浅论智能电网对继电保护发展的影响

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【摘要】：智能电网是现代电力系统发展变革的最新方向，是21世纪信息技术革命下多学科、多领域交叉融合的科技创新成果。继电保护是电力系统安全稳定运行的重要防线，由于智能电网建设的高速发展，电力系统继电保护既面临难得的发展机遇又面对新的挑战，因此对智能电网继电保护的分析具有重要意义。本文主要分析了智能电网继电保护的构成和典型特征，还研究了智能电网继电保护需要解决的相关问题。

【关键词】：智能电网继电保护 发展影响

中图分类号：TM421 文献标识码：A

【正文】：

0引言

由于信息通信技术的快速发展、电气设备关键制造工艺的技术突破，以及适应大规模清洁能源接入、应对气候变化实现节能减排的需求，催生了智能电网的迅速发展。因具有稳定性、自愈性、安全性、兼容性、经济性等诸多优点，智能电网在世界各国得到了大量的推广与应用。国家在2009年对智能电网发展进行了全面的规划，分三个阶段运用先进的通信、信息及控制技术，全面完成以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的智能电网建设，目前正处于大规模建设阶段，预计到2020年基本建成。继电保护运行状况直接关系系统安全可靠运行，现代大电网更是对继电保护提出了更高要求。智能电网的发展使传统电力系统的形态发生很大的变化，电子式互感器、数字化变电站、广域测量、交直流灵活输电和网络控制技术的广泛运用，给继电保护的配置运行带来深刻影响。本文在研究智能电网继电保护构成的基础上，阐述了智能电网对继电保护的影响，对智能电网继电保护发展有关问题进行探讨。

1 智能电网继电保护的构成

目前继电保护正在向数字化、智能化，保护控制测量集成化以及数据通信一体化方向发展。电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高的要求，网络通信与信息处理技术的快速发展，数字化技术深化应用也为探索新的保护机理提供了帮助。智能电网能够利用传感器对发电、输电、配电、供电等重要设备的运行情况进行监控，把得到的数据经过网络系统来收集、整合，最后再进行数据分析。利用这些数据能监测系统及设备运行的具体状况，达到对保护性能及保护定值的远程动态监控、诊断与修正功能。除此之外，对保护装置来说，保护收集的信息不但需要涵盖本保护对象的运行状况，还需要与之密切相关的其它设备的运行信息，确保故障的准确识别，另外借助保护的智能诊断功能，在无人工干预情况下，可以迅速隔离故障、自行恢复运行，防止事故扩大和大面积停电状况发生。因此智能电网继电保护装置保护动作时不确定是否仅跳本保护对象，还可能在跳本保护对象时需发联跳命令跳开别的相关节点，还有可能仅发连跳命令跳开别的关联节点，不跳开本保护对象。

典型智能变电站保护及自动化配置联络如图1所示。

图1典型智能变电站保护及自动化配置联络图

2 智能电网继电保护的典型特征

智能电网是以物理电网为基础，覆盖通信、信息、计算机、传感测量、新能源等技术，把发、输、配、用各环节连接成一个高度智能化的网络。智能电网继电保护从设计、配置、运维管理上都有许多不用于以往的新特性，其典型特征主要表现在以下几个方面。

2.1 数字化

智能电网的一个重要特征是数字化，对继电保护而言，一是测量手段的数字化，广泛采用电子式互感器和数字接口；二是信息传输方式的数字化，传统变电站采用的模拟量电缆传输和状态量电缆传输方式将被以光纤为媒介的网络数字传输所代替。图1所示系统图中电子式互感器取代了基于电磁感应原理的传统互感器。

电子式互感器的优越性在于其采用光电转换原理进行测量，体积小、绝缘性能好。对继电保护其最大的优势是传输频带宽、暂态性能好，不存在电磁式互感器和电容式电压互感器等传统互感器的测量误差和暂态特性，能很好地将电力系统运行状态信号变换到二次侧。随着智能电网的建设及智能化仪器、设备的推广，传统的互感器将逐步退出运行。

电子式互感器采用网络接口，通过网络保护装置和智能断路器连接，大大简化了二次回路接线,易于维护。

2.2 网络化

智能电网的核心节点是数字化变电站，近年来基于IEC61850标准的数字化变电站建设逐步铺开，已出现500 kV全数字化示范变电站,各网、省公司都在大力推广数字化变电站建设。

数字化变电站最大的特点是采用基于IEC61850标准的分布分层的结构体系，面向对象的数据统一建模、数据自描述，采用抽象通信服务接口(ACSI)和特殊通信服务映射(SCSM)技术实现智能设备间的信息共享和互操作。

图1所示智能变电站系统图分为三个工作控制层面（过程层、间隔层、站控层），三个工作层面的各组件通过基于IEC61850标准的MMS网、GOOSE网、SV网三个网络实现互联。MMS服务应用于设备和监控后台之间的数据交互，实现各装置信号上送、测量上送、定值操作、控制操作和故障报告上送等功能。GOOSE服务应用于保护、测控、智能终端等智能化设备之间的通讯服务，通过广播方式传送报文数据，实现装置之间互相通信及信息共享。SV服务主要完成采样值的网络传输。该接线形式大大简化了保护采样、出口跳闸及保护屏柜之间二次电缆接线，使全站信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化。

