智能电网环境下电力系统保护新技术

李宏亮，谷会苗，张 瑞，郭 伟，李宏斌

（杭州得正电气有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

智能电网环境是指以传统电网为基础，通过先进的控制技术与新型仪器设备，利用传感器，实行电网的全面检测，并借助互联网，将监测的数据传输给计算机智能系统，进行判定，以确保电网安全、稳定运行，规避电网安全隐患，强化经济效益。完善的电力系统通常由发电、输电、配电以及用电4个部分构成。随着我国发电系统的不断增多，不同的电网环境中的保护系统也有所差别，太阳能、风能是现阶段较常见的发电系统之一，传统的电磁继电式保护、电子式静态继电保护装置难以适应，先进、新型电力系统保护技术的研发刻不容缓。

1 电力系统保护技术发展

电力系统涵盖4个环节，发电、输电、配电和用电，目的是利用发电动力装置，实现自然界中一次能源到电能的有效转换，然后进行输电、变电、配电，最后将电能提供给用户使用。电力系统保护技术，主要指对各个环节电能测量、调控、保护、通信以及调度，保障供电安全，为用户提供安全、优质、经济的电能。熔断器是最先使用的电力系统继电保护装置，随后以断路器为核心的电磁式继电保护装置及电子式静态继电保护装置应运而生。从电力系统继电保护装置的发展情况看，电力系统继电保护技术装置主要涵盖5种，如集成电路型、整流型、机电、微机保护、晶体管。

2 智能电网环境下继电保护的重要作用

近些年我国人口数量逐渐上升，导致电力需求也越来越大。为降低有关企业供电负荷和压力，提升电网运行质量和效率，研发智能电网技术已成为电力企业最紧迫的重要任务。电网工作期间，难免会出现指令失效、设备运行故障等现象，使用继电保护技术，可预防这些问题的发生，从而确保电网正常运行[1]。

如果电网运行中出现故障，电气保护装置将对有关设备电源进行切断，并立即向现场管理者传送故障报警信号，并采取科学、有效故障排除措施，让电网于较短时间内恢复正常运转。将继电保护装置、继电保护技术用于电力系统中，不仅能够提升电网工作效率，还可满足用户用电需求，避免因企业内部设备运行故障影响用户的正常生活和不必要的经济损失[2]。

3 智能电网环境下电力系统保护新技术的具体应用

3.1 超导限流器的应用

在电力系统中应用超导限流器的主要目的是在电路出现故障时，有效保护电路。超导限流器的材料一般为超导材料，这种材料在电路出现状况时，能产生一定的阻抗，进一步限制电流[2]。与传统限流器相比，超导限流器有如下优点：（1）反应更迅速，在电路出现故障时，能够及时做出反应，提高电力系统的安全性；（2）耗能更少，能够减少电能浪费；（3）具有自动控制功能，能够实现自动限流；（4）应用范围更广，对电力系统稳定性的保障有更强的作用。

3.2 光纤传感技术

光纤传感技术在使用中更加安全，测量结果更加精确，抗干扰的能力更强，同时组网也十分方便，化学性能十分稳定。基于这些优点，光纤传感技术被广泛应用在电力系统中，实现了在线监测电器测量，例如温度、电流、应变参数等。光纤在传输的过程中，损耗低，传输的频带范围宽，使用光纤传感技术能够将电力系统检测范围变大，促进信息传输的安全和高效。

例如，电力系统实现自动化的关键元件是互感器，光电流互感器和光电压互感器的使用从本质上推动了电力系统保护新技术的发展。新型互感器不同于传统互感器，能够改变电力系统保护应用的方式和条件，有效拓展了互感器的应用范围，保护电力系统。

3.3 GPS系统

GPS系统应用于电力系统中能有效推动电力系统的通信顺畅，满足电力系统在不同环境下的通信要求，其主要作用在于数据采集、数据传输和数据监控三方面。GPS 系统能够通过对电网相关数据的采集，利用卫星发送到电力中央控制系统中。电力中央控制系统能够对所收集到的数据进行相应分析，并根据分析结果给出准确地判断。

例如，当变压器的相关数据出现异常时，电力系统能根据数据的异常情况来对变压器进行相关操控，从而避免问题扩大化。因此，GPS系统在电力系统中的应用不仅能对电网实施全面监控，还能有效提高电网系统的安全性。

3.4 新型继电保护技术

新型继电保护技术融入智能电网运行，可对电网进行有效诊断，并迅速恢复。如广域继电保护技术主要是以子域为分析基础，在子域中进行信息采集，从而判断电网运行是否有安全隐患问题的存在。广域继电保护技术的运用，初步实现了全自动电网控制技术，确保了电网安全、稳定、高效运行，并增加了电网实际运行保护时间。广域继电保护技术结合智能电网，可以从根本上提高继电保护效率，增强智能电网安全性、可行性，实现智能电网经济效益最大化[3]。

3.5 人工神经网络技术

人工神经网络技术事实上是一种人工智能技术，已经逐渐被应用到各个领域中。通过使用人工神经网络技术，让电力系统在出现问题时，能够像人的大脑一样，及时选择有效的解决办法。人工神经网络技术不仅仅具有记忆、联想、学习功能，还具备很高的组织能力和适应能力，能够在学习之后迅速反映出输入特征的样本量。近些年来，信息技术快速发展，电力系统中广泛应用人工神经网络技术判断电力系统故障状态，推测故障位置。在智能电网环境下，应用人工神经网络技术让电力系统处理故障问题的效率大大提高[4]。

3.6 信息网络技术

电力系统保护技术已经由传统的数字式和模拟式转变为信息技术领域。信息技术已经被广泛应用在电力系统保护中，如小波转换技术和数字信号处理技术。伴随我国科技的不断进步，通讯技术和计算机技术也越来越先进和完善，在电力行业，数字信号处理技术在很大程度上促进了电力系统保护技术发展。小波变换具有更好的分析图像和信号的性能 。通过使用信息网络技术，电力系统能够得到新的保护技术。

4 结 论

交流、直流输电系统中使用电力保护新技术和其他相关设备，可有效提高电网发电、输电、配电和用电等环节的可控性，并促使太阳能、风能等可再生能源进一步开发和利用，对智能电网的实现具有至关重要的作用[5]。

在智能电网建设中需要提高光伏并网、直流输电，与继电保护间的协调配合能力，引入适宜的可控无功补偿器与交流器，电力潮流控制中融合相应的电子控制技术等，可优化电网运行中出现的问题，增强电力控制灵活性。伴随智能电网的快速发展，要求工作人员具备极高的专业能力，电力企业应定期培训相关工作人员，提升专业水平，以满足我国智能电网发展需求[6]。

智能电网环境下电力保护技术日渐完善，电力保护实现了智能化和网络化。