智能電網環境下電力系統保護新技術

劉慧婷

（湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著我國科學技術的發展，越來越多先進技術應用于電力系統中，不斷完善智能電網的功能，提高了智能電網的穩定性和安全性。在智能電網背景下，電力系統實現了集成化和智能化發展。靈活應用保護技術，保證了電力系統的穩定運行，滿足社會公眾和經濟發展的用電需要。因此，研究電力系統保護技術具有重要意義。

1 電力系統保護技術的發展趨勢

新能源并網和電網互聯的發展過程中，電力系統的高效安全運行是現階段發展的主要目標。為達到這一目標，保護技術在電力系統中發揮著重要作用。未來，保護技術將向以下5個層面發展。

1.1 高級電力設備

在智能電網中，高級電力設備發揮著關鍵作用。其具備強大的容量，是能夠實時診斷電網需要，實現多種儲能的復合系統，可以保護電力系統的穩定運行。超導限流器的應用，能夠有效滿足日益增長的用電需求，保證電力系統的穩定性。此外，電力系統采用分布式電源，能夠保證大范圍內的穩定供電。

1.2 實時傳感測量

高級電力設施獲取精準數據后，傳感測量技術能夠將數據應用于電網的各個角落。實時監控系統能夠及時提供電力信息，如電子設備和輸電線運行狀態等，能夠在線調整阻尼控制器，保證電力系統的穩定性[1]。

1.3 集成通信

智能電網十分依賴數據采集，集成通信能夠為電力系統的全面保護提供數據支持。因此，通信集成將成為電力系統保護的基礎，為保護技術提供數據支持。

1.4 輔助決策

在電力系統的運行過程中，管理人員進行決策判斷的時間只有數秒。因此，為保證管理人員作出的決策是正確的，智能電力系統應利用數據分析和信息交互提供決策支持，幫助管理人員快速做出決策。

2 智能電力系統保護新技術分析

2.1 應用范圍

2.1.1 發電環節

智能電力系統的發電環節中，主要使用發電機進行發電。通過合理利用電子電力技術能夠在大型發電機中使用靜止勵磁控制技術，在風力發電機和水力發電機中使用變速恒頻勵磁技術，在風機水泵上使用變頻調速技術，同時使用太陽能發電。發電環節中使用的保護技術包括縱差保護技術、橫聯差動保護技術、負序電流保護技術以及匝間短路保護技術等。通過使用新技術，能夠加強發電環節的繼電保護，保證電力系統的穩定運行。

2.1.2 輸電環節

智能電力系統的輸電環節主要使用高壓直流輸電、柔性交流輸電以及靜止無功補償器等技術實現。輸電環節主要在電流、電壓、距離、接地以及線路上應用保護技術。主要使用的保護包括縱聯差動保護、電流差動保護以及導引線自適應縱聯差動保護等，共同保護輸電環節的穩定運行。

2.1.3 配電環節

配電環節的保護技術是為了提高供電穩定性，提高用戶端的電能質量。不僅需要滿足不對稱度、頻率以及電壓的需要，還要抵抗瞬態波動和干擾問題。配電環節要使用柔性交流輸電技術，代表性的電力技術產品包括固態斷路器、電流限制器以及動態電壓恢復器等，可以保證配電穩定性。此外，配電環節使用自動化技術監測配電網運行狀態，展開保護管理。通過自動化技術和信息技術采集用戶需要，監控電網供電狀態，實施配電網的運行管理。綜合應用計算機技術和電力技術，實現配電環節的集成化管理。

2.1.4 用電環節

在電力系統中，用電環節是輸送環節的終點，也是服務于用戶的起點。該環節中，大部分用戶使用微波保護、電流速斷保護、接地保護、縱差保護、載波高頻保護、電流平衡保護以及瓦斯保護等保護技術。聯合使用通信技術和電力技術進行保護，以滿足用戶的用電需要，并保證用戶用電的安全高效。根據電網設計展開電能研究，促進電網的高效化和智能化發展。

