电网继电保护与实时安全性控制面临的问题与需要开展的研究

李记坤

摘要：根据我国西电东送、南北互供、全国联网的电力发展总方针，分析在这一战略实施过程中我国电网可能出现的问题，吸取美、加大停电的事故教训，提出要在广域信息网的基础上，构建互联电网中分散安装的新型继电保护系统，减少扰动对系统的冲击;构建继电保护和区域稳定紧急控制一体化系统，提高输电能力并防止稳定性破坏;构建全网协调动作的网络保护系统，维护电网网架结构的稳定性和安全性，防止连锁跳闸的发生;构建自适应的网络解列和事故紧急恢复系统，防止事故的扩大。

关键词：全国联网;继电保护与实施安全性控制;网络结构稳定性

引文

电力系统的问题可分为紧密相关的规划、运行和保护控制三个方面，三方面互相影响、缺一不可。在运行的电力系统中，保护与紧急控制装备是电力系统装备中不可或缺的安全保障守护装备。随互联系统的网络和容量的增大及电压等级的提高，故障所影响的地域范围和用户数量将越来越大，高速、准确动作的继电保护和可靠、及时的紧急控制装置，是保证电网能够正常运行的关键装备。我国西电东送和全国联网的巨型电力系统的出现，给传统的继电保护和实时安全性控制带来了前所未有的问题，研究和解决这些问题，为研制和开发性能优良的保护和控制设备奠定理论和技术基础，同时可以推动继电保护学科的发展。

1、电网继电保护与实施安全性控制系统面临的问题

1.1保证在系统检修方式下大功率传输时单一故障切除后整个输电断面不出现突然阻断，是保护和实时安全性系统必须解决的基本问题，如此大功率的输电断面一旦突然阻断，将造成整个互联系统灾难性的后果，保护整个输电断面在大功率传输下不出现突然阻断，是实现西电东送必须解决的基本科学问题。多条交直流线路的并列运行，增大了故障连锁跳闸的可能，某一个简单故障！在传统的元件保护各自正确的相继动作下，可能产生连锁跳闸导致整个互联系统崩溃。1996年7月2日，美国西部互联系统在切除了一条单相对地短路的故障线路之后，一系列保护与控制装置相继动作，最后导致WSCC互联系统分裂为5个孤岛，超过200万用户受到停电影响，某些地区的用户停电长达6小时。在西南电力东送的互联系统中，当西南东部系统内部故障后，如何才能不波及到互联的输电断面和另外的互联系统，当输电断面的某一联络线故障切除以后，如何才能不产生连锁跳闸、保持互联系统的结构稳定性，要解决这些问题需要研究新型的网络继电保护和紧急控制一体化的理论与装置。

1.2含有大功率电力电子设备的混联输电断面上故障保证继电保护、控制装置的正确工作是面对的新问题。而出现在我国南方电网的西电东送及三峡电力输出系统中，都采用了交、直流混联输电模式，部分联络线将采用大功率电力电子设备的柔性输电技术。对交直流混联输电系统，国外已有多年的运行经验和教训，1996年8月10日美国西部电网大停电事故涉及到交直流并联运行问题，引起克林顿政府的高度重视，防止混联系统的灾难性事故的发生，被列为重大研究课题。由于我国含有大功率电力电子设备的输电线路和混联输电断面尚未出现，对柔性输电和混联系统的保护与紧急控制的理论与装置的研究几乎空白。大功率电力电子设备的运行和突然故障，其暂态过程对交流线路保护的正确动作有何影响、如何克服，都需要进行大量的故障暂态分析，并对现有的交流、直流保护原理进行再研究，提出适应于含有大功率电力电子设备的输电线路新型继电保护原理

1.3交流弱联网要求研究避免特大停电事故的紧急控制预案。全国性的统一互联电网将包括除台湾、西藏、新疆及海南以外的所有电网，到2020年装机容量将超过900GW。由于目前我国各大区电网、独立省网的网架结构仍比较薄弱，全国联网初期突出的问题是：交流弱联网可能使得两侧电网内部的某些重要输电断面稳定水平下降，当遇有较大干扰时，容易诱发失稳。利用PMU广域测量的实时信息，研究不依赖于电力系统参数与模型的稳定性预测理论和算法;研究在互联系统失步时，自动识别失步断面，有计划的自动将系统解列为几个功率大致平衡的系统;研究和构建保护与紧急控制一体化的实时控制系统，阻止互联大电网的稳定性破坏，避免特大停电事故的发生，是实现全国电网互联并安全运行必须解决的问题。

