新型电力系统中继电保护及故障信息系统发展策略研究

关键词：新型电力系统；继电保护；故障检测

中图分类号：TM771 文献标识码：A

0 引言

电力系统的稳定运行需要有效的故障诊断与定位策略。作为系统防御机制的关键组成部分，继电保护装置在检测到异常时能及时隔离问题区域，确保其余部分的正常运作[1]。传统继电保护方式仅能识别故障的存在，无法精确定位故障源，这增加了故障处理及系统恢复的复杂性。

基于此，本文深入探讨基于继电保护的电力系统故障检测技术，其对提升电力系统的安全性与可靠性至关重要。本研究有助于运维人员迅速且精准地定位并解决故障，增强系统抗干扰能力，并加快恢复正常运行速度，从而更好地保证电力供应的稳定性和持久性[2]。

1 技术概述

1.1 继电保护

新型电力系统保护的关键技术之一是继电保护，它涉及对电网电流和电压等要素的实时监控与评估。当检测到潜在问题时，该技术会启动特定的保护措施，确保电气设备及线路的稳定运行。其核心功能[3] 如下。

（1）量测电流与电压。借助电流互感器和电压互感器，继电保护系统能够精确地获取电力系统的电气参数。

（2）参数对比分析。继电保护系统会将实测的电流、电压数值与预设的安全阈值进行对比，一旦检测的数值超出或不符合预设条件，系统将立即启动保护程序。

（3）执行保护响应。在识别到异常状况时，继电保护设备会立即采取行动以防止危害。

（4）通信与调控功能。新型电力系统中的继电保护装置通常配备通信和控制功能，能够与其他设备和系统交换信息并进行远程操控，提升了电力系统的综合管理和保护效能。

1.2 故障检测与记录

故障检测与记录技术在继电保护及故障信息系统中具有至关重要的作用，它能够帮助系统及时检测并记录电力系统中发生的故障事件，为后续的分析、修复和改进提供重要参考依据。故障检测与记录技术采用的方法主要包括实证分析法和电位变化法[4]。故障检测技术用于确定电力系统中发生的故障类型、位置和原因，通过分析继电保护装置收集的数据，结合系统的拓扑结构和运行参数，识别故障事件，从而精确地确定故障的性质和位置。

2 关键难点及技术

2.1 嵌入式结构设计

早期的继电保护及故障信息系统主要依赖于工业计算机，其在电网故障应急响应中的信息获取能力受到限制。然而，随着嵌入式科技的革新，新一代的低能耗中央处理器被引入故障信息系统的核心硬件设计中，有效解决了高温散热难题，并显著提升了数据读取的速度。嵌入式技术的应用促使信息系统架构实现了模块化的转型，各模块间的无缝协作确保了每个模块的高效安全运行。图1 为面向继电保护装置的嵌入式结构[5]。

软件功能的模块化设计和应用进一步提升了基于继电保护技术的故障信息系统的准确率。同时，人工智能技术的创新和应用加速了电力系统自动装置的智能化，为电力系统故障提供了快捷、灵敏、精准的检测和诊断方法，满足了新型电力系统的运行要求。

2.2 分布式控制系统设计

分布式控制系统（ distributed control system，DCS）是由多个分布在不同位置的控制站包括主站和子站组成的系统，主站和子站通过通信网络相互连接。

分布式主站是一种将主站（或主服务器）的功能和负载分布到多个节点或服务器上的系统。它将核心功能和工作量分解至众多节点或服务器，旨在提升系统的灵活性、稳定性和容错处理能力[1]。

分布式子站作为电力系统的核心组件，由一系列关键设备构成，如保护装置、故障检测设备及变电站自动化元件，其核心功能在于高效地执行故障信息的捕获、操控、储存以及传输任务，同时为调度中心等主站提供定制化的数据服务。

2.3 继电保护故障检测方法

传统继电保护故障检测技术的精确度易受测量数据质量和系统模型精确度的影响，故在特定条件下无法实现精准定位。基于此，现代电力系统倾向于采用基于模型的故障检测策略，利用数学建模技术对电网进行描述，并借助模型解析或优化技术执行故障检测与定位。例如，时域反演等技术能够结合电力系统的物理定律，提供高精度的定位结果。然而，这类方法对测量数据的精确度和系统模型的完整性有严格要求，因此对故障模型的构建有较高标准[2]。

3 发展策略

3.1 智能与自适应化

在新型电力系统的建设中，智能与自适应的继电保护策略被视为推动继电保护技术进步的关键。随着电力基础设施的复杂性日益提升和可再生能源的大规模接入，传统的基于固定阈值的保护措施逐渐暴露其局限性，如难以有效适应不断变化的电流特性，以及无法满足日益多样化的电力需求。针对继电保护及故障信息系统结构落后的技术难点，智能自适应保护技术基于前沿的数据处理技术，如深度学习和高级人工智能等技术，通过对历史数据的深入挖掘和分析，构建精准的模型体系，实现电力系统运行状况的实时监控和性能评估，如图2所示。

这种技术的独特性在于其具备动态调整的能力，能够根据电力系统实时的运行状态，灵活地优化保护参数并及时决策。这种灵活性显著提升了保护反应的精确度和速度，从而增强电力系统的稳定性与可靠性，使其更能应对复杂多变的电力环境，为电力系统的高效运行提供了强有力的支持。

3.2 通信技术优化

新型电力系统建设中的DCS 等控制系统对网络通信的要求逐渐提高。随着通信技术的深入探究和广泛应用，系统实现远程监控、操作及控制成为可能，这降低了人为介入的需求，提升了电力系统的稳定性与效率。物联网技术有效整合了各类设备和传感器的信息，从而实现对电力系统运行状况的全方位洞察和评估。

3.3 技术体系更新

深入探讨多元化的继电保护技术是为了充分应对电力系统动态多变的运行环境，准确地检测和定位电力系统中的故障，这也是保障新型电力系统可靠性和安全性的关键。

4 配置方案

本文以新型电力系统中的智能变电站系统继电保护配置方案为例进行分析。目前，众多关键设备的技术日趋完善，随着IEC 61850等通信标准的日益标准化和全球化，其应用领域正不断拓宽。新型电力系统中的变电站电气设备在信息交互和互操作性上展现出前所未有的效能，这促使研究人员对变电站继电保护策略进行设计，进而提出系统的保护配置方案。表1 为两种保护配置对比结果。

在实施新型电力系统保护方案时，必须遵循特定准则。其中，最重要的是双重化配置原则，它涵盖了测量、控制、主变压器、线路、母线以及电容器的保护功能，并能独立保障变电站设备的安全。同一套保护配置方案能够适用于多种设备，且故障分析能力全面。此外，由于所需的保护设备数量较少，且网络构建便捷，因此从智能变电站未来的发展趋势来看，这种基于双重化配置的继电保护模式有较大可能成为主导趋势[6]。

5 结语

在我国新型电力系统的建设及运行中，电网安全、可靠运行对大众生活和工业生产具有重要意义。由于线路破损、设备损坏等原因造成的新型电力系统故障无法避免，因此，目前发展的关键是基于继电保护技术对电力系统故障问题进行精准且有效的检测，从而实现快速保护。本文旨在研究基于继电保护的电力系统故障检测技术的发展策略，研究结果可以为电力系统的可靠运行和维护提供重要的参考依据，以期促进新型电力系统继电保护技术的创新发展。