2.2 具體應用

2.2.1 超導限流器

超導限流器多利用超導材料的超導態—正常態轉變特性以及輔助部件，在電網線路發生故障后，產生一個合適的阻抗來限制電流。其相比于限流元件有眾多優點。包括：（1）響應迅速。超導限流器作出響應一般只需要及毫秒時間，響應速度滿足智能電網運行需要。（2）根據電網需要可以將電流控制在一定范圍內，一般情況下限定在額定電流2倍左右[2]。（3）電力系統在正常運行時，超導限流器只會耗費極小的損失。（4）能夠實現自動觸發，自動復位，還能夠集成觸發、檢測以及限流。（5）與多個系統互相連接，能夠構成穩定的電力系統。保證個別系統發生故障后，電力系統仍然可以穩定運行。目前，常使用電阻式超導限流器將交流超導體由超導態快速轉變為常態，限制故障電流。此外，在超導限流器中，使用由超導電纜組成的觸發線圈，為防止觸發線圈在轉變時出現過電壓，通常需要并聯限制電阻和線圈。

2.2.2 零序電流保護

電力系統中應用零序電流保護的同時應用超導限流器，會在限流期間產生限流電阻和零序限流電抗，造成零序阻抗增加，影響原本的零序網絡，出現不對稱短路，降低零序電流，出現電流保護誤動作等問題[3]。由于超導限流器構成原理的不同，其限流阻抗也存在較大差異。電阻式超導限流器和路橋式超導限流器之間不存在互感，零序阻抗和正序阻抗一致。

2.2.3 光纖傳感技術

光纖傳感技術在電力系統中已經應用了很多年，是保護技術中十分重要的一種。其具有強大的抗干擾能力，抗輻射且耐腐蝕，同時能夠滿足在線測量的需要。在電力系統中應用光纖傳感技術，能夠實現大范圍的在線監測。相比于傳統傳感技術，光纖傳感材料安全，使用絕緣介質制作，適用于一些易燃易爆的特殊場合。而且光纖傳感能夠精準測量，具有更快的響應速度和強大的抗干擾能力，方便組網建設，滿足分布式電力系統建設需要。在電力系統中，光纖傳感技術支持分布式測量運行，在惡劣環境中仍然適用。電力系統在線監測功能也要得到光纖傳感技術的支持。此外，變壓器需要長期運行在強電場環境中，在線監測技術需要適應強電場環境，光纖傳感技術能夠滿足強電場運行需要。目前，將光纖傳感技術應用于在線監測系統中，實現了對變電站的實時監測，滿足了電力系統穩定運行的需要。

2.2.4 GPS系統

電力系統利用GPS系統實現通信功能，能夠滿足不同場景下的通信要求。電力系統對于通信主要存在采集數據、數據傳輸以及數據監控3方面要求。使用GPS系統可以收集觀測數據并進行處理。經過數據轉換后得到衛星導航電文，使用北斗衛星接收電力數據，并傳輸給調度中心，儲存和分析數據后，給出應答，完成電力數據的應用。當變壓器啟動保護動作時，變電站會自動匯報測量對象信息。由于變電站信息可能同時發送，因此容易出現數據碰撞和丟失的問題。為保證數據的安全傳輸，GPS系統要具備多個業務發送能力，在數據處理中心設置多個串口接收通信數據，并排列優先級。處理數據時，通過檢測優先等級，優先處理高優先級數據。一旦電力系統發生極端故障時，需要啟動大量保護動作，將數據發送至調度中心，按照優先級進行處理，因此要準確評估線路保護的重要性。

2.2.5 超高壓直交流混輸技術

隨著科技進步，電氣化和自動化快速發展，社會用電量大幅提高，對電網建設也有了新要求。電網建設需要不斷完善結構，滿足社會用電量需求，提高電網的穩定性和電網運行的靈活性。目前，電網運行過程中面臨著暫態問題，諧波分量持續大幅增長，電力系統中互感器需要具備更強大的性能，從而靈活應對電網的復雜運行。在繼電保護中根據二次諧波判斷系統的運行狀態，關注諧波標準，也是繼電保護的重要要求。

2.2.6 智能傳感技術

如今，智能化技術快速發展。在光纖傳感技術的基礎上，積極使用智能傳感技術，可以提高信息采集的便捷性和自動化，也能檢查電網的保護狀態。智能傳感器利用檢測功能實時監控數據，掌握系統運行現狀，同時主動規避環境干擾，全天候保護電網系統。此外，應用智能傳感設備，可顯著提高電網運行管理效率，收集并保存電網運行數據，可用于進一步技術研發，對電網系統的健康發展有著重要價值。

3 結 論

綜上所述，在智能化電網環境下，電力系統保護技術出現集成化和智能化發展。在發電、輸電、配電以及用電環節中，均使用了大量信息技術、通信技術以及電力電子技術作為保護技術，保護電力系統的穩定運行，支持電力系統高效安全運行，保證社會電能的穩定供應，推動電力系統的健康發展。