基于智能电网的继电保护新技术研究

王大为

（国网浙江三门县供电有限公司，浙江 三门 317100）

自我国提出智能电网建设指导意见后，智能电网获得了高速发展，各种新技术、新设备如雨后春笋般出现，应用于智能电网领域。继电保护技术在国家电网结构建设和功能优化等方面发挥着重要作用，逐渐复杂的电网结构对继电保护技术提出了更高的要求和挑战，新型计算机技术、传感器技术、光纤通信技术等的应用给继电保护发展注入了新鲜血液，使其具有广阔的发展空间，为了更好的服务我国智能电网的建设，加强继电保护技术研究工作具有十分重要的意义。

1 智能电网继电保护概述

1.1 继电保护系统概述

继电保护是对电力系统的异常情况检测报警，并可自动采取隔离、切除等手段的一种自动化措施，维护着国家电网和设备的安全，是国家智能电网安全运行的第一道防线。继电保护装置主要依据电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变、测量阻抗发生变化等特征实现，需满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性等基本要求，全套的继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三个部分组成。继电保护的失误会引起事故的扩大，严重者甚至破坏电力系统设备，造成巨大的经济损失。为了适应当下日益复杂的电网结构，多学科新技术不断应用于当下的电力网络保护领域，继电保护系统实现自动化、网络化，具有强大的数据处理及通讯能力，进而提高智能电网的保护能力。

1.2 继电保护对智能电网的重要意义

我国的经济发展对电力的需求巨大，智能电网系统安全运行十分关键，继电保护系统是国家电网的第一道防线，担负着检测电网系统是否安全运行的使命，一旦出现电力故障，继电保护装置立即发出预警信号，同时采取自动隔离、切除的措施，对电网其他部分进行保护，维护其正常运行，电力工作人员根据预警信号采取相应的解决措施，以降低电力故障引起的经济损失。总的来说，继电保护技术对国家电网安全运行意义非凡，我们有必要加强这方面的研究工作，为国家电网系统的安全运行保驾护航。

1.3 继电保护面临的机遇和挑战

在我国大力支持智能电网建设的形势下，继电保护作为电网系统不可或缺的一部分，将面临着严峻的挑战和广袤的机遇。智能电网建设中，继电保护面临大量的挑战，如大电网、远距离、交直流混合、超高压电网、特高压电网等互联是其必经之路，这对继电保护装置的可靠性、安全性和兼容性提出了更高的要求；电网建设中使用大量的电力电子设备，它们使电网电流分布特征发生了无法预料的变化；继电保护系统需要与电网控制策略相配合、协调等。与此同时，也给继电保护带来了机遇，智能电网的快速发展为继电保护的研究提供了用武之地，促进构建电网实施动态监测系统，缩短数据更新间隔，也促进了实时、可靠的信息通信技术的发展，同时还带动了局放监测、雷电监测、覆冰监测等多种系统和领域的发展。

2 智能电网继电保护构成

智能电网新型继电保护技术发展依托于通信信息技术、数字化技术等行业的快速发展和普及，这些领域的研究为继电保护原理研究提供基础条件。智能电网继电保护是利用高精度、高灵敏度的传感器，对电力系统中的发电、输电、配电、供电等环节的电力电子设备的运行情况进行实时监测，将获取的监测数据利用系统收集、分析和处理的过程，在此过程中，保护装置既要监测电力电子设备的运行情况，还要能够快速的隔离、切除故障部分，并在条件满足的情况下自我恢复。智能电网继电保护由监测系统对被保护对象和其他关联节点的运行情况进行判断和决策，实时发出保护指令，同时能实时调整保护功能，修正保护定值（图1）。

图1 智能电网继电保护构成

3 智能电网的继电保护新技术研究

智能电网继电保护技术主要包括广域保护技术、保护系统重构技术，及其通信技术、参考量测技术、设备技术、控制技术和决策支持技术等基础技术，下文就这些继电保护技术进行详细的说明。

