白加林，高昌培，王宇恩，趙武智，李繼晟

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽 550002；2.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085)

基于數(shù)據(jù)源共享的廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

白加林1，高昌培1，王宇恩1，趙武智1，李繼晟2

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽 550002；2.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085)

基于“分層、分區(qū)、就地控制”系統(tǒng)方案，構(gòu)建了一種多層次的廣域智能保護(hù)與控制系統(tǒng)。提出了基于協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)間同步方法和同步相量測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)各站間信息的精準(zhǔn)時(shí)間同步和實(shí)時(shí)交互。提出的廣域電流差動(dòng)保護(hù)和綜合方向保護(hù)相結(jié)合的保護(hù)方法、廣域自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投切技術(shù)和智能集合式站域保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域電網(wǎng)多端多元件的故障智能判斷、系統(tǒng)決策及電網(wǎng)的自愈控制。在貴州都勻和六盤水兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的成功應(yīng)用，證明了所研發(fā)系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。

廣域保護(hù)；自愈控制；廣域備自投；智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)

0 引言

傳統(tǒng)繼電保護(hù)是分布式布置的，主要利用局部信息構(gòu)成繼電保護(hù)判據(jù)，反映的只是系統(tǒng)局部有限的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障切除以后系統(tǒng)的運(yùn)行情況不予反映。另外，傳統(tǒng)的二次安全自動(dòng)裝置與繼電保護(hù)裝置相互獨(dú)立，兩者無法有效協(xié)同配合。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的開展，智能電網(wǎng)[1-2]特征帶來的數(shù)據(jù)共享、分布式電源接入、微電網(wǎng)[3]運(yùn)行等技術(shù)，對(duì)繼電保護(hù)提出了新的要求。基于本地和就近測量信息的常規(guī)保護(hù)在解決這些問題時(shí)面臨較大困難和挑戰(zhàn)[4]，需要更加深入地研究新一代繼電保護(hù)系統(tǒng)。

基于電網(wǎng)多點(diǎn)電氣量和狀態(tài)量信息的廣域保護(hù)，近年來引起了國內(nèi)外電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作者的關(guān)注[5-14]。廣域保護(hù)將緊密關(guān)聯(lián)的若干變電站作為一個(gè)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的各保護(hù)裝置基于數(shù)據(jù)同步、信息共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位，快速、可靠、智能地隔離故障，以及實(shí)施必要的有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的預(yù)防控制措施。廣域保護(hù)概念的提出，為解決智能電網(wǎng)下的保護(hù)和控制問題提供了新的思路和方法。同國外的研究相比，我國對(duì)廣域保護(hù)的研究多為一些概念介紹和理論研究[15]，工程實(shí)際應(yīng)用還比較少。

為此，貴州電網(wǎng)公司歷時(shí)兩年組織研究開發(fā)了基于數(shù)據(jù)源共享的廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)，構(gòu)建了一種智能化的廣域保護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域電網(wǎng)多端多元件的故障智能判斷、系統(tǒng)決策及電網(wǎng)自愈控制，并在貴州的兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)共計(jì) 11 個(gè)變電站開展了系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及功能配置

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)根據(jù)“分層、分區(qū)、就地控制”的原則，按照智能設(shè)備層、站域保護(hù)層、廣域保護(hù)層的三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，如圖1所示。

第一層為智能設(shè)備層，主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)變電站內(nèi)電氣量(電流、電壓等)和開關(guān)量(刀閘、斷路器狀態(tài)信息等)的數(shù)據(jù)采集，以及跳合閘等控制決策的執(zhí)行。

第二層為站域保護(hù)層，也可稱為變電站中間層，主要實(shí)現(xiàn)變電站范圍內(nèi)的主保護(hù)及后備保護(hù)功能，并負(fù)責(zé)將這些中間測量結(jié)果向上層區(qū)域保護(hù)單元傳送，接受并執(zhí)行區(qū)域保護(hù)的決策結(jié)果。

第三層為廣域保護(hù)層，也可稱為區(qū)域保護(hù)層，主要依據(jù)通過同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的區(qū)域內(nèi)各變電站的電流、電壓、斷路器狀態(tài)、故障信息，對(duì)信息進(jìn)行綜合分析做出相應(yīng)的決策，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的保護(hù)與控制功能。