2、需要开展的研究

为保证市场环境下的互联电力系统在故障及其 切除后有足够的运行安全、可靠性，依照互联系统运 行效率最高经济效益全系统最大化并使局部系统 经济效益适当大的原则，研究和配备保护和紧急控 制系统。实现上述运行目标的技术指导原则是：局 部系统内部元件的故障或扰动，由切除故障元件和 在局部系统中采取措施来消除，不使它的影响扩散 到局部系统外;区域系统之间输电断面上联络线的 故障，首先切除故障元件并在输电断面上采取措施，不使它的影响扩散到两侧的区域系统中去;影响多 个互联区域安全性的扰动在多个区域采取措施，共 同消除扰动产生的影响。

2.1 广域信息的网络保护与紧急控制一体化的理 论与装置研究

对于并联运行的输电断面，为切除故障执行的 网络操作方式对输电断面的输电能力和暂态稳定性 具有极为重要的影响，但以前的保护对此不加考虑.为提高西电东送断面和全国联网断面的传输能力和 暂态稳定性，首先研究线路故障时保护与重合闸的 配合方式，以保留最大的跳闸后传输能力.对永久 故障不重合，難于判定时选择最佳时间和最小冲击的方式重合，研究输电断面元件保护的协同动作理 论，避免故障元件被切除后非故障元件出现不正常 而造成连锁切除，构建网络保护;利用广域的运行方 式、故障、保护跳闸和重合闸动作信息，结合稳定性 实时预测理论，采用多Agent的技术，构成网络保护 与紧急控制一体化的实时系统。

2.1.1 线路保护与重合闸最佳配合的理论与方法

研究两相、单相运行对输电断面的影响，并列运行线 路故障后准三相的构成问题，增大输电断面故障切 除后的输电能力。研究可靠的瞬时与永久故障的区 分方法，最佳重合时间的捕捉技术，分相在故障不严 重侧重合等保护与重合闸的配合等问题，既减少再 次故障的冲击又阻尼第一次故障引起的系统摇摆。

2.1.2 输电断面保护系统研究

利用与输电断面 有关元件的广域运行信息，在单元件故障被保护切 除的基础上，测量和计算某一元件故障切除后与输 电断面相关的其他元件的运行状态，采用自适应原 理动态改变整定值，如短时允许过负荷、短时允许非 全相、直流功率的短时增加等，快速切机、切负荷降 低传输功率，以避免非故障元件产生连锁反应。

2.1.3 基于多Agent的网络保护与紧急控制一体化 研究

根据故障前的运行方式、潮流状态，测量故障 以及重合闸动作产生的冲击，预测自适应的网络保 护方式仍不能保证互联系统的安全稳定时，快速计 算在输电断面两侧应采取的控制对策，为提高控制 系统的实时性和可靠性，研究基于多Agent代理机 制的分层分布式控制网络实现技术。

2.2 二次回路光纤数字化及其应用研究

2.2.1 基于光纤数字互感器的变电站光纤二次回路 的信息理论研究

对光纤二次回路网络结构、可靠性分析、容错性理论与方法、信息知识表达理论、信息 协调与分解理论、信息流控制理论以及数据仓库模 型与数据挖掘等理论进行系统研究。 解决信息合 并、光电接口、信息共享、信息分配、信息同步等关键 技术问题，满足互联电力系统的测控保护技术要求。

2.2.2 光纖数字式互感器应用研究

以光纤数字式 互感器与二次回路光纤化技术为基础，对传统保护 原理进行改进，提出满足互联大电网速动性与可靠 性要求的新型保护原理。主要针对母差保护、光纤 纵差与变压器差动保护性能提升，以及能量平衡保 护与行波保护原理实用化进行基础研究。

3、结束语

面对西电东送、750kV电压的出现和电力市场 化运营的局面，需要继电保护工作者提炼问题，开展 新原理、新技术的研究和新装置的开发， 需要高等 院校、专业生产厂（公司）、运行部门等广泛参与和通 力合作，在国际先进水平基础上开展的研究工作，不 仅可以解决我国电力发展中的重大现实问题，而且 可以取得具有原创性的国际先进水平的成果。

参考文献：

[1]康晓民，胡浩雷.继电保护与安全稳定控制系统隐性故障研究综述及展望[J].科技与创新.2016（17）：080.

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