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摘要：近年来，随着智能电网的快速发展，电子式互感器、高速通信网络、高性能硬件处理芯片及IEC61850通信规约的应用实现了变电站全站数字化、通信网络化、信息共用标准化，为实现变电站保护的微机化、智能化、网络化、自适应，从根本上提高和改善传统变电站保护的性能提供了时机。因此，在复杂电网环境下审视传统变电站保护存在的问题，研究能够快速识别与隔离故障、减少故障范围、优化后备保护、简化保护整定计算、可实现自适应协调控制的保护方案，是保障电网安稳运行的重要内容。
关键词：智能变电站；站域后备保护；新技术
前言
电网传统的后备保护一般采用零序过电流保护或阶段式距离保护来确保选择性。其定值和时间的配合关系过于复杂、保护动作响应慢，且每个元件均配置多种后备保护，保护系统结构复杂，难以同时兼顾选择性和灵敏性，不能满足目前广泛应用的智能变电站的需要。智能变电站光纤通信技术的发展、IEC 61850规约的广泛应用以及一次设备的智能化，为变电站一次信息采集提供了新思路。近年来针对智能变电站继电保护的配置，国内外学者提出了多种方案。站域保护和广域保护同样基于网络通信，通过多点综合比较来判断故障信息，只是所采用的信息及保护区域不同。因此，可将一个变电站的站域保护视作服务多个变电站广域保护的一个基础配置单元，故某些广域保护的算法可应用到站域保护。
一、智能变电站站域保护的概念和功能
1、站域保护的概念
目前，学术界对站域保护还没有明确、具体的定义。分析当前出现的几种主要观点对站域保护概念作如下简述：基于智能变电站高速通信网络，在利用变电站全站信息实现信息共享的基础上，根据网络拓扑结构，对故障进行快速、可靠、精确的切除，这种整合并集成站内后备保护和控制系统于一体，以简化后备保护配置，改善保护及控制系统性能的继电保护称为站域保护。
2、站域保护系统结构
站域保护过程包括相应的数据采集、传输和处理。智能变电站的分层分布式结构，即站控层、间隔层和过程层，以及高速的网络通信功能完全能够满足站域保护对数据采集，传输和处理的要求。
按照国家电网制定的协议标准，SV（电压电流采样值）报文和GOOSE（面向通用对象的变电站事件）报文包含的开关量信息和跳闸/关断命令，应该直接传送给继电保护设备。而且，SV和GOOSE将通过以太网发送给过程总线构建双信息网络，间隔层的其他IED（智能电子设备）从这个双网络获得数字信号以执行相应的功能。在站控层，MMS（制造报文规范）网络实现了工作站、调度中心和间隔层IED的自动控制和监控。
二、智能变电站站域后备保护原理
当前，对站域后备保护仍没有具体明确的定义，一般来讲，智能变电站站域后备保护是建立于智能变电站非电量、开关量及模拟量数据信息的基础上，对变电站系统及其设备中存在的故障进行精确、快速、可靠定位，并实现故障切除的一种继电保护方式。在本文中，提出建立于电流差动原理的站域后备保护。
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电流差动原理具备动作速度快、选择性完全、选相能力突出等优势，主要应用于变电站主保护之中。差动保护在应用过程中，可以实现差动电流的不间断测量，如出现不平衡差动电流，可以快速发现，并执行保护动作。当前，差动保护原理仅仅应用于主保护中，在后备保护领域中却一直缺乏实际研究与应用。本文提出将电流差动原理应用于智能变电站站域后备保护之中。
站域后备保护基本原理：
在电流差动原理应用范围不同的基础上，将整个站域后备保护区域分为边界差动区、站内差动区、元件差动区及搜寻差动区四个差动区。在四个差动区中，搜索差动区范围在故障定位过程中会发生变化，而边界差动区、站内差动区、元件差动区则相对较为稳定，基本不会发生改变。通过研究发现，站域后备保护在四个差动区之中，存在着以下几个特点：第一，不管智能变电站站域后备保护区域中如何出现故障问题，其边界差动区总会存在差电流，如在正常运行过程中，或故障出现于保护范围之外，则边界差动区不会出现差电流，由此，可以将边界差动区是否出现差电流作为启动判据；第二，在变电站出现出现故障问题时，站内差动区不会出现差电流，边界差动区则会出现差电流，可以将此作为判断故障为出现故障及内部故障的依据；第三，在搜寻差动区中包含故障元件后，会出现差电流，正常元件不会出现差电流，由此，作为故障元件判断的依据。
根据不同类型差动区中存在的特征，可以通过智能变电站站域后备保护原理对故障元件进行准确定位，并配合主保护动作，当主保护电断路器失灵或主保护出现拒动问题时，通过跳闸区域扩展实现站域后备保护。
三、智能变电站站域后备保护实现技术
智能变电站站域后备保护实现技术在智能电网实践中具有十分重要的意义。为保证智能变电站站域后备保护装置设计能够满足智能变电站建设的要求，需要结合硬件平台设计技术、嵌入式软件设计技术、电磁兼容性技术、机电保护集成设计技术、网络通信技术等。
1、智能变电站站域后备保护装置硬件设计
在智能变电站后备保护实现研究中，决定在其硬件平台中采取CPU与DSP相结合的双处理器架构，选择大容量FLASH、DDR2-RAM，大容量FRAM存储器。数据处理模块为DSP，综合处理模块为FPGA，应用双口RAM，实现数据接收与发送等功能。
2、智能变电站站域后备保护装置软件设计
在进行智能变电站站域后备保护装置软件总体架构设计中，其软件总体架构主要包括应用软件设计、操作系统设计、支持包设计。在站域后备保护装置中，硬件驱动程序允许直接对外部存储器、硬件寄存器、定时器等访问。在软件设计中，实时多任务操作系统介于应用软件及硬件部分之间，其上层为应用软件，应用软件提供服务成程序访问接口函数。多任务操作系统，主要承担着任务管理、内存管理、调度等功能，可以建立文件系统，存储智能变电站站域后备保护装置信息模型文件。
建立电流差动原理的智能变电站站域后备保护，在进行硬件设计实现与软件设计实现的基础上，需要实现通信系统的设计。在智能变电站站域后备保护通信系统中，主要包括两个部分，分别为该变电站中内部过程层通信网络及输电线路对端变电站采样值通信网络。选择IEC 61850标准进行过程层通信网络构建，选择1G以太网交换机作为采样值进行采样值网络构建。数据通讯系统的完善，是保证站域后备保护实现的关键。
四、结语
综上所述，站域保护实现了站内信息的高度共享，改善了后备保护的性能，提高了继电保护对电网的适应能力。基于电流差动原理的站域保护整定简单，动作延时固定，灵敏度较高；基于纵联比较原理的站域保护以方向信息的综合判断为基础，传输的实时数据量较少，对故障的定位具有很高的精准性。设计的双重化配置的保护方案既保留了传统主保护的性能，又优化了后备保护的配置，提高了后备保护的容错性能。
参考文献
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论文作者:刘先言
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/17
标签：变电站论文; 智能论文; 差动论文; 电流论文; 故障论文; 站站论文; 原理论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;