智能电网继电保护技术探讨

摘要：文章从多个方面探讨了智能电网的继电保护技术：首先，分析了智能电网的网络拓扑结构；其次，根据智能电网继电保护定义，从美国、欧盟和中国三个角度分析了不同的保护策略；最后，探讨了中国智能电网继电保护技术改进措施。

关键词：智能电网；继电保护技术；网络拓扑结构；人工智能；网络结构模型 文献标识码：A

中图分类号：TM774 文章编号：1009-2374（2015）13-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.065

1 智能电网的定义

目前，传统的电网模式正在逐渐被智能电网的模式所取代。智能电网是一种新兴的电网模式，它是基于人工智能的相关理念，利用信息技术的思想，与电子电气一体化的方法相结合的产物。它由于良好的应变性和杰出的智能性，已经成为了现代世界电力系统发展以及改革的最新方向。智能电网的基础在于灵活而又多变的可重构配电网络拓扑结构，这种拓扑结构定义为一种网状的拓扑结构，较之于之前的一些拓扑结构更加复杂和多变，对继电保护技术提出了新的要求。因此，研究适用于智能电网的新的继电保护策略已经成为了大势所趋。本文主要通过对比美国、欧盟和中国三个国家的智能电网继电保护策略，提出合理化的改进措施和建议。

2 智能电网的网络结构模型

传统的电网模型主要有以下类型：总线型、星型、环型线路等。以线型方式为例，它的特点是比较单一，任何一个潮流点的流向都是单向的，因而我们的电流保护策略可以较为方便地实现，比如以距离保护的方式进行，这是目前在业界比较流行的一种方式。

而在智能电网中，结构模式由单一的线性结构、星型结构变为了网状结构。在网状结构里面，任何一个点既可能是电源点，又可能就是用户点本身，所以这种方式的线路潮流流向是双向的。对于分布式电源来说，它可以既作为网状电网的一个点，也可以从整个系统之中独立出来。这种网状结构最终就成为了微网的一种单独运行机制，它的运行方式是不确定的，由此导致系统运行阻抗产生了易变性，并对过流保护、距离保护造成了影响。所以我们必须在传统的电网保护模型中施加与智能电网相适应的保护方案，使得电网不会因运行方式的变化，而影响其整体安全稳定运行。

3 不同区域的智能电网继电保护技术对比

3.1 美国

根据美国电力科学研究院的具体定义和标准，智能电网继电保护系统可以描述为以下四大主要特征：（1）自愈性。对于较为复杂的电网监控系统来说，保护系统应该具备如下功能：可以准确预测并及时应对系统问题，以避免或者减少故障损失电荷、电压不稳定等等电力供应质量问题。（2）安全性。电网可以在如下两种状态之间更加安全地运行，一种是自然状态，另一种是计算机监控状态。保护系统利用相应技术，可以实现根据不同配置识别相应不稳定和不安全行为。（3）兼容性。保护系统应该支持电网广泛接入分散电源，利用标准化的电力网络通信平台，让用户能够将光伏、风能等分布式电源进行就地连接。这些新的分布式能源形式，本质上是多种多样的，它甚至可以是生物能等可再生能源，保护系统应该让这些能源实现“即插即用”。（4）交互性。智能电网中的用户可以对自己的用电设备和用电装置进行良好的控制，而这种交互方式是不区分用户具体特征的，无论是工商业用户还是普通居民用户，所以保护系统应该能够在智能能源管理系统的基础上，实现用户智能一体化管理，并通过这样的方式来节省能源损耗。

3.2 欧盟

按照欧盟委员会确定的标准，智能电网继电保护系统必须具备以下特点：首先是灵活性。也就是说，应该人为地为智能电网设置多样接口，从而满足用户对于电力的多样化需求。其次是易接入性。它应该保证所有的用户都可以很方便地对于电网进行接入操作，从这一点上来说和美国是一样的，例如能随时接入生物能、太阳能、风能等清洁而又高效的能源。最后，还有两种较为苛刻的要求，它们分别是可靠性和经济性。所谓可靠性，就是要求让智能电网比传统电网更加安全更加可靠的供电，因此在可靠性指标上，对保护系统提出了更高要求。所谓经济性，则主要是通过一些实时和智能的调节策略来进行有效的能源管理，这是传统电网所不具备的，能够极大提升电网的经济效益。

3.3 中国

中国的智能电网发展不断提速，智能传感技术、新能源并网、电力电子元件泛应用等新技术新手段层出不穷，给继电保护也带来了巨大的发展机遇和挑战。（1）智能传感技术。继电保护系统运用智能传感技术后，采集信息时更加方便，信息的可靠性更高。如：在变压器保护中，不仅可以实时采集到一、二次电压及电流，通过安装温度传感器、振动传感器、液面传感器等智能传感器，还可以对变压器的各类状态数据进行全面有效的监测和控制。（2）分布式能源并网。智能电网的一个显著特征是分布式能源的接入。但由于分布式电源多采用可再生能源，其接入可能会对配电网潮流、电压和电能质量、电网调度和运行控制等产生不利影响。因此，继电保护设备需要全面考虑这些问题，尤其是分布电源接入后，短路电流的方向和水平发生变化，保护如何正确动作需要仔细研究，采取合理的措施解决。（3）电力电子元件的应用技术。功率整流二极管、功率静电感应晶体管、光控晶闸管等器件普遍运用于智能电网中，它们在提高系统控制性能的同时也带来了谐波干扰，保护系统需要充分考虑谐波问题。

4 智能电网继电保护技术的改进措施

4.1 利用数字化来提高保护性能

数字化是智能电网的一种重要特征，就继电保护来说，首先是实现测量手段的数字化，其次是实现传输方式的数字化。我国智能电网建设中，智能化仪表的应用是重要方面，实施智能化设备的推广十分必要。因此，智能型互感器应该逐渐取代传统的互感器。电子式互感器采用网络接口，通过网络保护装置和智能断路器连接，大大简化了二次回路接线，易于维护。互感器传输性能的提高和互感器故障的减少使继电保护不需要再考虑电流互感器饱和、二次回路断线、二次回路接地等互感器故障问题。电气量信息传输的真实性也为继电保护装置性能的提高带来了便利条件。如何简化继电保护的辅助功能，利用数字化传感器提高继电保护的整体性能，是未来继电保护发展需要研究的核心问题。

4.2 利用网络化改进继电保护配置

新一代的数字化变电站改变了传统继电保护信息获取和信号发送的媒介。首先是信息的获取，在网络数据传输共享的背景下，整个变电站相关设备的信息均可以获取得到；其次是信息的发送，由于采用带数字接口的智能断路器，跳合闸等控制信号的传输方式也由二次电缆改为数字信号的网络传输，由此主保护的性能得到明显提高。如何利用共享的控制信号网络更好地简化继电保护配置，是智能电网中继电保护研究的前沿课题。

4.3 自动整定技术

传统的自适应保护仅能根据被保护线路的运行情况对定值进行调整，不能利用全网信息准确、实时地判断运行方式来调整定值。我们可以利用全网的联网自动整定和自动配置，从分散独立的保护变为系统分布协同的保护。这种保护技术可以在维持现有装置的延时整定原则基础上，加快系统响应速度，提升继电保护装置的性能，更好地判断与控制故障。

参考文献

[1] 栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，25（1）.

[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：徐健（1982-），男，湖北荆州人，国网荆州供电公司工程师，研究方向：继电保护。

（责任编辑：黄银芳）endprint