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技術(shù)文章

中國面向智能電網(wǎng)的繼電保護技術(shù)研究與發(fā)展
DQZHAN技術(shù)訊：中國面向智能電網(wǎng)的繼電保護技術(shù)研究與發(fā)展
2014年3月31日，《2014全球智能電網(wǎng)建設(shè)分布式能源及技術(shù)儲備展覽會暨高峰論壇》在國家會議中心舉行，在下午舉行的主題為“機電保護與特高壓技術(shù)”的演講環(huán)節(jié)，北極星電力網(wǎng)整理中國電科院繼電保護研究所所長周澤昕做了主題為“面向智能電網(wǎng)的繼電保護技術(shù)研究與發(fā)展”的演講，全文如下：
周澤昕：繼電保護在電力系統(tǒng)里面屬于比較成熟的技術(shù)，想探討一下*近這幾年隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，隨著特高壓智能建設(shè)，發(fā)現(xiàn)*后落到了我們機電保護上面，借這個機會跟大家分享幾個比較關(guān)心的問題。
一個是想介紹一下背景，**個方面是想介紹一下我們*近比較關(guān)注的幾個點，在特高壓系統(tǒng)建設(shè)過程中，跟繼電保護有關(guān)的，大家比較關(guān)注的幾個問題。**個是我們智能變電站的保護，大家比較了解進展的情況，會關(guān)心*近幾年智能變電站的建設(shè)對保護的驅(qū)動有了大的驅(qū)動作用。
第三個是大家比較關(guān)注配網(wǎng)方面，研究的比較多，我們今天不太展開，關(guān)注幾個分布式電源對我們保護的影響。
第三個是支撐技術(shù)方面，我們大家關(guān)注到的話，發(fā)現(xiàn)我們在智能變電站的運維和通信技術(shù)發(fā)展以后給我們保護的運維帶來一些變化，包括我們對設(shè)備的質(zhì)量控制，從檢測、我們的全壽命周期管理方面有一些技術(shù)進步，分這么幾個方面給大家介紹一下。
**個是背景介紹，我聽了韓國的那位先生介紹韓國對智能電網(wǎng)的理解，我們大同小異，我們對智能電網(wǎng)的理解是以特高壓電網(wǎng)為骨架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動特征，。有**可靠、經(jīng)濟高效、清潔保護、友好互動。
其實有幾個關(guān)鍵的詞就是我們的特高壓，我們的信息化，這幾個對我們的保護有比較大的影響。
首先我們來看一下，因為我們今天的主題是智能電網(wǎng)的峰會，我們會從不同的角度看智能電網(wǎng)，我今天的角度是從繼電保護專業(yè)。我們看一次的哪些變化對我們二次有影響?我們出現(xiàn)的特高壓互聯(lián)電網(wǎng)，采用了很多先進的交流輸電技術(shù)，我們現(xiàn)在的直流輸電和大規(guī)模新能源接入，還有我們配電網(wǎng)和智能一次設(shè)備使用，這些都是對二次產(chǎn)生一定的影響。
更聚焦一下，從我們保護的角度來看，對二次的變化像我們在變電站內(nèi)全站信息數(shù)字化，通信平臺的網(wǎng)絡(luò)化，包括三層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。信息共享的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，包括我們時鐘同步，還有從廣域的角度說是光纖通信技術(shù)的進步都為我們保護提供了很多新的發(fā)展。既提供了一些挑戰(zhàn)又給了一些機遇，挑戰(zhàn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜對我們保護的**性和原理產(chǎn)生一些影響。運營方式的靈活和展臺特性的變化都是對我們保護帶來的挑戰(zhàn)，給我們的機遇是通過網(wǎng)絡(luò)化的通訊、信息共享和測量技術(shù)的進步都會給我們保護的技術(shù)進步帶來一些機遇。
