摘要：智能电网是我国电力工业发展的新方向，继电保护作为保障电网安全运行的第一道防线，需要积极适应电网变革。介绍了我国智能电网建设的特殊问题，包括跨区域交直流复杂电网、新能源电力的调度控制和就地平衡以及需求侧对电网的支持响应等方面。
关键词：智能电网；继电保护；系统；可靠性
为了解决电力资源分布不均匀的问题，促进电能向节能环保的发展，加快电力系统的改革与发展，我国计划于 2020 年前完成智能电网的全面建设。智能电网是在原有的电网基础上利用信息、通信及计算机技术集成的新型智能化电网，相比原有电网能实现电能运输、管控的一体化和自动化，具有安全、节能、环保、高效等优点。智能电网的建设影响了我国电力系统发、输、配、用各个环节，给作为电网安全运行第一道防线的继电保护带来了挑战，传统保护存在的诸多不足逐渐暴露。同时智能电网先进的信息系统也为继电保护的发展提供了良好的机遇，应该积极利用以构建更加合理可靠的保护系统，适应电网变革。
1我国智能电网建设面临的特殊问题
1.1 远距离、交直流混合、超/特高压输电构成的大电网
我国能源与负荷呈逆向分布，煤炭、水力和风能等资源主要分布在西部和北部地区，而用电负荷集中在中、东部地区和南部沿海地区，中间相隔上千公里，从客观上决定了需要采取远距离、交直流混合、超/特高压的输电方式实现能源资源的优化配置。然而随着电网规模日益复杂，其安全问题也更加突出。电力系统越庞大，事故发生概率越高，且大型互联电力系统在增强输电能力的同时也激生了由局部扰动衍生为全局故障的潜在威胁，数次大停电事故证明了这一个威胁的高发性。直流输电传输容量大，线路走廊利用率高，社会综合效益突出，但交直流系统的相互作用也会给交直流线路的控制和继电保护造成影响，需要加以考虑。
1.2 波动性新能源电力以规模化接入电网为主要利用方式
新能源发电的目的是优化能源供应结构，减少电力系统对一次化石能源的消耗。2011年底我国风电机组并网容量达45 000 MW，太阳能发电并网容量达2 140 MW，新能源全年总发电量超过900亿kWh。以风电、太阳能电源为代表的新能源电力与负荷间呈现逆向分布的特点，且以规模化接入电网为主要利用方式。新能源电力具有间歇性、随机性和可调度性差的特点，在电网接纳能力不足的情况下，会给电力系统的安全稳定造成威胁。新能源电力并网时，线路中的潮流会发生较大变化，进而影响电网有功和无功功率的分布，增加了系统控制难度。所采用的逆变设备和大量的电力电子设备会产生一定的谐波分量和直流分量，接入系统后会影响电能质量，还可能导致保护和自动装置误动作。另外，与常规电源相比，新能源电力运行控制方式有较大区别，给常规暂态稳定控制措施带来挑战。
2继电保护面临的挑战
2.1大电网、超/特高压对继电保护提出了更高要求
超/特高压互联大电网是智能电网中的重要特征之一，也对继电保护产生了一定影响：1）特高压电网故障时谐波分量大，非周期分量衰减缓慢，暂态过程明显，影响保护动作的可靠性和快速性；电流、电压互感器在暂态下的传变特性更差，故障状态转换时容易造成保护误动作；2）超/特高压长线路分布电容对电流差动保护和按集中参数模型构成的保护产生不利影响；3）同塔双回或多回线路的跨线故障以及互感和线路参数不平衡会对保护造成影响；4）变压器保护利用谐波含量区分内部故障与励磁涌流的难度增大；5）电网间的相互影响使故障特性更为复杂，故障计算误差增加；6）对继电保护设备，要求具有更高的可靠性、安全性和电磁兼容能力。
2.2电力电子设备对故障电流造成影响
