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中国面向智能电网的继电保护技术研究与发展

DQZHAN技术讯：中国面向智能电网的继电保护技术研究与发展
2014年3月31日，《2014全球智能电网建设分布式能源及技术储备展览会暨高峰论坛》在国家会议中心举行，在下午举行的主题为“机电保护与特高压技术”的演讲环节，北极星电力网整理中国电科院继电保护研究所所长周泽昕做了主题为“面向智能电网的继电保护技术研究与发展”的演讲，全文如下：
周泽昕：继电保护在电力系统里面属于比较成熟的技术，想探讨一下*近这几年随着智能电网的发展，随着特高压智能建设，发现*后落到了我们机电保护上面，借这个机会跟大家分享几个比较关心的问题。
一个是想介绍一下背景，**个方面是想介绍一下我们*近比较关注的几个点，在特高压系统建设过程中，跟继电保护有关的，大家比较关注的几个问题。**个是我们智能变电站的保护，大家比较了解进展的情况，会关心*近几年智能变电站的建设对保护的驱动有了大的驱动作用。
第三个是大家比较关注配网方面，研究的比较多，我们今天不太展开，关注几个分布式电源对我们保护的影响。
第三个是支撑技术方面，我们大家关注到的话，发现我们在智能变电站的运维和通信技术发展以后给我们保护的运维带来一些变化，包括我们对设备的质量控制，从检测、我们的全寿命周期管理方面有一些技术进步，分这么几个方面给大家介绍一下。
**个是背景介绍，我听了韩国的那位先生介绍韩国对智能电网的理解，我们大同小异，我们对智能电网的理解是以特高压电网为骨架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动特征，。有**可靠、经济高效、清洁保护、友好互动。
其实有几个关键的词就是我们的特高压，我们的信息化，这几个对我们的保护有比较大的影响。
首先我们来看一下，因为我们今天的主题是智能电网的峰会，我们会从不同的角度看智能电网，我今天的角度是从继电保护专业。我们看一次的哪些变化对我们二次有影响?我们出现的特高压互联电网，采用了很多先进的交流输电技术，我们现在的直流输电和大规模新能源接入，还有我们配电网和智能一次设备使用，这些都是对二次产生一定的影响。
更聚焦一下，从我们保护的角度来看，对二次的变化像我们在变电站内全站信息数字化，通信平台的网络化，包括三层网络建设。信息共享的标准化技术，包括我们时钟同步，还有从广域的角度说是光纤通信技术的进步都为我们保护提供了很多新的发展。既提供了一些挑战又给了一些机遇，挑战是网架结构逐渐复杂对我们保护的**性和原理产生一些影响。运营方式的灵活和展台特性的变化都是对我们保护带来的挑战，给我们的机遇是通过网络化的通讯、信息共享和测量技术的进步都会给我们保护的技术进步带来一些机遇。
我们再来看一下这几个关键技术，主要还是侧重于几方面，超特高压保护的技术方向还有我们智能站、配电网保护的技术方向。先看一下特高压保护方面，重点聚焦几个地方，**个是特高压系统使用的变压器不同，有什么影响?**个是线路距离保护应对过负荷有哪些影响?第三个是FACTS的使用，对我们保护的影响。还有交直流影响故障保护技术，*后一个是PMU对于广域保护的影响。
特高压变压器我们现在投运的特高压系统一个是示范和皖电东送的工程。变压器和我们传统的变压器有比较大的变化，首先是具备了独立的主变之外的，我们是不是用传统的保护就可以替代?我们在前期做了大量的研究，觉得不行，如果是调压变和补偿变的灵敏度不够，必须要调整。特高压和我们常规变压器涌流特征更趋于弱化，它的判别更不容易。平时我们用二次谐波判，但是它的含量会比较低，更不容易判出来，会产生��中误动的几率会多。我们就引入了一些循环闭锁和判据，加入了自适应的浮动门槛等等。
