淺談智能電網對繼電保護發展的影響

楊政?楊宇鵬

摘要：隨著智能電網建設在我國的逐步推進，傳統的電力系統形態將得到極大改變，電力系統中電子式互感器的投入以及數字化變電站的大量應用必然會影響電力系統的繼電保護。文章分析了智能電網的定義、特點，研究了智能電網對繼電保護的影響，指出了繼電保護今后應重點研究的方向。

關鍵詞：智能電網；繼電保護；電力系統；電子式互感器；數字化變電站 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）21-0121-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.059

依據國家電網公司的“十二五”規劃綱要，未來的電網建設要以特高壓電網建設為骨架，各級電網要協調發展，并且建設出的電網要具有高度自動化、智能化的特征。堅強智能電網將作為未來電網發展的主要方向。電網的智能化建設會大幅改變傳統電力系統的形態，在建設智能電網的過程中，電力系統中大量應用了廣域測量技術、控制交直流技術以及電子式互感器技術，這些技術的應用對電力系統的繼電保護提出了更高要求，為使繼電保護能更好地適應智能電網的建設，我們就必須充分了解智能電網的定義及特點。

1 智能電網的定義及特點

智能電網屬于一種自動化程度特別高的供電網絡，它的各個用戶以及節點都處于實時監控狀態，并且從電力輸電端到用戶端各個節點要能實現雙向流動電流與信息。借助分布式智能、寬帶通信技術與集成自動控制系統，智能電網可實現實時開展市場交易，無縫連接電網各成員，可有效增強供電企業與電力用戶間的互動。

就技術角度而言，智能電網的實際含義大致包括3個層面：首先是借助傳感器實時監控供電系統各環節的重要設備，如發電設備、輸電設備、配電設備以及供電設備等；其次利用網絡系統收集、整合得到的數據；最后通過分析、挖掘數據，實現科學優化管理整個電力系統。

智能電網的主要特征大致可分為以下五點：

1.1 自愈

由于智能電網可對電網實際運行狀態實時掌控，這樣有利于電網故障隱患的及時發現與快遞消除；智能電網出現故障時，自我恢復能力比較好，這樣可有效防止出現大面積停電現象。

1.2 安全可靠

智能電網具有一定的堅強性，它抵抗自然災害、外力破壞以及計算機攻擊的能力都比較強，它能很好地保障工作人員的人身安全以及電網設備安全，電網運行具有很強的自恢復能力。

1.3 經濟高效

智能電網可對資源配置進行科學、合理優化，促使設備的實際傳輸容量與利用率達到最佳；智能電網可及時調度不同區域間的電能，有效彌補電力供應缺口；智能電網與電力市場競爭要求相吻合，可使電價實現動態浮動，系統優化電力系統運行。

1.4 兼容

智能電網對各類型設備具有很好的開放兼容性，可有效融合集中式大電源、分布式發電資源以及可再生能源，使它們更和諧地服務于社會生產。

1.5 與用戶友好互動

智能電網可智能互動客戶，給客戶提供更可靠、更優質的電能，最大限度地滿足客戶需求，可使系統運行無縫銜接批發、零售電力市場，可借助市場交易，有效激勵電力市場主體主動管理電網安全，更好地保障電力系統安全、穩定運行。

2 智能電網對繼電保護的影響

智能電網主要是在現有電網的基礎上，引入先進傳感測量技術、通信技術、計算機技術、控制技術等，讓供電企業的發、輸、配、用各環節實現高度自動化。繼電保護作為保障電網安全穩定運行的第一道防線，依據傳統電網設計與配置的繼電保護很難與智能電網相適應，智能電網的具體技術特點對當前繼電保護的應用將產生重要影響。

2.1 數字化

數字化是智能電網的一個重要特征，就繼電保護來說，其數字化主要包括兩個方面：實際測量手段的數字化與信息傳輸方式的數字化，電子式互感器以及數字接口在繼電保護中得到了廣泛應用，模擬量電纜傳輸以及狀態量電纜傳輸是傳統變電站主要采用的傳輸方式，隨著智能電網的發展，以光纖為媒介的網絡數字傳輸將逐步取代以上兩種傳輸方式。

光電轉換原理是電子式互感器主要用到的測量原理，電子式互感器不但體積小，而且具有很好的絕緣性。傳輸頻帶寬，具有很好的暫態性是其給繼電保護帶來的主要優勢，有效避免了傳統互感器的測量誤差以及暫態特性，能把電力系統的具體運行狀態信號向二次側很好的傳輸，隨著我國逐步推進智能電網建設以及逐步推進智能化儀器、設備，電網運行中將不再使用傳統互感器。

