智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護分區(qū)與跳閘

周彪 姚雄

（許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）

1 分區(qū)集中決策的保護系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體概述

圖1 為有限廣域在繼電保護方面的單個系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在設(shè)計建設(shè)一個我國能夠涵蓋廣域中全部變電站，在繼電保護方面的系統(tǒng)時，會涉及到同廣域中的繼電信息網(wǎng)絡(luò)展開直接性交換。以此在保證充分釋放有限的技術(shù)信息時，能夠強化廣域在電力系統(tǒng)方面的繼電保護能力，這也會成為我國未來在廣域智能方面對電力保護的發(fā)展方向。對有限區(qū)間的廣域電網(wǎng)實際信息進行廣泛應(yīng)用，會直接波及到我國電網(wǎng)在安全保護方面的體系結(jié)構(gòu)，若是能夠以有限區(qū)域電網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過集中手段來保護決策數(shù)據(jù)體系管理結(jié)構(gòu)，便能夠更好地適合有限廣域在實際劃分之后，呈現(xiàn)出來的規(guī)模化電網(wǎng)的保護局面，與此同時，以區(qū)域局部為基礎(chǔ)的集中化具有分布特點的電網(wǎng)終端，自然也會為我國電網(wǎng)在未來安全發(fā)展過程中的穩(wěn)定性與計算分析奠定了重要基礎(chǔ)。

在基于區(qū)域集中進行決策的有限網(wǎng)絡(luò)廣域電網(wǎng)系統(tǒng)中，廣域綜合電網(wǎng)被廣泛看作唯一是基于多個有限網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的整體組合。在每個有限供電區(qū)域內(nèi)，每個子變電站都被稱為供電廣域在有限系統(tǒng)方面的單體中心站，除了系統(tǒng)中心站，別的變電站通常也被叫做子變電站。每個區(qū)域的變電所都要負責(zé)全面收集好自己站內(nèi)有關(guān)iied 遠程檢測出來的數(shù)據(jù)信息及本站相關(guān)變電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測信息，變電所只與本站所在區(qū)域供電中心站遠程通信，使其可以選擇接受別的站子發(fā)來的遠程控制請求。與此同時，所有的變電中心站都一定要配備好有限廣域在應(yīng)急決策方面進行集中式管理的模塊，這個模塊主要工作內(nèi)容為：基于實時收集到的有限廣域里面有關(guān)大型變電站的全部故障信息，及時且準確的對變電故障做出判斷，掌握發(fā)生分量，及時制定應(yīng)急行動實施策略，并向各區(qū)域變電站人員發(fā)出應(yīng)急指令。當后備接收到準確安全指令之后，所有區(qū)域的變電所，一定要結(jié)合自己在后備運行方面的保護手段與主接線保護手段，以此構(gòu)建出健全的后備式安全保護網(wǎng)絡(luò)。通過應(yīng)用多樣化廣域定位數(shù)據(jù)，其主要目的在于，能夠優(yōu)化后備在繼電方面的保護作用，處理好因系統(tǒng)整合后配合不契合的難題。除此之外，全面發(fā)揮多樣化廣域數(shù)據(jù)信息，還可以不斷改進系統(tǒng)主繼電保護后備性能水平，并且對于部分無法完全配置上雙重自動化式主繼電方面的后備保護系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)此主繼電沒有及時被檢修或者產(chǎn)生相關(guān)故障，可以選擇應(yīng)用具備絕對選擇性和操作高速性廣域信息在繼電保護方面的元件，以此用于故障被動，此外，加大對主繼電的保護投入，也不失為一種有效性故障有效處理手段。因后備控制方面的網(wǎng)絡(luò)涉及范圍持續(xù)增加，以局部集中為基礎(chǔ)的這些用于后備網(wǎng)絡(luò)決策的單元點，在很大程度上可以幫其快速制定計劃并實現(xiàn)自動執(zhí)行，因此能夠快速、具體、有效的處理好故障問題。

