電網廣域保護系統的構成及實現方法

摘 要：在用電需求不斷增加的形勢下，隨著電網建設規模的不斷擴大，電網保護由局域轉向為廣域已勢在必行。構建電網廣域保護系統，需要根據電網保護實際需求對系統的構成、設計與實現進行全面細致的分析與合理的規劃，以確保電網廣域保護系統切實可行。由此，文章首先對電網廣域保護研究現狀進行了相關分析，然后從實際出發對電網廣域保護系統的構成與實現方法進行了深入的研究。

關鍵詞：電網廣域保護系統；現狀；構成；實現方法

引言

最近幾年，為滿足廣大用戶對電能的需求，電網建設規模逐漸擴大，而快速的大區域聯網發展給電力系統運行安全與穩定性提出了更高的要求。同時，一旦大區域聯網發生停電事故，無疑將會給人們的生活生產產生嚴重的影響。這些因素的存在都要求電力企業必須基于全局角度積極構建電網廣域保護系統。所以，對電網廣域保護系統的構成與實現進行研究對保障電網安全穩定運行具有重要的作用與意義。

1 電網廣域保護研究現狀

1.1 廣域保護的基本含義

廣域保護概念是在研究區域電網保護常規弊端進而引發對后備保護的深入研究過程中被提出來的。由于技術、相關理論尚不夠成熟及其他等原因，目前廣域保護系統還沒有形成一個統一規范的概念。但根據廣域保護系統產生的背景與需求，其基本含義主要有兩種解釋：一種是自動控制功能系統，一種是基于在線動態安全分析與廣域測量系統的安全穩定控制系統。前者是利用多點信息對故障進行快速精確消除并對故障消除后系統遭受的影響進行分析，以及采取相應的控制措施實現保護與自動控制功能的系統。雖然表述方式上存在一定差異，但對于系統功能的理解卻是一致的。文章根據現有研究成果將廣域保護系統的含義歸納為，在滿足繼電保護、按穩定判據切機切負荷以及低頻、低壓減負荷等要求的基礎上，實現系統安全穩定控制的一種保護系統。

1.2 廣域保護所需技術

電網廣域保護系統的設計與實現離不開計算機技術、網絡技術與通信技術等現代化信息技術的綜合運用。先進的計算機技術可以為電網廣域保護系統提供超大容量的存儲設備，為海量數據信息的存儲與高效處理提供可能。而數據庫的建立為各種測量數據、在線計算控制策略等數據的存儲、計算與處理提供巨大的空間，從而使數據統一性、安全性與可靠性均得到更好的維護。另外計算機運行速度的不斷提高，還能夠為廣域保護系統算法計算效率的提高提供相應技術支持。

網絡技術與通信技術在電網廣域保護系統中的運用是該系統構建起來的整個框架支持。目前，多數電力系統已構建起以以太網和SDH光纖網為主的廣域網，這就為電網廣域保護系統的建立與運行提供了良好的載體與支持，并且數據傳輸的延時與誤碼率也將會得到有效的減小。

2 電網廣域保護系統的構成

以電網廣域保護系統中的廣域后備保護系統為例，目前該系統主要有集中式與分布式兩種主要結構形式，這兩種結構形式均可以用來表示決策控制方案與數據通信方式，而且根據不同功能需求，它們還可以較好的滿足人們對電網廣域保護系統可靠性、選擇性等性能的不同需求。

集中式結構需要構建通信控制與決策中心，用以對整個電網中的各類數據進行采集與分析，并根據數據分析結果來制定出決策控制方案。同時向電網中各個智能電子設備（IED）發出控制命令，最終完成全電網內的后備保護與安全穩定控制功能。通過這種結構形式，可以實現保護系統更大范圍信息的獲取及決策控制方案的綜合制定，從而使電網廣域保護系統控制策略更加準確全面。與分布式結構相比，集中式結構的數據傳輸方式相對簡單。