我們再來看一下這幾個關(guān)鍵技術(shù)，主要還是側(cè)重于幾方面，超特高壓保護的技術(shù)方向還有我們智能站、配電網(wǎng)保護的技術(shù)方向。先看一下特高壓保護方面，重點聚焦幾個地方，**個是特高壓系統(tǒng)使用的變壓器不同，有什么影響?**個是線路距離保護應(yīng)對過負(fù)荷有哪些影響?第三個是FACTS的使用，對我們保護的影響。還有交直流影響故障保護技術(shù)，*后一個是PMU對于廣域保護的影響。
特高壓變壓器我們現(xiàn)在投運的特高壓系統(tǒng)一個是示范和皖電東送的工程。變壓器和我們傳統(tǒng)的變壓器有比較大的變化，首先是具備了獨立的主變之外的，我們是不是用傳統(tǒng)的保護就可以替代?我們在前期做了大量的研究，覺得不行，如果是調(diào)壓變和補償變的靈敏度不夠，必須要調(diào)整。特高壓和我們常規(guī)變壓器涌流特征更趨于弱化，它的判別更不容易。平時我們用二次諧波判，但是它的含量會比較低，更不容易判出來，會產(chǎn)生空中誤動的幾率會多。我們就引入了一些循環(huán)閉鎖和判據(jù)，加入了自適應(yīng)的浮動門檻等等。
第三個特征是皖電東送的時候*后通過多套定值來實現(xiàn)調(diào)壓。然后是關(guān)于過負(fù)荷的問題，距離保護有一個是經(jīng)常惹事，就是我們的距離三段保護，經(jīng)常在過負(fù)荷或者負(fù)荷轉(zhuǎn)移的時候，它會發(fā)生動作，這個事情我們從紐約大停電，包括印度停電的情況都看到了。*近我們國家的一些保護專家和廠家做了努力，我們從理論上把它解決了，因為今天時間有限，我簡單的說一下，我們以前的距離保護都是基于阻抗平面解決的，這是經(jīng)常見到的四邊形的阻抗平面，大家看一下這兩條虛線是造成我們距離保護三段誤動的原因。這條是負(fù)荷線，有了這條線之后，只要相鄰線路由于故障或者是正常退出的負(fù)荷壓過來以后，會造成本線路的測量點離中間點比較近，一定會誤動，在阻抗平面這個測量點對負(fù)荷的轉(zhuǎn)移是非常靈敏的。我們現(xiàn)在通過電壓平面找到方式，比較可靠的區(qū)分還是過負(fù)荷，我們基于電壓的意思，我們過負(fù)荷的本質(zhì)是一個特征，如果說是負(fù)荷的話，全線的電壓一定分布在兩端的電視連線上面。在終端的投影*小也在這一個角度，我們利用這個原理做了電壓特性，如果是阻抗平面的特性，過負(fù)荷的會進入到過負(fù)荷的狀態(tài)，正常運行點在這里。我們通過電壓平面，在正常運行和過負(fù)荷的時候，始終讓它在陰影區(qū)域，進到這里我們會動作，保證他始終在動作區(qū)域之外，保證它的可靠不動作。
如果是發(fā)生了鼓掌，*困難的是高阻故障，高阻接地的時候，傳統(tǒng)的阻抗平面上有可能落到這個地方。這個圖不是特別清楚，我們畫了兩條，在負(fù)荷外面無法動作。B相經(jīng)150歐姆高阻也可以。
后面說到的是接入FACTS的技術(shù)，對我們的保護直接產(chǎn)生影響。這里面列舉了我們在電網(wǎng)中常用到的FACTS原件，磁控的和極控的，還有短路電流限制器和可控串補和SVC等等，這些都有一些研究，用了多種。它對我們的保護，在特高壓系統(tǒng)上用了串補以后，包括*近的幾個系統(tǒng)里面加入串補電壓反向，包括做了大量的算法研究，現(xiàn)在有些系統(tǒng)里面，加裝了串補以后線路進行派接，都會對保護和配置進行一定的影響。
