摘要:本文主要論述電力系統繼電保護的發展趨勢, 分析了廣域保護的概念和結構、通訊網絡結構。

　　關鍵詞: 繼電保護 廣域保護

　　1 前言

　　隨著時代的不斷進步，電力系統的發展也隨著擴大, 繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展起來的。電力系統在運行中, 可能發生各種故障和不正常運行狀態, 最常見同時也是最危險的故障是發生各種形式的短路。在電力系統中, 除應采取各項積極措施消除或減少發生故障的可能性以外, 故障發生時,必須迅速而有選擇性地切除故障元件,這是保證電力系統安全運行的最有效方法之一。

　　2繼電保護技術發展趨勢

　　2. 1 計算機化

　　隨著計算機硬件的迅猛發展,微機保護硬件也在不斷發展。電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能, 強大的通信能力, 與其它保護、 控制裝置和調度聯網以共享全系統數據、 信息和網絡資源的能力,高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC 機的功能。該類裝置的優點有: ( 1) 具有 486PC機的全部功能,能滿足對當前和未來微機保護的各種功能要求。( 2) 尺寸和結構與目前的微機保護裝置相似,工藝精良、 防震、 防過熱、 防電磁干擾能力強,可運行于非常惡劣的工作環境, 成本可接受。

　　(3)采用 STD 總線或PC 總線, 硬件模塊化, 對于不同的保護可任意選用不同模塊, 配置靈活、 容易擴展。繼電保護裝置的微機化、 計算機化是不可逆轉的發展趨勢。

　　2. 2 網絡化

　　因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍, 還要保證電力系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享整個電力系統的運行和故障信息的數據,各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作,確保系統的安全穩定運行。顯然,實現這種系統保護的基本條件是將整個系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來,亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。保護裝置實現計算機聯網, 能提高保護的可靠性,同時可大大提高保護性能和可靠性,這是微機保護發展的必然趨勢。

　　2. 3 保護、 控制、 測量、 數據通信一體化

　　在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下,保護裝置實際上就是一臺高性能、 多功能的計算機,是整個電力系統計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據, 也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此, 每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能, 而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、 控制、 數據通信功能,亦即實現保護、 控制、 測量、 數據通信一體化。

　　2. 4 智能化

　　近年來, 人工智能技術如神經網絡、 遺傳算法、進化規劃、 模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,在繼電保護領域應用的研究也已開始。人工智能技術在繼電保護領域的應用, 可以解決用常規方法難以解決的問題。

　　3 廣域保護

　　3. 1 廣域保護研究的理論背景

　　繼電保護裝置以判斷被保護對象內部故障,及時可靠地切除故障為己任。但是目前的安全自動裝置都是在檢測到系統產生不正常運行狀態以后再采取控制措施,例如低頻、 低壓減載裝置是在系統頻率或母線電壓降低、 偏離正常值一定程度且持續一定時間后才執行切負荷或切機操作,屬于事故后控制措施。在特殊情況下如果頻率或電壓下降速度過快,可能安全自動裝置來不及動作,系統已經發生嚴重的崩潰事故。此外, 目前使用的安全自動控制判據大都是基于本地量構成, 反映的只是系統某點或很小一個區域的運行狀態, 不能反映較大區域電網的安全運行水平,裝置之間缺乏相互協調和配合, 難以做到對系統進行優化控制。這樣將會導致系統某點發生故障后安全水平下降, 造成繼電保護和安全自動裝置相繼動作。由于這些裝置之間缺乏相互的配合協調,可能進一步擴大故障影響范圍,引起系統發生連鎖跳閘等嚴重事故。去年北美以及世界范圍內的幾次大停電事故讓人們認識到: 事故的發生并不是因為繼電保護和安全自動裝置誤動作, 恰恰相反,它們都能正確動作,但是仍然不能避免大規模停電事故的發生。其原因就在于它們之間缺乏相應的配合協調, 基于本地量的裝置難以反映區域電力系統的運行狀況。

　　3. 2 廣域保護系統概述

　　廣域保護是在電網互聯趨勢下提出的對繼電保護系統更高的要求,這是一個新的研究方向,國外早在1997 年開展了相關研究探討;國內在這一領域的研究起步較晚,直到最近一兩年才陸續有相關的論文發表。

　　廣域保護系統可以分為兩類: 一類是利用廣域信息,主要完成安全監視、 控制、 穩定邊界計算、 狀態估計等功能,其側重點在廣域信息的利用和安全功能的實現;另一類則是利用廣域信息完成繼電保護功能。但是目前多數研究進行的只是概念性的討論,對于具體問題如系統結構、 通信網絡配置、 廣域信息的采集和利用、 廣域保護和控制算法等方面并沒有進行詳細深入分析,尚未形成完整的理論體系。

