摘要:本文主要論述電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展趨勢, 分析了廣域保護的概念和結(jié)構(gòu)、通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)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(tǒng)的發(fā)展也隨著擴大, 繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)在運行中, 可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài), 最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種形式的短路。在電力系統(tǒng)中, 除應(yīng)采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外, 故障發(fā)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(tǒng)安全運行的最有效方法之一。

　　2繼電保護技術(shù)發(fā)展趨勢

　　2. 1 計算機化

　　隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展,微機保護硬件也在不斷發(fā)展。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能, 強大的通信能力, 與其它保護、 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,高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當(dāng)于一臺PC 機的功能。該類裝置的優(yōu)點有: ( 1) 具有 486PC機的全部功能,能滿足對當(dāng)前和未來微機保護的各種功能要求。( 2) 尺寸和結(jié)構(gòu)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(huán)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(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。

　　2. 2 網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享整個電力系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù),各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作,確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然,實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將整個系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來,亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。保護裝置實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng), 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(fā)展的必然趨勢。

　　2. 3 保護、 控制、 測量、 數(shù)據(jù)通信一體化

　　在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運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(shù)據(jù)通信功能,亦即實現(xiàn)保護、 控制、 測量、 數(shù)據(jù)通信一體化。

　　2. 4 智能化

　　近年來, 人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法、進化規(guī)劃、 模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域的應(yīng)用, 可以解決用常規(guī)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(nèi)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(tǒng)產(chǎn)生不正常運行狀態(tài)以后再采取控制措施,例如低頻、 低壓減載裝置是在系統(tǒng)頻率或母線電壓降低、 偏離正常值一定程度且持續(xù)一定時間后才執(zhí)行切負(fù)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(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的崩潰事故。此外, 目前使用的安全自動控制判據(jù)大都是基于本地量構(gòu)成, 反映的只是系統(tǒng)某點或很小一個區(qū)域的運行狀態(tài), 不能反映較大區(qū)域電網(wǎng)的安全運行水平,裝置之間缺乏相互協(xié)調(diào)和配合, 難以做到對系統(tǒng)進行優(yōu)化控制。這樣將會導(dǎo)致系統(tǒng)某點發(fā)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(xié)調(diào),可能進一步擴大故障影響范圍,引起系統(tǒng)發(fā)生連鎖跳閘等嚴(yán)重事故。去年北美以及世界范圍內(nèi)的幾次大停電事故讓人們認(rèn)識到: 事故的發(fā)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(guī)模停電事故的發(fā)生。其原因就在于它們之間缺乏相應(yīng)的配合協(xié)調(diào), 基于本地量的裝置難以反映區(qū)域電力系統(tǒng)的運行狀況。

　　3. 2 廣域保護系統(tǒng)概述

　　廣域保護是在電網(wǎng)互聯(lián)趨勢下提出的對繼電保護系統(tǒng)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(guān)研究探討;國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究起步較晚,直到最近一兩年才陸續(xù)有相關(guān)的論文發(fā)表。

　　廣域保護系統(tǒng)可以分為兩類: 一類是利用廣域信息,主要完成安全監(jiān)視、 控制、 穩(wěn)定邊界計算、 狀態(tài)估計等功能,其側(cè)重點在廣域信息的利用和安全功能的實現(xiàn);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(shù)研究進行的只是概念性的討論,對于具體問題如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 通信網(wǎng)絡(luò)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(xì)深入分析,尚未形成完整的理論體系。

　　3. 3 廣域保護系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　廣域保護系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),如果以廣域信息的采集、 傳送、 分析和使用為主線,整個系統(tǒng)的構(gòu)成基本上可以分為三大部分。第一部分是電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),即對電力系統(tǒng)動態(tài)過程進行監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。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(tǒng)調(diào)度中心、 變電站或發(fā)電廠的主站( main s tat ion)通訊,構(gòu)成電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS) , 實現(xiàn)對地域廣闊的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)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(fù)荷、 切機等) , 安裝在各變電站的 CDE相互通訊,就地實現(xiàn)常規(guī)保護功能,且主站根據(jù)采集到的電網(wǎng)中分布的各變電站PMU 實時測量數(shù)據(jù), 檢測故障,分析擾動, 提出投切線路、 負(fù)荷和機組等控制策略。第三部分是電力系統(tǒng)實時控制系統(tǒng), 由安裝在各變電站的自動控制裝置與安裝在調(diào)度的控制中心聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)廣域自動控制策略。廣域保護系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu): 該系統(tǒng)由相量測量( PMU)、 安全穩(wěn)定控制裝置、 廠站安全穩(wěn)定監(jiān)控子站、 通信線路、 電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測與控制主站、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(guān)量動作情況,計算正序電壓電流等相量,通過安全穩(wěn)定監(jiān)控子站和通信線路將各種數(shù)據(jù)上送到安裝在調(diào)度的電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測與控制主機。

　　( 2)安全穩(wěn)定控制裝置。在電網(wǎng)故障條件下, 安全穩(wěn)定監(jiān)控子站根據(jù)廠站運行狀態(tài),查找預(yù)先整定的控制策略表,控制變電站安全穩(wěn)定控制裝置, 直接進行切機和切負(fù)荷操作;電網(wǎng)頻率或電壓變化后,安全穩(wěn)定控制裝置自動進行無級切機和調(diào)負(fù)荷控制;也可由調(diào)度人員遠(yuǎn)方操作,維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

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

　　(4) 電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測與控制主站。電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測與控制主機安裝在調(diào)度室內(nèi), 與安全穩(wěn)定監(jiān)控子站通訊, 獲取各種數(shù)據(jù), 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(guān)信號進行在線監(jiān)測,記錄有關(guān)數(shù)據(jù),并存入數(shù)據(jù)庫。并將實時監(jiān)測到的電壓電流相量和功角傳送到EMS 系統(tǒng),供EMS 系統(tǒng)進行靜態(tài)和動態(tài)安全穩(wěn)定分析, 并把EMS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制命令傳達到發(fā)電廠變電站的安全穩(wěn)定控制裝置,進行投切機組和負(fù)荷控制。

　　4 廣域保護應(yīng)用

　　廣域保護的應(yīng)用總的來說還處于起步階段, 目前國內(nèi)外還沒實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,典型應(yīng)用如:華東電網(wǎng)公司研發(fā)了一套針對華東電網(wǎng)的廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng), 目前該系統(tǒng)已進入運行階段。在試運行中, 該系統(tǒng)成功捕捉了2006年 桑美 臺風(fēng)登陸浙江、 福建造成的電網(wǎng)短路故障、 浙江烏沙山電廠60萬千瓦機組的甩負(fù)荷試驗狀況,并經(jīng)歷了華東電網(wǎng)電力市場第二次調(diào)電試驗考驗,為華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定動態(tài)監(jiān)視、預(yù)警和在線決策提供了技術(shù)手段, 為運行方式的研究、 電力交易的穩(wěn)定校核和離線事故分析提供了技術(shù)支持。

　　5總結(jié)

　　由于微機保護具有強大的邏輯分析、 判斷和數(shù)值計算的能力,并可以利用網(wǎng)絡(luò)進行通信, 通過廣域保護和電網(wǎng)的信息交換來提高保護裝置的性能的自適應(yīng)、 基于多agent 的保護以及廣域保護引起了國內(nèi)外電力界學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛重視, 經(jīng)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.