分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

李成博

摘 要 廣域繼電保護(hù)有自身的系統(tǒng)架構(gòu)、信息域劃分方法和主要保護(hù)原理，對廣域繼電保護(hù)的原理探索成為當(dāng)前研究界的熱點，并在探討和分析廣域繼電保護(hù)應(yīng)用現(xiàn)狀及問題的基礎(chǔ)上，探索廣域繼電保護(hù)的實踐應(yīng)用，提出分區(qū)域廣域繼電保護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和規(guī)劃。基于故障識別算法，建構(gòu)完整而明晰的廣域繼電保護(hù)體系，從而使其適應(yīng)用于區(qū)域電網(wǎng)的分布和應(yīng)用，提升廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的有效性和可靠性。

關(guān)鍵詞 分區(qū)域 廣域繼電保護(hù) 系統(tǒng)

隨著電力需求的日益增大，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)運(yùn)行更為復(fù)雜，受到擾動的影響因素也隨之加大，這對于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行安全提出了挑戰(zhàn)。為此，我們需要關(guān)注電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全穩(wěn)定控制，要全面深入地分析廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及保護(hù)功能，并在信息化、自動化、互動化為特征的智能電網(wǎng)發(fā)展契機(jī)之下，推進(jìn)分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建設(shè)，充分利用廣域范圍內(nèi)的信息，運(yùn)用保護(hù)原理實現(xiàn)廣域繼電保護(hù)，從而提升電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體安全性和穩(wěn)定可靠性。

一、廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的概念及原理

廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)主要是用于對互聯(lián)電網(wǎng)的長期電壓崩潰而采用的預(yù)防措施，它借助于SCADA實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓穩(wěn)定控制，并通過人工智能技術(shù)，消除繼電保護(hù)中出現(xiàn)的故障或異常現(xiàn)象，防范電力系統(tǒng)的連鎖跳閘現(xiàn)象，從而避免區(qū)域內(nèi)大面積停電。廣域繼電保護(hù)的概念并非要取代傳統(tǒng)保護(hù)手段，而是基于電網(wǎng)的多點信息，對傳統(tǒng)保護(hù)加以必要的補(bǔ)充，從而實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的整體保護(hù)。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)主要有以下兩種保護(hù)原理：

（一）廣域電流差動保護(hù)和方向比較式保護(hù)原理

這是傳統(tǒng)繼電保護(hù)的常用保護(hù)原理。廣域電流差動保護(hù)是基于基爾霍夫電流的定律，實現(xiàn)便捷而性能優(yōu)越的保護(hù)，主要應(yīng)用于電力主設(shè)備和輸電線路的主保護(hù)；而方向比較式保護(hù)原理具有更好的選擇性，能夠快速、靈敏地應(yīng)用于輸電線路的主保護(hù)。由此可見，廣域電流差動保護(hù)和方向比較式保護(hù)都屬于繼電保護(hù)的主保護(hù)，而非后備保護(hù)。一旦主保護(hù)出現(xiàn)誤動作或故障異常，就要依賴于延時長、選擇性較差的后備保護(hù)，不利于提升電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的穩(wěn)定可靠性。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)張，需要利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)電力多點綜合的信息判斷，并將電流差動保護(hù)和方向比較式保護(hù)延伸到后備保護(hù)之中，從而克服主保護(hù)的缺陷。

（二）基于廣域信息的自適應(yīng)繼電保護(hù)

為了增強(qiáng)繼電保護(hù)的選擇性和靈敏性，在廣域電流差動保護(hù)和方向比較式保護(hù)之中，要采用定值整定和定值校驗的方式，實現(xiàn)對繼電保護(hù)在特殊運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)的拒動或誤動防范，這就使繼電保護(hù)裝置變得更為復(fù)雜，在極大的程度上降低了繼電保護(hù)動作的速度和可靠性。為此，需要采用自適應(yīng)繼電保護(hù)，通過廣域信息，調(diào)整和優(yōu)化自適應(yīng)繼電保護(hù)的技術(shù)，從而使繼電保護(hù)裝置更為靈敏地感知電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在基于廣域信息的自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中，可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)變化，而自發(fā)地進(jìn)行整定值的自修改，并對多重故障情況選用適宜的自適應(yīng)保護(hù)策略，實現(xiàn)繼電保護(hù)。然而，這種自適應(yīng)保護(hù)技術(shù)對廣域信息的處理通信延時要求較高，這就使繼電保護(hù)能夠利用的信息較少，還需要建構(gòu)自適應(yīng)參數(shù)識別模型，加以詳細(xì)的研究和完善。

二、分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的架構(gòu)

