智能電網環境下電力系統保護新技術的研究與探討

王圣亞

摘 要：科技的發展帶動了智能電網的產生、發展與應用，也對電力系統保護提出了新的要求。本文從智能電網的特點出發，依據現階段的制造技術分析了現有的電力系統保護技術，并對一些典型的新技術進行分析，為當今電力技術的發展和進步提供了說明。

關鍵詞：智能電網；光纖傳感；北斗導航

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0165-02

1 引言

在傳統電網的基礎上，利用最優的控制方法和精密的儀器設備，借助各種傳感器進行檢測，將得到的數據通過集成高速雙向的通信網絡傳遞給智能決策系統，以保證電網能夠安全、經濟、綠色運行，這就是智能電網[1-2]。和傳統電網相比，智能電網具有較高的智能性和綜合性，且隨著技術水平的提高，智能電網朝著智能化、一體化的方向發展。

完整的電力系統由四部分組成：發電、輸電、配電以及用電[3]。在這個過程中，電力系統將自然界其他形式的能量通過發電機轉化為電能，并且將電能通過電網運輸科學地分配給用戶[4]。同時，還需要相關的保護技術對系統進行監測，并根據得到的數據進一步調節，以保證用戶可以安全用電。其中熔斷器是繼電保護技術中最先使用的保護設備，在此基礎上又發展出了電磁繼電式和電子式靜態繼電保護裝置。

不同的電網環境給電力保護系統也帶來了不同的發展要求，現階段，智能電網已經得到了廣泛發展，風力和太陽能等發電方式的發展也促進了智能電網的進步和優化。而電力網絡與市場緊密結合，對電能量和質量的需求都不斷提高，也對電力保護系統提出了更高的要求[5]。傳統的電磁繼電式保護和電子式靜態繼電保護裝置已經不能滿足需求，基于此，本文提出了一些電力保護新技術，并對各項技術進行簡單的研究與探討。

2 電力保護技術新技術探討

2.1 分布式電源

分布式電源的應用主要是針對太陽能發電以及風力發電等清潔能源發電方式而提出的電力系統保護技術。對比其他電網發電模式，分布式電源發電規模小，且距離用戶更近，既可以直接輸向供電端，也可以根據需要將電能輸送至電網。相較于傳統發電模式，分布式電源發電更加經濟、環保，可靠。分布式發電往往采用就近輸送電能的方式，避免了因為遠距離輸電線帶來的電磁損失，同時減少了高壓輸電線的架設，降低了輸電成本。除此之外，因為分布式電源采用清潔能源發電方式，所以在減少污染，保護環境方面起到了重要的作用。

然而，我國目前并未在分布式電源方面投入太多的研究精力，且大量研究都集中在研究電源、發電本身，而對電力系統規劃的研究并沒有太深入，針對分布式電源的監測、運行等方面大多也只能利用定性反分析的方法，無法對得出的結論進行定量分析。因此分布式電源電力保護系統還需進一步加快發展。

2.2 光纖傳感技術

因光纖既可以測量信號，又可進行傳感，且光纖傳感不易受電磁信號的干擾，具有扛輻射性能，及絕緣、耐腐蝕和耐高溫等特性，因此利用光纖傳感技術可以保護電力系統不受上述內容的危害。與傳統傳感技術比較，光纖傳感技術具有材料安全、測量精確，響應速度快、抗干擾能力強及壽命長、易于組網的特點。

3 電力系統維護相關技術

3.1 分布式光纖傳感

智能電網能夠安全運行，很大程度上依賴于監測數據的及時性和可靠性，這個過程主要依靠精密的傳感器和傳感技術、計算機技術以及電力電子技術等方面，通過實時在線監測將各種數據傳輸并進行分析診斷，實現整個系統狀態的實時監測。例如電力系統中的變壓器，如果其內的繞組發生細微的形變，并不能很方便直觀地發現，當形變發生到一定程度時會引起短路事故并且可能會造成嚴重的損失。針對這種隱患，對變壓器機械性變狀態的監測極為重要，以便在未造成損失的情況下能夠及時發現故障進行修復，有效避免重大事故的發生。

