智能電網繼電保護技術探討

鄭璟

【摘? 要】近年來，隨著社會的發展，人們對電能需求量的不斷增大，各供電企業也越來越重視智能電網建設，由于智能電網具有一些新特點，這就對電網的繼電保護提出了更高要求，為使智能電網繼電保護更科學、更合理，本文介紹了智能電網網絡結構特點，分析了傳統電網繼電保護與智能電網繼電保護構成的區別，闡述了智能電網繼電保護構成的關鍵技術，提出了新的繼電保護實現原理，研究了智能電網繼電保護需考慮的主要問題，以供同行參考。

【關鍵詞】智能電網;網絡結構;繼電保護;關鍵技術

引言

智能電網作為當今世界電力系統發展變革的最新動向，已由最初模糊的概念到了具體實施階段。國家電網公司提出加強智能電網建設的決議，靈活的可重構配電網絡拓撲是智能電網的基礎，它使系統在經歷故障時，把故障影響范圍局限在最小范圍，并可迅速通過其他連接恢復對其他部分的供電。為此未來的智能電網不再是簡單的環狀或輻射狀，而是復雜的網狀結構，這種網狀結構對繼電保護提出了新的要求。目前傳統的保護大多是分散式保護，這種類型的保護利用的信息有限，通過多臺裝置相互配合即可實現整個變電站的保護要求。但在智能電網中靈活的網絡拓撲，不固定的運行方式使孤立的單一保護裝置存在定值整定困難，信息少使得保護性能受影響或判據太復雜，需要多臺裝置配合，要求的電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）多、電纜使用量大，增加維護難度、價格高等一系列問題，所以研究新型的適用于智能電網的繼電保護勢在必行。

1.智能電網的網絡結構模型

傳統電網中，典型的網絡拓撲結構有總線型、環型、星型線路。這些均為線型模型，運行方式相對比較單一，每一個電源點的潮流流向是單向的，因而能方便地利用電流保護、距離保護實現。

智能電網中，網狀結構使每個點即可能是電源點又是最終的用戶點，因此線路潮流的流向是雙向的;另外分布式電源作為網狀電網的一個點，也可能會從系統中解列出來，形成微網單獨運行。這種電網的運行方式是不確定和易變的，從而導致系統運行阻抗的千變萬化，最終導致傳統的過流保護、距離保護定值無法整定，保護不能單獨使用。

2.傳統電網繼電保護構成

傳統電網中，電源點的潮流流向是確定的。通常保護輸入的是本側的電氣量，包括：三相電流，三相電壓。通過對這些電氣量的判別，就基木上滿足相關保護的要求。線路光纖差動保護最多是輸入被保護線路對側的電流，所以傳統繼電保護電氣判別量基木上固定不變，并且基本上只需要木保護對象的電氣量。

3.智能電網繼電保護的幾個問題

當繼電保護應用于智能電網時，保護必須考慮3個方面的問題。第一個要考慮的問題是：靈活的運行方式、不確定的潮流流向，要求保護定值具有自適應功能。一條線路的繼電保護裝置的信息除了本線路的電氣量外，還必須包括與該線路相關的所有線路的運行狀況，綜合所有相關信息對保護定值進行實時修正。第二個要考慮的問題是：保護功能需根據運行方式的變化做相應的調整。保護裝置的定值、保護范圍都應該根據運行方式做相應的調整。第三個要考慮的問題是：引入壞境條件對保護定值的影響。智能電網利用散布在電網中的傳感器得到實時信息監控輸電線路的溫度和容量，并調整功率流使其更接近運營極限。為此我們必須實時調整輸電線路過負荷保護的定值，以適應溫度和容量變化帶來的影響。

4.新的繼電保護實現原理

4.1智能電網繼電保護構成

由上述分析可見，智能電網的分布式發電、交互式供電對繼電保護提出了更高要求，另一方面通信和信息技術的長足發展，數字化技術及應用在各行各業的日益普及也為探索新的保護原理提供了條件。

智能電網中可利用傳感器對發電、輸電、配電、供電等關鍵設備的運行狀況進行實時監控，然后把獲得的數據通過網絡系統進行收集、整合，最后對數據進行分析。利用這些信息可對運行狀況進行監測，實現對保護功能和保護定值的遠程動態監控和修正。例如，智能電網電源點為某大型工礦企業的自備風力發電廠，白天工廠用電量大，需從系統吸收功率，晚上工廠用電量明顯下降，風力發電廠向電網輸送功率。為了實現風力發電廠和電廠出線的可靠保護，需對風力發電廠的潮流進行監控，根據潮流流向及輸送功率的大小對出線配置保護（距離保護、電流等后備保護）的相應定值進行修正。

另外，對保護裝置而言，保護功能除了需要本保護對象的運行信息外，還需要相關聯的其他設備的運行信息。一方面保證故障的準確實時識別，另一方面保證在沒有或少量人工干預下，能夠快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發生。所以智能電網繼電保護裝置保護動作時不一定只跳本保護對象，有可能在跳本保護對象時還需發連跳命令跳開其他關聯節點，也有可能只發連跳命令跳開其他關聯節點，不跳開本保護對象。

在智能電網中，通過監控系統對本保護對象和其關聯節點的運行狀況進行分析和決策，實時調整相應繼電保護裝置的保護功能和保護定值，使保護裝置適應靈活變化的運行工況。同時由保護功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護動作策略。

4.2差動保護在智能電網中的應用

縱差保護是電氣主設備的主保護，它靈敏度高、選擇性好，已成功應用于發電機、電抗器、電動機、母線、線路等主設備上。在智能電網中光纖差動保護將獲得更廣泛的應用，因為其不受運行方式變化的限制，不受潮流流向變化的影響。同時在智能電網中，光纖差動保護將不僅僅接入線路雙端電流，或環網三端的電流，而是可能接入多側電流，由裝置決策參與線路差動保護計算的電流通道。

5.結束語

在分析智能電網網絡結構和特點的基礎上，指出了傳統電網繼電保護與智能電網繼電保護構成的區別。同時分析了智能電網繼電保護中必須考慮的3個問題，包括保護定值自適應：保護功能根據運行方式的變化做相應的調整以及引入壞境條件對保護定值的影響，從而提出了新的繼電保護實現方式。

參考文獻

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