第三个特征是皖电东送的时候*后通过多套定值来实现调压。然后是关于过负荷的问题，距离保护有一个是经常惹事，就是我们的距离三段保护，经常在过负荷或者负荷转移的时候，它会发生动作，这个事情我们从纽约大停电，包括印度停电的情况都看到了。*近我们国家的一些保护专家和厂家做了努力，我们从理论上把它解决了，因为今天时间有限，我简单的说一下，我们以前的距离保护都是基于阻抗平面解决的，这是经常见到的四边形的阻抗平面，大家看一下这两条虚线是造成我们距离保护三段误动的原因。这条是负荷线，有了这条线之后，只要相邻线路由于故障或者是正常退出的负荷压过来以后，会造成本线路的测量点离中间点比较近，一定会误动，在阻抗平面这个测量点对负荷的转移是非常灵敏的。我们现在通过电压平面找到方式，比较可靠的区分还是过负荷，我们基于电压的意思，我们过负荷的本质是一个特征，如果说是负荷的话，全线的电压一定分布在两端的电视连线上面。在终端的投影*小也在这一个角度，我们利用这个原理做了电压特性，如果是阻抗平面的特性，过负荷的会进入到过负荷的状态，正常运行点在这里。我们通过电压平面，在正常运行和过负荷的时候，始终让它在阴影区域，进到这里我们会动作，保证他始终在动作区域之外，保证它的可靠不动作。
如果是发生了鼓掌，*困难的是高阻故障，高阻接地的时候，传统的阻抗平面上有可能落到这个地方。这个图不是特别清楚，我们画了两条，在负荷外面无法动作。B相经150欧姆高阻也可以。
后面说到的是接入FACTS的技术，对我们的保护直接产生影响。这里面列举了我们在电网中常用到的FACTS原件，磁控的和极控的，还有短路电流限制器和可控串补和SVC等等，这些都有一些研究，用了多种。它对我们的保护，在特高压系统上用了串补以后，包括*近的几个系统里面加入串补电压反向，包括做了大量的算法研究，现在有些系统里面，加装了串补以后线路进行派接，都会对保护和配置进行一定的影响。
下一个方面是关于交直流影响的问题，直流系统换向失败以后，南网的多端柔性直流，我们常规的在保护系统中也遇到一些问题，比如变压器空冲的时候，几百公里以外的直流谐波保护会受到影响，这些都是我们现在比较关注的几个问题。
对于广域保护控制这一块，我们PMU的应用之后它的同步、高速、精度，给我们带来整个动态控制的好处。包括现在也在做很多的探索，从我们做状态估计，包括模型的验证，故障的定位和系统的实施状态监测和事故的记录，以及一些稳定性预测都用到了PMU的信息。
**部分想给大家介绍一下智能站保护方面的一些进展，这里面我们*近提的比较多的，大家也都听到过我们从智能站角度提出了层次化保护控制体系的这么一个概念。所谓层次化保护，分别给大家介绍一下。层次的概念是按照从就地层到站域层到广域层，形成多维度层次化的保护系统。对于就地化来说，是对于单个对象的，利用自身的信息完善的，实际上是一个非常可靠快速切除故障的作用。
就地的这一层保护是整个保护系统的基础，是实现间隔内的功能，模块化功能设计，接口也是标准化的。我们现在就地装置自己有一些状态信息的采集和上传，支持一些远方的监控和减少现场维护的需要。从布置方式看，一个是预制舱，一个是智能组件柜。这个是列出了两种安装方式，我们预制舱今年的几个智能站，2013年的一些智能站的六个新一代站，包括2014年的基本上采用了预制舱拉到现场，减少维护和工作量。
组件柜是就地的安装，因为很多在一次装置下面，接线会简化。现在有很多厂家讨论这个问题，我们对于装置、小型化、微型化研究取得了新的进展。随着芯片技术的提升还是很有前景的，还有一些一次设备的一体化设计，现在也在跟进这件事情。
站域层的保护控制主要是我们实现在前端的，在站内设备的一些集成。通过现在几个厂家的实现方式，也有几种不同的实现方式，采用多CPU运行的处理，网络共享，站域保护控制装置一定是在变电站的网络上面取数据，出口也是通过网络实现的，把站内的多个信息集中在一起，这是站域保护的一个实现方式。