分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是基于有限廣域保護(hù)的理念，重點考慮廣域繼電保護(hù)的“第一道防線”功能，承擔(dān)有限的任務(wù)要求，而且廣域繼電保護(hù)的決策只需要根據(jù)故障點靈敏度較高的保護(hù)信息，進(jìn)行故障判斷和決策，而不需要對全部系統(tǒng)的故障信息加以匯集。在廣域繼電保護(hù)的具體實現(xiàn)過程中，也是采用分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的方式。為此，我們基于上述有限廣域保護(hù)的理念和原則，對分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加以研究和分析。

分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的架構(gòu)主要由三個模塊構(gòu)成：本區(qū)域測量單元、區(qū)域決策層、系統(tǒng)監(jiān)控中心。它們分別位于分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的最底層、中間層和最頂層。其中，最底層的本地測量單元主要是用于對電網(wǎng)運(yùn)行的實時信息加以采集；中間層的區(qū)域決策層則主要是實現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和保護(hù)分區(qū)的控制；最頂層的系統(tǒng)監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對電網(wǎng)系統(tǒng)的本地保護(hù)中心的安全協(xié)調(diào)和防御。在上述結(jié)構(gòu)中，區(qū)域決策層與本地測量單元在光纖的連接之下，監(jiān)測本地測量單元的實時運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生擾動時，對本地測量單元的上傳信息加以分析和決策，當(dāng)決策結(jié)果出來后，下傳至本地測量單元，執(zhí)行閉鎖操作；同時，將決策結(jié)果送到頂層的系統(tǒng)監(jiān)控中心，由系統(tǒng)監(jiān)控中心進(jìn)行邏輯故障定位和全局整體性決策，實現(xiàn)對不同區(qū)域的保護(hù)。

在對廣域繼電保護(hù)的分區(qū)域劃分過程中，需要綜合考慮以下情況：第一，區(qū)域決策中心的選取。對于區(qū)域決策中心的選取需要考慮輸電系統(tǒng)各節(jié)點的關(guān)聯(lián)性，還要考慮節(jié)點間通信系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，并基于電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選取相鄰的節(jié)點或者路徑關(guān)聯(lián)緊密的變電站，使其成為區(qū)域決策中心。第二，分區(qū)域繼電保護(hù)范疇界定。在分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)之中，要實現(xiàn)廣域繼電保護(hù)的后備保護(hù)功能，就需要盡可能少的交換區(qū)域間的信息，要以決策中心為起始點，以下一條線路的末端為終點，并科學(xué)地劃分和界定繼電保護(hù)的范疇。第三，分區(qū)域繼電保護(hù)的交互保護(hù)范疇。如果分區(qū)域繼電保護(hù)的交互保護(hù)區(qū)域過于寬泛，則會增加獲取信息的壓力，使通信系統(tǒng)受阻。為此，需要在兩個相鄰區(qū)域的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)至少要交互一條線路，從而有效地防范變電站直流消失或斷路器失靈狀態(tài)下的信息缺失情況，有效地排除故障。

三、分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）廣域繼電保護(hù)通信系統(tǒng)

在廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)之中，通信技術(shù)是前提和基礎(chǔ)，它對廣域繼電保護(hù)的范圍實現(xiàn)約束功能，在測量系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)中，光纖環(huán)網(wǎng)成了廣域繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的前提和基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)了以全站信息為整體的面向通用對象的變電站傳輸模式，成為分區(qū)域廣域繼電保護(hù)的主流和趨勢。

（二）分區(qū)域廣域繼電保護(hù)故障識別技術(shù)

在廣域繼電保護(hù)故障識別中，常規(guī)的測量、判斷和通信控制集中于不同的IED系統(tǒng)，RCDC系統(tǒng)可以實現(xiàn)對廣域繼電保護(hù)的后備保護(hù)，可以運(yùn)用分區(qū)域的冗余信息量，采用故障決策的智能保護(hù)算法和信息融合技術(shù)，從而有效地增強(qiáng)故障判斷和識別的可靠性和有效性。

四、結(jié)語

廣域繼電保護(hù)在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的支撐下不斷發(fā)展，實現(xiàn)了分區(qū)域的廣域繼電保護(hù)實時信息數(shù)據(jù)的采集、交換和共享，并在先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)的支撐下，實現(xiàn)對廣域繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息的分析、運(yùn)算和功能性決策，有效地解決了數(shù)字化變電站中的信息共享和交互問題，實現(xiàn)了廣域繼電保護(hù)信息的穩(wěn)定、協(xié)同控制。結(jié)合全網(wǎng)適應(yīng)性的要求，從廣域繼電保護(hù)的“第一道防線”入手，提出了廣域繼電保護(hù)的區(qū)域劃分原則，建構(gòu)分區(qū)域廣域繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)體系，并且還可以在廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)互助機(jī)制條件下，運(yùn)用不同信息域的邏輯計算方法和關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)對廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障判斷和識別，從而較好地實現(xiàn)分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（作者單位為國網(wǎng)山東省電力公司德州市陵城區(qū)供電公司）

參考文獻(xiàn)

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