電網繼電保護與實時安全性控制面臨的問題與需要開展的研究

李記坤

摘要：根據我國西電東送、南北互供、全國聯網的電力發展總方針，分析在這一戰略實施過程中我國電網可能出現的問題，吸取美、加大停電的事故教訓，提出要在廣域信息網的基礎上，構建互聯電網中分散安裝的新型繼電保護系統，減少擾動對系統的沖擊;構建繼電保護和區域穩定緊急控制一體化系統，提高輸電能力并防止穩定性破壞;構建全網協調動作的網絡保護系統，維護電網網架結構的穩定性和安全性，防止連鎖跳閘的發生;構建自適應的網絡解列和事故緊急恢復系統，防止事故的擴大。

關鍵詞：全國聯網;繼電保護與實施安全性控制;網絡結構穩定性

引文

電力系統的問題可分為緊密相關的規劃、運行和保護控制三個方面，三方面互相影響、缺一不可。在運行的電力系統中，保護與緊急控制裝備是電力系統裝備中不可或缺的安全保障守護裝備。隨互聯系統的網絡和容量的增大及電壓等級的提高，故障所影響的地域范圍和用戶數量將越來越大，高速、準確動作的繼電保護和可靠、及時的緊急控制裝置，是保證電網能夠正常運行的關鍵裝備。我國西電東送和全國聯網的巨型電力系統的出現，給傳統的繼電保護和實時安全性控制帶來了前所未有的問題，研究和解決這些問題，為研制和開發性能優良的保護和控制設備奠定理論和技術基礎，同時可以推動繼電保護學科的發展。

1、電網繼電保護與實施安全性控制系統面臨的問題

1.1保證在系統檢修方式下大功率傳輸時單一故障切除后整個輸電斷面不出現突然阻斷，是保護和實時安全性系統必須解決的基本問題，如此大功率的輸電斷面一旦突然阻斷，將造成整個互聯系統災難性的后果，保護整個輸電斷面在大功率傳輸下不出現突然阻斷，是實現西電東送必須解決的基本科學問題。多條交直流線路的并列運行，增大了故障連鎖跳閘的可能，某一個簡單故障！在傳統的元件保護各自正確的相繼動作下，可能產生連鎖跳閘導致整個互聯系統崩潰。1996年7月2日，美國西部互聯系統在切除了一條單相對地短路的故障線路之后，一系列保護與控制裝置相繼動作，最后導致WSCC互聯系統分裂為5個孤島，超過200萬用戶受到停電影響，某些地區的用戶停電長達6小時。在西南電力東送的互聯系統中，當西南東部系統內部故障后，如何才能不波及到互聯的輸電斷面和另外的互聯系統，當輸電斷面的某一聯絡線故障切除以后，如何才能不產生連鎖跳閘、保持互聯系統的結構穩定性，要解決這些問題需要研究新型的網絡繼電保護和緊急控制一體化的理論與裝置。

1.2含有大功率電力電子設備的混聯輸電斷面上故障保證繼電保護、控制裝置的正確工作是面對的新問題。而出現在我國南方電網的西電東送及三峽電力輸出系統中，都采用了交、直流混聯輸電模式，部分聯絡線將采用大功率電力電子設備的柔性輸電技術。對交直流混聯輸電系統，國外已有多年的運行經驗和教訓，1996年8月10日美國西部電網大停電事故涉及到交直流并聯運行問題，引起克林頓政府的高度重視，防止混聯系統的災難性事故的發生，被列為重大研究課題。由于我國含有大功率電力電子設備的輸電線路和混聯輸電斷面尚未出現，對柔性輸電和混聯系統的保護與緊急控制的理論與裝置的研究幾乎空白。大功率電力電子設備的運行和突然故障，其暫態過程對交流線路保護的正確動作有何影響、如何克服，都需要進行大量的故障暫態分析，并對現有的交流、直流保護原理進行再研究，提出適應于含有大功率電力電子設備的輸電線路新型繼電保護原理

1.3交流弱聯網要求研究避免特大停電事故的緊急控制預案。全國性的統一互聯電網將包括除臺灣、西藏、新疆及海南以外的所有電網，到2020年裝機容量將超過900GW。由于目前我國各大區電網、獨立省網的網架結構仍比較薄弱，全國聯網初期突出的問題是：交流弱聯網可能使得兩側電網內部的某些重要輸電斷面穩定水平下降，當遇有較大干擾時，容易誘發失穩。利用PMU廣域測量的實時信息，研究不依賴于電力系統參數與模型的穩定性預測理論和算法;研究在互聯系統失步時，自動識別失步斷面，有計劃的自動將系統解列為幾個功率大致平衡的系統;研究和構建保護與緊急控制一體化的實時控制系統，阻止互聯大電網的穩定性破壞，避免特大停電事故的發生，是實現全國電網互聯并安全運行必須解決的問題。

