广域继电保护系统研究综述

广域继电保护系统研究综述

郝苗苗

郝苗苗

（单位国网太原供电公司山西太原030000）

摘要：随着我国电力需求的与日俱增，电力市场改革的深化与发展以及电力系统规模的不断扩大，电力系统日渐接近极限运行，其运行与控制更为复杂，发生扰动以及故障的可能性更大，这些都对电力系统安全提出了更高的要求，对我国的继电保护以及安全稳定控制带来了新的挑战。与此同时在进入21世纪以后，国际上已发生多起大面积长时间的停电事故，使得电力工作者更进一步认识到应当从整体或区域电网的角度加强继电保护和安全稳定装置的功能和性能。本文分分析了目前广域继电保护系统的内容及

关键词：广域继电保护；系统研究；

继电保护作为保障电网安全稳定运行的重要防线，其可靠性和速动性对隔离故障和防止事故扩大至关重要。据统计，75%的电力系统扰动都是由后备保护的误操作引起的。传统基于就地测量信息的后备保护存在整定配合困难的问题，在当前电网的广泛互联和输电线路接近极限运行的工况下尤为突出。

一、继电保护的在线自适应整定

电力主保护系统是以双端电气量为基础的，其不易受到系统运行方式的影响，而在线自适应整体的工作主要内容是进行后备保护。下面为在线自适应整定的具体内容：

1.计及设备的投退。在电力系统运行中，任何线路出现断开都会导致其相邻的小面积中另外的线路短路电流水平出现明显的改变，随之对该区域中的线路、设备保护的灵活性、灵敏度造成影响。而其他区域中的线路，由于与断开线路的距离较远，因此短路电流水平并未发生较大的改变，则不用对其进行重新整定。所以，要想减少在线整定的计算数量，加强保护定值刷新的频率，则要对影响域的范围进行计算。

2.计及负荷的变化。在线整定的计算工作需要对负荷的变化进行计及，以免潮流改变时导致后备保护系统出现误动。按照系统目前的运行模式，分析其负荷功率、线路的电压值及功率，在线对相间距离Ⅲ段进行鉴定。通常来说，若母线的电压不变，那么其负荷功率越发，阻抗则越小，所以当电网出现潮流转移时，能够避免距离Ⅲ段出现误动。

3.研究的注意事项。对于在线自适应整定而言，其研究有着较久的历史，不过实用性不强，主要原因是因为目前的在线整定算法不能够从根本解决传统后备保护和整定计算之间难以配合、计算量较大等问题。该算法本身主要包括以下问题：就目前而言，电力工作主要以“重视主保护、简化后备保护”为主要理念，需要对广域的测量信息进行充分的利用，从而帮助在线自适应整定算法获得进一步的提高，减少整定算法操作的难度，促进算法的实用性增强。

二、潮流转移识别

对于以往的后备保护而言，在潮流转移的过程中时常会发生误动。在研究电力系统的过程中提出：变电站运行的过程中，若直流电源出现掉电且没有备用的电源时，此时最佳的保护方法便是距离Ⅲ段，无法将其全部的取消。

1.输电断面的有功安全性保护算法。在电力系统的运行过程中，按照在线网络拓扑系统以及潮流分布情况构建系统的状态图，并借助有向图的领结矩阵以及路径矩阵对电网的并行输电断面进行搜索。这种方法突破了过去潮流计算的限制，帮助电力系统的安全紧急控制获得了更加充分的时间。不过，此种方法未重视基态潮流的影响，可能会存在10%内的误差。

2.以潮流转移因子为基础的过负荷保护算法。该算法和以上算法存在差异，其主要借助支路电流互相的关系，对潮流转移因子的主要类型进行表型，然后通过计算以形成。一旦单一的支路断开，FTRF矩阵中和所对应的支路中相应的列元素对其他线路中的电流进行估算，借助估算值和实际测试的数值互相比较，以了解线路有无发生潮流转移。在潮流转移虚拟折返时，通过计算获知多支路前后过程中的转移因素，防止对FTRF矩阵进行不必要的修改。此外，在电力系统的继电暂态过程是以计及支路切除为前提时，需校正支路的电流估算值。在支路断开前，节点阻抗矩阵会出现数据，通过该数据对双重支路断开后电流分布的系数进行相应的估算，估算原理同上。

