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1、智能电网继电保护面向智能电网的继电保护系统重构面向智能电网的继电保护系统重构熊小伏,陈星田,夏 莹,张荣海(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆市400030)摘要:现代智能电网的发展要求继电保护系统具有更大的灵活性和可靠性。结合智能电网的特点分析了现有继电保护系统结构存在的问题,提出了在未来智能电网中使继电保护具有可重构功能的建议。分析了继电保护系统在线重构的需求,提出了继电保护重构的含义、准则以及继电保护实施重构的通用模型,给出了重构示例并指出了尚需继续研究的问题。关键词:智能
2、电网;继电保护系统;重构中图分类号:TM7740 引言 随着市场化改革的推进、气候变化的加剧,环境监管要求日趋严格,可再生能源等分布式发电资源数量不断增加,智能电网概念应运而生,其目标是利用先进的技术容许绿色可再生能源顺利接入电网,提高电力系统的能源转换和传输效率,确保供电质量和更高的可靠性[123]。智能电网通常具有如下特点[225]:①自愈和自适应;②安全稳定和可靠;③兼容性;④经济协调,优质高效;⑤与用户友好互动。其中自愈和自适应是要求可以实时掌控电网运行状态,在尽量少的人为干预下实现快速隔离
3、故障、自我恢复,避免大面积停电事故的发生。对继电保护系统而言,就要求其能够自动适应一次系统因分布式能源接入而出现的多变的运行方式,更要求继电保护系统自身出现隐藏故障时也能做到自诊断及自愈,以避免连锁故障的发生。 事实上,为适应电力系统的发展要求,继电保护在提高自身适应能力方面已进行了大量研究。自适应保护在20世纪80年代被提出,其主要目标是根据电力系统运行方式、拓扑结构和故障类型的变化而实时改变保护动作特性或定值,以使继电保护系统尽可能地适应电力系统的各种变化,具有期望的动作灵敏性和可靠性[629]
4、。但已有的关于自适应保护的研究局限于根据实际系统反馈回来的信息,重新计算和调整保护定值,只能达到有限的自适应,也不能满足分布式能源接入电网的要求。近年来提出了广域保护的理论和技术[10213],利用电力系统多点的信息,对故障进行快速、可靠、精确的切除,同时分析故障切除前后电网潮流分布和拓扑结构的变化对系统安全稳定运行的影响,并采取相应的控制措施,提高输电线可用容量或系统可靠性,因此可同时实现继电保护和控制功能。由于其作用的范围更广,因此广域保护系统自身的可靠性将对系统产生更大影响。 尽管目前继电保护
5、系统的可靠性已达到较高水平,但由继电保护系统隐藏故障导致的连锁跳闸和大面积停电事故仍时有发生。文献[14218]对继电保护装置和系统自身的隐藏故障问题进行了研究,提出了隐藏故障的评估和诊断方法。但对于如何有效地在线处理继电保护系统的隐藏故障却未进行深入研究。 智能电网中建设高级的信息传输平台是其主要任务之一,据此可利用更丰富的信息使继电保护装置和系统具有自适应、自诊断和自恢复功能。为此,本文将为适应电网结构和电源结构变化进行的继电保护配置重组,以及在继电保护系统自身故障后利用健康资源重新组成新的保护
6、系统的过程称为继电保护系统的重构。本文分析了继电保护系统的重构需求,提出了继电保护系统重构的通用模型,给出了重构示例,指出了需继续深入研究的问题。1 继电保护系统的在线重构需求 近年来继电保护系统在通信和信息处理技术的支撑下,通过采用双重化配置带通道的电流差动和方向比较原理的保护装置,主网保护动作可靠性得到了很大提高,但随着对继电保护系统可靠性的更高要求以及分布式能源的大量接入,继电保护面临的主要问题有: 1)目前继电保护的结构是一种刚性结构,联接方式、保护对象、适应的网络条件均是预先设定,自适应
7、能力弱,适应一次系统的变化能力弱。 以图1所示系统为例,其中线路B1装设的带通道的纵联保护由差动保护装置P11和P12及通道T1组成,线路B2类似。纵联保护能区分被保护元件区内及区外故障,可瞬时切除区内故障。 当保护系统遇到类似2008年冰灾等突发性故障导致的通道T1失效时,现有保护系统往往还不能自动寻求新的信息通道以重新恢复该线路的纵联保护功能。 2)继电保护系统故障(包括隐藏故障)带来电网大面积停电的风险依然存在。现有继电保护虽然能对一些元件失效进行在线自诊断,但尚不能自动转移或恢复其功能。
8、例如当微机保护装置自检到某个芯片故障时,只能选择报警,而不能寻找替代元件。在采用双重化配置的情况下,虽然一套保护装置故障不必马上停运一次设备,但保护系统的整体可靠性却大大下降。 3)目前的配电网络以配置三段式电流保护为主,在多点接入分布式电源(DG)后,不仅要求继电保护既适应单向潮流又适应双向潮流的运行方式,还要求更快的动作速度、更高的可靠性和灵敏性。 以图2所示配电网中接入DG为例,原有配电系统不再是单侧电源,在d1点发生故障时,系统和DG同时向故
