配電網智能保護及控制系統應用研究

楊水其

（廣東電網公司江門恩平供電局,廣東 恩平 529400）

1 智能保護研究的背景

1.1 繼電保護的發展歷史

近年來，電力系統繼電保護技術的發展取得了很大的發展，而其大概經歷了以下幾個歷史時期：首先是從上世紀50年代開始的晶體管繼電保護研究，然后是70年代中期開始的集成電路型繼電保護研究，隨之而來的是80年代初進行的微機繼電保護研究、最后是從上世紀末開始的伴隨著國內微機保護的軟硬件的發展而進入的微機保護時代。國內目前使用的多數線路保護機制依然是微機保護。

繼電保護的發展朝著計算機網絡化，保護、控制、數據通信一體化和人工智能化的方向發展。計算機網絡化繼電保護指的是以數字式計算機為基礎而構成的繼電保護，并使得裝置能夠以網絡為媒介令每一個保護單元和重合閘裝置都能夠共享整個網絡系統的運行和故障數據，并保證這些單元和重合裝置的協調正常運作。在網絡和計算機日益發展的條件下，微機保護裝置能夠完成數據通信、控制、測量等等相關功能。到90年代，隨著人工智能化諸如模糊邏輯、遺傳算法、神經網絡在電力系統方面的發展，使得電力系統開始轉向人工智能方向研究，為繼電保護解決許多常規問題提供新的解決方法。

1.2 常規微機保護局限性

微機保護的局限性通常有以下幾點：微機保護技術優勢的發揮在于產品的質量，所以，應嚴格篩選質量高的廠家生產的微機保護裝置；微機保護的操作過程復雜，需通過鍵盤輸入很多項定值，不容易被運行人員接受，這一方面需簡化；微機保護的價格較高，遠大于常規保護，因適當調低價格，增加推廣；同時，微機保護裝置一般采用一臺微機保護裝置一臺打印機的輸出方式，隨著微機保護的廣泛使用，打印機數量增加，所以，一旦出現電網出現不平衡，很可能都處于緊張的打印輸出信息狀態，而無論該信息是否需要，這樣既浪費，又不便于管理。

1.3 通信技術的發展

隨著國內科技實力的不斷提升，通信技術的發展為基于網絡通信的智能化、區域化保護及控制系統的發展提供了基礎。

2 智能保護原理研究

2.1 智能電網的技術內涵

智能電網涵蓋了電力系統的幾乎所有領域，它以智能一次設備和二次設備為基礎，并且與計算機、通信技術等技術結合。并從技術角度來講，未來的智能電網在電力市場化、新能源發電以及電網自愈能力等方面都有各自的發展方向。圖1所示為智能電網的研究與實施內容。

圖1 智能電網的技術解析圖

智能電網的建立，是以電力系統和通信系統高度發展集成為基礎而實施進行的。智能電網主要包括倆大部分：智能的輸電網和配電網。

智能變電站是實現電網智能化控制和運行的要點所在。以此為前提，電網智能化的目標包括：建立一個基于同步信息的廣域保護和緊急控制一體化理論與技術,緊急控制系統、區域穩定控制系統等具有多道安全防線的綜合防御體系。

2.2 智能電網的運行特點

未來智能配電網結構和功能是現有的系統結構和功能的擴展,是建立在此基礎之上的，且從功能上必須完成兩個目前結構所無法達成的兩個要求：（1）支持高比重的分布式能源接入電網,以達到提高系統運行的靈活性、整體性以及效率提高的目的；（2）支持綜合考慮終端用戶和配電系統的控制任務，以完成系統性能的優化、預期的安全穩定性與設想的電能質量的工作目標。

智能配電網務必擁有分層分塊的結構體系，因為只有這樣才能夠使得每個微型電網模塊都擁有其自身所具有的所謂的孤島運行能力，最終達到提高城市電網的健壯性、保證電網運行的安全性和系統運行的靈活性的終極目標。

3 智能電網的保護控制系統

如圖所示，為一智能電網保護控制系統的設計原理。

圖2 智能電網保護控制系統設計圖

由圖2所示設計圖能夠得出，其結構是符合人工智能的多代理系統結構，各個保護控制單元都具有自身的通信和智能判斷功能。保護控制單元采用多代理智能體結構，各個保護代理間實現信息交換和協調配合，從而能夠使得基于微電網保護的配電系統保護控制擁有分布計算和分布式控制的能力。就目前國內外的研究情況來看，關于微電網控制模式方面的研究主要有3種：主從控制模式、對等控制模式和基于多代理系統的分層控制模式。而從發展角度來說，后者更符合未來微電網的發展,但是，其在實現方式上具有一定的難度。

包含微電網的配電系統在受到一定的外界擾動后，其正常工作的過程可能會出現振蕩現象等其他干擾情況。若在擾動影響以后，系統無法再重新建立穩定的運行狀態，則會使得微電網與配電網主系統之間發生失步現象。失步的發生通常會比較復雜，從以往的研究情況來看，是假設發電機的暫態電勢能夠保持恒定，但是這種假設并不是適用于任何場合，很多情況下是不滿足條件的，所以，避免微電網的失步現象發生也是必須重點解決的問題。

4 智能保護應用難點及未來發展趨勢

4.1 智能保護應用難點

智能變電站運用先進、可靠、環保、低碳的智能設備，并以全站信息數字化、通信網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等功能，并根據需要支持電網實施自動控制、協調互動、智能調節、在線分析決策等高級功能的變電站。

智能變電站由三個部分組成：分別是變電站的數字化和信息化、智能一次設備和一個高級應用。其中，真正關鍵的比較難的點是智能一次設備。這些方面，還是體現在廠家的產品監督工作沒做好導致裝置可靠性不夠。比如說，部分電子式互感器可靠性問題有待改善。伴隨此類可靠性出現的問題通常是由于抵抗環境變化的能力問題，而裝置的設計和制造是實現此項能力的重點。由于原控制單元的主要工作是控制，現在將其下放到產品后，會擁有比原來更加惡劣的一次側環境，從而導致這種情況發生。就目前來說，智能變電站的問題還是較多的，所以，這個研究過程是個比較長期的推進過程，需更多改造。

4.2 智能保護的未來發展趨勢

數字化、信息化一定是未來智能電網發展的重點。首先，毋庸置疑是從數字化和信息智能化。其次，務必保證產品的可靠性。再次，要求產品的可視化方面工作做好。關于可視方面，因可視化中壓產品中的應用有限，而且中壓產品本身得可靠性就比較高，價格而且還比較便宜，如果投入復雜的東西進去就會不恰當。

智能電網要在國內可能解決幾個問題：一是可再生能源的接入問題，二是電網自身利用效率低的問題。而可再生能源的接入和用戶都是在配網側，所以只輸電而不做配網是無法完成要求的。

5 結束語

智能電網的研究涉及了電力系統的各個領域，是未來電力系統的發展方向。文章給出了智能保護建立理論的基礎，對于真正需要完成的目標，需要采取應對措施，積極面對智能電網工作過程中帶來的困難，攻堅克難，保證電力系統更加有效合理的運作，保證電網運行更加有效地進行。

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