摘要：为了满足智能电网技术进一步发展的要求，利用最新的技术，对当前背景下对智能电网相对应的继电保护关键问题进行了探讨。通过利用电网的监控系统，对继电保护的对象及其各个节点的运行状态展开分析判断，对智能继电保护装置的保护范围、功能及其定值进行自适应的调整，使得继电保护能够满足运行方式不断变化的电网结构，解决了传统继电保护装置无法适应复杂的网状电网结构的难题。本文提出的智能电网继电保护实现原理，可提高继电保护与新技术和新设备适应性、兼容性。
关键词：智能电网；继电保护；拓扑结构；运行方式；保护原理
一、引言
当前传统的继电保护装置保护方式绝大多数属于分散式，这种方式采集、利用的数据有限，不得不通过采用多台保护装置来互相配合以满足保护要求。而这种保护方式利用信息少，保护原理判据复杂，电缆使用数量多，也不利于运行维护。发生故障后还是会可能造成连锁跳闸以及大面积的停电事故发生。而且，在定值整定的过程中会出现很大的困难。对于智能电网的结构，其不仅仅是当前非常简单的辐射型或环型状，而是呈现复杂、多变的网状。这种网状拓扑结构的运行方式变化的可能性非常大，运行方式也很灵活。
本文通过分析智能电网的网络结构特点及采用继电保护需考虑的问题，提出了智能电网背景下继电保护的保护装置的定值、功能、保护范围对电网运行方式及周围环境的自适应性等关键问题，以探求传统保护装置无法适应复杂的网状电网结构的难题的有效方法。
二、智能电网的结构特点及其继电保护需要考虑的问题
2.1智能电网的网络结构特点
电网传统的网络拓扑结构一般比较简单，主要包括星型、环型以及总线型等，它的等效电路如图1所示（图中，P1、P2、P3为独立的电源）。传统电网的结构比较简单，其运行方式也比较固定，因此可以通过电流保护、距离保护等原理，就可以满足对保护装置的要求。
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图1 传统电网的网络拓扑结构 图2 智能电网网络结构示意图
而对于智能电网，其网络拓扑结构如图2所示（图中，L1、L2、L3、L4为四条线路，P1、P2、P3、P4、P5为5个独立的电源）。由图可见，在其网状结构中，任意一个点都可以是电源点或者是用户点，其线路流过的潮流方向可以是双向的。同时，该电网内还包含了分布式电源，如果分布式电源从电网中解列，则可以独立运行，形成微网结构。智能电网的运行方式不固定，所以传统的电流保护、距离保护不能满足保护的要求。
2.2智能电网继电保护需要考虑的问题
对于智能电网，其配置继电保护的功能时，需要对以下问题引起重视：
（1）智能电网的运行方式非常灵活，由于分布式电源的存在，系统的潮流方向具有双向性，因此需要继电保护装置的定值能够对电网运行方式的变化具有自适应性，即继电保护装置的定值能够随着电网结构及运行方式发生的改变而进行调整。所以，在智能电网中，保护装置既需要监测本间隔的电气量数据，也要对其他相关线路的运行情况进行采集和数据分析。
（2）保护装置的功能，要可以随着电网运行方式的改变而进行调整。如对于图2中的电网，如果节点N5从该电网中解列出来，那么N5处的保护装置就应该退出它的保护功能，而是由Nl、N2、N3、N4等处的继电保护装置，来对线路L1、L2、L3、L4进行保护。由于电网结构发生变化，线路的阻抗也同步发生了改变，因此装置的整定值和保护范围，都需要针对性的作出调整。
（3）将环境因素对保护装置的所造成的影响考虑进来。通过在电网中安装智能传感器，采集线路的实时温度、容量等数据，对这些数据进行分析，作出正确的决策来对功率的流向进行控制，使其运行更加优化。因此，为适应输电线路温度和容量变化，要实时对输电线路过负荷定值进行调整。
三、智能电网继电保护实现原理
3.1智能电网继电保护构成
