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摘要：随着近年来广域电网的不断扩展，尤其是高压电网的不断扩大，广域电网的继电保护面临着诸多的问题。研究广域电网信息、改进和提高广域网继电保护的功能成为当下的一个重大议题。本文首先说明了广域继电保护的系统结构。然后分析了广域继电保护的系统结构的功能优势，最后探讨了广域继电保护的系统结构的故障识别技术。
关键词：广域继电保护；系统结构；集中式；故障识别
一、广域继电保护的系统结构
按照广域继电保护系统所实现功能的不同以及相关功能对动作延时、范围和可靠性要求的差别，可将广域继电保护系统分为以下三种结构。
（一）集成式结构
这种系统结构具体是指在一个变电站当中只设置一台 IED（数字保护继电器），其主要负责站内相关信息的采集、与其它 IED 进行信息交互、保护算法执行、控制策略生成、跳闸命令执行等功能。具体而言，就是将站内所有的保护及控制功能全部集中至一台 IED 上，由其负责变电站运行的保护与控制。虽然这种结构可以显著降低前期投资成本，并且还能使站内接线得以简化，但必须确保IED 的运行稳定可靠且具备足够快的运算速度。
（二）集中式结构
这种系统结构是在变电站的每个测点位置处安装一台终端，并在区域主站内设置中央控制单元，终端设备主要负责实现以下功能：信息采集和简单处理；与中央控制单元通信，并按照指令完成跳合闸操作。该结构形式仅在决策环节实现集中，如果从信息采集的角度上看，可将其归入分层分布式结构的范畴。
（三）IED 全部设置在站内测点位置处，
在整个系统结构中，所有 IED 的地位是平等的，每个 IED 所需实现的基本功能为：安装点信息的采集；与其它 IED 通信；依据相关信息执行跳合闸操作。在该结构当中，IED 是保护与控制的核心，若是有特殊需要的话，也可设置上位 PC 机，它的作用是对分布在系统中 IED 进行监管，但却并不参与保护控制策略的形成。
二、广域继电保护的系统结构的功能优势
（一）智能电子设备
广域继电保护所采用的智能电子保护设备主要的功能是对本区域的电流互感器、电压互感器以及短路器的运行状态和操作进行信息的采集、功能的分析、故障的检测和安全的控制。在分布集中式结构中，这种智能设备不仅能实现本区域的检测和保护，同时能够在互联网络中的其他区域实现整体的保护。这一功能是对分布式和集中式两种结构功能优势的结合。
（二）区域集中决策功能
广域继电保护只能够进行单一区域的信息收集、分析和决策，集中式的继电保护需要将整个网络的信息加以收集、分析然后决定这个故障部分应采取什么样的措施，这使系统的信息传输量大、效率低。而分布集中式继电保护集合了两者的优点，在各个区域能够针对部分采取高效的解决故障的措施，同时能够通过区域集中决策功能实现整个区域的信息互联，对整体层面的问题进行集中决策管理。
采用分布集中式的继电管理，有效地解决了其他两种方式所面临的问题，实现了近程的准确高效的控制和远程的互联整体控制。使部分和整体的问题都能够得到高效精确的解决，使得今后范围更广、系统结构更加复杂的问题能够得到很好的解决。鉴于分布集中式继电保护的诸多功能优势，相信今后的电网会有更广阔的发展前景。
三、广域继电保护的系统结构的故障识别技术
对分区域的广域继电保护系统而言，想要实现快速的继电保护功能，就必须对故障区段进行快速判断。下面本文基于故障方向信息比较的方法对广域继电保护系统中的故障进行识别。
（一）识别方法
1、各区域比较识别
各个区域收集本区域当期的数据，并将这些数据与以往各期和给定的参考数据进行比较。如果本期的数据和以往各期及参考数据吻合说明系统的运行正常，继电保护只需对运行进行后续的检测而不用采取任何措施。如果数据出现了较大的误差说明该区域出现了故障，首先分析是区域内的故障还是整体的故障，针对区域内的故障保护器分析决定采取的措施，对于整个系统的故障保护器将信息传给集中决策中心。
2、综合识别
集中决策中心在整个层面上控制系统的运行，收集各区域中心传输过来的信息，通过分析收集的信息在整体层面上观测系统的故障从而制定整体决策。综合识别主要是确保各区域的远程保护能够得到高效的运行，确保整个系统的安全稳定。
3、继电保护设备状态自检自评
继电保护器在进行电网系统运行状况的检测控制时，还要通过自我运行状态的控制检测来评估系统自身的效率和功能，以确保其功能的发挥。
（二）识别方法的设计思想
将可以测量故障方向的 IED 分别装设在被保护系统的各个断路器或是电流互感器的位置处；确定各个 IED 的保护区域，以此来确保故障发生后，IED 之间能够有目的进行信息交换；列出各个IED 最大保护范围内的被保护设备与 IED之间的对应关系表；将 IED 回传的故障方向信息与表中的对应关系进行比较计算，最终确定故障区段。
（三）IED 动作系数
在对故障识别算法进行研究前，应当先对 IED 的动作系数 AF 进行定义：AF 表征了 IED 中故障方向元器件的判断输出情况，其取值如下：
（1）
上式当中，1 为方向元件 i 为正向故障；-1 为反向故障；0 为无输出。具体而言，当故障出现之后，若是系统中某个 IED 判断为正向故障，则 AF 取值为 1，如果判断为反向故障，则 AF 取值为 -1，当认为无故障或是未能得出故障判断结果时 AF 取值为 0。对 AF 进行定义之后，便可对故障识别进行计算。
（四）故障识别的计算方法
本文所提出的计算方法归属于面向对象的范畴，具体而言，就是以保护元件作为对象，如电力线路、母线、电气设备等等，收集这些对象侧 IED 的 AF，通过运算获得判断结果，在利用对结果大小的比较确定故障位置。故障判断结果可用下式进行计算：
均为正确判断后得出的故障判断结果。
（五）结果与讨论
由上述分析可得如下结论：（1）当出现内部故障、IED 全都判断正确时，
｜Fouti｜值必然会大于 Fthi，由此可判断为被保护对象出现内部故障。（2）当 i 的外部出现故障、IED 均判断正确，计算结果势必对小于 Fthi，由此可判断故障发生在 i 的外部。
结语
综上，分区域广域继电保护是广域电网保护系统的一大突破，在其控制保护下，相信更广更复杂的电网系统能够很好地运行，未来的电网将会是输送更快、功率更高的系统。
参考文献：
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论文作者:葛香华,张维钊,申海霞
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/1
标签：故障论文; 系统论文; 继电保护论文; 结构论文; 功能论文; 区域论文; 电网论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;