　　3. 3 廣域保護系統基本結構

　　廣域保護系統是一個復雜的系統,如果以廣域信息的采集、 傳送、 分析和使用為主線,整個系統的構成基本上可以分為三大部分。第一部分是電力系統實時動態監測系統,即對電力系統動態過程進行監測和分析的系統。由安裝在各變電站的同步相量測量裝置( PMU) 之間相互通訊, 及與安裝在電力系統調度中心、 變電站或發電廠的主站( main s tat ion)通訊,構成電網廣域測量系統(WAMS) , 實現對地域廣闊的電力系統運行狀態的監測和分析。第二部分包括廣域繼電保護算法和廣域自動控制策略( 基于廣域信息切負荷、 切機等) , 安裝在各變電站的 CDE相互通訊,就地實現常規保護功能,且主站根據采集到的電網中分布的各變電站PMU 實時測量數據, 檢測故障,分析擾動, 提出投切線路、 負荷和機組等控制策略。第三部分是電力系統實時控制系統, 由安裝在各變電站的自動控制裝置與安裝在調度的控制中心聯網,實現廣域自動控制策略。廣域保護系統功能結構: 該系統由相量測量( PMU)、 安全穩定控制裝置、 廠站安全穩定監控子站、 通信線路、 電網安全穩定監測與控制主站、 網絡服務器及資料分析站等組成,具體功能如下:

　　( 1)相量測量裝置( PMU )。GPS 同步采樣記錄電壓電流相量、 功率和開關量動作情況,計算正序電壓電流等相量,通過安全穩定監控子站和通信線路將各種數據上送到安裝在調度的電網安全穩定監測與控制主機。

　　( 2)安全穩定控制裝置。在電網故障條件下, 安全穩定監控子站根據廠站運行狀態,查找預先整定的控制策略表,控制變電站安全穩定控制裝置, 直接進行切機和切負荷操作;電網頻率或電壓變化后,安全穩定控制裝置自動進行無級切機和調負荷控制;也可由調度人員遠方操作,維護電網安全穩定運行。

　　(3) 廠站安全穩定監控子站。安全穩定監控子站安裝在變電站,向上通過光纖與電網安全穩定監測與控制主機通信, 向下通過以太網與相量測量裝置( PMU)及安全穩定控制裝置通訊, 是發電廠變電站安全穩定監測與控制系統的決策中心和通訊橋梁。可就地實現一些廣域保護算法, 安全穩定監控子站之間可以相互通訊。

　　(4) 電網安全穩定監測與控制主站。電網安全穩定監測與控制主機安裝在調度室內, 與安全穩定監控子站通訊, 獲取各種數據, 進行廣域保護計算,及對多站間的實時功角及各站模擬和開關信號進行在線監測,記錄有關數據,并存入數據庫。并將實時監測到的電壓電流相量和功角傳送到EMS 系統,供EMS 系統進行靜態和動態安全穩定分析, 并把EMS系統的安全穩定控制命令傳達到發電廠變電站的安全穩定控制裝置,進行投切機組和負荷控制。

　　4 廣域保護應用

　　廣域保護的應用總的來說還處于起步階段, 目前國內外還沒實現大規模應用,典型應用如:華東電網公司研發了一套針對華東電網的廣域動態監測系統, 目前該系統已進入運行階段。在試運行中, 該系統成功捕捉了2006年 桑美 臺風登陸浙江、 福建造成的電網短路故障、 浙江烏沙山電廠60萬千瓦機組的甩負荷試驗狀況,并經歷了華東電網電力市場第二次調電試驗考驗,為華東電網安全穩定動態監視、預警和在線決策提供了技術手段, 為運行方式的研究、 電力交易的穩定校核和離線事故分析提供了技術支持。

　　5總結

　　由于微機保護具有強大的邏輯分析、 判斷和數值計算的能力,并可以利用網絡進行通信, 通過廣域保護和電網的信息交換來提高保護裝置的性能的自適應、 基于多agent 的保護以及廣域保護引起了國內外電力界學者和工程技術人員的廣泛重視, 經過長期不懈地努力,已取得初步的成果。

　　[參考文獻]

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　　[ 2] 陳德樹,張哲, 尹項根. 微機繼電保護[M] . 北京:中國電力出版社, 2000.