智能电网继电保护技术探讨

李国东 李涛 李存彦

【摘要】分析智能电网网络结构、传统电网继电保护与智能电网继电保护构成的区别，以及智能电网关键技术，针对我国智能电网继电保护面临的挑战进行探讨，为提高继电保护的智能性、灵敏性、可靠性及迅速性提供参考。

【关键词】智能电网；继电保护；构成；技术

0 引言

随着我国经济的不断发展，传统的电网运作已经不能适应当前社会的发展需求，因此国家电网提出了建设智能电网的战略部署。智能电网涉及到很多高精尖技术，其中继电保护作为实现电力网络和相关设备检测保护的关键技术，在智能电网的建设和发展中发挥着重要作用，因此要保证智能电网的安全运作，就需要提高电网中的继电保护水平。

1 智能电网的网络结构模型

传统的电网模型主要有以下类型：总线型、星型、环型线路等。以线型方式为例，它的特点是比较单一，任何一个潮流点的流向都是单向的，因而我们的电流保护策略可以较为方便地实现，比如以距离保护的方式进行，这是目前在业界比较流行的一种方式。而在智能电网中，结构模式由单一的线性结构、星型结构变为了网状结构。在网状结构里面，任何一个点既可能是电源点，又可能就是用户点本身，所以这种方式的线路潮流流向是双向的。对于分布式电源来说，它

可以既作为网状电网的一个点，也可以从整个系统之中独立出来。这种网状结构最终就成为了微网的一种单独运行机制，它的运行方式是不确定的，由此导致系统运行阻抗产生了易变性，并对过流保护、距离保护造成了影响。所以我们必须在传统的电网保护模型中施加与智能电网相适应的保护方案，使得电网不会因运行方式的变化，而影响其整体安全稳定运行。

2 智能电网继电保护原理

应用传感器在智能电网中对发电、输电、配电、供电等关键的电气设备的运行状况进行实时监控，然后经过网络系统将采集到的数据进行整合，最后对获取的数据进行分析，以此来实现对电网运行状况的实时监控，从而实现对保护定值和保护功能的动态监控和及时修正。对于继电保护装置来讲，保护功能除了需要保护对象的运行信息，还需要相关联的其他设备的运行信息。这就需要做好信息的共享工作，保证故障的准确性时，在没有或少量人工敢于的情况下，迅速隔离故障并自行自我恢复，从而避免大面积停电事故的发生，提高电网供电的可靠性和稳定性。因此，智能电网中的继电保护装置在保护动作时不仅仅要跳本保护对象，有时在跳本保护对象的同时，还得发出连跳指令，跳开其他关联点。

3 智能电网关键技术

未来智能配电网的发展，要求智能电网继电保护技术与先进的信息、通信和控制等技术加以融合。为了满足智能电网继电保护的技术要求，需要有对应的关键技术解决以往电网中存在的问题。

3.1 通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础。智能電网通过高速双向通信系统这个平台，能够不断地自我监测和校正，实现自愈。它能够监测到各种扰动，进行无功补偿、潮流分配，避免传统大电网中大范围停电等情况的发生。该通信系统能够保证电力电子控制器、保护系统、用户以及各种不同的设备进行网络化通信。

3.2 参考量测技术

参考量测技术是智能电网基本的组成部分，其作用是将测量数据转换为数据信息，供给智能电网各个方面使用。参考量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系、设备健康状况、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认等数据。

3.3 设备技术

设备技术主要包括电力电子技术和分布式能源接入技术。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种现代技术， 其节能效果明显，以SVC 为代表的柔性交流输电技术和高压直流输电技术体现尤为明显。将电力电子技术和现代控制技术结合，通过对电力系统参数的连续调节控制，可大幅降低输电损耗、提高输电系统输送能力和保证电力系统稳定水平。

3.4 控制技术和决策支持技术

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定及采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这一技术可以管理电网的有功和无功。先进的控制技术分析和诊断功能将引进专家系统，在专家系统允许的范围内采取自动的控制行动，实现电网的自愈性。决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，以动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。

4 继电保护发展面临的挑战

4.1 大电网、超/特高压影响

1） 特高压电网故障时谐波分量大， 非周期分量衰减缓慢，暂态过程明显，影响保护动作的可靠性和快速性；2） 超/特高压长线路分布电容对电流差动保

护和按集中参数模型构成的保护产生不利影响；3）同塔双回或多回线路的跨线故障以及互感和线路参数不平衡会对保护造成影响；4） 变压器保护利用谐波含量区分内部故障与励磁涌流的难度增大；5） 电网间的相互影响使故障特性更为复杂，故障计算误差增加；6） 对于继电保护设备， 要求具有更高的可靠性、安全性和电磁兼容能力。

4.2 电力电子设备影响

1） FACTS 元件的安装位置、投入运行与否以及所涉及参数的调整变化会对电网短路电流的特征和分布产生影响；2） 直流输电系统的控制和保护问题

仍然很突出，交、直流系统的故障会互相影响；3） 风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法及故障类型等因素， 会对不同时段的保护以及选相功能等产生影响。

4.3 电网的控制策略影响

FACTS 元件大量应用，直流输电工程投入运行，以及规模化风电场、光伏电站的并网运行，使得电网的继电保护必须与这些设备或元件的控制策略进行协调与配合。其中包括FACTS 元件的保护与控制，及其与系统保护的协调配合；直流输电系统的控制与保护，以及交直流混联系统保护的协调与配合；风电、光伏电站的并网控制对接入系统保护的影响； 此外，电网一、二、三道防线之间的协调配合也需要考虑。

结语

随着我国智能电网的不断发展，智能电网的保护装置也要不断发展和改进，继电保护无论是观念还是具体实践都需要进行相应的变革。智能电网下的继电保护要集保护、控制、测量、数据通信一体化，要明确传统继电保护和智能电网继电保护之间的区别，从而提出新的继电保护实现方式。

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