下一個方面是關(guān)于交直流影響的問題，直流系統(tǒng)換向失敗以后，南網(wǎng)的多端柔性直流，我們常規(guī)的在保護系統(tǒng)中也遇到一些問題，比如變壓器空沖的時候，幾百公里以外的直流諧波保護會受到影響，這些都是我們現(xiàn)在比較關(guān)注的幾個問題。
對于廣域保護控制這一塊，我們PMU的應(yīng)用之后它的同步、高速、精度，給我們帶來整個動態(tài)控制的好處。包括現(xiàn)在也在做很多的探索，從我們做狀態(tài)估計，包括模型的驗證，故障的定位和系統(tǒng)的實施狀態(tài)監(jiān)測和事故的記錄，以及一些穩(wěn)定性預(yù)測都用到了PMU的信息。
**部分想給大家介紹一下智能站保護方面的一些進展，這里面我們*近提的比較多的，大家也都聽到過我們從智能站角度提出了層次化保護控制體系的這么一個概念。所謂層次化保護，分別給大家介紹一下。層次的概念是按照從就地層到站域?qū)拥綇V域?qū)?，形成多維度層次化的保護系統(tǒng)。對于就地化來說，是對于單個對象的，利用自身的信息完善的，實際上是一個非?？煽靠焖偾谐收系淖饔?。
就地的這一層保護是整個保護系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)間隔內(nèi)的功能，模塊化功能設(shè)計，接口也是標(biāo)準(zhǔn)化的。我們現(xiàn)在就地裝置自己有一些狀態(tài)信息的采集和上傳，支持一些遠(yuǎn)方的監(jiān)控和減少現(xiàn)場維護的需要。從布置方式看，一個是預(yù)制艙，一個是智能組件柜。這個是列出了兩種安裝方式，我們預(yù)制艙今年的幾個智能站，2013年的一些智能站的六個新一代站，包括2014年的基本上采用了預(yù)制艙拉到現(xiàn)場，減少維護和工作量。
組件柜是就地的安裝，因為很多在一次裝置下面，接線會簡化?，F(xiàn)在有很多廠家討論這個問題，我們對于裝置、小型化、微型化研究取得了新的進展。隨著芯片技術(shù)的提升還是很有前景的，還有一些一次設(shè)備的一體化設(shè)計，現(xiàn)在也在跟進這件事情。
站域?qū)拥谋Ｗo控制主要是我們實現(xiàn)在前端的，在站內(nèi)設(shè)備的一些集成。通過現(xiàn)在幾個廠家的實現(xiàn)方式，也有幾種不同的實現(xiàn)方式，采用多CPU運行的處理，網(wǎng)絡(luò)共享，站域保護控制裝置一定是在變電站的網(wǎng)絡(luò)上面取數(shù)據(jù)，出口也是通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，把站內(nèi)的多個信息集中在一起，這是站域保護的一個實現(xiàn)方式。
站域保護有哪些優(yōu)勢?從功能上來說實現(xiàn)了站內(nèi)的數(shù)據(jù)源在某些裝置退出的時候，在十一萬站更明顯，因為我們十一萬站保護是單純化配置的。如果這個保護需要退出，整個線路需要退出。我們通過配一套站域，在就地保護出現(xiàn)問題的時候，由站域保護退出去，一次設(shè)備不用退出。同時利用站域功能，實現(xiàn)了全站的功能。
對于廣域保護實現(xiàn)的不是很多，研究已經(jīng)很多了。利用廣域的電網(wǎng)信息和站域的就地層保護信息，實際上我說到站域保護給我們廣域保護提供一個信息源，我們目前看到的有兩種方式，一種是有一個主站來決定各個子站控制的邏輯，還有一種我們是無主的，分布式的。我們幾個手拉手把它拉起來，信息共享以后，自行利用多站信息進行判斷，有這樣兩種方式。它的功能優(yōu)勢是通過一些廣域信息實現(xiàn)故障點的快速定位，優(yōu)化和就地層的保護性能。
這是舉了兩個例子，通過廣域保護實現(xiàn)這些方式，我們廣域保護也是作為一個后備。另外廣域保護可以多點進行分布實施的一些振蕩的特性分析，區(qū)域轉(zhuǎn)移的識別和過負(fù)荷的檢測、預(yù)警、保護控制功能之間的協(xié)同。
