江新強(qiáng)

摘 要：智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展給電網(wǎng)的發(fā)、輸、供、配等環(huán)節(jié)都帶來(lái)了巨大的革新，也給電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。文章結(jié)合對(duì)智能電網(wǎng)特征和技術(shù)體系的分析，結(jié)合智能電網(wǎng)下特高壓交直流輸電、可再生能源并網(wǎng)、靈活多變的電網(wǎng)運(yùn)行方式變化、大量電力電子元件應(yīng)用等新形勢(shì)，分析了繼電保護(hù)發(fā)展新技術(shù)和新趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；新技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0095-01

隨著世界能源危機(jī)的加劇，發(fā)展新型的智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。2009年，我國(guó)提出建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的戰(zhàn)略規(guī)劃，加強(qiáng)建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的一流電網(wǎng)，也給繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1 智能電網(wǎng)主要特征及其技術(shù)支撐體系

智能電網(wǎng)（Smart Grid）與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，更加靈活、自愈、清潔，它是高度自動(dòng)化、信息化、電力潮流和信息量雙向流動(dòng)的電能供應(yīng)系統(tǒng)。

1.1 智能電網(wǎng)的主要特征

與目前電網(wǎng)的功能相比較，智能電網(wǎng)具有以下特征：

①對(duì)外界干擾的快速自愈能力。傳統(tǒng)電網(wǎng)在面對(duì)突發(fā)事件、自然災(zāi)害、恐怖襲擊時(shí)相對(duì)脆弱，如2003年的美加大停電，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)設(shè)備和調(diào)度、保護(hù)控制等方面的原因，從美國(guó)克利夫蘭開始迅速蔓延為北美歷史上最大范圍的停電，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。智能電網(wǎng)具有快速自愈能力，傳感器和智能設(shè)備可以自動(dòng)預(yù)警，并具有持續(xù)監(jiān)測(cè)和自我測(cè)試能力。

②較強(qiáng)的預(yù)測(cè)和抗干擾能力。傳統(tǒng)電網(wǎng)在面對(duì)干擾時(shí)，可以動(dòng)作于保護(hù)跳閘，智能電網(wǎng)則可以獨(dú)立的識(shí)別系統(tǒng)干擾并進(jìn)行檢測(cè)分析，可以對(duì)干擾實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，并進(jìn)行主動(dòng)的預(yù)防性控制。

③電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。傳統(tǒng)電網(wǎng)中，以一次不可再生能源為主，含有少量的分布式能源和儲(chǔ)能形式，智能電網(wǎng)可以兼容所有的發(fā)電和儲(chǔ)能形式，支持分布式電源的即插即用，大量清潔能源，包括風(fēng)電、光伏、潮汐等將接入電網(wǎng)運(yùn)行。

④透明而靈活的分時(shí)電價(jià)。傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電價(jià)相對(duì)不透明，不可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定價(jià)，用戶不能積極參與電網(wǎng)的優(yōu)化和運(yùn)行，智能電網(wǎng)由于能夠采集充分的電價(jià)信息，可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)，方案相對(duì)靈活。

1.2 智能電網(wǎng)的技術(shù)體系

結(jié)合上文所述，可以將智能電網(wǎng)的支撐技術(shù)總結(jié)為六大系統(tǒng)：靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎到y(tǒng)；高度集成的通信系統(tǒng)；發(fā)達(dá)的傳感和測(cè)量系統(tǒng)；新型繼電保護(hù)系統(tǒng)；快速故障診斷和排除系統(tǒng)；實(shí)時(shí)運(yùn)行決策系統(tǒng)。

作為智能電網(wǎng)支撐技術(shù)的六大系統(tǒng)之一，繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域因智能電網(wǎng)的發(fā)展而發(fā)生了深刻變革。特高壓交直流輸電、可再生能源并網(wǎng)、靈活多變的電網(wǎng)運(yùn)行方式變化、大量電力電子元件應(yīng)用等新的發(fā)展形勢(shì)，催生了智能電網(wǎng)背景下的繼電保護(hù)新技術(shù)發(fā)展。

2 智能電網(wǎng)背景下的繼電保護(hù)新技術(shù)

2.1 適應(yīng)超高壓交直流混聯(lián)

我國(guó)已經(jīng)成為世界上交直流運(yùn)行電壓等級(jí)最高的國(guó)家，根據(jù)規(guī)劃，2015年，“三華”同步電網(wǎng)將建設(shè)成為“三縱”、“三橫”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，超高壓交直流混聯(lián)對(duì)繼電保護(hù)提出了更高要求。

首先，隨著電壓等級(jí)的升高，在發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)的非周期分量衰減逐漸變慢，暫態(tài)特性更加復(fù)雜，并帶來(lái)巨大的諧波分量，給保護(hù)的互感器傳變特性提出更高要求。應(yīng)用于特高壓的互感器要求具有更強(qiáng)的性能，并針對(duì)電網(wǎng)特性進(jìn)行更好的濾波和直流分量處理。

其次，電網(wǎng)暫態(tài)特性日益復(fù)雜，給繼電保護(hù)內(nèi)部使用諧波判據(jù)的難度變大，例如，對(duì)變壓器保護(hù)來(lái)說，傳統(tǒng)的二次諧波制動(dòng)和波形識(shí)別等判據(jù)可能失效，內(nèi)部故障與勵(lì)磁涌流的區(qū)分更加復(fù)雜。

