淺談智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)發(fā)展的影響

摘要：經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展使電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)升高、電網(wǎng)復(fù)雜程度增加，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展要求繼電保護(hù)系統(tǒng)具有更大的靈活性和可靠性。作為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行“三道防線”中第一道防線的繼電保護(hù)也面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，傳統(tǒng)保護(hù)整定配合越來(lái)越困難。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng) 繼電保護(hù) 影響

智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，被認(rèn)為是21世紀(jì)電力系統(tǒng)重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢(shì)。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。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的開(kāi)展，智能電網(wǎng)的特征帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、分布式電源接入、微網(wǎng)運(yùn)行等技術(shù)，對(duì)繼電保護(hù)提出了新的要求，基于本地測(cè)量信息及少量區(qū)域信息的常規(guī)保護(hù)在解決這些問(wèn)題時(shí)面臨較大的困難。智能電網(wǎng)將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)，電子式互感器、數(shù)字化變電站技術(shù)、廣域測(cè)量技術(shù)、交直流靈活輸電及控制技術(shù)的大量應(yīng)用，必然對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)帶來(lái)影響。

1 智能電網(wǎng)

1.1 定義

盡管各國(guó)專家針對(duì)提高電網(wǎng)智能化水平及等級(jí)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，但是，智能電網(wǎng)仍處于起步研究階段，尚無(wú)明確的定義。由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動(dòng)因素不同，各國(guó)的電網(wǎng)企業(yè)和組織均以自己的方式理解智能電網(wǎng)。對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行研究和實(shí)踐，各國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的思路和重點(diǎn)也各不相同。因此，智能電網(wǎng)的概念處于不斷豐富、發(fā)展階段。

1.2 特點(diǎn)

國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本特征的定義為技術(shù)上體現(xiàn)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。管理上體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。信息化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的實(shí)施基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)信息的高度集成、共享與利用；數(shù)字化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)形式，定量描述電網(wǎng)對(duì)象、結(jié)構(gòu)、特性及狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各類信息的精確高效采集與傳輸；自動(dòng)化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)手段，依靠先進(jìn)的自動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行控制自動(dòng)化水平的全面提高與管理水平的全面提升；互動(dòng)化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求，實(shí)現(xiàn)電源、電網(wǎng)和用戶的友好互動(dòng)和相互協(xié)調(diào)。堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本內(nèi)涵。

2 智能電網(wǎng)將對(duì)繼電保護(hù)的影響

作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定第一道防線的繼電保護(hù)，按傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置不能適應(yīng)于智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)將影響現(xiàn)有繼電保護(hù)的應(yīng)用。

2.1 數(shù)字化

智能電網(wǎng)的一個(gè)重要特征是數(shù)字化，對(duì)繼電保護(hù)而言：一是測(cè)量手段的數(shù)字化，二是信息傳輸方式的數(shù)字化。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)及智能化儀器、設(shè)備的推廣，傳統(tǒng)的互感器將逐步退出運(yùn)行。電子式互感器采用網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置和智能斷路器連接，大大簡(jiǎn)化了二次回路接線，易于維護(hù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

對(duì)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)了兩個(gè)方面的變革：一是信息獲取，雖然繼電保護(hù)主保護(hù)的功能仍然是“自掃門(mén)前雪”，但由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓蚕硇裕梢垣@取全站相關(guān)設(shè)備元件的信息(電氣量信息)。二是信息發(fā)送，由于采用帶數(shù)字接口的智能斷路器，跳合閘等控制信號(hào)的傳輸方式也由二次電纜改為數(shù)字信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.3 廣域化

近年來(lái)，隨著我國(guó)電網(wǎng)信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)，繼電保護(hù)信息專用網(wǎng)絡(luò)也已初步建成，將成為智能電網(wǎng)控制的重要環(huán)節(jié)。雖然WAMS網(wǎng)絡(luò)和繼電保護(hù)信息系統(tǒng)建設(shè)的初衷不是為繼電保護(hù)服務(wù)，但利用其提供的廣域信息來(lái)提高后備保護(hù)的性能、提高安全自動(dòng)裝置的性能卻值得思考。

