DQZHAN技術(shù)訊：中國面向智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)研究與發(fā)展
2014年3月31日，《2014全球智能電網(wǎng)建設(shè)分布式能源及技術(shù)儲備展覽會暨高峰論壇》在國家會議中心舉行，在下午舉行的主題為“機(jī)電保護(hù)與特高壓技術(shù)”的演講環(huán)節(jié)，北極星電力網(wǎng)整理中國電科院繼電保護(hù)研究所所長周澤昕做了主題為“面向智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)研究與發(fā)展”的演講，全文如下：
周澤昕：繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)里面屬于比較成熟的技術(shù)，想探討一下*近這幾年隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，隨著特高壓智能建設(shè)，發(fā)現(xiàn)*后落到了我們機(jī)電保護(hù)上面，借這個機(jī)會跟大家分享幾個比較關(guān)心的問題。
一個是想介紹一下背景，**個方面是想介紹一下我們*近比較關(guān)注的幾個點(diǎn)，在特高壓系統(tǒng)建設(shè)過程中，跟繼電保護(hù)有關(guān)的，大家比較關(guān)注的幾個問題。**個是我們智能變電站的保護(hù)，大家比較了解進(jìn)展的情況，會關(guān)心*近幾年智能變電站的建設(shè)對保護(hù)的驅(qū)動有了大的驅(qū)動作用。
第三個是大家比較關(guān)注配網(wǎng)方面，研究的比較多，我們今天不太展開，關(guān)注幾個分布式電源對我們保護(hù)的影響。
第三個是支撐技術(shù)方面，我們大家關(guān)注到的話，發(fā)現(xiàn)我們在智能變電站的運(yùn)維和通信技術(shù)發(fā)展以后給我們保護(hù)的運(yùn)維帶來一些變化，包括我們對設(shè)備的質(zhì)量控制，從檢測、我們的全壽命周期管理方面有一些技術(shù)進(jìn)步，分這么幾個方面給大家介紹一下。
**個是背景介紹，我聽了韓國的那位先生介紹韓國對智能電網(wǎng)的理解，我們大同小異，我們對智能電網(wǎng)的理解是以特高壓電網(wǎng)為骨架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動特征，。有**可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔保護(hù)、友好互動。
其實(shí)有幾個關(guān)鍵的詞就是我們的特高壓，我們的信息化，這幾個對我們的保護(hù)有比較大的影響。
首先我們來看一下，因?yàn)槲覀兘裉斓闹黝}是智能電網(wǎng)的峰會，我們會從不同的角度看智能電網(wǎng)，我今天的角度是從繼電保護(hù)專業(yè)。我們看一次的哪些變化對我們二次有影響?我們出現(xiàn)的特高壓互聯(lián)電網(wǎng)，采用了很多先進(jìn)的交流輸電技術(shù)，我們現(xiàn)在的直流輸電和大規(guī)模新能源接入，還有我們配電網(wǎng)和智能一次設(shè)備使用，這些都是對二次產(chǎn)生一定的影響。
更聚焦一下，從我們保護(hù)的角度來看，對二次的變化像我們在變電站內(nèi)全站信息數(shù)字化，通信平臺的網(wǎng)絡(luò)化，包括三層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。信息共享的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，包括我們時鐘同步，還有從廣域的角度說是光纖通信技術(shù)的進(jìn)步都為我們保護(hù)提供了很多新的發(fā)展。既提供了一些挑戰(zhàn)又給了一些機(jī)遇，挑戰(zhàn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜對我們保護(hù)的**性和原理產(chǎn)生一些影響。運(yùn)營方式的靈活和展臺特性的變化都是對我們保護(hù)帶來的挑戰(zhàn)，給我們的機(jī)遇是通過網(wǎng)絡(luò)化的通訊、信息共享和測量技術(shù)的進(jìn)步都會給我們保護(hù)的技術(shù)進(jìn)步帶來一些機(jī)遇。
