經(jīng)濟和社會的發(fā)展使電力系統(tǒng)的電壓等級升高、電網(wǎng)復雜程度增加,給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)。作為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行“三道防線”中第一道防線的繼電保護也面臨嚴峻的考驗,傳統(tǒng)保護整定配合越來越困難。

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的開展,智能電網(wǎng)的特征帶來的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、分布式電源接入、微網(wǎng)運行等技術(shù),對繼電保護提出了新的要求,基于本地測量信息及少量區(qū)域信息的常規(guī)保護在解決這些問題時面臨較大的困難;同時,新技術(shù)(如新型傳感器技術(shù)、時鐘同步及數(shù)據(jù)同步技術(shù)、計算機技術(shù)、光纖通信技術(shù)等) 的研究與應(yīng)用也給繼電保護的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。在以上因素的促進下,基于廣域測量信息,從系統(tǒng)的角度綜合考慮繼電保護設(shè)計和配置的廣域繼電保護得到了越來越多的關(guān)注。

早在1997 年,瑞典學者BerTIl Ingel ssON 就提出了廣域保護的概念 ,用來預防長期電壓崩潰等控制功能。國際大電網(wǎng)會議將廣域保護的功能及控制手段和目標進行了定義。

廣域保護系統(tǒng)包含繼電保護和安全自動控制兩方面內(nèi)容,其中,廣域繼電保護作為廣域保護的重要組成部分,對輔助傳統(tǒng)主保護、提高保護定值的自適應(yīng)能力、簡化保護配合、縮短保護動作時間等方面起關(guān)鍵作用,有助于從根本上切實解決現(xiàn)有繼電保護存在的適應(yīng)能力差、整定配合復雜等難題,提高保護的自適應(yīng)能力。

1998 年日本學者Yoshizumi Serizawa 將廣域思想與繼電保護結(jié)合起來,提出基于GPS 通過光纖通道傳送多點電流信息,構(gòu)成廣域差動保護的觀點。電流差動保護的范圍不限于某電氣元件,而擴至該元件的相鄰區(qū)域,不僅能為元件提供快速的差動主保護,還可為相鄰區(qū)域提供動作延時小、選擇性好的差動后備保護,提高保護系統(tǒng)的性能。有學者提出了一種基于多Agent 的廣域電流差動保護系統(tǒng),借助專家系統(tǒng)實現(xiàn)電流差動、后備保護區(qū)的動態(tài)在線劃分,然后通過各保護Agent 間的配合協(xié)調(diào)實現(xiàn)對整個電網(wǎng)的主、后備電流差動保護。廣域后備保護可利用專家系統(tǒng)方法實現(xiàn) ,在給定網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、相鄰幾級變電站中繼電器的動作情況以及斷路器的開合狀態(tài)的前提下,利用所定義的動作因子AF (acTIon factor) 的大小來判定故障位置。AF 描述了基于所有已動作了的保護設(shè)備判斷某元件故障的可能性大小,這種方法旨在保證主保護故障時能正確隔離故障。

智能電網(wǎng)一個重要的功能特性是自愈性。“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問題的元件從系統(tǒng)中隔離出來,并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復到正常運行狀態(tài),同時,幾乎不中斷對用戶的供電服務(wù)。運用本地和遠程設(shè)備的通信幫助分析故障、電壓降低、過載等系統(tǒng)運行狀態(tài),并基于這些分析采取適當?shù)目刂菩袆?。智能電網(wǎng)將安全、無縫地容許各種不同類型的發(fā)電和儲能系統(tǒng)接入系統(tǒng),簡化聯(lián)網(wǎng)的過程。

未來智能電網(wǎng)中,電網(wǎng)的自愈特征將會對繼電保護的選擇性、可靠性、速動性、靈敏性提出更高的要求,對常規(guī)繼電保護的配置方法提出新的要求,常規(guī)保護在這幾個方面根據(jù)實際情況的不同會有所側(cè)重。特高壓電網(wǎng)的建設(shè)、電網(wǎng)規(guī)模的擴大,將導致短路電流增大很多,因此,應(yīng)對短路電流增大造成的定值可靠系數(shù)降低、短路電流抑制設(shè)備的運行等問題進行分析研究,提出相應(yīng)對策。分布式電源的靈活接入、多變壓器的運行方式帶來的后備保護配合、雙向潮流、系統(tǒng)阻抗的變化等問題均會給繼電保護定值整定帶來困難,保護定值的適應(yīng)能力也將受到嚴峻考驗。

同時,智能電網(wǎng)將給繼電保護的發(fā)展帶來新的契機,智能電網(wǎng)中所采用的新型傳感器技術(shù),例如電子式或光電式互感器不受傳統(tǒng)電磁式互感器飽和的影響,對故障時電氣量的采集更為精確,簡化了保護的數(shù)據(jù)算法,縮短了數(shù)據(jù)處理時間。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)同步技術(shù)、時鐘同步技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及IEC 61850 標準的應(yīng)用,可以提供區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的高精度同步,滿足數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶崟r性,保障數(shù)據(jù)傳輸過程的冗余和可靠性;也可為新原理的實現(xiàn)、工業(yè)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用提供技術(shù)支持,為廣域保護的新原理、新算法和實際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐。

廣域繼電保護應(yīng)用于實際時,若在整個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)集中保護,由于系統(tǒng)規(guī)模增大造成的大量數(shù)據(jù)采集點、海量數(shù)據(jù)、傳輸距離和速度等因素,會增加廣域繼電保護實現(xiàn)的難度,也將增加保護配置、運行和維護的難度,保護可靠性難以得到保證。因此,還應(yīng)該結(jié)合實際系統(tǒng)進行廣域繼電保護區(qū)域結(jié)構(gòu)的確立,綜合考慮、合理利用智能電網(wǎng)新技術(shù),使廣域繼電保護更有利于實際應(yīng)用。