變壓器設備在整個電力系統中發揮著重要的作用，其工作狀態是否正常對電網的運行有很大的影響。在設計變壓器時，它的各個部件尤其是繞組部分要滿足較高的機械強度、耐熱強度和絕緣強度參數，還要設計最大電壓和短路電流參數，這是因為變壓器的工作環境通常伴隨著強的機械負荷、電壓以及電磁場，并且還會產生大量的熱。但是在變壓器運行的過程中也會逐漸出現某些偏差：油紙的絕緣性能會逐漸下降，繞組承受點動力的能力也會逐漸減弱，電力系統的短路電容會增加，變壓器如果承受短路沖擊會使繞組發生機械形變，鐵心未壓緊產生松動及硅鋼片的重力作用都會使得鐵心發生機械形變。

針對以上這些問題，使用分布式光纖傳感能夠實時靈敏地測量變壓器是否發生機械形變以及發生機械形變的具體位置，并將數據通過光纖進行傳輸。和其他的傳輸方式相比，光纖傳輸的抗干擾能力較強，不受電磁干擾，絕緣性能優良，能夠保證整個電器系統安全可靠地運行。

3.2 集成通信技術

智能電網主要依靠通信系統完成各個設備信息的收集工作，在電力公司和電力用戶之間信息的相互交換是十分可靠的，基于此，各個電力系統之間的通信設施必須是開放式的，且相互開放的兩個電力系統之間的信息應該可以雙傳遞。在信息高度開放的前提下，如何保證電力系統之間的信息不外漏就成了一個非常重要的探索方向。現階段，各個通信系統之間多采用光纖、擴頻、電纜以及電力線載波等通信方式，雖然可以基本實現電力系統之間的相互通信，但可移植性差，且保密方式單一，因此，這就需要根據不同的應用環境，將各種通信方式進行融合，形成一個個的集成通信技術。

3.3 北斗導航通信

傳統的通信方式一般使用光纖傳輸，光纖通信具有傳輸速度快、安全可靠等優點，但是同時也存在鋪設成本和后期維護成本高、容易遭受自然災害損壞的缺點。相比來說，通信衛星的通信方式傳輸速度更高、建設成本低、搭建方便、傳輸距離遠，但是租用的費用較高，而且安全性不如光纖傳輸。

北斗導航衛星系統是我國自主研發并建設的衛星系統，包括三部分：北斗衛星的空間站部分、地面端的地面控制中心以及衛星用戶。該衛星系統能夠實現迅速定位、遠距離通信、雙向傳輸以及精密授時，并且運營維護簡單方便，應用在通信方面能夠大大節省成本，而且因為這是中國自主研發的衛星系統，可避免通信數據被其他國家掌握，其安全性能夠得到有效保障。隨著技術的不斷發展，北斗導航衛星系統越來越成熟，逐漸應用到生產生活中的各個領域，在電力系統中可以考慮將北斗通信衛星作為應急通信的一種方式，和傳統的通信方式相結合，提高系統的可靠性。

4 結語

科學的不斷發展為電力市場打開了新的發展方向，通過吸收各個領域的先進技術，智能電網可適于家庭和工業等各個領域的應用，符合國家對能源的發展需求，也與國家提出的綠色發展和可持續發展戰略相適應。電力系統保護作為智能電網中的一個非常重要的方面，未來會有更多的新技術涌現，比如分布式光纖傳感技術保護電力系統通信安全，集成通信技術保證電力系統的有效性，以及借助于北斗衛星導航可提高電力系統的準確性等，在未來的發展中，還會有越來越多的先進技術被應用到電力系統保護中來。

參考文獻

[1]徐妍.智能電網環境下電力系統保護新技術的研究與探討[D].東南大學，2015.

[2]李筱茹，孫永鑫.智能電網環境下電力系統保護新技術的研究與探討[J].山東工業技術，2018，（8）：158.

[3]顏偉，文旭，余娟，等.智能電網環境下電力市場面臨的機遇與挑戰[J].中國科技信息，2012，（24）：224-230.

[4]費智.電力市場發展環境下的智能電網建設對策分析[J].低碳世界，2017，（34）：80-81.

[5]李興源，魏巍，王渝紅，等.堅強智能電網發展技術的研究[J].電力系統保護與控制，2009，（17）：1-7.