我們再來看一下這幾個關(guān)鍵技術(shù)，主要還是側(cè)重于幾方面，超特高壓保護(hù)的技術(shù)方向還有我們智能站、配電網(wǎng)保護(hù)的技術(shù)方向。先看一下特高壓保護(hù)方面，重點(diǎn)聚焦幾個地方，**個是特高壓系統(tǒng)使用的變壓器不同，有什么影響?**個是線路距離保護(hù)應(yīng)對過負(fù)荷有哪些影響?第三個是FACTS的使用，對我們保護(hù)的影響。還有交直流影響故障保護(hù)技術(shù)，*后一個是PMU對于廣域保護(hù)的影響。
特高壓變壓器我們現(xiàn)在投運(yùn)的特高壓系統(tǒng)一個是示范和皖電東送的工程。變壓器和我們傳統(tǒng)的變壓器有比較大的變化，首先是具備了獨(dú)立的主變之外的，我們是不是用傳統(tǒng)的保護(hù)就可以替代?我們在前期做了大量的研究，覺得不行，如果是調(diào)壓變和補(bǔ)償變的靈敏度不夠，必須要調(diào)整。特高壓和我們常規(guī)變壓器涌流特征更趨于弱化，它的判別更不容易。平時我們用二次諧波判，但是它的含量會比較低，更不容易判出來，會產(chǎn)生空中誤動的幾率會多。我們就引入了一些循環(huán)閉鎖和判據(jù)，加入了自適應(yīng)的浮動門檻等等。
第三個特征是皖電東送的時候*后通過多套定值來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。然后是關(guān)于過負(fù)荷的問題，距離保護(hù)有一個是經(jīng)常惹事，就是我們的距離三段保護(hù)，經(jīng)常在過負(fù)荷或者負(fù)荷轉(zhuǎn)移的時候，它會發(fā)生動作，這個事情我們從紐約大停電，包括印度停電的情況都看到了。*近我們國家的一些保護(hù)專家和廠家做了努力，我們從理論上把它解決了，因?yàn)榻裉鞎r間有限，我簡單的說一下，我們以前的距離保護(hù)都是基于阻抗平面解決的，這是經(jīng)常見到的四邊形的阻抗平面，大家看一下這兩條虛線是造成我們距離保護(hù)三段誤動的原因。這條是負(fù)荷線，有了這條線之后，只要相鄰線路由于故障或者是正常退出的負(fù)荷壓過來以后，會造成本線路的測量點(diǎn)離中間點(diǎn)比較近，一定會誤動，在阻抗平面這個測量點(diǎn)對負(fù)荷的轉(zhuǎn)移是非常靈敏的。我們現(xiàn)在通過電壓平面找到方式，比較可靠的區(qū)分還是過負(fù)荷，我們基于電壓的意思，我們過負(fù)荷的本質(zhì)是一個特征，如果說是負(fù)荷的話，全線的電壓一定分布在兩端的電視連線上面。在終端的投影*小也在這一個角度，我們利用這個原理做了電壓特性，如果是阻抗平面的特性，過負(fù)荷的會進(jìn)入到過負(fù)荷的狀態(tài)，正常運(yùn)行點(diǎn)在這里。我們通過電壓平面，在正常運(yùn)行和過負(fù)荷的時候，始終讓它在陰影區(qū)域，進(jìn)到這里我們會動作，保證他始終在動作區(qū)域之外，保證它的可靠不動作。
如果是發(fā)生了鼓掌，*困難的是高阻故障，高阻接地的時候，傳統(tǒng)的阻抗平面上有可能落到這個地方。這個圖不是特別清楚，我們畫了兩條，在負(fù)荷外面無法動作。B相經(jīng)150歐姆高阻也可以。
后面說到的是接入FACTS的技術(shù)，對我們的保護(hù)直接產(chǎn)生影響。這里面列舉了我們在電網(wǎng)中常用到的FACTS原件，磁控的和極控的，還有短路電流限制器和可控串補(bǔ)和SVC等等，這些都有一些研究，用了多種。它對我們的保護(hù)，在特高壓系統(tǒng)上用了串補(bǔ)以后，包括*近的幾個系統(tǒng)里面加入串補(bǔ)電壓反向，包括做了大量的算法研究，現(xiàn)在有些系統(tǒng)里面，加裝了串補(bǔ)以后線路進(jìn)行派接，都會對保護(hù)和配置進(jìn)行一定的影響。
下一個方面是關(guān)于交直流影響的問題，直流系統(tǒng)換向失敗以后，南網(wǎng)的多端柔性直流，我們常規(guī)的在保護(hù)系統(tǒng)中也遇到一些問題，比如變壓器空沖的時候，幾百公里以外的直流諧波保護(hù)會受到影響，這些都是我們現(xiàn)在比較關(guān)注的幾個問題。