2.4 輸電靈活化

智能電網(wǎng)的一個(gè)最大特點(diǎn)就是輸電效率的提高，控制手段的靈活。智能電網(wǎng)中必然大量采用諸如可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量控制裝置、統(tǒng)一潮流控制器及STATCOM等交流靈活輸電技術(shù)。另外，我國(guó)電網(wǎng)的交直流混合輸電的特征也使電網(wǎng)中非線性可控電力元件數(shù)量大大增加。

3 值得關(guān)注的繼電保護(hù)的幾個(gè)問(wèn)題

近年來(lái)，由于信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，電保護(hù)專業(yè)得到了較大的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置的可靠性、功能的完善性、操作的方便性及操作界面的人性化等要求已基本滿足。我國(guó)繼電保護(hù)在原理上能夠滿足我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行的要求。智能電網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展改變了電能傳輸?shù)哪承┨攸c(diǎn)，信息化和數(shù)字化的特征使智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了本質(zhì)的差別，作為繼電保護(hù)專業(yè)，也需要適應(yīng)其發(fā)展，進(jìn)行相關(guān)的研究工作。

3.1 利用數(shù)字化提高保護(hù)性能

互感器傳輸性能的提高和互感器故障的減少使繼電保護(hù)不需要再考慮電流互感器飽和、二次回路斷線、二次回路接地等互感器故障問(wèn)題。電氣量信息傳輸?shù)恼鎸?shí)性也為繼電保護(hù)裝置性能的提高帶來(lái)了便利條件。如何簡(jiǎn)化繼電保護(hù)的輔助功能，利用數(shù)字化傳感器提高繼電保護(hù)的整體性能，是未來(lái)繼電保護(hù)發(fā)展需要研究的核心問(wèn)題。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化將改變繼電保護(hù)的配置形態(tài)

基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化變電站改變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)信息獲取和信號(hào)發(fā)送的媒介，利用網(wǎng)絡(luò)上共享的站內(nèi)其它相關(guān)電氣元件的信息提高主保護(hù)的性能，利用共享的控制信號(hào)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化繼電保護(hù)配置，是智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)研究的前沿性問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)共享信息的同時(shí)，也帶來(lái)基于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩詥?wèn)題。與傳統(tǒng)二次電纜的傳輸方式不同，控制信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性必須得到保證。數(shù)字化變電站條件下繼電保護(hù)的可靠性問(wèn)題及如何進(jìn)行保護(hù)配置保證可靠性是網(wǎng)絡(luò)化二次回路的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.3 提高安全自動(dòng)裝置性能

PMU和WAMS網(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)防御和緊急控制提供廣域信息，能夠利用其已建成的網(wǎng)絡(luò)，提高對(duì)時(shí)間敏感性不強(qiáng)的后備保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的性能，改變現(xiàn)有保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的延時(shí)整定原則，使其能夠在某些情況下及時(shí)判斷系統(tǒng)故障，采取措施避免大停電等惡性事故的發(fā)生。

3.4 繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)

風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能等新能源接入的隨機(jī)性，使電網(wǎng)接入安全問(wèn)題日益受到重視，相應(yīng)的調(diào)度方式在智能電網(wǎng)背景下將更快、更靈活地調(diào)整傳輸方式和潮流方向。以電力電子控制為依托的電網(wǎng)靈活控制方式將改變傳統(tǒng)電網(wǎng)的故障暫態(tài)特征，研究適應(yīng)智能電網(wǎng)靈活控制的繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)是智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)相關(guān)研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

3.5 在線整定技術(shù)

自適應(yīng)保護(hù)的思想在繼電保護(hù)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，限于條件，傳統(tǒng)的自適應(yīng)保護(hù)僅能根據(jù)被保護(hù)線路的運(yùn)行情況對(duì)定值進(jìn)行調(diào)整，不能利用全網(wǎng)信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地判斷運(yùn)行方式來(lái)調(diào)整定值。智能電網(wǎng)的發(fā)展有望改變這一現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)在線整定。

4 結(jié)語(yǔ)

智能電網(wǎng)的建設(shè)是電力系統(tǒng)的一次重要變革，是電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向。如今，智能電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始，建設(shè)過(guò)程中新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用將給繼電保護(hù)專業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，相關(guān)研究的深入，繼電保護(hù)專業(yè)要適應(yīng)電網(wǎng)需求向智能化方向發(fā)展，跟進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)步伐，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支持。

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