對于配電網(wǎng)來說，*近大家關(guān)注的比較多，國家電網(wǎng)也把智能配電網(wǎng)的建設(shè)提到了一個很高的地位。我們現(xiàn)在更多的從保護這一點，*近關(guān)注的比較多的是光伏、風(fēng)電的故障特性是什么樣子的，我們的保護如何來識別。分布式電源的接入給保護帶來的問題研判，還有分布式接入以后對保護的一些新設(shè)想，簡單的給大家匯報一下。
一個是在光伏這邊，它的故障暫態(tài)特性分析，我們故障特性是三向出口的故障，在光伏發(fā)電的這一端是什么特性。包括并網(wǎng)控制，它的這些特性和它的控制策略以及參數(shù)是密切相關(guān)的。這種逆變分布式電源的特征，受到控制系統(tǒng)的影響非常明顯，出口的故障和輸出的電流的限值，以及對稱的不對稱故障，里面有很多數(shù)據(jù)做了大量仿真，現(xiàn)在存在的問題主要是接入以后的電器量的改變，包括跟儲能有關(guān)系，比如說斷掉之后一直維持在電壓20%。如果量大的話，對短路電流也還是存在一定的影響。隨機性和間歇性都會有一些困難，另外是本體的保護和自動重合之間的協(xié)調(diào)配合問題都是我們現(xiàn)在解決的一些問題。*近取得的一些成果，有分布式電源的配電系統(tǒng)，它的優(yōu)點可以根據(jù)系統(tǒng)的方式和分布式電源的出力自動改變。對其接入點上游采用方向縱聯(lián)保護，對其下游保留定時限過電流保護。
我們對于全景信息的分析手段是比較多了，隨著我們測控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，我們的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)、狀態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)都可以拿到?，F(xiàn)在是怎么利用這些做一個快速的法相，我們幾個省公司陸續(xù)在做，把這些信息拿到以后協(xié)助調(diào)度員快速的識別出信息我這個保護的動作是正確動作還是自動的來判別。這些系統(tǒng)已經(jīng)都實現(xiàn)了一些案例。
包括現(xiàn)在遠(yuǎn)程運維，我們通過變電站的系統(tǒng)，站內(nèi)的系統(tǒng)收集過去給到我們的調(diào)度端，調(diào)度支持系統(tǒng)里面做了一些判斷以后，由值班員進行遠(yuǎn)程的控制，我們在保護這邊是在探索和遠(yuǎn)程的修改定值也都是做這些探討。
關(guān)于我們設(shè)備的周期管理，去年我們統(tǒng)計了全部220以上的設(shè)備，對整個系統(tǒng)中運行的保護裝置整個的臺賬、缺陷、動作行為、軟件版本以及版本管理的校驗碼等的管理，我們做了相關(guān)的工作，我們每年的數(shù)據(jù)都有了很大的提高。
另外是在狀態(tài)的監(jiān)測和預(yù)警方面做了預(yù)測，我們通過對于裝置的軟件信息配置信息和內(nèi)部的硬件信息、邏輯信號、故障判定都進行了一些判斷，這也是我們這一兩年很多廠家高度關(guān)注的一些事情，也是在支持一些三維的故障定位，包括保護動作邏輯的智能分析。今年，我們比較大的力量進行一些定值的在線校核，做了比較大的工作。
另外是我們的常規(guī)檢測抓的比較嚴(yán)格，比如我們的型式試驗、動模試驗、委托試驗、仲裁試驗都做的非常完善。包括我們說到的FACTS設(shè)備進入系統(tǒng)都要做測試，新能源接入后對保護的影響。這方面還有許多探討，怎么樣把設(shè)備的質(zhì)量做的完善，有很多實驗挑戰(zhàn)也需要建設(shè)。

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