對于廣域保護(hù)控制這一塊，我們PMU的應(yīng)用之后它的同步、高速、精度，給我們帶來整個動態(tài)控制的好處。包括現(xiàn)在也在做很多的探索，從我們做狀態(tài)估計，包括模型的驗(yàn)證，故障的定位和系統(tǒng)的實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測和事故的記錄，以及一些穩(wěn)定性預(yù)測都用到了PMU的信息。
**部分想給大家介紹一下智能站保護(hù)方面的一些進(jìn)展，這里面我們*近提的比較多的，大家也都聽到過我們從智能站角度提出了層次化保護(hù)控制體系的這么一個概念。所謂層次化保護(hù)，分別給大家介紹一下。層次的概念是按照從就地層到站域?qū)拥綇V域?qū)樱纬啥嗑S度層次化的保護(hù)系統(tǒng)。對于就地化來說，是對于單個對象的，利用自身的信息完善的，實(shí)際上是一個非?？煽靠焖偾谐收系淖饔?。
就地的這一層保護(hù)是整個保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)間隔內(nèi)的功能，模塊化功能設(shè)計，接口也是標(biāo)準(zhǔn)化的。我們現(xiàn)在就地裝置自己有一些狀態(tài)信息的采集和上傳，支持一些遠(yuǎn)方的監(jiān)控和減少現(xiàn)場維護(hù)的需要。從布置方式看，一個是預(yù)制艙，一個是智能組件柜。這個是列出了兩種安裝方式，我們預(yù)制艙今年的幾個智能站，2013年的一些智能站的六個新一代站，包括2014年的基本上采用了預(yù)制艙拉到現(xiàn)場，減少維護(hù)和工作量。
組件柜是就地的安裝，因?yàn)楹芏嘣谝淮窝b置下面，接線會簡化?，F(xiàn)在有很多廠家討論這個問題，我們對于裝置、小型化、微型化研究取得了新的進(jìn)展。隨著芯片技術(shù)的提升還是很有前景的，還有一些一次設(shè)備的一體化設(shè)計，現(xiàn)在也在跟進(jìn)這件事情。
站域?qū)拥谋Ｗo(hù)控制主要是我們實(shí)現(xiàn)在前端的，在站內(nèi)設(shè)備的一些集成。通過現(xiàn)在幾個廠家的實(shí)現(xiàn)方式，也有幾種不同的實(shí)現(xiàn)方式，采用多CPU運(yùn)行的處理，網(wǎng)絡(luò)共享，站域保護(hù)控制裝置一定是在變電站的網(wǎng)絡(luò)上面取數(shù)據(jù)，出口也是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，把站內(nèi)的多個信息集中在一起，這是站域保護(hù)的一個實(shí)現(xiàn)方式。
站域保護(hù)有哪些優(yōu)勢?從功能上來說實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)的數(shù)據(jù)源在某些裝置退出的時候，在十一萬站更明顯，因?yàn)槲覀兪蝗f站保護(hù)是單純化配置的。如果這個保護(hù)需要退出，整個線路需要退出。我們通過配一套站域，在就地保護(hù)出現(xiàn)問題的時候，由站域保護(hù)退出去，一次設(shè)備不用退出。同時利用站域功能，實(shí)現(xiàn)了全站的功能。
對于廣域保護(hù)實(shí)現(xiàn)的不是很多，研究已經(jīng)很多了。利用廣域的電網(wǎng)信息和站域的就地層保護(hù)信息，實(shí)際上我說到站域保護(hù)給我們廣域保護(hù)提供一個信息源，我們目前看到的有兩種方式，一種是有一個主站來決定各個子站控制的邏輯，還有一種我們是無主的，分布式的。我們幾個手拉手把它拉起來，信息共享以后，自行利用多站信息進(jìn)行判斷，有這樣兩種方式。它的功能優(yōu)勢是通過一些廣域信息實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位，優(yōu)化和就地層的保護(hù)性能。
這是舉了兩個例子，通過廣域保護(hù)實(shí)現(xiàn)這些方式，我們廣域保護(hù)也是作為一個后備。另外廣域保護(hù)可以多點(diǎn)進(jìn)行分布實(shí)施的一些振蕩的特性分析，區(qū)域轉(zhuǎn)移的識別和過負(fù)荷的檢測、預(yù)警、保護(hù)控制功能之間的協(xié)同。
