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電力系統(tǒng)廣域繼電保護(hù)
電力系統(tǒng)廣域繼電保護(hù)
摘要：廣域繼電保護(hù)是近幾年國(guó)內(nèi)外新興的一個(gè)研究課題，它的提出是建立在計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上的，并且與大型互聯(lián)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性要求有著密切關(guān)系。
分析了目前廣域繼電保護(hù)的主要保護(hù)原理，電保護(hù)與穩(wěn)定控制有機(jī)協(xié)調(diào)構(gòu)成的廣域保護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力統(tǒng)的研究熱點(diǎn)，是未來保護(hù)與控制的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：廣域繼電保護(hù);系統(tǒng)結(jié)構(gòu);控制策略?
一、引言?
隨著我國(guó)電力需求的與日俱增，電力市場(chǎng)改革的深化與發(fā)展以及電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)日漸接近極限運(yùn)行，其運(yùn)行與控制更為復(fù)雜，發(fā)生擾動(dòng)以及故障的可能性更大，這些都對(duì)電力系統(tǒng)安全提出了更高的要求，對(duì)我國(guó)的繼電保護(hù)以及安全穩(wěn)定控制帶來了新的挑戰(zhàn)。
近年來，我國(guó)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的各級(jí)電網(wǎng)在迅速協(xié)調(diào)發(fā)展，建立以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)川的要求十分迫切。
智能電網(wǎng)的建設(shè)必須依托更精確，更快速，更完善的通訊系統(tǒng)以及信息共享平臺(tái)，這為基于廣域信息的廣域保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展提供了契機(jī)。
二、廣域繼電保護(hù)概述?
繼電保護(hù)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(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)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(xiàng)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(shí)，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(yùn)行的最有效方法之一。
現(xiàn)代電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力。
(一)電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求，不僅要求故障發(fā)生時(shí)繼電保護(hù)裝置能快速可靠地切除故障，還要求在系統(tǒng)遭受較大擾動(dòng)時(shí)能保證其安全穩(wěn)定地運(yùn)行;
(二)當(dāng)前繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的某些間題難以有效地解決，必須探索新的保護(hù)原理;
(三)以全球定位系統(tǒng)(GPS)為基礎(chǔ)的相量測(cè)量單元(PMU)技術(shù)導(dǎo)致了廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)的誕生PMU可測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的電壓、電流相量，誤差不大于1μs，為廣域保護(hù)提供了能同時(shí)采集全電網(wǎng)多個(gè)結(jié)點(diǎn)信息的有效手段;
(四)通信技術(shù)的發(fā)展為廣域保護(hù)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保證，以太網(wǎng)(Ethernet)正在逐步代替現(xiàn)場(chǎng)總線，高壓變電站間鋪設(shè)了光纖環(huán)網(wǎng)，將信號(hào)傳輸延時(shí)控制在幾十ms以內(nèi)，可以應(yīng)用于全電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
三、廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)?
廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)可定義為：依賴電力系統(tǒng)多點(diǎn)的信息，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行快速、可靠、精確地切除(包括主保護(hù)和后備保護(hù))，同時(shí)分析故障切除對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并采取相應(yīng)的措德，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)稱為廣域保護(hù)系統(tǒng).廣域保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它的研究現(xiàn)狀可以概括為以下3個(gè)方面：?
(一)廣域保護(hù)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)?
廣域保護(hù)系統(tǒng)由各個(gè)變電站或發(fā)電廠的廣域保護(hù)裝置組成，經(jīng)路由、光纖環(huán)網(wǎng)相連接。
以集中式廣域保護(hù)裝置為倒，每個(gè)變電站設(shè)置棗央處理單元(IED)和若干個(gè)終端設(shè)備，經(jīng)以太網(wǎng)相連接.對(duì)應(yīng)予每臺(tái)斷路器設(shè)置終端設(shè)備，用以采集安裝點(diǎn)的模擬量和開關(guān)量信息，對(duì)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，與本變電站的IED連接，上傳、下傳信息與命令，按命令執(zhí)行跳、合閘操作。
變電站的IED接收來自各個(gè)終端設(shè)備的信息，并與其他變電站的IED交換信息，做出保護(hù)與控制決策后下傳至終端設(shè)備執(zhí)行變電站的所有廣域保護(hù)算法都集中在lED中。
(二)基于不同原理的廣域保護(hù)算法與控制策略?
