智能電網環境下電力系統保護新技術

李宏亮，谷會苗，張 瑞，郭 偉，李宏斌

（杭州得正電氣有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

智能電網環境是指以傳統電網為基礎，通過先進的控制技術與新型儀器設備，利用傳感器，實行電網的全面檢測，并借助互聯網，將監測的數據傳輸給計算機智能系統，進行判定，以確保電網安全、穩定運行，規避電網安全隱患，強化經濟效益。完善的電力系統通常由發電、輸電、配電以及用電4個部分構成。隨著我國發電系統的不斷增多，不同的電網環境中的保護系統也有所差別，太陽能、風能是現階段較常見的發電系統之一，傳統的電磁繼電式保護、電子式靜態繼電保護裝置難以適應，先進、新型電力系統保護技術的研發刻不容緩。

1 電力系統保護技術發展

電力系統涵蓋4個環節，發電、輸電、配電和用電，目的是利用發電動力裝置，實現自然界中一次能源到電能的有效轉換，然后進行輸電、變電、配電，最后將電能提供給用戶使用。電力系統保護技術，主要指對各個環節電能測量、調控、保護、通信以及調度，保障供電安全，為用戶提供安全、優質、經濟的電能。熔斷器是最先使用的電力系統繼電保護裝置，隨后以斷路器為核心的電磁式繼電保護裝置及電子式靜態繼電保護裝置應運而生。從電力系統繼電保護裝置的發展情況看，電力系統繼電保護技術裝置主要涵蓋5種，如集成電路型、整流型、機電、微機保護、晶體管。

2 智能電網環境下繼電保護的重要作用

近些年我國人口數量逐漸上升，導致電力需求也越來越大。為降低有關企業供電負荷和壓力，提升電網運行質量和效率，研發智能電網技術已成為電力企業最緊迫的重要任務。電網工作期間，難免會出現指令失效、設備運行故障等現象，使用繼電保護技術，可預防這些問題的發生，從而確保電網正常運行[1]。

如果電網運行中出現故障，電氣保護裝置將對有關設備電源進行切斷，并立即向現場管理者傳送故障報警信號，并采取科學、有效故障排除措施，讓電網于較短時間內恢復正常運轉。將繼電保護裝置、繼電保護技術用于電力系統中，不僅能夠提升電網工作效率，還可滿足用戶用電需求，避免因企業內部設備運行故障影響用戶的正常生活和不必要的經濟損失[2]。

3 智能電網環境下電力系統保護新技術的具體應用

3.1 超導限流器的應用

在電力系統中應用超導限流器的主要目的是在電路出現故障時，有效保護電路。超導限流器的材料一般為超導材料，這種材料在電路出現狀況時，能產生一定的阻抗，進一步限制電流[2]。與傳統限流器相比，超導限流器有如下優點：（1）反應更迅速，在電路出現故障時，能夠及時做出反應，提高電力系統的安全性；（2）耗能更少，能夠減少電能浪費；（3）具有自動控制功能，能夠實現自動限流；（4）應用范圍更廣，對電力系統穩定性的保障有更強的作用。

3.2 光纖傳感技術

光纖傳感技術在使用中更加安全，測量結果更加精確，抗干擾的能力更強，同時組網也十分方便，化學性能十分穩定?；谶@些優點，光纖傳感技術被廣泛應用在電力系統中，實現了在線監測電器測量，例如溫度、電流、應變參數等。光纖在傳輸的過程中，損耗低，傳輸的頻帶范圍寬，使用光纖傳感技術能夠將電力系統檢測范圍變大，促進信息傳輸的安全和高效。

例如，電力系統實現自動化的關鍵元件是互感器，光電流互感器和光電壓互感器的使用從本質上推動了電力系統保護新技術的發展。新型互感器不同于傳統互感器，能夠改變電力系統保護應用的方式和條件，有效拓展了互感器的應用范圍，保護電力系統。

3.3 GPS系統

GPS系統應用于電力系統中能有效推動電力系統的通信順暢，滿足電力系統在不同環境下的通信要求，其主要作用在于數據采集、數據傳輸和數據監控三方面。GPS 系統能夠通過對電網相關數據的采集，利用衛星發送到電力中央控制系統中。電力中央控制系統能夠對所收集到的數據進行相應分析，并根據分析結果給出準確地判斷。

例如，當變壓器的相關數據出現異常時，電力系統能根據數據的異常情況來對變壓器進行相關操控，從而避免問題擴大化。因此，GPS系統在電力系統中的應用不僅能對電網實施全面監控，還能有效提高電網系統的安全性。

3.4 新型繼電保護技術

新型繼電保護技術融入智能電網運行，可對電網進行有效診斷，并迅速恢復。如廣域繼電保護技術主要是以子域為分析基礎，在子域中進行信息采集，從而判斷電網運行是否有安全隱患問題的存在。廣域繼電保護技術的運用，初步實現了全自動電網控制技術，確保了電網安全、穩定、高效運行，并增加了電網實際運行保護時間。廣域繼電保護技術結合智能電網，可以從根本上提高繼電保護效率，增強智能電網安全性、可行性，實現智能電網經濟效益最大化[3]。

3.5 人工神經網絡技術

人工神經網絡技術事實上是一種人工智能技術，已經逐漸被應用到各個領域中。通過使用人工神經網絡技術，讓電力系統在出現問題時，能夠像人的大腦一樣，及時選擇有效的解決辦法。人工神經網絡技術不僅僅具有記憶、聯想、學習功能，還具備很高的組織能力和適應能力，能夠在學習之后迅速反映出輸入特征的樣本量。近些年來，信息技術快速發展，電力系統中廣泛應用人工神經網絡技術判斷電力系統故障狀態，推測故障位置。在智能電網環境下，應用人工神經網絡技術讓電力系統處理故障問題的效率大大提高[4]。

3.6 信息網絡技術

電力系統保護技術已經由傳統的數字式和模擬式轉變為信息技術領域。信息技術已經被廣泛應用在電力系統保護中，如小波轉換技術和數字信號處理技術。伴隨我國科技的不斷進步，通訊技術和計算機技術也越來越先進和完善，在電力行業，數字信號處理技術在很大程度上促進了電力系統保護技術發展。小波變換具有更好的分析圖像和信號的性能 。通過使用信息網絡技術，電力系統能夠得到新的保護技術。

4 結 論

交流、直流輸電系統中使用電力保護新技術和其他相關設備，可有效提高電網發電、輸電、配電和用電等環節的可控性，并促使太陽能、風能等可再生能源進一步開發和利用，對智能電網的實現具有至關重要的作用[5]。

在智能電網建設中需要提高光伏并網、直流輸電，與繼電保護間的協調配合能力，引入適宜的可控無功補償器與交流器，電力潮流控制中融合相應的電子控制技術等，可優化電網運行中出現的問題，增強電力控制靈活性。伴隨智能電網的快速發展，要求工作人員具備極高的專業能力，電力企業應定期培訓相關工作人員，提升專業水平，以滿足我國智能電網發展需求[6]。

智能電網環境下電力保護技術日漸完善，電力保護實現了智能化和網絡化。