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摘要：区域保护控制技术已成为当前电力系统继电保护领域研究的一大热点。区域保护具有供电可靠性高、选择性好、快速恢复供电的优点，能实现区域电网有功、无功功率平衡和精确切负荷功能。但区域保护对保护范围内数据的同步性要求高，且主站与子站间的通信量大，对保护设备要求高，因而长期以来在发展中受到一定的制约。而随着智能电网建设加速，特别是能源互联网的推行，互联网相关的通讯技术的不断发展以及IEC61850 等相关协议的推广，区域保护凭借其综合决策性将得到更为广泛的应用。
关键词：智能电网，区域保护，站域保护，控制技术
1 引言
全球能源互联网的构建对电力系统继电保护提出了更高的要求。从国外几次大停电事故教训中我们可以发现，传统的继电保护系统在电网扰动的异常运行情况中容易出现误动作，从而导致电力系统的大范围跳闸。因此，国内外继电保护专家一直在寻找一种具备综合决策性的保护，以期在一定范围的电力系统内实现更加科学的保护动作配合。而随着智能电网等前沿技术的快速发展，基于广域信息理论的区域保护控制系统受到学者们的广泛关注。
当前，保护和控制方面存在的问题主要包括：
（1）保护拒动将扩大事故范围。
（2）一旦开关失灵无法第一时间切除故障。
（3）由于110kV电网大量仍采用单端保护，测距精度容易收到影响，且一般不配全线速段保护，末端故障动作速度慢。
（4）备自投装置无法实现远方备投。
（5）低频、低压切负荷时无法实现精准切负荷。
2 区域保护控制系统原理
区域保护控制系统是将电网中各变电站内的保护装置通过通讯网络互联，实现信息共享，获得所在区域电网内的多点信息。主站保护根据系统网络拓扑结构，与子站系统相互配合，利用已获得的信息对故障进行快速、可靠、精确的切除。同时，区域控制系统能够分析故障点切除后对系统安全稳定运行带来的影响，并采取相应的控制策略确保电网的安全运行。因此，区域保护控制系统是一个集保护和自动控制功能于一体的强大系统。
区域保护控制系统一方面需要具备先进的保护逻辑算法和功能强大的保护元件做支撑；另一方面需要具备高速、稳定的通信信息网络，基于该通讯网络，保护信息传输能够满足实时性与可靠性的要求。反过来说，只有在上述两个条件同时满足的情况下，区域保护控制系统才能正常运作。
如前所述，支撑区域保护控制系统最关键的技术是拥有一个强大的区域通信系统。目前，通信领域具备了构建一个稳定、可靠、高速区域通信系统的技术条件，其中包括光纤资源，SDH设备，组网设备等。在已有的研究中，一般将区域保护控制系统所依赖的通信系统分为分布式与集中式两种类型。目前，采用较为广泛的是集中式结构，由区域主站来实现决策功能。
3 区域保护控制系统架构
3.1 区域保护控制系统基本组成
区域保护控制系统一般分为三层：即变电站间隔层/就地层、变电站站域层、区域控制层。
第一层为变电站间隔层，主要是各变电站内通过终端设备IED进行数据采集及跳闸执行，并采集所需电气量和开关量，打上时间标记，向变电站站域层传送。变电站间隔层独立、分散实现其保护功能，面向单个被保护对象，利用被保护对象自身信息独立决策，实现可靠、快速地切除故障。
第二层为变电站站域层，属于站域保护，其安装在区域内的各相关变电站，执行变电站范围内的主保护及后备保护功能，并负责将这些中间测量结果向上层区域保护单元传送，接收并执行区域保护的决策结果。该层主要面向变电站，利用站内多个对象的信息，集中决策，完成并提升变电站层面的保护及安全自动控制功能，是对现有保护的补充和性能提升。
第三层为区域控制层或区域电网保护层，属于区域保护，主要对变电站之间的联络线进行保护和控制，对信息进行综合分析并做出相应的决策。该层面向区域电网，利用多站的综合信息，统一判别决策，实现相关保护及安稳控制功能以控制为主。
典型区域保护控制系统如图1所示。
图1 区域保护控制系统示例
根据上图分析，我们可以将区域保护控制系统合并成两大块，即站域保护和区域保护。
（1）站域保护
站域保护是指根据本变电站内部数据和相关线路对侧信息完成的保护功能。站域保护主要依赖就地信息的实时采集， 包括电压、电流、断路器位置等数据。根据采集到的实时数据计算出故障的基本信息，如故障所在位置、方向等，执行站域保护功能。
站域保护包括变电站内变压器和母线等设备的主保护和后备保护、输电线路的主保护和后备保护、馈线的主保护和后备保护、低周减载保护、低压保护及自动重合闸等功能。站域范围界定为该变电站与其他变电站相连输电线路对侧断路器内的范围，也就是站域范围不跨越变电站进出线路对侧断路器构成的边界。
（2）区域保护
区域保护是指根据整个区域内的数据综合判断完成的保护功能，也称之为区域决策。区域保护主要根据通过同步数据网络共享的区域内各节点电流、电压、断路器状态，计算出故障基本信息，实现区域保护功能。区域包括若干变电站及其输电线路。区域范围的界定以变电站来划分， 保护区域包括与该区域内所有变电站相关联的输电线路。
3.2 区域保护控制系统架构
区域保护控制系统具体架构（主站－子站分层分布式）和功能如下：
（1）主站：
①实现区域电网快速恢复供电，提高供电可靠性；
②实现区域电网有功、无功功率平衡功能；
③实现区域低频低压优化减负荷功能等的控制策略计算；
④实现精确切负荷
（1）子站：
①集成线路、母差、主变、失灵等保护功能；
②集成站域备投功能；
③集成稳控子站功能；
④接收并执行主站发来的切负荷等稳控命令；
⑤接收并执行主站发来的区域备投命令。
3.3 区域保护控制系统站内接入方案
目前，随着智能变电站的大量投入使用，加之原有的常规变电站尚未改造完成，区域保护范围内势必存在两种不同类型的变电站接入系统，因此，需要对应不同的接入方案。
（1）智能变电站：
对于智能变电站，站内接入方案相对比较简单，仅需要将子站装置直接接入站内过程层网络，通过站内和站间通讯网络，实现子站和主站的通信，完成区域保护功能。
（2）常规变电站：而对于常规变电站，要实现站内接入，需要改造涉及的装置较多。首先，需要加装智能采集装置，通过智能采集单元完成间隔接入。同时，通过终端智能装置来负责采集常规模拟量，并转换为标准数字化协议输出给子站装置，采集常规开入并转换为GOOSE方式输出给子站装置。同样，终端智能装备可接收子站装置的GOOSE命令，并转换为常规开出，实现主站及子站对站内设备的控制。
4 结语
区域保护将继电保护系统由目前的“点”保护提升为能适应电网互联要求的“面”保护，是今后继电保护发展的趋势。随着智能电网建设加速，特别是能源互联网的推行，互联网相关的通讯技术的不断发展以及IEC61850 等相关协议的推广，区域保护凭借其综合决策性将得到更为广泛的应用。
参考文献
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[3] 罗振威，杨贵, 等. 区域保护控制系统站间通信组网方案研究[J]. 智能电网, 2016,4(2) : 172-178.
作者简介：
吕涛（1987－），男，浙江绍兴，工程师，从事电力系统继电保护、自动化工作。
论文作者:吕涛,赵鲁臻
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：区域论文; 变电站论文; 电网论文; 控制系统论文; 站内论文; 智能论文; 主站论文; 《电力设备》2016年第15期论文;