此外，高壓交直流混聯(lián)還帶來(lái)許多新的特殊問題，例如超高壓長(zhǎng)線路的串聯(lián)補(bǔ)償和電容電流問題、同桿雙回線路的零序互感和跨線故障問題、交直流互聯(lián)暫態(tài)特性與計(jì)算誤差問題、高壓直流輸電控制保護(hù)的特殊性問題等，都需要繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行特殊處理。

2.2 考慮可再生能源并網(wǎng)

智能電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)突出特征，就是以風(fēng)電、光伏、新型儲(chǔ)能為代表的新能源的大規(guī)模接入。新能源具有清潔、高效、可再生的特點(diǎn)，然而，新能源由于來(lái)源不穩(wěn)定、并網(wǎng)技術(shù)不成熟等原因，在接入電網(wǎng)時(shí)，可能給電能質(zhì)量、電網(wǎng)運(yùn)行、故障電流帶來(lái)一定影響。

以風(fēng)電為例，風(fēng)電接入后給接入點(diǎn)下游電流保護(hù)帶來(lái)助增電流，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，給接入點(diǎn)上游帶來(lái)的分支電流影響可能導(dǎo)致電流保護(hù)II段拒動(dòng)，此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)接入點(diǎn)相鄰饋線故障時(shí)，還存在方向電流，可能導(dǎo)致保護(hù)反向誤動(dòng)。此外，風(fēng)機(jī)的接入類型、工作狀態(tài)、控制策略和故障類型不同，對(duì)故障電流產(chǎn)生的影響也不同，電網(wǎng)的潮流分布和短路電流特征更加復(fù)雜，有風(fēng)電接入的繼電保護(hù)裝置必須考慮這些變化并在判據(jù)中加以優(yōu)化，使得保護(hù)既能夠適應(yīng)單向潮流，又能夠適應(yīng)雙向潮流的影響。

2.3 大量電力電子元件應(yīng)用

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，大量電力電子元件應(yīng)用也日益增多，如無(wú)功補(bǔ)償器、可控串補(bǔ)、潮流控制器、換流器等，電力電子元件的應(yīng)用有利于改進(jìn)電能質(zhì)量、提升控制策略的靈活性，但與此同時(shí)，也給電網(wǎng)運(yùn)行特性帶來(lái)了質(zhì)的變化。

電力電子器件具有較高的開關(guān)頻率，在系統(tǒng)中將產(chǎn)生大量的諧波，此外，F(xiàn)ACTS元件在風(fēng)能、光伏并網(wǎng)、直流輸電等中的應(yīng)用，還存在繼電保護(hù)設(shè)備與電網(wǎng)控制策略協(xié)調(diào)的問題，繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮電力電子元件帶來(lái)的諧波影響，尤其是直流線路中，行波保護(hù)作為直流線路的主保護(hù)，受到接線方式、波速和FACTS元件特性影響，依然存在行波信號(hào)不確定的問題。

2.4 定值配合式保護(hù)有待改進(jìn)

智能電網(wǎng)背景下，靈活多變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖到y(tǒng)運(yùn)行方式使得很多傳統(tǒng)保護(hù)的缺點(diǎn)暴露，不再適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展。目前，以光纖電流差動(dòng)為代表的主保護(hù)依然是電力系統(tǒng)主流的保護(hù)方法，然而，很多傳統(tǒng)的后備保護(hù)表現(xiàn)出了較大的局限性。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，后備保護(hù)與系統(tǒng)的整定和配合比較復(fù)雜，為了確保后備保護(hù)的可靠性，常常需要犧牲其選擇性和靈敏性，導(dǎo)致后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng)。其次，后備保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的適應(yīng)性較差，對(duì)于智能電網(wǎng)下運(yùn)行方式的靈活變化帶來(lái)的電網(wǎng)潮流改變，經(jīng)常不能很好的區(qū)分，導(dǎo)致越級(jí)跳閘或拒動(dòng)。

2.5 廣域保護(hù)的發(fā)展和應(yīng)用

廣域保護(hù)是近年來(lái)繼電保護(hù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，它改變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)僅能利用單端量和雙端量的現(xiàn)狀，能夠通過高速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息通信，采集多點(diǎn)和多類型信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)的開放/閉鎖，以及相關(guān)的邏輯判別，并動(dòng)作于告警或跳閘。

廣域保護(hù)具有集中式、IED分布式、站域集中和分布相配合的三種模式，由于對(duì)故障的檢測(cè)更加全面，所以，廣域保護(hù)能夠更好的適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，降低繼電保護(hù)裝置對(duì)定值整定的依賴，并有利于提升系統(tǒng)躲過負(fù)荷和振蕩等異常情況的能力，由于廣域保護(hù)采集的量相對(duì)較多，信息交互時(shí)間較長(zhǎng)，所以保護(hù)的快速性很難達(dá)到主保護(hù)要求，但可以較好的承擔(dān)后備保護(hù)的功能，或充當(dāng)?shù)诙字鞅Ｗo(hù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

作為電網(wǎng)運(yùn)行的第一道防線，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置在智能電網(wǎng)發(fā)展背景下，也在不斷探索與進(jìn)步。新能源的開發(fā)利用、特高壓交直流混聯(lián)、電力電子元件應(yīng)用成為智能電網(wǎng)的突出特征，智能電網(wǎng)背景下的繼電保護(hù)技術(shù)，依然存在巨大的發(fā)展空間。

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