在电力系统运行过程中，为了满足系统的选择性和灵敏性，必须针对最不利的运行方式进行定值的调整和校验，这不仅使得保护装置的逻辑变得复杂，而且还会降低保护动作的反应速度以及动作的可靠性。随着通信技术和计算机技术的快速发展，使得广域信息的交换成为可能。国内外的学者将目光投向了如何利用广域的信息来准确的感知系统的运行状态，以保证保护装置良好的适应性。通过广域信息，同样还可以提高高阻短路等复杂状态下继电保护的性能。同样通过广域信息获得电网的实时运行状况，可以实现定值校核功能，如果出现不正确的定值，那么就对其进行预警。虽然广域信息理论上非常丰富，但是自适应继电保护能够实时利用的信息还是比较有限。如何利用这些有限的广域信息建立合理的实现方案还需要进行大量的研究。目前，国内外已经不少学者提出了基于广域信息的继电保护方法[2]。

2.2广域电流差动保护

基于对基尔霍夫电流定律中的常规电流差动保护原理简单可靠，并且其灵敏度高，已被广泛的应用在输电线路、母线和电气设备的主保护中，其运行效果非常好[3]。其实广域电流差动保护的原理同传统的常规保护基本一致，能够满足基尔霍夫电流定律，但有一点是不同的，传统的常规电流差动保护的对象只适用于对单个电气元件进行保护，而广域电流差动保护是对一片区域进行保护。目前广泛应用的广域继电保护的原理就是通过快速的收集全网信息，并利用网络通信将网络信息进行综合的判断，以达到能够快速、灵敏的后备保护。广域电流差动保护的工作过程就是在继电器中汇聚各个区域的电流，如果某个位置出现故障，那么就会通过这个部分的电流差进行识别，这样就可以起到后备保护的功能。所以说广域差动保护不但可以实现故障元件的主保护，而且还可以为作为电气元件的后备保护。

2.3 广域纵联方向保护原理

广域纵联方向保护[4.5]是通过比较故障相邻区域测点的故障方向信息，进而准确的将故障位置进行标定，并采取相应的保护措施进行电力系统的保护。其基本构成方法为：（1）在每个断路器或电流互感器处，都会装上一个能够对故障方向进行测量的电子智能装置（intelligent electronic devices，IED）；（2）对于每个IED，都会事先划分好各自所保护的区域，以便于之间相互传输信息；（3）对每一个IED都要列出最大保护的区域以及所被保护的设备等；（4）在所研究的IED内部，将其它IED传来的故障方向信息按对应表中的关系进行计算、比较，确定出故障发生的区段。基于方向元件的广域纵联保护传送的是动作信号和开关量，所以对网络宽带的要求不高。但是元件本身也有可能产生一些误动作。而且这种算法具体的保护区域没有明确的给出，如果电力系统的拓扑发生变化，通信对象不能够进行实时的动态调整，这样广域保护系统发生误判的情况就会发生。

2.4 广域距离的保护原理

基于距离元件的广域继电保护[6.7]是利用相关区域IED的所有距离元件的动作信息和开关信息综合判断来实现故障判别。这种保护算法的主要特点就是利用已有的距离保护、定义距离保护中的动作系数，将概率的思想运用到系统的保护中，判断元件和区域出现故障概率的主要方法是根据主判据来判断。如果出现断路器失灵的情况就需要向相邻的IED发断路器失灵信号，最后由IED检测装置周围是否有故障电流，从而确定是否将断路器断开。基于距离元件的广域保护在同步技术上的研究不是很严格，而且在现有的保护基础上改动的幅度也相对较小。

但是，在系统发生震荡的过程中距离元件很容易产生错误动作，并且其躲过电阻的能力相对较弱。对于广域距离的保护，在未来的技术发展中还有待提高。图1为广域继电保护系统的框架结构图。