智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)探討

摘要：文章從多個(gè)方面探討了智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)：首先，分析了智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)智能電網(wǎng)繼電保護(hù)定義，從美國、歐盟和中國三個(gè)角度分析了不同的保護(hù)策略；最后，探討了中國智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；人工智能；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM774 文章編號(hào)：1009-2374（2015）13-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.065

1 智能電網(wǎng)的定義

目前，傳統(tǒng)的電網(wǎng)模式正在逐漸被智能電網(wǎng)的模式所取代。智能電網(wǎng)是一種新興的電網(wǎng)模式，它是基于人工智能的相關(guān)理念，利用信息技術(shù)的思想，與電子電氣一體化的方法相結(jié)合的產(chǎn)物。它由于良好的應(yīng)變性和杰出的智能性，已經(jīng)成為了現(xiàn)代世界電力系統(tǒng)發(fā)展以及改革的最新方向。智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)在于靈活而又多變的可重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義為一種網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，較之于之前的一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和多變，對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)提出了新的要求。因此，研究適用于智能電網(wǎng)的新的繼電保護(hù)策略已經(jīng)成為了大勢所趨。本文主要通過對(duì)比美國、歐盟和中國三個(gè)國家的智能電網(wǎng)繼電保護(hù)策略，提出合理化的改進(jìn)措施和建議。

2 智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)的電網(wǎng)模型主要有以下類型：總線型、星型、環(huán)型線路等。以線型方式為例，它的特點(diǎn)是比較單一，任何一個(gè)潮流點(diǎn)的流向都是單向的，因而我們的電流保護(hù)策略可以較為方便地實(shí)現(xiàn)，比如以距離保護(hù)的方式進(jìn)行，這是目前在業(yè)界比較流行的一種方式。

而在智能電網(wǎng)中，結(jié)構(gòu)模式由單一的線性結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)變?yōu)榱司W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)里面，任何一個(gè)點(diǎn)既可能是電源點(diǎn)，又可能就是用戶點(diǎn)本身，所以這種方式的線路潮流流向是雙向的。對(duì)于分布式電源來說，它可以既作為網(wǎng)狀電網(wǎng)的一個(gè)點(diǎn)，也可以從整個(gè)系統(tǒng)之中獨(dú)立出來。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)最終就成為了微網(wǎng)的一種單獨(dú)運(yùn)行機(jī)制，它的運(yùn)行方式是不確定的，由此導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行阻抗產(chǎn)生了易變性，并對(duì)過流保護(hù)、距離保護(hù)造成了影響。所以我們必須在傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)模型中施加與智能電網(wǎng)相適應(yīng)的保護(hù)方案，使得電網(wǎng)不會(huì)因運(yùn)行方式的變化，而影響其整體安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 不同區(qū)域的智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)比

3.1 美國

根據(jù)美國電力科學(xué)研究院的具體定義和標(biāo)準(zhǔn)，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)可以描述為以下四大主要特征：（1）自愈性。對(duì)于較為復(fù)雜的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)來說，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該具備如下功能：可以準(zhǔn)確預(yù)測并及時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)問題，以避免或者減少故障損失電荷、電壓不穩(wěn)定等等電力供應(yīng)質(zhì)量問題。（2）安全性。電網(wǎng)可以在如下兩種狀態(tài)之間更加安全地運(yùn)行，一種是自然狀態(tài)，另一種是計(jì)算機(jī)監(jiān)控狀態(tài)。保護(hù)系統(tǒng)利用相應(yīng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同配置識(shí)別相應(yīng)不穩(wěn)定和不安全行為。（3）兼容性。保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該支持電網(wǎng)廣泛接入分散電源，利用標(biāo)準(zhǔn)化的電力網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，讓用戶能夠?qū)⒐夥L(fēng)能等分布式電源進(jìn)行就地連接。這些新的分布式能源形式，本質(zhì)上是多種多樣的，它甚至可以是生物能等可再生能源，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該讓這些能源實(shí)現(xiàn)“即插即用”。（4）交互性。智能電網(wǎng)中的用戶可以對(duì)自己的用電設(shè)備和用電裝置進(jìn)行良好的控制，而這種交互方式是不區(qū)分用戶具體特征的，無論是工商業(yè)用戶還是普通居民用戶，所以保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該能夠在智能能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)用戶智能一體化管理，并通過這樣的方式來節(jié)省能源損耗。

