淺析智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

潘冬梅

【摘要】智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)讓電網(wǎng)更加的穩(wěn)定。由于其具有自愈性、安全性、穩(wěn)定性、兼容性、交互性、經(jīng)濟(jì)性、高效性等眾多優(yōu)點(diǎn)，在世界各國(guó)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。 結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文探討分析了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)存在的問(wèn)題，闡述了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的構(gòu)成以及繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，說(shuō)明了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)技術(shù)； 應(yīng)用發(fā)展

中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞訪美，并在華盛頓發(fā)表主旨演講稱：“中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司正在全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)?！苯ㄔO(shè)“智能電網(wǎng)”已經(jīng)成為中、美兩國(guó)國(guó)家一級(jí)戰(zhàn)略決策。在日本、歐洲、韓國(guó)也收到高度重視。

智能電網(wǎng)作為當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，已由最初模糊的概念到了具體實(shí)施階段。繼電保護(hù)技術(shù)在電網(wǎng)出現(xiàn)相關(guān)故障的時(shí)候，能起到一個(gè)緩沖的作用，從而保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

一、 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的構(gòu)成

智能電網(wǎng)繼電保護(hù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，以及保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是該領(lǐng)域的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對(duì)繼電保護(hù)提出了更高要求，一方面通信和信息技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護(hù)原理提供了條件。智能電網(wǎng)中可利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。然后把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用這些信息可對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能和保護(hù)定值的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和修正。另外，對(duì)保護(hù)裝置而言，保護(hù)功能除了需要本保護(hù)對(duì)象的運(yùn)行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運(yùn)行信息。一方面保證故障的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)識(shí)別，另一方面保證在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。 所以智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作時(shí)不一定只跳本保護(hù)對(duì)象，有可能在跳本保護(hù)對(duì)象時(shí)還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，也有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，不跳開本保護(hù)對(duì)象。

二、智能電網(wǎng)繼電保護(hù)存在的問(wèn)題

繼電保護(hù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)時(shí)，保護(hù)必須考慮三個(gè)方面的問(wèn)題：（1）靈活的運(yùn)行方式、不確定的潮流流向，要求保護(hù)定值具有自適應(yīng)功能。（2）保護(hù)功能需根據(jù)運(yùn)行方式的變化做相應(yīng)的調(diào)整。（3）引入壞境條件對(duì)保護(hù)定值的影響。智能電網(wǎng)利用散布在電網(wǎng)中的傳感器得到實(shí)時(shí)信息監(jiān)控輸電線路的溫度和容量，并調(diào)整功率流使其更接近運(yùn)營(yíng)極限。為此我們必須實(shí)時(shí)調(diào)整輸電線路過(guò)負(fù)荷保護(hù)的定值，以適應(yīng)溫度和容量變化帶來(lái)的影響。

三、繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

繼電保護(hù)技術(shù)是通過(guò)與電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)相融和，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)故障的超高速甄別，并能夠?qū)收献龀隹茖W(xué)合理的處理，計(jì)算出系統(tǒng)的暫態(tài)能量，確定最佳的重合時(shí)間。在智能電網(wǎng)中，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本保護(hù)對(duì)象和其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析和決策，實(shí)時(shí)調(diào)整相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能和保護(hù)定值，使保護(hù)裝置適應(yīng)靈活變化的運(yùn)行工況。同時(shí)由保護(hù)功能決定參與故障判斷的電氣量信息和保護(hù)動(dòng)作策略。繼電保護(hù)技術(shù)在傳統(tǒng)電網(wǎng)和智能電網(wǎng)中都得到了充分的應(yīng)用，它在電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。

四、智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、廣域化。在智能電網(wǎng)的快速建設(shè)過(guò)程中，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的壓力也會(huì)越來(lái)越大，同時(shí)，出現(xiàn)故障的機(jī)率也會(huì)大幅上升。針對(duì)這種情況，可以充分利用廣域測(cè)量技術(shù)進(jìn)行后備的保護(hù)服務(wù)，這樣就能提高整個(gè)保護(hù)裝置的性能，以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

2、網(wǎng)絡(luò)化.數(shù)字化變電站在智能電網(wǎng)中應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)信號(hào)的方式，直接在智能電網(wǎng)中與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，一方面用戶可以直接共享網(wǎng)絡(luò)上的信息，提高了繼電保護(hù)裝置的能力；另一方面對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)是一種簡(jiǎn)化。繼電保護(hù)裝置的實(shí)質(zhì)是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的智能終端，既能把獲得的數(shù)據(jù)和運(yùn)行信息傳給網(wǎng)絡(luò)控制中心，也可以利用網(wǎng)絡(luò)獲得故障信息和數(shù)據(jù)。

3、數(shù)字化。智能電網(wǎng)中，不再考慮電流互感器飽和以及二次回路接地和短路等故障問(wèn)題，其原因是由于智能電網(wǎng)中互感器傳輸性能的提高，大大降低了設(shè)備的故障率。同時(shí)也提高了繼電保護(hù)裝置的性能，未來(lái)的繼電器發(fā)展僅僅需要考慮如何去簡(jiǎn)化繼電保護(hù)的輔助功能，并且思考如何將數(shù)字化傳感器更好的應(yīng)用到繼電保護(hù)裝置上，并且能夠提高繼電保護(hù)裝置的整體性能。

4、自整定技術(shù)。當(dāng)前，很多智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)的機(jī)構(gòu)所采用的是一種剛性的結(jié)構(gòu)，而且其中的連接方式、保護(hù)對(duì)象等內(nèi)容，都是預(yù)先設(shè)定好的。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，系統(tǒng)的整定是通過(guò)保護(hù)線路的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在智能電網(wǎng)中，繼電保護(hù)能夠充分地運(yùn)用全網(wǎng)的信息資源，這樣它就能進(jìn)行實(shí)時(shí)的判斷，以達(dá)到整定的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)系統(tǒng)整定的自動(dòng)化與配置的自動(dòng)化。

5、計(jì)算機(jī)化。隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問(wèn)世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的32位微機(jī)保護(hù)。

6、保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無(wú)故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。

電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語(yǔ)言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過(guò)用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過(guò)了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。

結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)為電網(wǎng)自身信息的搜集及出現(xiàn)故障時(shí)的判斷提供重要依據(jù)，而繼電保護(hù)技術(shù)則讓電網(wǎng)更加的穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)智能電網(wǎng)下的相關(guān)問(wèn)題加以研究，找出相關(guān)的解決方案。繼電保護(hù)技術(shù)是電網(wǎng)的一道保護(hù)屏障，保證電網(wǎng)能正常的運(yùn)行。同時(shí)，在電網(wǎng)出現(xiàn)相關(guān)故障的時(shí)候，能起到一個(gè)緩沖的作用，它是電網(wǎng)穩(wěn)定的保障。

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