3.1 广域保护技术

以往的继电保护系统采集的信息主要是单端量或双端量，数据信息有较大的局限性，无法适应现代智能电网继电保护需求，不利于国家电网安全运行。而广域保护技术主要以电网的子集作为分析和处理最小单位，之后在整个电网域的范围内对多个子集信息进行汇总分析，准确判断电网出现故障的位置及原因，最后得出解决问题的方法。在广域保护技术中，最大的优点是安全自动控制系统，不但能对故障进行处理，还能实现自动复位，以提高继电保护装置的自适应能力和工作效率，进而维护智能电网的稳定性和安全性。

3.2 保护系统重构技术

保护系统重构技术能实现系统在线配置和重组，更适合电网结构，能有效的实现对继电保护的优化，是一项全新的继电保护技术，具有较强的自适应能力。重构技术的灵活性高，其继电保护整定值可自适应调整以适应不同电网的运行；能实时对继电保护装置原件进行监测和诊断；在继电保护装置故障时，能自动搜索替代保护装置或系统，使其恢复正常工作状态，而不影响智能电网正常运行。

3.3 通信技术

通信技术是保证智能电网继电保护的基础，为传感器获取的各项监测数据能及时有效的实现通信和传递提供了有效路径。基于实施双向通信系统，继电保护系统才能实现实时监测和校正，在故障出现后才能实现自动复位。同时，通信技术能使各种不同类型的智能电子设备进行通信，为继电保护提供基础服务，也可监测其他各项扰动因素，使继电保护系统实现无功补偿、潮流分配，避免智能电网大面积出现故障的情况发生。

3.4 参考量测技术

参考量测技术的主要作用是将系统测量的数据整合为数据信息，并及时的传递到智能电网的各个方位进行使用的过程，是智能电网的主要功能之一。参考量测技术能为继电保护系统及电力技术人员提供大量的数据信息，包括功率因数、电能质量、相位关系、变压器和线路负荷、故障定位、停电确认、设备健康状况、关键元件的温度等数据，为智能电网正常运行服务。同时，智能电网电力系统实现了数字保护功能，可将数据直接植入计算机程序中，在广域管理系统和控制系统进行数据保护，实现电力系统之间的通信，提高了继电保护的安全性和稳定性。

3.5 设备技术

智能电网大量使用了多种智能化设备，它们使智能电网正常运行的主要支撑，设备技术主要有电力电子技术、超导技术和大容量储能技术等。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，具有良好的节能效果；超导技术中超导电缆和超导限流器联合使用对电网的电流保护具有重要的意义，超导电缆负责低损耗、高效率传导电能，一般可分为冷绝缘超导电缆和热绝缘超导电缆；超导限流器可实现检测、转换和限流等功能，其应用于智能电网中，正常情况下处于超导状态，几乎无电阻，一旦发生短路故障，超导体失去超导性而产生高电阻（图2），实现限制短路电流。超导限流器具有响应动作快，正常情况下功率损失小，能自动触发和复位，结构简单，集检测、触发、限流于一体，具有较高的可靠性。

图2 超导电缆与常规电缆的电阻特性

3.6 控制技术和决策支持技术

控制技术主要是指智能电网继电保护系统分析、判断和预测，并作出隔离、切除等继电保护措施的配套装置和算法，同时还能将技术分析和判断功能连接专家系统，在专家系统设置的范围内自动控制、处理故障，实现智能电网的自愈功能。决策支持技术是指将庞大复杂的电力采集数据转化为清晰明了的信息供电网工作人员判断、处理问题，通常可以图表、动画、动态着色、虚拟现实或其他简明的数据展示形式为工作人员服务。

4 结语

总而言之，随着我国社会经济的快速发展，电力需求量逐渐扩大，智能电网建设对我国经济发展具有重要的意义，而继电保护技术是智能电网安全稳定运行的排头兵，是电网向智能化、数字化发展的基础。因此，电力工作人员一定要认识到继电保护的重要性，加强继电保护技术的研究工作，为智能电网安全稳定运行提供基础保障，促进智能电网健康可持续发展。