1.2 創(chuàng)建系統(tǒng)的關(guān)鍵點

圖1：單個有限廣域繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這個系統(tǒng)所采用需實時收集廣域電網(wǎng)在差動方面的信息量比較有限，不過其在很大程度上，已經(jīng)可以完全滿足現(xiàn)階段以廣域高壓方面的電流保護差動為基礎(chǔ)。新式廣域電流在繼電保護方面的差動算法在實際應(yīng)用中的切實需要，研究了以冗余智能化數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，對故障處理進行決策的冗余智能化在信息保護方面的處理算法，和以冗余信息在智能融合方面的處理手段為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮區(qū)域信息在集中后的強化性算法性能，因此大大強化了系統(tǒng)在不良數(shù)據(jù)方面的抗干擾水平與容錯方面的水平，而這也成為了本次研究的關(guān)鍵點。

2 保護分區(qū)與電網(wǎng)圖論分析

2.1 中心站、子站的選擇以及有限廣域半徑

眾所周知，圖論分析是用于分析復(fù)雜化電力工程的一種有效性工具，也正是因為它在復(fù)雜化電力工程方面所展現(xiàn)的獨特優(yōu)勢，才使得其在廣域電力方面的系統(tǒng)技術(shù)中獲得了非常廣泛的使用，將其投入到有限廣域在電力系統(tǒng)方面，其可以幫助電力系統(tǒng)完成一個保護區(qū)的分區(qū)和其他保護區(qū)的分區(qū)在有限范圍內(nèi)的選擇等，并在決策的必要時候為其提供必要的基本理論。

2.1.1 體育中心站、子公園站的編號選取

根據(jù)電網(wǎng)拓撲密集化的程度，將其所受到的保護區(qū)域電網(wǎng)大致可以劃分為如下：多樣化區(qū)域保護式電網(wǎng)與拓撲密集保護式電網(wǎng)。本文著力研究有關(guān)電網(wǎng)方面圖論節(jié)點分析，還深入探究了電網(wǎng)在局部輸電方面的鄰接矩陣和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性的計算，選擇了一些具有多個電網(wǎng)密集輸電方式與周邊輸電節(jié)點方式，直接相關(guān)的大型變電站節(jié)點作為電網(wǎng)中心站。網(wǎng)絡(luò)在拓撲方面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處于簡單狀態(tài)時，在快速明確供電中心站方面的關(guān)鍵思路為：第一挑選所有網(wǎng)絡(luò)中電壓變化級別最高的關(guān)鍵性變電站，主要因為這個關(guān)鍵性變電站通常為我國在局部供電方面的關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)路徑或匯集點，并且依據(jù)局部區(qū)域周邊輸電節(jié)點與密集輸電節(jié)點和有限差分法確定中心站廣域半徑的相關(guān)操作和協(xié)議，分站所屬輻射范圍。

2.1.2 明確有限廣域的半徑

有限廣域的半徑R，簡單來說為以中心站為起始點，延伸至最遠處變電站在邏輯方面的最短路徑，這個邏輯路徑代表著這兩個變電站間的直接連接距離。明確半徑R 時：

（1）可以以通信信息為基礎(chǔ)，優(yōu)化相關(guān)區(qū)域并做好劃分，以此明確半徑R 的實際意義。其中優(yōu)化是為了：完成對故障的準確性識別與明確故障信息范圍、類型以及其相關(guān)要求，與此同時還可以達成容錯技術(shù)在信息冗余方面的切實需要，確保這個系統(tǒng)在實際運行中的效率，在信息維度方面的實際要求，確保區(qū)域與跨區(qū)范圍內(nèi)在信息交換方面的質(zhì)量需要。通常描述如下：在RSN，n=1 的時候，是處于變電所的集中模式下，這個時候進行分區(qū)是比較簡單的，且變電所屬權(quán)力非常明確，在N22 的時候，是處于區(qū)域調(diào)度的中心模式下，這個時候進行分區(qū)是比較繁瑣化的，不過變電所在選擇標準與結(jié)論方面是最為常見的。