圖1 廣域保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig. 1 Wide-area protection system architecture diagram

1.2 主要功能配置

廣域保護(hù)層通過系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)與控制功能，主要保護(hù)功能為廣域電流差動(dòng)保護(hù)、基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)、開關(guān)失靈遠(yuǎn)跳等；主要控制功能為廣域自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投切、故障解列小電源、過載切負(fù)荷等功能。

站域保護(hù)層通過系統(tǒng)子站采用智能集合式保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)所在變電站范圍內(nèi)的主保護(hù)及后備保護(hù)功能，主要保護(hù)功能為母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、冗余線路后備保護(hù)(如三段距離保護(hù)、四段式零序保護(hù))等，主要控制功能為就地低頻低壓減載等功能。

2 時(shí)間同步和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互技術(shù)

2.1 基于協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)間同步技術(shù)

傳統(tǒng)保護(hù)中對(duì)于時(shí)間同步有較高要求的主要是線路的電流差動(dòng)保護(hù)，因保護(hù)裝置在線路兩端成對(duì)布置，故采用的時(shí)間同步方案也多為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步方案。廣域保護(hù)系統(tǒng)一般會(huì)涉及幾個(gè)甚至幾十個(gè)變電站，所有站點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)均要求相互間實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間同步，傳統(tǒng)保護(hù)對(duì)時(shí)方案已經(jīng)無法滿足要求。

廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)采用北斗、GPS及地面網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)亩嘣椿涓呖煽啃酝绞跁r(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于協(xié)調(diào)世界時(shí)(Universal Time Coordinated, UTC)[16]的精準(zhǔn)時(shí)間同步，時(shí)間同步精度達(dá)到了±1 μs，為區(qū)域內(nèi)各變電站之間同步共享測量數(shù)據(jù)創(chuàng)造了先決條件。時(shí)間同步方案的實(shí)現(xiàn)如圖2所示，安裝在多個(gè)不同地點(diǎn)的廣域保護(hù)裝置均接入以UTC 為基準(zhǔn)的對(duì)時(shí)信號(hào)，廣域保護(hù)裝置內(nèi)部的 A/D采樣脈沖與 UTC 基準(zhǔn)時(shí)間保持絕對(duì)同步，輸出數(shù)據(jù)均附帶UTC絕對(duì)時(shí)標(biāo)。

圖2 時(shí)間同步系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Scheme of time synchronization system

方案中配置了兩臺(tái)主時(shí)鐘，分別連接兩路不同的無線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，即 GPS 和北斗互為冗余備用。兩臺(tái)主時(shí)鐘各自接收無線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)以及來自上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。時(shí)鐘裝置自動(dòng)選取優(yōu)先級(jí)最高且狀態(tài)正常時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，確保時(shí)鐘輸出與UTC基準(zhǔn)時(shí)間保持同步。對(duì)于GPS和北斗系統(tǒng)同時(shí)異常的極端特殊情況，主時(shí)鐘還可與源自上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)保持同步，仍可保證時(shí)間同步精度。當(dāng)所有的輸入時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)都異常時(shí)，時(shí)鐘裝置依靠內(nèi)置的高精度晶振仍然可以繼續(xù)維持時(shí)間信號(hào)輸出，守時(shí)誤差小于 55 μs/h。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互技術(shù)

廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)各變電站之間的協(xié)調(diào)控制等功能需要向主站傳輸信息，由于站域保護(hù)功能完成了本地的就地控制，協(xié)調(diào)控制功能不需要全部的信息，而僅僅是廣域保護(hù)及控制系統(tǒng)所關(guān)心的部分信息。因此，由各系統(tǒng)子站完成對(duì)采樣值的計(jì)算，采用PMU通信技術(shù)專用規(guī)約向廣域?qū)觽鬟f電壓、電流的相量信息以及開關(guān)量狀態(tài)、邏輯狀態(tài)等[17]，通過 SDH[18]光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各站間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。為保證信息的可靠傳輸，采用軟件上冗余處理和物理量校驗(yàn)相結(jié)合，使任一個(gè)故障的判斷和決策都采用多個(gè)不同的條件、多重閉鎖機(jī)制決定系統(tǒng)的保護(hù)及控制動(dòng)作行為，以有效防止誤動(dòng)或拒動(dòng)。另外，在執(zhí)行遠(yuǎn)方控制命令時(shí)，采取必要的就地判據(jù)校驗(yàn)，以及按照預(yù)定策略實(shí)現(xiàn)和本地保護(hù)配合。

3 多原理結(jié)合的廣域保護(hù)技術(shù)

通過基于數(shù)據(jù)源共享的廣域電流差動(dòng)保護(hù)和基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)相結(jié)合的保護(hù)技術(shù)，廣域保護(hù)及控制系統(tǒng)主站可以實(shí)現(xiàn)主保護(hù)模式的自適應(yīng)無縫切換，避免廣域保護(hù)功能對(duì)同步信號(hào)的過度依賴，確保即使在失去同步信號(hào)的情況下，區(qū)域電網(wǎng)范圍內(nèi)的所有線路故障仍可快速識(shí)別及隔離，提高了廣域保護(hù)的可靠性。

3.1 廣域電流差動(dòng)保護(hù)

廣域電流差動(dòng)保護(hù)主要依據(jù)通過同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的區(qū)域內(nèi)各變電站的電流量、電壓量、斷路器狀態(tài)等信息，進(jìn)行整個(gè)區(qū)域多端多元件的電流差動(dòng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)各變電站間聯(lián)絡(luò)線路的電流差動(dòng)保護(hù)，智能判斷故障線路并快速動(dòng)作切除故障。

為防止電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，廣域電流差動(dòng)保護(hù)采用了正序、負(fù)序電壓特征函數(shù)閉鎖邏輯。首先根據(jù)電流差動(dòng)元件檢測故障線路，在滿足差動(dòng)動(dòng)作邏輯后，繼續(xù)檢查相關(guān)母線的正序和負(fù)序電壓，僅當(dāng)故障線路兩端的正序、負(fù)序電壓滿足正負(fù)序特征函數(shù)后，才動(dòng)作跳閘。

3.2 基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)

廣域分相電流差動(dòng)保護(hù)需依靠通過同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的區(qū)域內(nèi)各變電站的信息，因此將會(huì)受到同步信號(hào)的影響，當(dāng)線路兩端任一側(cè)同步信號(hào)異常，需自動(dòng)退出分相電流差動(dòng)保護(hù)功能以防止保護(hù)誤動(dòng)。此時(shí)，基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)作為廣域主保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障定位功能的另一個(gè)主要元件，將自適應(yīng)地作為快速保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障線路的快速隔離。其原理是在同步信號(hào)異常，分相差動(dòng)保護(hù)失效時(shí)，通過通道判明兩側(cè)保護(hù)均起動(dòng)且判為正向故障時(shí)，判定故障為線路內(nèi)部故障，動(dòng)作跳閘切除故障。

實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)功能的關(guān)鍵是要快速判斷出故障線路?；跈?quán)重的綜合方向保護(hù)的原理是當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)某條線路發(fā)生故障時(shí)，受故障影響的區(qū)域內(nèi)的站域保護(hù)由啟動(dòng)元件啟動(dòng)，通過計(jì)算啟動(dòng)后線路兩端方向元件的方向，如果同為正方向則認(rèn)為是本線路區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作切除故障，否則認(rèn)為是本線路區(qū)外故障，保護(hù)不動(dòng)作。

為了防止單一方向元件不可靠，提高故障方向元件的可靠性，基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)采用綜合方向元件判斷故障方向。綜合方向的定義如式(1)所示，其中 DIR 為綜合方向，為阻抗方向，為負(fù)序方向，為零序方向，正方向時(shí)的數(shù)值為 1，非正方向時(shí)為 0。因?yàn)?D1和運(yùn)行方式無關(guān)，而和反映的是保護(hù)安裝處背后系統(tǒng)阻抗和系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)系，故增大的權(quán)重，取值為 2。當(dāng) DIR 大于等于 2 時(shí)，則確認(rèn)為正方向故障，否則認(rèn)為是反方向故障。

4 廣域自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投切

傳統(tǒng)備自投基于就地的信息，可解決處于開環(huán)點(diǎn)的變電站備用電源自動(dòng)投入問題，但無法適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，解決復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜控制問題。另外，由于信息的局限，傳統(tǒng)備自投控制策略無法實(shí)現(xiàn)與安全自動(dòng)控制裝置、保護(hù)的配合，以及不同備自投間的優(yōu)化協(xié)調(diào)。

基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅膹V域自適應(yīng)備自投(簡稱廣域備自投)與傳統(tǒng)就地備自投不同，廣域備自投系統(tǒng)不是應(yīng)用于單個(gè)變電站，而是基于廣域信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯C合判斷失電母線(失電區(qū)域)，智能判斷最優(yōu)備自投策略，發(fā)出控制序列命令，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的自愈控制[19]。與傳統(tǒng)備自投相比，廣域備自投通過綜合電網(wǎng)多點(diǎn)信息，協(xié)同故障解列小電源、過載聯(lián)切負(fù)荷技術(shù)，可適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，實(shí)現(xiàn)多變電站備自投功能的相互配合，解決遠(yuǎn)方備用電源自動(dòng)投入，單電源串行供電、雙端供電情況下供電恢復(fù)等問題，并有效避免非預(yù)期的電磁合環(huán)運(yùn)行及非同期合閘對(duì)小電源的沖擊等問題。

如圖3所示區(qū)域電網(wǎng)，正常運(yùn)行時(shí)斷路器 B4開口，傳統(tǒng)備自投因缺少廣域信息只能實(shí)現(xiàn)變電站S3 的進(jìn)線備投，線路 L1 故障時(shí)，變電站 S2 將失壓。廣域備自投則可通過先跳斷路器 B2、B3，再合斷路器 B3、B4，恢復(fù)變電站 S2 的供電，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)供電快速恢復(fù)。

圖3 廣域備自投工作原理示意圖Fig. 3 Schematic diagram of wide-area backup automatic switchover

廣域備自投的控制邏輯如圖4所示，實(shí)現(xiàn)如下控制功能：

(1) 運(yùn)行方式識(shí)別(即網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治??；趨^(qū)域電網(wǎng)的廣域信息，自動(dòng)識(shí)別區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行方式，增強(qiáng)對(duì)運(yùn)行方式的適應(yīng)性。

(2) 區(qū)域故障識(shí)別。當(dāng)發(fā)生故障后，依據(jù)故障前、后電網(wǎng)拓?fù)浔葘?duì)和電氣量的輔助判斷，識(shí)別故障區(qū)域(跳閘開關(guān))和對(duì)應(yīng)的失電區(qū)域(失壓母線)，進(jìn)而確定備自投模式(備用電源線路、操作相關(guān)開關(guān))。

(3) 對(duì)“故障電源線路”，搜索相應(yīng)的“備用電源線路”，校驗(yàn)備用電源線路是否過載。若過載，確定過載量，延過載方向，確定切負(fù)荷控制方案。

圖4 廣域備自投控制邏輯圖Fig. 4 Logic diagram of wide-area backup automatic switchover

(4) 實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)有安全穩(wěn)定控制裝置/系統(tǒng)、后備保護(hù)的配合。

(5) 跟蹤備自投和切負(fù)荷控制后控制效果，必要時(shí)實(shí)施補(bǔ)救控制。

5 智能集合式站域保護(hù)

集合式站域保護(hù)[20]是基于變電站的數(shù)據(jù)共享特征，引入集合概念，利用變電站的全局信息，形成基于實(shí)時(shí)共享信息的具有自適應(yīng)能力的變電站整體保護(hù)。廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)子站采用智能集合式站域保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了變電站范圍內(nèi)的母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路后備保護(hù)(如距離保護(hù))以及就地低頻低壓減載等功能，簡化傳統(tǒng)后備保護(hù)配合，避免由于保護(hù)失配造成的后備保護(hù)無選擇動(dòng)作而擴(kuò)大事故范圍。

智能集合式站域保護(hù)的集合概念包括兩方面：一是物理集合，即變電站內(nèi)所有保護(hù)的集合，二是概念集合，即與被保護(hù)設(shè)備相關(guān)的保護(hù)集合。物理集合是集合保護(hù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，概念集合才是集合保護(hù)的實(shí)質(zhì)。圖5所示的網(wǎng)絡(luò)中包含多種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，比較容易確定物理集合，即A、B、…、G、H站各裝有一套站域保護(hù)，如 B 站的物理集合為{8, 9, 11}。按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定概念集合(假設(shè)各變電站的電力信息網(wǎng)絡(luò)都連通)，以保護(hù) 11 為例，其概念集合為{11, 12, 16, 10, 8, 9, 7}，包含的子集合有：本身{11}，對(duì)端保護(hù)子集{12}，下級(jí)保護(hù)子集{10, 16}，背側(cè)保護(hù)子集{8, 9}，上級(jí)保護(hù)子集{7, 10}，有重要影響的保護(hù)子集{9, 10}。

圖5 區(qū)域電網(wǎng)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of regional power grid

6 工程應(yīng)用與實(shí)踐

6.1 工程應(yīng)用實(shí)例

廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)在貴州都勻和六盤水兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)共計(jì) 11 個(gè)變電站投入實(shí)際運(yùn)行，其中1 個(gè) 110 kV 變電站為數(shù)字化變電站。兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)各有特點(diǎn)并具有代表性。都勻電網(wǎng)工程位于貴州省都勻地區(qū)南部，由兩個(gè) 220 kV 變電站、5 個(gè) 110 kV變電站組成，采用掛燈籠式的串行供電方式，站點(diǎn)多并存在小水電上網(wǎng)，使得保護(hù)整定、動(dòng)作配合困難，原分散布置的就地備自投無法協(xié)調(diào)，不能同保護(hù)裝置、安全穩(wěn)定控制裝置等配合，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方恢復(fù)供電；六盤水電網(wǎng)工程位于貴州省六盤水地區(qū)，由 1 個(gè) 220 kV 變電站和 3 個(gè) 110 kV 變電站形成四角環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，其中 110 kV 杉樹林變?yōu)閿?shù)字化變電站，存在運(yùn)行方式靈活多變，供電線路較短、保護(hù)整定配合困難、小電源上網(wǎng)、分散布置的備自投不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方恢復(fù)供電等問題。

廣域保護(hù)及控制系統(tǒng)在兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用不僅解決了所在電網(wǎng)面臨的問題及困難，且不對(duì)變電站原有的就地保護(hù)進(jìn)行改動(dòng)，兩者可形成對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)“雙重化”配置關(guān)系，互為備用。以都勻區(qū)域電網(wǎng)的廣域保護(hù)及控制系統(tǒng)為例，其配置方案如圖6 所示，系統(tǒng)主站設(shè)在 220 kV 都勻變，7個(gè)變電站均配置系統(tǒng)子站。系統(tǒng)主站采用雙套配置，子站采用單套配置。兩套主站與各子站之間的通信通道分別采用地區(qū)光傳輸A網(wǎng)和B網(wǎng)，使得通信通道及通信設(shè)備完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了通道的雙重化，并要求通道使用固定路由，禁止自愈環(huán)功能以避免網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的變化對(duì)保護(hù)造成影響。

圖6 都勻廣域保護(hù)系統(tǒng)配置方案Fig. 6 Configuration scheme of Duyun wide-area protection system

6.2 故障實(shí)例

兩個(gè)試點(diǎn)系統(tǒng)自建成投入實(shí)際運(yùn)行以來，經(jīng)受了多次電網(wǎng)故障考驗(yàn)，均可靠動(dòng)作切除故障，有力保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。例如 110 kV 荔周線曾發(fā)生三相故障，廣域保護(hù)及控制系統(tǒng)正確動(dòng)作快速切除故障。根據(jù)圖7所示故障時(shí)周覃變的電流和電壓錄波數(shù)據(jù)，從故障發(fā)生到切除，包括斷路器動(dòng)作時(shí)間，僅歷時(shí) 90 ms。此次故障點(diǎn)位于荔周線線路末端，若依靠原有的就地保護(hù)切除故障，則需通過距離Ⅱ段保護(hù)經(jīng)較長延時(shí)才能動(dòng)作切除故障。

