摘要：为解决电网问题，电网安全稳定运行控制新框架、新技术不断涌现，一批大电网安全防御系统开发投运，并按照相关技术规范和导则，形成了不断发展完善的安全稳定三道防线体系，有力保障了电网安全稳定运行。然而，当前电网的安全防御体系特别是工程实践，总体来讲主要还是针对传统交流电网（或者含小规模、小容量直流输电）设计，随着特高压交直流电网和新能源快速发展带来的电网特性新变化，现有防御技术和措施出现若干不适应性，亟须根据当前及未来一段时间内电网特性的变化，从“大系统”安全角度出发，在进一步巩固、完善、拓展三道防线内涵的基础上，对电力系统运行控制举措重新审视和提升。
关键词：系统保护；特高压交直流电网；关键技术
1交直流输电技术比较
（1）特高压交流输电技术特点有：输电能力大、覆盖范围广、网路损耗小、输电走廊数量少，适用于近距离大容量输电的场合；有落点，能依据电源分布、负荷位置、电力传输及交换等实际需要建设骨干网；输送功率变化将影响送、受端无功，可能会引发连锁反应，甚至会导致电压失稳。（2）特高压直流输电技术特点有：输电容:量大、电压等级高、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电场合；无落点，架构清晰简单，电力可直接输送至负荷中心，网间无需同步运行；直流系统闭锁时，会对两端交流系统产生较大功率冲击，造成设备损坏。
2直流保护动作逻辑
（1）控制系统切换。将冗余的控制系统由值班系统切换至备用系统，避免控制系统异常造成相关的保护误动作。（2）移相。阀控以一定的速率增大触发角，使整流侧进入逆变状态，逆变侧运行于最小关断角，从而熄灭直流电流。（3）投旁通对。同时导通6脉动换流阀同相的2个换流阀，形成直流侧短路，从而使直流电压迅速降到零，并且快速隔离交/直流系统。（4）阀闭锁。阀控停止向换流阀发送触发脉冲，换流阀在直流电流过零之后自然关断。（5）跳交流断路器。（6）启动断路器失灵。（7）故障重启。当直流线路发生瞬时故障时，通过整流侧移相，将直流电流迅速下降到零，经过去游离时间后再逐步恢复整流侧触发角，避免直流系统停运。（8）极隔离。（9）极平衡。（10）重合开关。直流保护发出跳开断路器指令后，如果断路器无法断弧，保护会再发1个合闸指令重合断路器，避免损坏一次设备。
3特高压交直流电网系统保护
3.1系统保护设防标准
（1）单／多馈入特高压直流闭锁故障冲击弱交流通道的安控适应性分析
通过现场实际的调研，某省最多只能组织2.5GW的切负荷量来应对馈入直流闭锁等故障。随着上临、扎青特高压直流的投入，存在10GW特高压直流闭锁以及同送同受A、B两地14GW两直流同时闭锁的风险，在长南线北送5.5GW典型方式下，防控10GW特高压直流闭锁对长南线冲击的切负荷量约为10GW，两直流同时闭锁所需切负荷量更大，因此，原2.5GW的切负荷量已远不能满足防控多特高压直流闭锁对长南线的冲击问题，电网解列并触发低频减载动作的连锁风险加大，需要进一步重点设防。
（2）多特高压／超高压直流密集馈入的受端电压问题防控的适应性分析
多直流大容量密集馈入，多直流耦合紧密，交流故障易引发多直流出现同时、连续换相失败，该省电网多馈入直流发生一次换相失败，即一般在0.2s内三条直流功率24GW先降至0，再从0恢复至24GW，有功功率短时间发生大幅波动的同时，直流系统与受端交流系统的无功交换也发生较大波动，多直流有功和无功功率的短时、大幅动态变化对受端系统冲击较大，如受端系统动态无功支撑不足，将无法确保直流的恢复，交直流耦合受端电网电压也将出现问题，同时，直流系统自身滤波器等补偿设备的无功功率与电压呈正反馈的特性将加速问题的演化，运行风险加剧。防控此问题的措施仍缺乏系统性、全面性，亟须从三道防线角度开展综合防控技术研究。
3.2系统保护功能配置方案
（1）巩固第一道防线功能配置方案
优化电网发展规划：加强网架结构。
优化继电保护动态特性：缩短失灵保护动作时间或采用站域失灵保护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