智能电网包含了分布式发电电源，具有交互式供电的特点，对保护装置的功能具有更高要求。同时随着信息技术、数字化技术的进步和应用，为研究新的继电保护装置原理开拓了新的技术手段。在智能电网中，通过使用传感器对电网内的关键设备运行工况实时监控，将大量的数据通过通讯网络收集、计算后，对数据结果深入研究和分析[4]。通过这个方法，可以对复杂电网的实时运行工况进行监测，使得远程动态监控和调整继电保护装置的功能及定值成为可能。
比如，在图2中，分布式电源点是某大型企业的自备风力发电厂。在白天，该工厂的用电量较大，是从主网上吸收功率。而到了晚上，该工厂的用电量显著降低，其自备风力发电厂则向主网输出功率。由此可见，该企业白天的潮流方向和晚上的潮流方向正好相反。为了满足风电厂出线对继电保护的要求，需要对该风力发电厂的功率流向进行监测。对于不同的潮流流向及其功率大小，对该间隔的继电保护定值进行自适应调整，如过流保护、距离保护等。
除此之外，对于继电保护装置，除了能够采集其保护间隔的运行数据之外，还要能够采集与其关联的其他间隔的运行数据。通过这样的方式，不但能够提高故障识别的准确率，还能够确保在无人或极少人为干预之下，可以将故障快速隔离，实现自愈，防止出现大面积停电。因此在智能电网中，其保护装置动作后不一定只将本间隔的断路器跳开，有可能将其他关联节点的断路器也跳开。也可能只将其他关联节点的断路器跳开，而本间隔的断路器不跳。
3.2差动保护在智能电网中的应用
纵差保护灵敏度高、选择准确，是线路的主保护。这种原理的保护已在发电机、电抗器、电动机、母线、线路等设备上广泛应用[5]。在智能电网中，由于差动保护不受运行方式变化的影响，与线路的潮流方向也没有关系，将得到更加广泛的应用。另外，在智能电网之中，光纤差动保护除了接入对于线路两端电流的这种形式外，还可以接入环网三端或者多侧的电流，由继电保护装置自动判断进行线路差流计算的保护通道。如果图2中线路L1、L2、L3、L4若配置了光纤差动保护，其保护整定值的计算将简化很多。即保护装置通过采集节点N5是否接入电网运行，结合线路L1、L2、L3、L4的运行方式，从而判断出节点N1侧的对端采用哪侧线路的电流。
结束语：
综上所述，针对智能电网的特点的分析，提出智能电网继电保护的实现原理，通过对几个关键问题进行了研究得出智能电网的保护定值能够对不同电网运行方式进行自适应。保护功能和保护范围，要随着系统运行方式的变化而自适应调整。相关人员要将环境因素对继电保护定值的影响考虑进来。基于智能电网继电保护实现原理，将智能传感器应用于继电保护系统中，采集更多一次设备的运行数据，并将其转换为保护装置功能实现的重要依据，以确保继电保护装置动作的正确性和可靠性。
参考文献：
[1]盛海华，赵纪元，奚洪磊.适应智能电网继电保护定值的在线管控方案[J].电力系统自动化，2016，40（15）：154-158.
[2]郝文斌，洪行旅.智能电网地区继电保护定值整定系统关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（02）：80-82+87.
[3]尹项根，汪旸，张哲.适应智能电网的有限广域继电保护分区与跳闸策略[J].中国电机工程学报，2010，30（07）：1-7.
[4]赵宇皓，郝晓光，高志强.应用于智能电网的广域继电保护[J].河北电力技术，2009，28（S1）：18-20+29.
[5]熊小伏，陈星田，夏莹，张荣海.面向智能电网的继电保护系统重构[J].电力系统自动化，2009，33（17）：33-37.
论文作者:王露婷1,李衍孜2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：电网论文; 智能论文; 保护装置论文; 继电保护论文; 方式论文; 结构论文; 定值论文; 《电力设备》2018年第23期论文;