智能电网的建设使一次系统中出现了大量电力电子设备，这些设备使电网短路电流的特征和分布发生了质的变化：1）FACTS元件的安装位置、投入运行与否以及所涉及参数的调整变化会对电网短路电流的特征和分布产生影响；2）直流输电系统的控制和保护问题仍然很突出，交、直流系统的故障会互相影响；3）风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特征是影响风电接入电力系统故障电流的几个重要因素，会对不同时段的保护以及选相功能等产生影响。
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2.3继电保护需要和电网的控制策略相协调配合
FACTS元件的大量应用、直流输电工程投入运行，以及规模化风电场、光伏电站的并网运行使得电网的继电保护必须与这些设备或元件的控制策略进行协调和配合。其中包括FACTS元件的保护与控制及其与系统保护的协调配合；直流输电系统的控制与保护，以及交直流混联系统保护的协调与配合；风电、光伏电站的并网控制对接入系统保护的影响；此外电网一、二、三道防线之间的协调配合也需要考虑。
2.4网络拓扑和运行方式多变使定值配合式保护失去了生存环境
目前以光纤差动为代表的主保护已臻于完善，然而受电网运行方式和网络拓扑影响的传统后备保护却面临很多困难。为保证其可靠性，不得不按照最严酷的情况进行配置和整定，为了保证其选择性，不能不牺牲后备保护的快速性和灵敏性。传统后备保护仅利用本地信息并考虑相互配合实现后备功能的构成模式，在解决适应网络拓扑和运行方式多变问题方面已经捉襟见肘，众多大停电事故也表明，传统后备保护由于本身的局限性，在系统崩溃中扮演了推波助澜的角色。传统后备保护的问题具体表现为：1）整定配合复杂，动作时间长，有可能不满足系统稳定所需切除时间，威胁电网安全；2）受系统运行方式影响大，不能跟踪适应运行方式变化，保护的选择性和灵敏性难以兼顾；3）不能很好区分区内故障和故障切除后引起的潮流转移过负荷，易造成连锁跳闸。
3提高继电保护系统可靠性的方法
要想提高智能变电站继电保护系统的可靠性，就要从继电保护系统的设计及设备组成这两方面进行优化。优化继电保护系统的设计要做到以下几点：①根据具体情况建立合适的继电保护系统模式。对于智能站的间隔型保护，可以采用直采直跳的模式；对于多间隔型保护，应采用 SV 和GOOSE 共网传输的网采网跳模式。②在电压限定延时的条件下测量电流量，以确保电流过负荷时能及时发出警报，提高继电保护的可靠性。③对继电保护的站控层和间隔层进行双重保护，除了依靠断路器的自动开断外，还要启动后备保护系统，防止开关失灵。针对电网运行的情况优化运行方案，提高智能变电站继电保护的可靠性。④利用可视化技术对智能变电站的故障信息进行可视化处理。这样有助于及时发现并处理故障。优化继电保护的设备组成包括以下三方面的内容：①对系统的断电器、母线、输电线路和变压器等设备进行优化，保证电网的安全、稳定运行，从而降低系统运行的风险。②优化继电保护的变压器配置，防止电压过高或过低影响电网运行；保证变压器实现有效的差动继电保护并接通断路器进行继电保护。③加强电网的线路保护工作。对线路进行集中式和后备式保护，并对整个系统进行监测，以提高光缆的稳定性，降低电子干扰。
结束语
智能电网的建设影响了我国电力系统发、输、配、用各个环节，使继电保护的运行环境发生了显著变化，对保护提出了更高要求。同时智能电网搭建了先进的信息平台，继电保护具备了集成广域信息的条件，有望通过转变实现方式大幅度提升保护性能。
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论文作者:李卫华,王伟, 黄文桂
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/18
标签：电网论文; 继电保护论文; 系统论文; 智能论文; 故障论文; 电力论文; 新能源论文; 《电力设备》2017年第17期论文;