优化自动调节与控制性能：网源协调监测（调速、励磁等）。
优化运行方式：交直流功率预控、控制开机方式。
（2）加强第二道防线功能配置方案
多资源协控系统：针对馈入的同送同受多直流同时故障冲击大、安控代价过大等不足，设计协控系统，实现抽蓄切泵、多直流调制、切负荷等多种控制资源的协调控制，增强电网安全运行可靠性。
外送直流安控系统优化策略：优化单直流工程安控，针对外送的同送同受多直流同时闭锁后单直流安控欠切的冗余量冲击长南线导致的长南线解列问题。
（3）拓展第三道防线功能配置方案
低频、低压减载等第三道防线的优化：进行第三道防线对于新电网格局的适应性分析，并进行方案的优化调整。
4系统保护的关键技术
4.1全景状态感知技术
基于广域信息采集，实现对电网重要元件、控制资源、控制装置状态和行为的全景感知，支持综合分析评价和集中监视告警。同时，为实时决策和协同控制提供信息支撑，为电网暂态特性和故障演化途径分析提供基础。需要研究系统保护本体运行状态、控制策略、可控资源，以及电网动态稳定水平全时段监视技术，研究多类信息有序存储及高效共享技术，研究系统保护装置录波、相量测量单元（PMU）录波和故障录波构成的三位一体全网同步录波技术。
4.2实时智能决策及多资源协同控制技术
基于全景状态感知，进行在线故障智能诊断和系统暂态特征综合识别，对系统存在的问题定位和甄别，综合考虑约束条件，结合就地与系统判据，实现控制分区、控制对象及控制量多目标实时智能决策。进一步，根据实时控制资源，进行控制策略协调分解，实现源网荷多类控制资源的紧急、有序、协同控制。需要研究基于故障事件与响应信息的电网扰动场景可靠、快速判别技术，研究适应电网送受端协调的多稳定约束、多变量混合优化技术。例如：面对特高压交直流混联格局下的直流多馈入受端电网运行特性变化，需要研究利用直流输电功率快速可控特性，协同直流、抽水蓄能和大规模可中断负荷等措施，解决大功率缺额冲击下的电网频率稳定问题，满足了跨区直流、特高压直流工程快速发展形势下的电网频率稳定控制技术需求。
4.3精准负荷控制技术
传统的切负荷控制技术，以切除主变压器和高压负荷线为主，对用户影响大，可选择容量小，实施困难，在目前政策和社会容忍的范围内，传统的大规模切负荷已不具备实际应用条件。以华东电网为例，宾金、锦苏、复奉三大送华东特高压直流满送时，若同时发生双极闭锁的严重故障，华东电网将产生超过20GW的功率缺额，需要切除超过10GW负荷才能保持系统稳定。大规模粗放切负荷社会难以容忍，且对安全自动装置及分散布置、缺乏协调的三道防线控制措施提出巨大挑战。精准负荷控制技术，将控制对象细分到用户，根据负荷特点、用户意愿进行精确匹配，具有点多面广、选择性强、对用户用电影响小的优势，通过与传统负荷控制系统协同作用，可满足直流换相失败和闭锁故障对大量切负荷的客观要求，是保障过渡期电网安全的最有效手段。
5结束语
随着电网规模和源荷侧不确定性不断增大，电网故障形态与电网运行方式更趋多样化、复杂化和不确定性，需要加强在线预决策闭环控制、基于电网响应信息的决策控制等系统保护技术的深化研究和推广应用。
参考文献
[1]卫鹏,周前,汪成根,刘建坤,朱鑫要.特高压交直流耦合系统换相失败期间考虑制动电阻抑制功率振荡方法研究[J].高压电器,2018,5410:15-20+27.
[2]周新丽. 特/超高压交直流同走廊输电线路下的直流电场测量方法研究[A]. 全球能源互联网发展合作组织、山东大学.超/特高压直流输电技术会议论文集[C].全球能源互联网发展合作组织、山东大学:《全球能源互联网》编辑部,2018:6.
[3]曾波,吴昆霖.大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行控制[J].南方农机,2018,4917:214.
论文作者:郭兴1,刘皓然2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：电网论文; 系统论文; 负荷论文; 特高压论文; 技术论文; 故障论文; 防线论文; 《电力设备》2018年第27期论文;