對于配電網(wǎng)來說，*近大家關(guān)注的比較多，國家電網(wǎng)也把智能配電網(wǎng)的建設(shè)提到了一個很高的地位。我們現(xiàn)在更多的從保護(hù)這一點(diǎn)，*近關(guān)注的比較多的是光伏、風(fēng)電的故障特性是什么樣子的，我們的保護(hù)如何來識別。分布式電源的接入給保護(hù)帶來的問題研判，還有分布式接入以后對保護(hù)的一些新設(shè)想，簡單的給大家匯報一下。
一個是在光伏這邊，它的故障暫態(tài)特性分析，我們故障特性是三向出口的故障，在光伏發(fā)電的這一端是什么特性。包括并網(wǎng)控制，它的這些特性和它的控制策略以及參數(shù)是密切相關(guān)的。這種逆變分布式電源的特征，受到控制系統(tǒng)的影響非常明顯，出口的故障和輸出的電流的限值，以及對稱的不對稱故障，里面有很多數(shù)據(jù)做了大量仿真，現(xiàn)在存在的問題主要是接入以后的電器量的改變，包括跟儲能有關(guān)系，比如說斷掉之后一直維持在電壓20%。如果量大的話，對短路電流也還是存在一定的影響。隨機(jī)性和間歇性都會有一些困難，另外是本體的保護(hù)和自動重合之間的協(xié)調(diào)配合問題都是我們現(xiàn)在解決的一些問題。*近取得的一些成果，有分布式電源的配電系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)系統(tǒng)的方式和分布式電源的出力自動改變。對其接入點(diǎn)上游采用方向縱聯(lián)保護(hù)，對其下游保留定時限過電流保護(hù)。
我們對于全景信息的分析手段是比較多了，隨著我們測控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，我們的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)、狀態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)都可以拿到?，F(xiàn)在是怎么利用這些做一個快速的法相，我們幾個省公司陸續(xù)在做，把這些信息拿到以后協(xié)助調(diào)度員快速的識別出信息我這個保護(hù)的動作是正確動作還是自動的來判別。這些系統(tǒng)已經(jīng)都實(shí)現(xiàn)了一些案例。
包括現(xiàn)在遠(yuǎn)程運(yùn)維，我們通過變電站的系統(tǒng)，站內(nèi)的系統(tǒng)收集過去給到我們的調(diào)度端，調(diào)度支持系統(tǒng)里面做了一些判斷以后，由值班員進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，我們在保護(hù)這邊是在探索和遠(yuǎn)程的修改定值也都是做這些探討。
關(guān)于我們設(shè)備的周期管理，去年我們統(tǒng)計了全部220以上的設(shè)備，對整個系統(tǒng)中運(yùn)行的保護(hù)裝置整個的臺賬、缺陷、動作行為、軟件版本以及版本管理的校驗(yàn)碼等的管理，我們做了相關(guān)的工作，我們每年的數(shù)據(jù)都有了很大的提高。
另外是在狀態(tài)的監(jiān)測和預(yù)警方面做了預(yù)測，我們通過對于裝置的軟件信息配置信息和內(nèi)部的硬件信息、邏輯信號、故障判定都進(jìn)行了一些判斷，這也是我們這一兩年很多廠家高度關(guān)注的一些事情，也是在支持一些三維的故障定位，包括保護(hù)動作邏輯的智能分析。今年，我們比較大的力量進(jìn)行一些定值的在線校核，做了比較大的工作。
另外是我們的常規(guī)檢測抓的比較嚴(yán)格，比如我們的型式試驗(yàn)、動模試驗(yàn)、委托試驗(yàn)、仲裁試驗(yàn)都做的非常完善。包括我們說到的FACTS設(shè)備進(jìn)入系統(tǒng)都要做測試，新能源接入后對保護(hù)的影響。這方面還有許多探討，怎么樣把設(shè)備的質(zhì)量做的完善，有很多實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)也需要建設(shè)。

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