3.研究的注意事项。通过对仿真结果进行研究，采用潮流转移识别算法，能够帮助电力系统继电保护实现实时紧急控制的要求。然而，因为支路切除的过程中，电力系统中的发电机以及负荷支路所注入的电流或许会出现变化，且目前我国电力系统中广泛采用非线性元件，因此转移功率以及被切除支路的原有功率之间的关系无法完全保证达到线性的要求，也就是说，在算法中，以线性叠加为基础的潮流分布系数及转移因子之间的计算可能会出现误差。所以，在计算精度方面，潮流转移识别算法需要进行完善。除此之外，针对输电线路，过负荷同故障的状态之下其特性存在着较大差异。当线路出现不对称的故障时，电流中会产生负序/零序分量；当线路出现三相短路，其保护装置的测量阻抗值和线路阻抗相同，其过负荷时基本是负荷阻抗，互相之间存在着加大差异。所以，在目前的后备保护算法力，补充避免保护连锁误动的辅助判断数据，能够成为潮流转移识别更好的进行工作的新方法。

三、展望

从已完成的工作看，广域继电保护还处于初步理论研究和探讨阶段，研究内容虽涉及面广，并已取得一定成果，但仍局限于某些特定问题的解决，尚缺乏总体的规划和把握。因此，建议以广域后备保护为基础，构建我国面向智能电网的广域继电保护系统。在此，对广域继电保护的研究方向提出一些建议。

1.系统的体系架构。对基于区域集中式、变电站集中式和分布式结构的广域保护系统结构进行仿真比较和理论分析，确定其分别适用的范围，为不同电压等级、输电方式、拓扑结构、经济及技术条件的电网选择合适的系统结构提供理论依据。从广域继电保护的通信需求出发，借鉴现有调度通信网的分层结构和基本配置，建立基于多电压等级和复杂网络环境的广域保护区域划分算法、决策中心站选择准则。

2.广域信息组织与融合机制。研究不同来源、重要性和应用要求的多点信息的组织模式及权值设置准则，建立控制中心集中决策与保护控制单元分布自治、传统保护与广域保护协调动作的工作机制，改善传统主保护的性能，简化传统后备保护的整定计算，从而优化整个保护系统的动作机理和故障判别。

3.快速故障识别与隔离算法。完善现有的广域保护算法，克服传统电流差动保护、纵联方向保护存在的缺陷。构思基于网络拓扑实时跟踪和数据高容错性的新型算法，与现有保护算法互补。在此基础上，制定健全的保护跳闸策略，防止大范围潮流转移引起的保护不正确动作，提高整个保护系统在电网复杂运行方式下的应对能力。

4.研究在自然灾害导致的部分电网通信线路损坏、信息失效情况下，利用基于同步数字体系光纤环网的迂回通道，恢复广域信息传输和交互的保护系统自适应重构原则，提高系统应对灾变的能力。

综上所述，在电力系统运行中，广域后备保护能够在机电保护中起到很好的防御作用，在实际应用时十分安全可靠，能够帮助电力系统从根本上解决传统后备保护整定配合之间复杂的问题。

参考文献：

[1]王明俊.大电网继电自动装置的隐藏故障、脆弱性和适应性问题[J].电力自动化设备，2011，25（3）：1-5.

[2]肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2013，33（9）：1-4.

[3]张保会.加强继电保护与紧急控制系统的研究提高互联电网安全防御能力[J].中国电机工程学报，2011，24（7）：1-6.

[4]陈国炎,张哲,尹项根.广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,2010,11