電網廣域保護系統一般由一個主站和多個子站所構成，主站負責對各個子站進行協調控制，是整個保護系統的核心所在；各子站主要負責收集對應區域內的所有數據信息。站與站之間的相互通信通過以太網來實現。為直觀充分體現廣域保護系統的功能特征，文章主要講述一個由在線預決策系統、EMS管理系統、保護信息系統、穩定控制系統等子系統構成的電網廣域保護系統。

3 電網廣域保護系統的實現方法

3.1 系統具備的功能

電網廣域保護系統的實現需要具備以下幾項功能：其一，能夠實時控制所有穩定控制裝置及其控制策略表，以及保護裝置等各種定值；能夠進行在線決策、在線實時更新控制策略表，系統控制具有較高的準確性與自適應性。其二，可以對由廣域網絡中的測量PUM裝置傳送來的數據進行接收，對穩定控制裝置動作狀態及各變電站運行情況進行實時監控，對系統故障進行數據采集、分析與處理。其三，能夠對與自身互聯的各發電廠和變電站穩定控制裝置在電網運行過程中出現的異常情況進行提醒與診斷，并找出異常出現的具體位置。其四，設計有較多的接口冗余來提高系統可擴展性，進而實現與其他系統的信息交換。

3.2 系統的實現方法

針對文章所探討的電網廣域保護系統的實現，主要是從已有資源中挖掘盡可能多的信息，然后結合在線預決策系統和EMS管理系統來構成一個決策方案切實可行、能夠保護電網系統穩定的廣域保護系統。在該系統中，通過由各個子站將策略交由穩定控制系統進而實現各項操作，實現系統保護功能的真正發揮。這意味著電網內各個變電站所安裝的穩定控制裝置是廣域保護系統實現的最終執行單元。

在實現電網廣域保護系統之前，為提高穩定控制裝置的可靠性，需要對其實行雙機配置。文章選用當前變電站采用最多的裝置FWK-300穩定控制裝置來配置變電站穩定控制雙機結構。穩定控制裝置運行方式可以采用雙主機運行，也可以采用一主一輔的運行方式。

當無故障時，廣域保護系統通過收集各子站數據信息來對系統進行實時監測。當系統出現故障但仍能正常運行時，最先反應的子站進入保護處理流程并提醒主站，進而由主站告知其他各個子站也進入保護狀態。各子站在保護過程中將對故障的計算與檢測數據全部上傳至主站，主站根據數據計算結果、網絡架構、裝置保護動作情況等的充分考慮，最終做出控制決策。主站做出決策后將對應的命令發送給各個子站，具體包括：對于沒有出現故障的線路采取封閉措施，以降低故障對其影響。若子站保護動作失效或拒絕動作，由后備動作進行保護。若故障部分被主站保護所及時隔離則返回，否則切除故障部分同時啟動故障處理并返回相關數據信息。需注意，子站故障處理動作的啟動與主站故障處理動作的啟動均需要在滿足一定條件下才可以。

根據上文對電網廣域保護系統構成的介紹可知，各個子站功能的實現是整個系統軟件功能實現的重要保障與基礎。穩定控制系統、保護信息系統等通過以太網將各測量與邏輯數據傳送至上層子站經過測試已經能夠實現。同時，作為整個電網廣域保護系統輔助部分的在線預決策系統與EMS管理系統，也均能在獲取數據的條件下進行高效精確的計算與分析，并能將計算結果提供給系統，以便系統更好對電網進行保護。

4 結束語

雖然文章研究的電網廣域保護系統能夠較好的達到保護電網安全穩定運行效果，但隨著電網廣域保護系統開發技術的不斷成熟與電網各項性能需求的不斷提高，現有電網廣域保護系統還需與時俱進，努力克服開發過程中的困難與挫折，突破現有技術瓶頸，通過不斷的更新與創新來不斷提高系統性能，提高系統適用范圍，從而為我國電網建設的快速發展創造有利條件。

參考文獻

[1]李振興，尹項根，張哲，等.有限廣域繼電保護系統的分區原則與實現方法[J].電力系統自動化，2010，19：48-52.

[2]李振興.智能電網層次化保護構建模式及關鍵技術研究[D].華中科技大學，2013.

[3]范旖暉.電網廣域后備保護系統算法研究與實現[D].華中科技大學，2012.