1 　概述

經濟和社會的發展使電力系統的電壓等級升高、電網復雜程度增加,給電力系統的安全穩定運行帶來巨大挑戰。作為保障電力系統安全穩定運行“三道防線”中第一道防線的繼電保護也面臨嚴峻的考驗,傳統保護整定配合越來越困難。

隨著國家電網公司智能電網建設的開展,智能電網的特征帶來的網絡重構、分布式電源接入、微網運行等技術,對繼電保護提出了新的要求,基于本地測量信息及少量區域信息的常規保護在解決這些問題時面臨較大的困難;同時,新技術(如新型傳感器技術、時鐘同步及數據同步技術、計算機技術、光纖通信技術等) 的研究與應用也給繼電保護的發展提供了廣闊的發展空間。在以上因素的促進下,基于廣域測量信息,從系統的角度綜合考慮繼電保護設計和配置的廣域繼電保護得到了越來越多的關注。

2 　廣域保護技術的發展

早在1997 年,瑞典學者Bertil Ingel ssON 就提出了廣域保護的概念 ,用來預防長期電壓崩潰等控制功能。國際大電網會議將廣域保護的功能及控制手段和目標進行了定義。

廣域保護系統包含繼電保護和安全自動控制兩方面內容,其中,廣域繼電保護作為廣域保護的重要組成部分,對輔助傳統主保護、提高保護定值的自適應能力、簡化保護配合、縮短保護動作時間等方面起關鍵作用,有助于從根本上切實解決現有繼電保護存在的適應能力差、整定配合復雜等難題,提高保護的自適應能力。

1998 年日本學者Yoshizumi Serizawa 將廣域思想與繼電保護結合起來,提出基于GPS 通過光纖通道傳送多點電流信息,構成廣域差動保護的觀點。電流差動保護的范圍不限于某電氣元件,而擴至該元件的相鄰區域,不僅能為元件提供快速的差動主保護,還可為相鄰區域提供動作延時小、選擇性好的差動后備保護,提高保護系統的性能。有學者提出了一種基于多Agent 的廣域電流差動保護系統,借助專家系統實現電流差動、后備保護區的動態在線劃分,然后通過各保護Agent 間的配合協調實現對整個電網的主、后備電流差動保護。廣域后備保護可利用專家系統方法實現 ,在給定網絡的拓撲結構、相鄰幾級變電站中繼電器的動作情況以及斷路器的開合狀態的前提下,利用所定義的動作因子AF (action factor) 的大小來判定故障位置。AF 描述了基于所有已動作了的保護設備判斷某元件故障的可能性大小,這種方法旨在保證主保護故障時能正確隔離故障。

3 　智能電網將對傳統繼電保護的影響

智能電網一個重要的功能特性是自愈性。“自愈”指的是把電網中有問題的元件從系統中隔離出來,并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態,同時,幾乎不中斷對用戶的供電服務。運用本地和遠程設備的通信幫助分析故障、電壓降低、過載等系統運行狀態,并基于這些分析采取適當的控制行動。智能電網將安全、無縫地容許各種不同類型的發電和儲能系統接入系統,簡化聯網的過程。

未來智能電網中,電網的自愈特征將會對繼電保護的選擇性、可靠性、速動性、靈敏性提出更高的要求,對常規繼電保護的配置方法提出新的要求,常規保護在這幾個方面根據實際情況的不同會有所側重。特高壓電網的建設、電網規模的擴大,將導致短路電流增大很多,因此,應對短路電流增大造成的定值可靠系數降低、短路電流抑制設備的運行等問題進行分析研究,提出相應對策。分布式電源的靈活接入、多變壓器的運行方式帶來的后備保護配合、雙向潮流、系統阻抗的變化等問題均會給繼電保護定值整定帶來困難,保護定值的適應能力也將受到嚴峻考驗。

同時,智能電網將給繼電保護的發展帶來新的契機,智能電網中所采用的新型傳感器技術,例如電子式或光電式互感器不受傳統電磁式互感器飽和的影響,對故障時電氣量的采集更為精確,簡化了保護的數據算法,縮短了數據處理時間。智能電網的數據同步技術、時鐘同步技術、通信技術、計算機技術以及IEC 61850 標準的應用,可以提供區域范圍內數據采集的高精度同步,滿足數據采集傳輸的實時性,保障數據傳輸過程的冗余和可靠性;也可為新原理的實現、工業控制技術在電力系統的應用提供技術支持,為廣域保護的新原理、新算法和實際應用提供了基礎支撐。

4 　智能電網下廣域繼電保護應采取的措施及技術考慮

廣域繼電保護應用于實際時,若在整個系統內實現集中保護,由于系統規模增大造成的大量數據采集點、海量數據、傳輸距離和速度等因素,會增加廣域繼電保護實現的難度,也將增加保護配置、運行和維護的難度,保護可靠性難以得到保證。因此,還應該結合實際系統進行廣域繼電保護區域結構的確立,綜合考慮、合理利用智能電網新技術,使廣域繼電保護更有利于實際應用。