電子式互感器使用的是網絡接口，其與智能斷路器的連接借助的是網絡保護裝置，這樣可使二次回路的接線大幅簡化，設備維護更方便。

2.2 網絡化

當前，按照IEC61850標準建設的數字化變電站越來越多，500kV全數字變電站也已經建成，變電站數字化建設正在如火如荼地開展，分布分層結構，數據建模采用的是統一的直接與對象面向的形式，數據可實現自描述以及抽象通信服務技術、特殊通信服務映射技術，這些都是各數字化變電站的主要特點。

數字化變電站的逐步網絡化給繼電保護帶來了很多變革，如信息獲取與信息發送，就信息獲取而言，雖然“自掃門前雪”依然是繼電保護主保護的首要功能，但基于網絡數據傳輸具有共享性，這樣全站設備的電氣量信息都可以獲取到，便于更好地保護系統。

2.3 廣域化

近年來，在我國加速推進電網信息化進程的影響下，以PMU為基礎的WAMS網絡建設越來越普遍，很多地區還建成了專門用于繼電保護信息傳輸的網絡，這為智能電網的控制提供了便利，我們可借助WAMS網絡提供的廣域信息來促進繼電保護后備保護性能的提高，讓安全自動裝置的實際性能逐步提高。

2.4 輸電靈活化

輸電效率高，易控制是智能電網的一個重要特點，一些靈活輸電設備如可控串聯補償裝置、無功補償裝置、STATCOM等必然會大量應用到智能電網中，加之交直流混合輸電是我國電網的重要特征，這也大幅增加了電網中實際裝置的非線性可控元件。大量應用了電子器件的智能電網出現故障暫態的過程必然會不同于只有同步發電機的傳統電力系統。

復雜的電網暫態過程，與可靈活控制的電網運行使得電網具有了多變性，這對當前繼電保護的保護能力提出了更高要求。

3 繼電保護今后應重點研究的方向

3.1 借助數字化提高保護性能

隨著互感器故障的減少、實際傳輸性能的提升，之前的很多互感器故障問題，如電流互感器的飽和、二次回路的斷線、接地等，繼電保護都不需再考慮。電氣量信息傳輸的真實性也方便了保護轉載性能的提升。如何對繼電保護的輔助功能進行簡化，借助數字化傳感器促進繼電保護整體性能的提升，是未來繼電保護發展亟待解決的問題。

3.2 網絡化將使繼電保護的配置形態得到改變

以IEC61850網絡為基礎的變電站，使得傳統繼電保護獲取與發送信號的媒介發生了改變，智能網絡下的繼電保護可借助共享在網絡上的站內其他元件信息促進主保護性能的提升，可借助控制信號網絡的共享使繼電保護的配置得到簡化。未來的繼電保護科研也應重視這方面的研究。

3.3 應重視安全自動裝置性能的提高

PMU與WAMS網絡，可提供廣域信息，這些信息十分有利于電力系統的防御與緊急控制。可借助這些網絡，并且這些信息有助于后備保護敏感時間，有助于提升安全自動裝置的性能，促進當前保護系統延時整定的改變，使它對系統故障的判斷更及時，以便采取相應措施，有效避免出現大停電事故。

3.4 應重視研究繼電保護的新原理與新技術

隨著風能、太陽能的可接入電網，人們也越來越重視電網接入的安全性，在智能電網建設的影響下，調度方式可對傳輸方式以及潮流方向更快捷、更靈活地進行調整，這必然會使傳統電網的故障暫態得到極大改變，在今后的繼電保護研究中，我們必須重視研究與智能電網靈活控制相適應的繼電保護的一些新原理、新技術。

4 結語

總之，電網智能化建設給電網帶來了很多變革，未來電網將朝著智能化的方向發展。隨著智能電網建設的逐步深入，一些新技術、新設備也開始大量應用于建設中，這必然會給繼電保護專業帶來革命性的變化，對此繼電保護必須抓住機遇，迎接挑戰，與智能電網的建設步伐跟進，要能適應電網的智能化發展，以便在技術上支持智能電網建設。

參考文獻

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作者簡介：楊政（1966-），男，山西榆社人，山西省電力公司晉中供電分公司技師，工程師，研究方向：電力系統繼電保護及其自動化調試、智能變電站的調試運行及維護；楊宇鵬（1994-），男，山西榆次人，蘇州大學文正學院學生，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：秦遜玉）