（2）可以結(jié)合保護合作方面的具體要求展開區(qū)域劃分。進行遠程方面的后備保護時，會涉及到應(yīng)用故障元件周邊元件做出保護動作來達到后備保護，基于中心站的核心作用，使得在R=2 區(qū)域里面的電氣信息能夠當成中心站在遠程方面的后備保護力量。所以我們可以結(jié)合現(xiàn)階段在通信方面的能力與預(yù)期系統(tǒng)來把握R。而為了方便討論，要更為全面化的反映好現(xiàn)階段工況環(huán)境下的分區(qū)過程。所以暫時將R<2 擺在有限廣域在分區(qū)方面的標準，若R ≤2 的時候，會阻礙系統(tǒng)規(guī)模、信息維數(shù)，以此保障好通信性能，結(jié)合實際研究結(jié)果來看，在R ≤2 的情況下，便能夠契合故障測距與信息冗余切實需要。

2.2 保護分區(qū)的原則和手段

（1）起始點定位預(yù)選中心站，基于網(wǎng)絡(luò)拓撲在輻射方面的關(guān)系，根據(jù)結(jié)合已有區(qū)域半徑（且r<2），就是挑選中心站周邊子站與相鄰子站當成有限廣域方面的子站，這個中心站與分站便能夠集中構(gòu)建出有限廣域方面的獨立系統(tǒng)。

（2）基于已經(jīng)完成劃分并形成固定式有限廣域在網(wǎng)絡(luò)邊界結(jié)構(gòu)出發(fā)，在未來新劃分的廣域網(wǎng)絡(luò)中再次重新選擇一個中心網(wǎng)絡(luò)站點并進行外部網(wǎng)絡(luò)搜索，以此構(gòu)建出一個涵蓋與其他有限廣域方面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外科學(xué)規(guī)劃控制物體在輻射方面的分布半徑，能夠有效保證每個輻射單元間都有一個清晰的輻射體系，并根據(jù)正確地理輻射位置和輻射均分布規(guī)律，構(gòu)建出不規(guī)則式蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（3）處于周邊有限廣域方面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的子站，也被稱之為邊界子站。這個邊界子站中的數(shù)據(jù)信息能夠被反饋至其被管控的全部中心站，之后全部的中心站都能夠?qū)ζ湔归_調(diào)控，若此中存在兩個中心站基于輸電線路而有所連接，那么他們則將彼此視為自己的邊界子站。

（4）若中心站處于搜索狀態(tài)的時候，發(fā)現(xiàn)其中重疊子站所顯示的邏輯路徑有所不同的時候，則可以判定這個子站隸屬邏輯路徑中的短系統(tǒng)管控，為此我們可以挑選其中子站發(fā)揮邊界子站的效用。若這個子站同周邊子站在邏輯路徑方面保持一致，那么我們可以挑選邏輯路徑比較短的那個子站發(fā)揮邊界子站效用。

（5）網(wǎng)絡(luò)主站在故障決策方面的分析模塊:這個模塊可以把處于多樣化網(wǎng)絡(luò)電壓在各個等級中出現(xiàn)的主站故障展開分析與辨別，這個模塊可以忽略主站處于跨變壓器里面的組合，并且當處于同種電壓各等級環(huán)境下，也能夠基于不同動作展開決策，并且在實際劃分的時候，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)電廠在處理手段方面提供變電站保持一致。

（6）若分區(qū)在保護元件方面的范圍還涵蓋到了受分區(qū)保護的各個廣域在水力方面的電網(wǎng)，并且這些保護元件都能夠滿足在廣域電網(wǎng)之中的時候，這個保護范圍的分區(qū)會自動結(jié)束。從根本上來說，這個新電網(wǎng)的建設(shè)為持續(xù)性建設(shè)與快速推進的過程。不過處于生態(tài)工程方面的技術(shù)應(yīng)用環(huán)境下，就需要對自然保護區(qū)建設(shè)進行深入探討。應(yīng)綜合考慮到系統(tǒng)在總體方面的規(guī)劃、調(diào)度、實際運行管理手段、保護以及通信等各個層面的整體設(shè)計與運行過程中人員對各個部分的針對性應(yīng)用要求。