3.2 歐盟

按照歐盟委員會(huì)確定的標(biāo)準(zhǔn)，智能電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)必須具備以下特點(diǎn)：首先是靈活性。也就是說，應(yīng)該人為地為智能電網(wǎng)設(shè)置多樣接口，從而滿足用戶對(duì)于電力的多樣化需求。其次是易接入性。它應(yīng)該保證所有的用戶都可以很方便地對(duì)于電網(wǎng)進(jìn)行接入操作，從這一點(diǎn)上來說和美國是一樣的，例如能隨時(shí)接入生物能、太陽能、風(fēng)能等清潔而又高效的能源。最后，還有兩種較為苛刻的要求，它們分別是可靠性和經(jīng)濟(jì)性。所謂可靠性，就是要求讓智能電網(wǎng)比傳統(tǒng)電網(wǎng)更加安全更加可靠的供電，因此在可靠性指標(biāo)上，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)提出了更高要求。所謂經(jīng)濟(jì)性，則主要是通過一些實(shí)時(shí)和智能的調(diào)節(jié)策略來進(jìn)行有效的能源管理，這是傳統(tǒng)電網(wǎng)所不具備的，能夠極大提升電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 中國

中國的智能電網(wǎng)發(fā)展不斷提速，智能傳感技術(shù)、新能源并網(wǎng)、電力電子元件泛應(yīng)用等新技術(shù)新手段層出不窮，給繼電保護(hù)也帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。（1）智能傳感技術(shù)。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)用智能傳感技術(shù)后，采集信息時(shí)更加方便，信息的可靠性更高。如：在變壓器保護(hù)中，不僅可以實(shí)時(shí)采集到一、二次電壓及電流，通過安裝溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、液面?zhèn)鞲衅鞯戎悄軅鞲衅鳎€可以對(duì)變壓器的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面有效的監(jiān)測和控制。（2）分布式能源并網(wǎng)。智能電網(wǎng)的一個(gè)顯著特征是分布式能源的接入。但由于分布式電源多采用可再生能源，其接入可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)潮流、電壓和電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行控制等產(chǎn)生不利影響。因此，繼電保護(hù)設(shè)備需要全面考慮這些問題，尤其是分布電源接入后，短路電流的方向和水平發(fā)生變化，保護(hù)如何正確動(dòng)作需要仔細(xì)研究，采取合理的措施解決。（3）電力電子元件的應(yīng)用技術(shù)。功率整流二極管、功率靜電感應(yīng)晶體管、光控晶閘管等器件普遍運(yùn)用于智能電網(wǎng)中，它們?cè)谔岣呦到y(tǒng)控制性能的同時(shí)也帶來了諧波干擾，保護(hù)系統(tǒng)需要充分考慮諧波問題。

4 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的改進(jìn)措施

4.1 利用數(shù)字化來提高保護(hù)性能

數(shù)字化是智能電網(wǎng)的一種重要特征，就繼電保護(hù)來說，首先是實(shí)現(xiàn)測量手段的數(shù)字化，其次是實(shí)現(xiàn)傳輸方式的數(shù)字化。我國智能電網(wǎng)建設(shè)中，智能化儀表的應(yīng)用是重要方面，實(shí)施智能化設(shè)備的推廣十分必要。因此，智能型互感器應(yīng)該逐漸取代傳統(tǒng)的互感器。電子式互感器采用網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置和智能斷路器連接，大大簡化了二次回路接線，易于維護(hù)。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了便利條件。如何簡化繼電保護(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，是未來繼電保護(hù)發(fā)展需要研究的核心問題。

4.2 利用網(wǎng)絡(luò)化改進(jìn)繼電保護(hù)配置

新一代的數(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。首先是信息的獲取，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸共享的背景下，整個(gè)變電站相關(guān)設(shè)備的信息均可以獲取得到；其次是信息的發(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，由此主保護(hù)的性能得到明顯提高。如何利用共享的控制信號(hào)網(wǎng)絡(luò)更好地簡化繼電保護(hù)配置，是智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)研究的前沿課題。

4.3 自動(dòng)整定技術(shù)

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)行方式來調(diào)整定值。我們可以利用全網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)整定和自動(dòng)配置，從分散獨(dú)立的保護(hù)變?yōu)橄到y(tǒng)分布協(xié)同的保護(hù)。這種保護(hù)技術(shù)可以在維持現(xiàn)有裝置的延時(shí)整定原則基礎(chǔ)上，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，提升繼電保護(hù)裝置的性能，更好地判斷與控制故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 欒文鵬.智能電網(wǎng)[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（1）.

[2] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

作者簡介：徐健（1982-），男，湖北荊州人，國網(wǎng)荊州供電公司工程師，研究方向：繼電保護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint