智能电网下的继电保护_智能电网继电保护技术
智能电网下的继电保护由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“智能电网继电保护技术”。
智能电网下的继电保护
学院：电气工程学院
班级：电自13 姓名：张益嘉
学号：
智能电网下的继电保护
作者：张益嘉
摘要：目前，智能电网是我国电力工业发展的一个新方向，而智能电网本身的发展特点，对电力系统第一道防线——继电保护技术提出了更高的要求，本文介绍了国家智能电网的特点和我国智能电网的发展情况，然后就智能电网环境下的继电保护的技术特点以及未来发展方向做出介绍和分析，概括出继电保护技术应用于智能电网所面临的问题。
关键词：智能电网 继电保护 广域保护
0 引言
电力为世界的进步提供了无穷的动力，对经济的发展也具有举足轻重的作用。随着我国经济的不断发展，传统电网不能良好满足未来经济发展的要求，由此提出了建设具有中国特色智能电网的目标。智能电网要求在发电、输电、配电、用电等环节应用大量的新技术整合电网的各种信息，进行深入分析和优化，实现对电网更完整和深入的洞察，实现整个智能电网“生态系统”更好地实时决策。电气设备的继电保护主要是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施，是保障电网安全运行最基本、最重要、最有效的技术手段。智能电网
1.1智能电网的概念
智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21 世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。1.2智能电网的特点
（1）坚强。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。
（2）自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预防控制能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。
（3）兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求并提供对用户的增值服务。
（4）经济。支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。
（5）集成。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精益化管理。
（6）优化。优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。
1.3 我国的智能电网现状
自从提出电网的智能化改革以来,我国的电网智能化取得了许多成就,特别是在超/特高压电网的建设及投运、新能源(例如风能)电力的并网运行以及智能化的配用电方面进行了一系列深远而有意义改革。但是,随着改革的进一步推进,电网的智能化也面临着不少的困难和问题,其中主要体现在以下几方面。
(1)长距离电力输送系统对电力的安全运行形成挑战。我国的能源集中地主要是在西部、北部等经济不发达地区,而经济发达的东部及南部沿海地区能源明显不足,这就在客观上决定了我国必须要建设大量的交直流混合、超/特高压的输电网络。长距离、交直流混合以及超/特高压输电网络成为我国电力输送的一大特点,而实践证明,这种大型、互联的电力系统容易激生由于局部扰动而导致全线故障的隐患,同时,直流输电会对交直流线路的控制能力以及继电保护造成不同程度的影响,给电力系统的长期安全运行形成严峻挑战。
(2)新能源电力并网给电网稳定运行带来挑战。近几年,我国加大了新能源电力并网运行的速度,仅就2011年,新能源全年总发电量超过了900亿kW/h,大量的新能源电力通过规模化接入电网作为主要的利用方式。而新能源电力具有几个明显的特点,即:间歇性、随机性以及可调度差,这就给电力系统的控制增加了难度,同时,新能源电力系统本身采用的逆变设备等会产生谐波分量以及直流分量,不但会影响原有电能的质量,而且可能会导致电力系统继电保护装置的误动作,严重影响电网的稳定、安全运行。
(3)电网和用户有效互动不足,配电网保护及控制技术还不能满足智能化的需求。我国传统的配电模式是单向的电力供应用户消费,在智能化电网中,要求提升供电质量的同时还需要提高电力资源的运行效率,这就需要将单向的消费模式转变为双向互动模式,电网和用户一起积极采取措施“削峰平谷”,例如鼓励居民使用节能电器,减少电能使用;鼓励工厂错峰生产,提升电力使用效率。随着大量分布式电源接入,智能化电网将具有用户反向送电能力,而现有的配电网保护及控制系统还不能满足这一需求。智能电网的继电保护
2.1 智能电网继电保护原理
智能电网中应用传感器对发、输、配、供电等关键电气设备的运行状况进行实时的监控，经过网络系统将采集到的数据进行收集和整合，最后对数据进行分析，以实现对运行状况进行实时监测，对保护功能和保护定值实现远程动态监控和修正。对继电保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其他设备的运行信息。这就需要信息的共享。这样，在保证故障的准确性时，还能保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，进而避免造成大面积停电事故。
2.2 智能电网继电保护的构成智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高要求，另一方 面通信和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探 索新的保护原理提供了条件。
智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状 况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据 进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测.实现对保护功能和保护定值的 远程动态监控和修正。另外，对保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其他设备的运行信息。一方面保证故障的准确实时识别.另一方面 保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电 的发生。所以，智能电网继电保护装置保护动作时不一定只跳本保护对象，有可能 在跳本保护对象时还需发连跳命令跳开其他关联节点，也有可能只发连跳命令跳 开其他关联节点，不跳开本保护对象。
2.3继电保护技术的升级
2.3.1数字化
智能电网信息化和数字化的特点使其与传统电网产生了本质区别，继电保护技术也应该适应当前发展。数字化必将成为继电保护 技术发展新方向：测量手段数字化、信息传输方式信息化。如今，互感器的传输性能得到很大提高、故障率明显减少使得继电保护不 再需要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。2.3.2网络化
在智能电网信息化、自动化、互动化的同时，必将改变传统的继电保护操作人员的工作方式，信息共享、网络平台的建立，将促使 继电保护系统网络化。传统继电保护信息获取和信息发送的媒介由于iec61850网络数字 化变电站而发生变化。首先是信息获取方式，由于网络数据传输的 共享性，可以获取站内全部相关设备元件的电气量信息。其次是信 息发送方式，在采用带数字接口的智能断路器时，跳合闸等控制信 息的发送也经由数字信号网络进行。2.3.3广域化
随着互联电网区域不断扩大，交换容量增加，电网电压等级提高，出现故障和不稳定的几率大大增加。在电网不断信息化进程中，可以利用广域测量技术wams 网络提供的广域信息为对时不敏感的后 备保护服务，提高安全自动装置性能，维护大型电力系统的安全性 和稳定性，使得大面积的停电事故得以避免。2.3.4自整定技术 现阶段大部分继电保护的机构是一种刚性结构，连接方式，适应的网络条件、保护对象基本上都是预先设定的，具有较弱的自适应能力，适应一次系统变化的能力 比较弱。传统保护技术是根据保护线路的运行情况对定值进行整定的。智能电网中的继电保护可以利用全网信息，实时地判断运行方式，从而进行整定，将分散独立的保护变为系统分布协同保护，实现全网的联网自动整定和自动配置。智能化电网改革对电力系统继电保护的面临的挑战
智能化电网改革给电力系统的继电保护工作带来新的挑战,其中主要体现在以下几点：
(1)超/特高压互联大电网对现有的继电保护提出了更高的要求。大电网故障时暂态过程明显,同时,电网相互间影响使得故障特性复杂化,继电保护动作的可靠性、快速性不能有效发挥,在故障状态转换时容易导致保护误动作。因此,大电网对继电保护系统设备的可靠性、安全性以及电磁兼容能力提出了更高要求。
(2)智能化电网使用的大量新型电力电子设备会导致故障电流的特征和分布发生重大变化,从而影响到继电保护装置的判断力。例如电网中柔性交流输电系统(FACTS)的安装位置、运行以及系统参数的调整等都会对电网短路电流特征及分布产生明显影响;电网中风机类型、控制方法以及故障发生等也会对电网故障电流产生影响,影响到不同时段的继电保护、选项功能等。
(3)电网继电保护的需要和智能化电网的控制策略的平衡对继电保护的有效、可行提出了挑战。智能化电网是一个复杂系统,其中包括了大量的具有独特功能系统单元,例如柔性交流输电系统、直流输电系统、新能源并网运行系统、电网故障保护系统等,继电保护需要综合考虑与各个系统单元的相互平衡以及各个系统单元之间相互协调对平衡关系的影响。
(4)由于传统后备保护不能消除电网运行方式改变和网络拓扑带来的影响,已经成为电力系统安全运行的重大隐患。在实际电网运行中,传统的后备保护系统存在一些严重的问题。例如后备保护系统整定动作复杂、时间较长,不能满足电力系统稳定的切除时间需求;受制于系统运行方式,难以兼顾保护的选择性和 灵敏性;对区内故障以及故障消除后导致的潮流转移过负荷区分不清,容易导致连锁跳闸。电力系统的继电保护需要研究的重点
智能化继电保护系统的研究重点在智能化电网积极推进的背景下,电力系统的继电保护需要确定自己的研究重点,以适应电网发展需要,对智能化电网提供全面全过程的安全保障。
(1)单元件保护。单元件保护指的是对电力系统中的单个设备、线路的保护。单元件保护研究的主要内容包括:①发动机的内部短路保护,后备保护中的过激磁、反时限过流保护与机组承受能力的平衡,定、转子接地保护,失磁、失步保护与电网保护的配合保护等;②变压器保护主要关注励磁涌流识别;③交流电路方面注意高阻接地对距离保护的影响,零序互感对交流线路跨线故障的影响等问题。④直流线路保护方面需要研究线路端非线性元件的动态时延以及采样率限制、过渡电阻对直流线路的影响等。
(2)广域保护。广域保护通过高速实时的信息通信,将多点多类型信息接入继电保护系统,从而显著提升了继电保护的动作性能,是对传统继电保护配置方式的全面革新,具有广阔的应用前景。传统继电保护系统的信息来源都是被保护设备本身,包括单端量和双端量,越来越不能适应复杂电网继电保护的需要。而智能化电网的推广,为继电保护信息通信搭建了多通道平台,从而使得广域保护成为可能。
广域保护系统可以对多点、多信息综合判断,自动实现开放/闭锁保护、对保护动作特性自行调节并制定跳闸程序。广域继电保护研究的重点是如何实现广域后备保护,因为广域保护的自身特点,更适合用来作为电力系统的后备保护:一是广域保护主要通过信息交互并作出判断,在反应速度方面不够迅速;二是目前电力系统继电主保护采用的电流差动保护和方向/距离纵联保护,实践证明,保护性能比较稳定;三是当前电力系统后备保护存在较多问题,亟需改善。智能电网继电保护中存在的问题
（1）灵活的运行方式、不确定的潮流流向，要求保护定值具有自适应能力。在智能电网中，电源点即可以接入电网，也可以成为微 网孤岛运行，这样就会造成线路潮流不确定性，继电保护定值也应 该能够根据运行方式的不同做出实时的调整。为此，继电保护定值 的整定应该综合考虑本保护对象和相关线路运行状况。
（2）保护功能需要根据运行方式的变化做出相应的调整。当节点从系统中解开、并入时，都将引起线路潮流的重新分配，该节点的 保护装置的保护范围、定值都应该做出相应调整。
（3）引入环境条件对保护定值的影响。智能电网中分散布置的传感器得到监控对象实时的温度和容量，调整功率流以达到最佳运行 状况。继电保护需实时调整输电线路的负荷保护定值，以适应温度 和容量变化带来的影响。结论
智能化电网是我国电网改革的方向,也是我国电力系统实现可持续发展、创新发展的重要契机,电网继电保护系统作为电网安全的保障,需要加大研究力度,发展适合智能化电网继电保护的新技术。
参考文献：
（1）刘强.智能电网继电保护技术探讨.江苏电机工程，2010（02）.（2）郝文斌,洪行旅.智能电网地区继电保护定值整定系统关键技术研究.电力系统保护与控制，2011(39).（3）许可.浅析智能电网时期的继电保护技术.价值工程,2010(33).（4）杨春生,周步祥,林楠,徐飞.广域保护研究现状及展望.电力系统与控制,2010(38).