2.3 以圖論在有限廣域方面為基礎(chǔ)展開電網(wǎng)的拓撲辨識

簡單來說，這個拓撲分析為繁瑣化多連通性質(zhì)的一種分析過程，此過程主要包含了：網(wǎng)絡(luò)在拓撲方面的分析、站點在拓撲方面的分析。本文重點以圖論在有限廣域方面為基礎(chǔ)展開電網(wǎng)的拓撲辨識，以此達到保護分區(qū)的作用，尤其在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化時，甚至當電網(wǎng)結(jié)構(gòu)(大范圍)處于不規(guī)則變化狀態(tài)時出現(xiàn)的極端性災(zāi)害，會對原有保護網(wǎng)絡(luò)帶來較為嚴重性的損害。為此我們可以基于對上述技術(shù)手段的討論，在有限廣域方面的電網(wǎng)展開快速建構(gòu)，以此實現(xiàn)對電網(wǎng)的應(yīng)急保護。為了簡化分析，圖論在基本元素與電力系統(tǒng)方面的實際概念是:頂點映射作為連通性變電站，邊映射站之間的連接關(guān)系用輸電線兩端的斷路器組合點線表示。邊緣存在的條件是有一條傳輸線，兩端斷路器閉合。

3 有限廣域系統(tǒng)跳閘策略

故障模式的準確辨識：

從根本上來說，對后備故障方面的保護，也可以說是對系統(tǒng)故障在元件方面的處理，例如：對跳閘停電故障進行的處理，主要是依據(jù)系統(tǒng)故障在保護元件以及別的保護元件在實際活動中反饋回來的信息，縮小了由故障保護元件在系統(tǒng)規(guī)定工作區(qū)域內(nèi)活動引起的跳閘停電影響范圍的后備保護元件動作處理。

故障模式準確辨識有三個主要的協(xié)同過程：

模式1。當故障發(fā)生于一對一分站情況或中心站情況下，例如：出現(xiàn)線路故障。這個時候可以通過有限廣域在系統(tǒng)方面的數(shù)據(jù)中心站展開數(shù)據(jù)處理。之后結(jié)合系統(tǒng)周邊矩陣，可以挑選同故障子站在元素分量上比較相似的子后備站分別作為近或遠后備站，選擇與近后備的子站（作為故障元素分量的下一個）元素相鄰的子后備站分別作為遠或近后備站。

模式2。故障范圍發(fā)生在線路邊界外的變電站（變壓站內(nèi)外）。處理過程與保護模式1 和處理模式2 相似，只是由于邊界保護變電站內(nèi)的后備故障保護屬于連續(xù)多個有限制的區(qū)域保護，一旦設(shè)備的外部設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，若外部故障在控制單元方面的設(shè)置處于有限廣域里面的時候，則可以選擇與外部故障控制單元位置相鄰的子后備站分別作為近或子后備站，選擇與近或子后備站位置相鄰的子后備站分別作為遠或近后備站，相反方向的遠后備站由邊界子站所屬的其他中心站確定。當電站發(fā)生故障時，處理方法類似。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著電網(wǎng)的不斷擴大和不斷的復(fù)雜化，我國在智能電網(wǎng)方面也開始了強化建設(shè)，尤其在電力系統(tǒng)方面的繼電保護手段方面尤為重視，希望其后備保護方面的設(shè)備可以具備優(yōu)質(zhì)適應(yīng)能力。為此本文將工程對其的實際應(yīng)用情況與實際適應(yīng)狀況想結(jié)合，力求建設(shè)出一個能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)，且集中區(qū)域做好決策的一種有限廣域方面的繼電保護系統(tǒng)，之后再展開其在保護分區(qū)方面與跳閘方面的可行性技術(shù)手段。