圖7 故障錄波數(shù)據(jù)Fig. 7 Fault recording data

7 結(jié)論

目前，貴州電網(wǎng)建有 110 kV 變電站 400 余座，多為鏈?zhǔn)焦╇?，多?jí)串供方式，傳統(tǒng)備自投無法適應(yīng)，且大部分未配置快速保護(hù)。在全國范圍內(nèi)的110 kV 變電站也存在類似問題。本文所提出的廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)不僅可以有效解決以上問題，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自愈控制及區(qū)域電網(wǎng)范圍內(nèi)的故障快速隔離，進(jìn)一步推動(dòng)三道防線的有機(jī)配合，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，對(duì)防止變電站失壓，保障重要用戶供電亦起著重要意義。

廣域智能保護(hù)及控制系統(tǒng)在兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的成功應(yīng)用，也為新形勢智能電網(wǎng)下“保護(hù)裝置”時(shí)代向“保護(hù)系統(tǒng)”時(shí)代的發(fā)展提供了重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]畢天姝, 劉素梅, HUANG Zhengyu, 等. 智能電網(wǎng)含義及共性技術(shù)探討[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 38(2): 1-9. BI Tianshu, LIU Sumei, HUANG Zhengyu, et al. The implications and implementations of smart grid in different countries[J]. Journal of North China Electric Power University (Natural Science Edition), 2011, 38(2): 1-9.

[2]高志遠(yuǎn), 姚建國, 曹陽, 等. 智能電網(wǎng)發(fā)展機(jī)理研究初探[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(5): 116-121. GAO Zhiyuan, YAO Jianguo, CAO Yang, et a1. Primary study on the development mechanism of smart grid[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(5): 116-121.

[3]王成山, 武震, 李鵬. 微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(2): 1-12. WANG Chengshan, WU Zhen, LI Peng. Research on keytechnologies of microgird[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(2): 1-12.

[4]王增平, 姜憲國, 張執(zhí)超, 等. 智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(2): 13-18. WANG Zengping, JIANG Xianguo, ZHANG Zhichao, et al. Relay protection for smart grid[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(2): 13-18.

[5]BERTIL I, PER-OLOF L, DANIEL K, et al. Wide area protection against voltage collapse[J]. IEEE Computer Application in Power, 1997, 10(4): 30-35．

[6]Technical Brochure No. 187, CIGRE. System protection schemes in power networks[R]. 2001.

[7]易俊, 周孝信. 電力系統(tǒng)廣域保護(hù)與控制綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2006, 30(8): 7-12, 30. YI Jun, ZHOU Xiaoxin. A survey on power system wide-area protection and control[J]. Power System Technology, 2006, 30(8): 7-12, 30.

[8]ADAMIAK M G, APOSTOLOV A P, BEGOVIC M M, et al. Wide area protection-technology and infrastructures[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, 21(2): 601-609.

[9]尹項(xiàng)根, 汪旸, 張哲. 適應(yīng)智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護(hù)分區(qū)與跳閘策略 [J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2010, 30(7): 1-7. YIN Xianggen, WANG Yang, ZHANG Zhe. Zone-division and tripping strategy for limited wide area protection adapting to smart grid[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(7): 1-7.

[10]馬靜, 李金暉, 李金龍, 等. 快速適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化的廣 域 后 備 保 護(hù) 新 方 法 [J]. 電 網(wǎng) 技 術(shù) , 2011, 35(7): 214-221. MA Jing, LI Jinhui, LI Jinlong, et al. A novel wide area backup protection method fast adapting to variation of network configuration[J]. Power System Technology, 2011, 35(7): 214-221.

[11]張新昌, 張項(xiàng)安. 層次化保護(hù)控制系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)通信技 術(shù) 研 究 [J]. 電 力 系 統(tǒng)保護(hù) 與 控 制 , 2014, 42(19): 129-133. ZHANG Xinchang, ZHANG Xiangan. Research of hierarchical protection & control system and its communication technology[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(19): 129-133.