对继电保护来说，数字化变电站的网络化带来了两方面的变革，一是信息获取，虽然继电保护主保护的功能仍然保持不变，但由于网络数据传输的共享性，可以获取全站相关设备元件的信息(电气量信息)；二是信息发送，由于采用带数字接口的智能断路器，跳合闸等控制信号的传输方式也由二次电缆改为数字信号的网络传输。

2.3 输电灵活化

智能电网的一个最大特点就是输电效率的提高，控制手段的灵活。智能电网中必然大量采用诸如可控串联补偿装置、静止无功补偿装置、电能质量控制装置、统一潮流控制器及STATCOM等交流灵活输电技术。另外，我国电网的交直流混合输电的特征也使电网中非线性可控电力元件数量大大增加。以电力电子器件的广泛应用为特征的智能电网的故障暂态过程与仅有同步发电机等旋转元件的传统电力系统将有显著的不同。

电网暂态过程的复杂性及电网运行方式灵活控制造成的多变性，使现有继电保护装置面临较大考验。

2.4 广域化

近年来，随着我国电网信息化进程不断推进，各网、省公司都在大力推进基于PMU的WAMS网络建设，继电保护信息专用网络也已初步建成，将成为智能电网控制的重要环节。虽然WAMS网络和继电保护信息系统建设的初衷不是为继电保护服务，但利用其提供的广域信息来提高后备保护的性能、提高安全自动装置的性能却值得思考。

3 智能电网继电保护需关注的问题

智能电网的规划和发展改变了电能传输的某些特点，信息化和数字化的特征使智能电网与传统电力系统产生了本质的差别，作为继电保护专业，也需要适应其发展，进行相关的研究工作。

3.1利用数字化提高保护性能

电子式互感器独特的工作原理和传输性能的提高使继电保护不需要再考虑电流互感器饱和、二次回路断线、二次回路接地等互感器故障问题。电气量信息通过网络传输也为继电保护装置性能的提高带来了便利条件。但无论是电子式互感器、智能组件还是光纤传输系统，对运行环境的要求都很高，目前数字化变电站中测控保护交换机等数字化组件均在设备现场分散布置，如何适应现场复杂的运行环境保持连续可靠运行是一个重要课题。同时如何简化继电保护的辅助功能，利用数字化传感器提高继电保护的整体性能，也是是未来继电保护发展需要研究的核心问题。

3.2提升继电保护网络化配置形态下运行可靠性

基于IEC61850网络的数字化变电站改变了传统继电保护信息获取和信号发送的媒介，利用网络上共享的站内其它相关电气元件的信息提高主保护的性能，利用共享的控制信号网络简化继电保护配置,是智能电网中继电保护研究的前沿性问题。网络化带来共享信息的同时，也带来基于网络信息传输的可靠性和安全性问题。与传统二次电缆的传输方式不同，基于网络的控制信号传输的可靠性必须得到保证。数字化变电站条件下继电保护的可靠性问题及如何进行保护配置保证可靠性是网络化二次回路的关键问题。

3.3提升安全自动装置性能

PMU和WAMS网络为电力系统安全防御和紧急控制提供广域信息，能够利用其已建成的网络，提高对时间敏感性不强的后备保护和安全自动装置的性能，改变现有保护和安全自动装置的延时整定原则，使其能够在某些情况下及时判断系统故障，采取措施避免大停电等恶性事故的发生。

3.4研究继电保护在线整定技术

自适应保护的思想在继电保护领域已被广泛应用，限于条件，传统的自适应保护仅能根据被保护线路的运行情况对定值进行调整，不能利用全网信息准确、实时地判断运行方式来调整定值。智能电网的发展有望改变这一现状,从而实现在线整定。

3.5研究继电保护新原理与新技术

风能、太阳能、生物能等新能源接入的随机性和间歇性，使电网接入安全问题日益受到重视，相应的调度方式在智能电网背景下将更快、更灵活地调整传输方式和潮流方向。以电力电子控制为依托的电网灵活控制方式将改变传统电网的故障暂态特征，研究适应智能电网灵活控制的继电保护新原理与新技术是智能电网中继电保护相关研究的一个关键问题。

4 结束语

智能电网的建设是电力系统的一次重要变革，是电网未来的发展方向。如今，智能电网的建设已经全面铺开，建设过程中新技术和新设备的应用将给继电保护专业领域带来革命性的变化。随着智能电网建设的推进，相关研究的深入，继电保护专业要适应电网需求向智能化方向发展，紧跟电网建设步伐，为智能电网建设提供可靠技术支持。

【参考文献】：

[1]林宇锋,钟金,吴复立.智能电网技术体系探讨[J].电网技术,2009,

[2]国家电网公司.坚强智能电网综合研究报告[R].国家电网公司, 2009.

[3]谢 开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008.

作者简介：

陈斌（1976－），男，工程师，从事变电设备运维检修管理工作。