站域保护有哪些优势?从功能上来说实现了站内的数据源在某些装置退出的时候，在十一万站更明显，因为我们十一万站保护是单纯化配置的。如果这个保护需要退出，整个线路需要退出。我们通过配一套站域，在就地保护出现问题的时候，由站域保护退出去，一次设备不用退出。同时利用站域功能，实现了全站的功能。
对于广域保护实现的不是很多，研究已经很多了。利用广域的电网信息和站域的就地层保护信息，实际上我说到站域保护给我们广域保护提供一个信息源，我们目前看到的有两种方式，一种是有一个主站来决定各个子站控制的逻辑，还有一种我们是无主的，分布式的。我们几个手拉手把它拉起来，信息共享以后，自行利用多站信息进行判断，有这样两种方式。它的功能优势是通过一些广域信息实现故障点的快速定位，优化和就地层的保护性能。
这是举了两个例子，通过广域保护实现这些方式，我们广域保护也是作为一个后备。另外广域保护可以多点进行分布实施的一些振荡的特性分析，区域转移的识别和过负荷的检测、预警、保护控制功能之间的协同。
对于配电网来说，*近大家关注的比较多，国家电网也把智能配电网的建设提到了一个很高的地位。我们现在更多的从保护这一点，*近关注的比较多的是光伏、风电的故障特性是什么样子的，我们的保护如何来识别。分布式电源的接入给保护带来的问题研判，还有分布式接入以后对保护的一些新设想，简单的给大家汇报一下。
一个是在光伏这边，它的故障暂态特性分析，我们故障特性是三向出口的故障，在光伏发电的这一端是什么特性。包括并网控制，它的这些特性和它的控制策略以及参数是密切相关的。这种逆变分布式电源的特征，受到控制系统的影响非常明显，出口的故障和输出的电流的限值，以及对称的不对称故障，里面有很多数据做了大量仿真，现在存在的问题主要是接入以后的电器量的改变，包括跟储能有关系，比如说断掉之后一直维持在电压20%。如果量大的话，对短路电流也还是存在一定的影响。随机性和间歇性都会有一些困难，另外是本体的保护和自动重合之间的协调配合问题都是我们现在解决的一些问题。*近取得的一些成果，有分布式电源的配电系统，它的优点可以根据系统的方式和分布式电源的出力自动改变。对其接入点上游采用方向纵联保护，对其下游保留定时限过电流保护。
我们对于全景信息的分析手段是比较多了，随着我们测控系统和监控系统的建设，我们的稳态数据、暂态、状态、动态数据都可以拿到。现在是怎么利用这些做一个快速的法相，我们几个省公司陆续在做，把这些信息拿到以后协助调度员快速的识别出信息我这个保护的动作是正确动作还是自动的来判别。这些系统已经都实现了一些案例。
包括现在远程运维，我们通过变电站的系统，站内的系统收集过去给到我们的调度端，调度支持系统里面做了一些判断以后，由值班员进行远程的控制，我们在保护这边是在探索和远程的修改定值也都是做这些探讨。
关于我们设备的周期管理，去年我们统计了全部220以上的设备，对整个系统中运行的保护装置整个的台账、缺陷、动作行为、软件版本以及版本管理的校验码等的管理，我们做了相关的工作，我们每年的数据都有了很大的提高。
另外是在状态的监测和预警方面做了预测，我们通过对于装置的软件信息配置信息和内部的硬件信息、逻辑信号、故障判定都进行了一些判断，这也是我们这一两年很多厂家高度关注的一些事情，也是在支持一些三维的故障定位，包括保护动作逻辑的智能分析。今年，我们比较大的力量进行一些定值的在线校核，做了比较大的工作。
另外是我们的常规检测抓的比较严格，比如我们的型式试验、动模试验、委托试验、仲裁试验都做的非常完善。包括我们说到的FACTS设备进入系统都要做测试，新能源接入后对保护的影响。这方面还有许多探讨，怎么样把设备的质量做的完善，有很多实验挑战也需要建设。

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