開展基于廣域信息的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)控制算法的研究是實(shí)行廣域保護(hù)的關(guān)鍵，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
構(gòu)成廣域繼電保護(hù)算法應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：1、在滿足故障判斷的前提下，所利用的信息越少越好;2、所利用的信息在形式上越簡(jiǎn)單越好;3、故障判斷和計(jì)算過程越簡(jiǎn)明越好;4、能應(yīng)付各種非正常情況，如IED拒動(dòng)和誤動(dòng)、斷路器失靈、變電站直流故障等。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前提出的保護(hù)算法與控制策略有：基于網(wǎng)格(Grid)計(jì)算的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)、基于專家系統(tǒng)的廣域電流差動(dòng)保護(hù)、利用A—gent的電網(wǎng)后備保護(hù)、基于圖論的電網(wǎng)廣域差動(dòng)保護(hù)、能識(shí)別潮流轉(zhuǎn)移的廣域后備保護(hù)等。
(三)廣域保護(hù)的通信網(wǎng)絡(luò)?
通信技術(shù)為廣域保護(hù)的基礎(chǔ)。
廣域保護(hù)的通信系統(tǒng)分為變電站內(nèi)部的通信系統(tǒng)和變電站之間的通信系統(tǒng)，站內(nèi)通信屬于局域網(wǎng)通信，采用以太網(wǎng);而站間通信屬于廣域網(wǎng)通信，采用同步數(shù)字體系、異步傳輸模式協(xié)議的光纖通信及低軌道衛(wèi)星通信。
當(dāng)前我國(guó)在電力系統(tǒng)的高壓和超高壓變電站內(nèi)開始敷設(shè)了光纖以太網(wǎng)，在各變電站之間敷設(shè)了光纖環(huán)網(wǎng)，使得高性能、低延時(shí)的實(shí)時(shí)通信成為可能。
對(duì)于廣域保護(hù)的通信系統(tǒng)，不僅要有強(qiáng)健的底層通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載，還要有上層的通信協(xié)議來保證。
電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)有大量的、類型不同的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，需有適應(yīng)這種特殊情況的數(shù)據(jù)通信模型和通信協(xié)議，否則有可能造成通信阻塞和數(shù)據(jù)丟失。
國(guó)際電工委員會(huì)頒發(fā)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信模型，支持了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。
四、廣域保護(hù)應(yīng)用?
廣域保護(hù)的應(yīng)用總的來說還處于起步階段，目前國(guó)內(nèi)外還沒實(shí)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(duì)華東電網(wǎng)的廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已進(jìn)入運(yùn)行階段。
在試運(yùn)行中，該系統(tǒng)成功捕捉了2006年“桑美”臺(tái)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(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)狀況，并經(jīng)歷了華東電網(wǎng)電力市場(chǎng)第二次調(diào)電試驗(yàn)考驗(yàn)，為華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定動(dòng)態(tài)監(jiān)視、預(yù)警和在線決策提供了技術(shù)手段，為運(yùn)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。
五、總結(jié)?
由于微機(jī)保護(hù)具有強(qiáng)大的邏輯分析、判斷和數(shù)值計(jì)算的能力，并可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，通過廣域保護(hù)和電網(wǎng)的信息交換來提高保護(hù)裝置的性能的自適應(yīng)、基于多agent的保護(hù)以及廣域保護(hù)引起了國(guó)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(zhǎng)期不懈地努力，已取得初步的成果。
參考文獻(xiàn)：?
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