2、需要開展的研究

為保證市場環境下的互聯電力系統在故障及其 切除后有足夠的運行安全、可靠性，依照互聯系統運 行效率最高經濟效益全系統最大化并使局部系統 經濟效益適當大的原則，研究和配備保護和緊急控 制系統。實現上述運行目標的技術指導原則是：局 部系統內部元件的故障或擾動，由切除故障元件和 在局部系統中采取措施來消除，不使它的影響擴散 到局部系統外;區域系統之間輸電斷面上聯絡線的 故障，首先切除故障元件并在輸電斷面上采取措施，不使它的影響擴散到兩側的區域系統中去;影響多 個互聯區域安全性的擾動在多個區域采取措施，共 同消除擾動產生的影響。

2.1 廣域信息的網絡保護與緊急控制一體化的理 論與裝置研究

對于并聯運行的輸電斷面，為切除故障執行的 網絡操作方式對輸電斷面的輸電能力和暫態穩定性 具有極為重要的影響，但以前的保護對此不加考慮.為提高西電東送斷面和全國聯網斷面的傳輸能力和 暫態穩定性，首先研究線路故障時保護與重合閘的 配合方式，以保留最大的跳閘后傳輸能力.對永久 故障不重合，難于判定時選擇最佳時間和最小沖擊的方式重合，研究輸電斷面元件保護的協同動作理 論，避免故障元件被切除后非故障元件出現不正常 而造成連鎖切除，構建網絡保護;利用廣域的運行方 式、故障、保護跳閘和重合閘動作信息，結合穩定性 實時預測理論，采用多Agent的技術，構成網絡保護 與緊急控制一體化的實時系統。

2.1.1 線路保護與重合閘最佳配合的理論與方法

研究兩相、單相運行對輸電斷面的影響，并列運行線 路故障后準三相的構成問題，增大輸電斷面故障切 除后的輸電能力。研究可靠的瞬時與永久故障的區 分方法，最佳重合時間的捕捉技術，分相在故障不嚴 重側重合等保護與重合閘的配合等問題，既減少再 次故障的沖擊又阻尼第一次故障引起的系統搖擺。

2.1.2 輸電斷面保護系統研究

利用與輸電斷面 有關元件的廣域運行信息，在單元件故障被保護切 除的基礎上，測量和計算某一元件故障切除后與輸 電斷面相關的其他元件的運行狀態，采用自適應原 理動態改變整定值，如短時允許過負荷、短時允許非 全相、直流功率的短時增加等，快速切機、切負荷降 低傳輸功率，以避免非故障元件產生連鎖反應。

2.1.3 基于多Agent的網絡保護與緊急控制一體化 研究

根據故障前的運行方式、潮流狀態，測量故障 以及重合閘動作產生的沖擊，預測自適應的網絡保 護方式仍不能保證互聯系統的安全穩定時，快速計 算在輸電斷面兩側應采取的控制對策，為提高控制 系統的實時性和可靠性，研究基于多Agent代理機 制的分層分布式控制網絡實現技術。

2.2 二次回路光纖數字化及其應用研究

2.2.1 基于光纖數字互感器的變電站光纖二次回路 的信息理論研究

對光纖二次回路網絡結構、可靠性分析、容錯性理論與方法、信息知識表達理論、信息 協調與分解理論、信息流控制理論以及數據倉庫模 型與數據挖掘等理論進行系統研究。 解決信息合 并、光電接口、信息共享、信息分配、信息同步等關鍵 技術問題，滿足互聯電力系統的測控保護技術要求。

2.2.2 光纖數字式互感器應用研究

以光纖數字式 互感器與二次回路光纖化技術為基礎，對傳統保護 原理進行改進，提出滿足互聯大電網速動性與可靠 性要求的新型保護原理。主要針對母差保護、光纖 縱差與變壓器差動保護性能提升，以及能量平衡保 護與行波保護原理實用化進行基礎研究。

3、結束語

面對西電東送、750kV電壓的出現和電力市場 化運營的局面，需要繼電保護工作者提煉問題，開展 新原理、新技術的研究和新裝置的開發， 需要高等 院校、專業生產廠（公司）、運行部門等廣泛參與和通 力合作，在國際先進水平基礎上開展的研究工作，不 僅可以解決我國電力發展中的重大現實問題，而且 可以取得具有原創性的國際先進水平的成果。

參考文獻：

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