分區域廣域繼電保護系統結構研究

李成博

摘 要 廣域繼電保護有自身的系統架構、信息域劃分方法和主要保護原理，對廣域繼電保護的原理探索成為當前研究界的熱點，并在探討和分析廣域繼電保護應用現狀及問題的基礎上，探索廣域繼電保護的實踐應用，提出分區域廣域繼電保護的系統結構設計和規劃。基于故障識別算法，建構完整而明晰的廣域繼電保護體系，從而使其適應用于區域電網的分布和應用，提升廣域繼電保護系統的有效性和可靠性。

關鍵詞 分區域 廣域繼電保護 系統

隨著電力需求的日益增大，電力系統的規模也在不斷擴大，電力系統運行更為復雜，受到擾動的影響因素也隨之加大，這對于電力系統結構和運行安全提出了挑戰。為此，我們需要關注電力系統繼電保護的安全穩定控制，要全面深入地分析廣域繼電保護系統的結構及保護功能，并在信息化、自動化、互動化為特征的智能電網發展契機之下，推進分區域廣域繼電保護系統的結構建設，充分利用廣域范圍內的信息，運用保護原理實現廣域繼電保護，從而提升電力系統繼電保護系統的整體安全性和穩定可靠性。

一、廣域繼電保護系統的概念及原理

廣域繼電保護系統主要是用于對互聯電網的長期電壓崩潰而采用的預防措施，它借助于SCADA實現系統內部的電壓穩定控制，并通過人工智能技術，消除繼電保護中出現的故障或異常現象，防范電力系統的連鎖跳閘現象，從而避免區域內大面積停電。廣域繼電保護的概念并非要取代傳統保護手段，而是基于電網的多點信息，對傳統保護加以必要的補充，從而實現電網系統的整體保護。廣域繼電保護系統主要有以下兩種保護原理：

（一）廣域電流差動保護和方向比較式保護原理

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

（二）基于廣域信息的自適應繼電保護

為了增強繼電保護的選擇性和靈敏性，在廣域電流差動保護和方向比較式保護之中，要采用定值整定和定值校驗的方式，實現對繼電保護在特殊運行狀態下出現的拒動或誤動防范，這就使繼電保護裝置變得更為復雜，在極大的程度上降低了繼電保護動作的速度和可靠性。為此，需要采用自適應繼電保護，通過廣域信息，調整和優化自適應繼電保護的技術，從而使繼電保護裝置更為靈敏地感知電力系統的運行狀態。在基于廣域信息的自適應繼電保護系統中，可以根據電網運行的狀態變化，而自發地進行整定值的自修改，并對多重故障情況選用適宜的自適應保護策略，實現繼電保護。然而，這種自適應保護技術對廣域信息的處理通信延時要求較高，這就使繼電保護能夠利用的信息較少，還需要建構自適應參數識別模型，加以詳細的研究和完善。

二、分區域廣域繼電保護系統的架構

分區域廣域繼電保護系統的結構是基于有限廣域保護的理念，重點考慮廣域繼電保護的“第一道防線”功能，承擔有限的任務要求，而且廣域繼電保護的決策只需要根據故障點靈敏度較高的保護信息，進行故障判斷和決策，而不需要對全部系統的故障信息加以匯集。在廣域繼電保護的具體實現過程中，也是采用分區域實現的方式。為此，我們基于上述有限廣域保護的理念和原則，對分區域廣域繼電保護系統的結構加以研究和分析。

分區域廣域繼電保護系統的架構主要由三個模塊構成：本區域測量單元、區域決策層、系統監控中心。它們分別位于分區域廣域繼電保護系統的最底層、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運行的實時信息加以采集；中間層的區域決策層則主要是實現對電網運行系統的數據采集和保護分區的控制；最頂層的系統監控中心負責對電網系統的本地保護中心的安全協調和防御。在上述結構中，區域決策層與本地測量單元在光纖的連接之下，監測本地測量單元的實時運行，當發生擾動時，對本地測量單元的上傳信息加以分析和決策，當決策結果出來后，下傳至本地測量單元，執行閉鎖操作；同時，將決策結果送到頂層的系統監控中心，由系統監控中心進行邏輯故障定位和全局整體性決策，實現對不同區域的保護。

在對廣域繼電保護的分區域劃分過程中，需要綜合考慮以下情況：第一，區域決策中心的選取。對于區域決策中心的選取需要考慮輸電系統各節點的關聯性，還要考慮節點間通信系統的關聯性，并基于電網拓撲結構選取相鄰的節點或者路徑關聯緊密的變電站，使其成為區域決策中心。第二，分區域繼電保護范疇界定。在分區域廣域繼電保護系統之中，要實現廣域繼電保護的后備保護功能，就需要盡可能少的交換區域間的信息，要以決策中心為起始點，以下一條線路的末端為終點，并科學地劃分和界定繼電保護的范疇。第三，分區域繼電保護的交互保護范疇。如果分區域繼電保護的交互保護區域過于寬泛，則會增加獲取信息的壓力，使通信系統受阻。為此，需要在兩個相鄰區域的廣域繼電保護系統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下的信息缺失情況，有效地排除故障。

三、分區域廣域繼電保護系統的關鍵技術分析

（一）廣域繼電保護通信系統

在廣域繼電保護系統之中，通信技術是前提和基礎，它對廣域繼電保護的范圍實現約束功能，在測量系統和光纖通信系統的數字化標準中，光纖環網成了廣域繼電保護通信網絡的前提和基礎，從而實現了以全站信息為整體的面向通用對象的變電站傳輸模式，成為分區域廣域繼電保護的主流和趨勢。

（二）分區域廣域繼電保護故障識別技術

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

四、結語

廣域繼電保護在網絡信息技術和計算機技術的支撐下不斷發展，實現了分區域的廣域繼電保護實時信息數據的采集、交換和共享，并在先進的計算機技術的支撐下，實現對廣域繼電保護數據信息的分析、運算和功能性決策，有效地解決了數字化變電站中的信息共享和交互問題，實現了廣域繼電保護信息的穩定、協同控制。結合全網適應性的要求，從廣域繼電保護的“第一道防線”入手，提出了廣域繼電保護的區域劃分原則，建構分區域廣域繼電保護結構體系，并且還可以在廣域繼電保護系統的結構互助機制條件下，運用不同信息域的邏輯計算方法和關鍵技術，實現對廣域繼電保護系統的故障判斷和識別，從而較好地實現分區域廣域繼電保護系統的安全性和可靠性。

（作者單位為國網山東省電力公司德州市陵城區供電公司）

參考文獻

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