[12]張兆云, 陳衛(wèi), 張哲, 等. 一種廣域差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(2): 297-303. ZHANG Zhaoyun, CHEN Wei, ZHANG Zhe, et al. A method of wide-area differential protection[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(2): 297-303.

[13]余文輝 , 王少榮 , 柳斐 , 等. 基于在線自組織同 步MAS 的電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(3): 69-76. YU Wenhui, WANG Shaorong, LIU Fei, et al. A widearea protection system based on synchronized MAS self-organizing online for power grid[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3): 69-76.

[14]馬靜, 裴迅, 馬偉, 等. 基于方向權(quán)重的廣域后備保護(hù)跳閘策略[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2015, 35(10): 107-114. MA Jing, PEI Xun, MA Wei, et al. Tripping strategy based on directional weight for wide-area backup protection[J]. Electric Power Automation Equipment, 2015, 35(10): 107-114.

[15]丁偉, 何奔騰, 王慧芳, 等. 廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(1): 145-155. DING Wei, HE Benteng, WANG Huifang, et al. Overview of wide-area relaying protection system[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(1): 145-155.

[16]董紹武. 守時(shí)中的若干重要技術(shù)問題研究[D]. 北京:中國科學(xué)院研究生院(國家授時(shí)中心), 2007. DONG Shaowu. Study on several important technical issues in time-keeping[D]. Beijing: Graduate School of the Chinese Academy of Sciences (National Time Service Center), 2007.

[17]楊東, 許君德, 吳京濤. 電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)高密度時(shí)間序列數(shù)據(jù)的壓縮處理方法: 中國, ZL 2010 1 0034265.5[P]. 2010-08-04.

[18]殷瑋珺, 袁丁, 李俊剛, 等. 基于 SDH 網(wǎng)絡(luò)的廣域保護(hù)系統(tǒng)研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 , 2011, 39(5): 120-123, 127. YIN Weijun, YUAN Ding, LI Jungang, et al. Research on wide-area protection system based on SDH network[J]. Power System Protection and Control, 2011, 39(5): 120-123, 127.

[19]高昌培, 王宇恩, 戴宇, 等. 一種基于同步相量測量的廣 域 自 適 應(yīng) 備 自 投 方 法 : 中 國 , ZL 2012 1 0359469.5[P]. 2013-01-30.

[20]陳磊, 張侃君, 夏勇軍, 等. 智能變電站站域保護(hù)研究綜述[J]. 華東電力, 2013, 41(5): 947-953. CHEN Lei, ZHANG Kanjun, XIA Yongjun, et al. Research overview of substation area protection in intelligent substation[J]. East China Electric Power, 2013, 41(5): 947-953.

(編輯 魏小麗)

Research and application of wide-area intelligent protection and control system based on the shared data source

BAI Jialin1, GAO Changpei1, WANG Yuen1, ZHAO Wuzhi1, LI Jisheng2
(1. Dispatching and Control Center of Guizhou Power Grid Co., Ltd., Guiyang 550002, China; 2. Beijing Sifang Automation Co., Ltd., Beijing 100085, China)

Based on the "hierarchical, zoning, local control" system architecture, a multi-level wide-area intelligent protection and control system is constructed. Through the time synchronization method based on universal time coordinated and the synchronous phasor measurement technology, the precise time synchronization and real-time interaction of the information between the different substations in a region are realized. The protection method of wide-area current differential protection combined with comprehensive directional protection, wide-area adaptive backup automatic switchover technology and intelligent substation area protection technology are proposed. This system can realize the intelligent fault judgment, system decision and self-healing control of a regional power network. The successful application of two regional power grids in Duyun and Liupanshui of Guizhou province proves the practicality and reliability of the system.

wide-area protection; self-healing control; wide-area backup automatic switchover; smart grid; relay protection

10.7667/PSPC151756

：2015-11-25

白加林(1984-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行方面的工作；E-mail: baibjl@163.com

高昌培(1956-)，男，教授級(jí)高工，主要從事為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)管理方面的工作；

王宇恩(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)管理方面的工作。