分区域广域继电保护系统结构研究

李成博

分区域广域继电保护系统结构研究

李成博

广域继电保护有自身的系统架构、信息域划分方法和主要保护原理，对广域继电保护的原理探索成为当前研究界的热点，并在探讨和分析广域继电保护应用现状及问题的基础上，探索广域继电保护的实践应用，提出分区域广域继电保护的系统结构设计和规划。基于故障识别算法，建构完整而明晰的广域继电保护体系，从而使其适应用于区域电网的分布和应用，提升广域继电保护系统的有效性和可靠性。

分区域 广域继电保护 系统

随着电力需求的日益增大，电力系统的规模也在不断扩大，电力系统运行更为复杂，受到扰动的影响因素也随之加大，这对于电力系统结构和运行安全提出了挑战。为此，我们需要关注电力系统继电保护的安全稳定控制，要全面深入地分析广域继电保护系统的结构及保护功能，并在信息化、自动化、互动化为特征的智能电网发展契机之下，推进分区域广域继电保护系统的结构建设，充分利用广域范围内的信息，运用保护原理实现广域继电保护，从而提升电力系统继电保护系统的整体安全性和稳定可靠性。

一、广域继电保护系统的概念及原理

广域继电保护系统主要是用于对互联电网的长期电压崩溃而采用的预防措施，它借助于SCADA实现系统内部的电压稳定控制，并通过人工智能技术，消除继电保护中出现的故障或异常现象，防范电力系统的连锁跳闸现象，从而避免区域内大面积停电。广域继电保护的概念并非要取代传统保护手段，而是基于电网的多点信息，对传统保护加以必要的补充，从而实现电网系统的整体保护。广域继电保护系统主要有以下两种保护原理：

（一）广域电流差动保护和方向比较式保护原理

这是传统继电保护的常用保护原理。广域电流差动保护是基于基尔霍夫电流的定律，实现便捷而性能优越的保护，主要应用于电力主设备和输电线路的主保护；而方向比较式保护原理具有更好的选择性，能够快速、灵敏地应用于输电线路的主保护。由此可见，广域电流差动保护和方向比较式保护都属于继电保护的主保护，而非后备保护。一旦主保护出现误动作或故障异常，就要依赖于延时长、选择性较差的后备保护，不利于提升电力系统继电保护的稳定可靠性。随着电力系统的不断扩张，需要利用网络通信技术，实现电力多点综合的信息判断，并将电流差动保护和方向比较式保护延伸到后备保护之中，从而克服主保护的缺陷。

（二）基于广域信息的自适应继电保护

为了增强继电保护的选择性和灵敏性，在广域电流差动保护和方向比较式保护之中，要采用定值整定和定值校验的方式，实现对继电保护在特殊运行状态下出现的拒动或误动防范，这就使继电保护装置变得更为复杂，在极大的程度上降低了继电保护动作的速度和可靠性。为此，需要采用自适应继电保护，通过广域信息，调整和优化自适应继电保护的技术，从而使继电保护装置更为灵敏地感知电力系统的运行状态。在基于广域信息的自适应继电保护系统中，可以根据电网运行的状态变化，而自发地进行整定值的自修改，并对多重故障情况选用适宜的自适应保护策略，实现继电保护。然而，这种自适应保护技术对广域信息的处理通信延时要求较高，这就使继电保护能够利用的信息较少，还需要建构自适应参数识别模型，加以详细的研究和完善。

二、分区域广域继电保护系统的架构

分区域广域继电保护系统的结构是基于有限广域保护的理念，重点考虑广域继电保护的“第一道防线”功能，承担有限的任务要求，而且广域继电保护的决策只需要根据故障点灵敏度较高的保护信息，进行故障判断和决策，而不需要对全部系统的故障信息加以汇集。在广域继电保护的具体实现过程中，也是采用分区域实现的方式。为此，我们基于上述有限广域保护的理念和原则，对分区域广域继电保护系统的结构加以研究和分析。

分区域广域继电保护系统的架构主要由三个模块构成：本区域测量单元、区域决策层、系统监控中心。它们分别位于分区域广域继电保护系统的最底层、中间层和最顶层。其中，最底层的本地测量单元主要是用于对电网运行的实时信息加以采集；中间层的区域决策层则主要是实现对电网运行系统的数据采集和保护分区的控制；最顶层的系统监控中心负责对电网系统的本地保护中心的安全协调和防御。在上述结构中，区域决策层与本地测量单元在光纤的连接之下，监测本地测量单元的实时运行，当发生扰动时，对本地测量单元的上传信息加以分析和决策，当决策结果出来后，下传至本地测量单元，执行闭锁操作；同时，将决策结果送到顶层的系统监控中心，由系统监控中心进行逻辑故障定位和全局整体性决策，实现对不同区域的保护。

在对广域继电保护的分区域划分过程中，需要综合考虑以下情况：第一，区域决策中心的选取。对于区域决策中心的选取需要考虑输电系统各节点的关联性，还要考虑节点间通信系统的关联性，并基于电网拓扑结构选取相邻的节点或者路径关联紧密的变电站，使其成为区域决策中心。第二，分区域继电保护范畴界定。在分区域广域继电保护系统之中，要实现广域继电保护的后备保护功能，就需要尽可能少的交换区域间的信息，要以决策中心为起始点，以下一条线路的末端为终点，并科学地划分和界定继电保护的范畴。第三，分区域继电保护的交互保护范畴。如果分区域继电保护的交互保护区域过于宽泛，则会增加获取信息的压力，使通信系统受阻。为此，需要在两个相邻区域的广域继电保护系统至少要交互一条线路，从而有效地防范变电站直流消失或断路器失灵状态下的信息缺失情况，有效地排除故障。

三、分区域广域继电保护系统的关键技术分析

（一）广域继电保护通信系统

在广域继电保护系统之中，通信技术是前提和基础，它对广域继电保护的范围实现约束功能，在测量系统和光纤通信系统的数字化标准中，光纤环网成了广域继电保护通信网络的前提和基础，从而实现了以全站信息为整体的面向通用对象的变电站传输模式，成为分区域广域继电保护的主流和趋势。

（二）分区域广域继电保护故障识别技术

在广域继电保护故障识别中，常规的测量、判断和通信控制集中于不同的IED系统，RCDC系统可以实现对广域继电保护的后备保护，可以运用分区域的冗余信息量，采用故障决策的智能保护算法和信息融合技术，从而有效地增强故障判断和识别的可靠性和有效性。

四、结语

广域继电保护在网络信息技术和计算机技术的支撑下不断发展，实现了分区域的广域继电保护实时信息数据的采集、交换和共享，并在先进的计算机技术的支撑下，实现对广域继电保护数据信息的分析、运算和功能性决策，有效地解决了数字化变电站中的信息共享和交互问题，实现了广域继电保护信息的稳定、协同控制。结合全网适应性的要求，从广域继电保护的“第一道防线”入手，提出了广域继电保护的区域划分原则，建构分区域广域继电保护结构体系，并且还可以在广域继电保护系统的结构互助机制条件下，运用不同信息域的逻辑计算方法和关键技术，实现对广域继电保护系统的故障判断和识别，从而较好地实现分区域广域继电保护系统的安全性和可靠性。

（作者单位为国网山东省电力公司德州市陵城区供电公司）

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［2］ 汪旸，尹项根，张哲，等.基于遗传信息融合技术的广域继电保护［J］.电工技术学报，2010（08）.

［3］ 尹项根，汪旸，张哲.适应智能电网的有限广域继电保护分区与跳闸策略［J］.中国电机工程学报，2010（07）.