基于广域继电保护与传统继电保护研究

基于广域继电保护与传统继电保护研究

杨晓彬

国网山西省电力公司临汾供电公司 山西临汾 041000

摘要：为保证电力系统的安全和稳定运行，必须积极探索继电保护技术。本文首先简述了传统继电保护的现状，分析了广域继电保护的作用和功能特点，并探讨了广域继电保护算法。

关键词：广域继电保护；传统继电保护；继电保护算法

1传统继电保护的现状
继电保护是一种有保障的自动保护装置，它是由继电器和一些其他电气元件组成的，它能检测出线路的事故点，并给出故障信号或者作用于断路器使其跳闸。在电力系统中，继电保护是不可或缺的部分，对电网的安全性和稳定性有很大的保障。
（1）继电保护系统是由主、后备保护组成的，电网后备保护用多段式保护对近后备、远后备进行保护，形成了比较完善的保护体系。在电气系统中，虽然主保护在选择性上有很好的针对性、反应速度也非常快，但也只是对系统设备内部的保护，无法对系统内部以外的其他故障进行后备保护；
（2）传统的后备保护范围虽然很宽广，但它要牺牲动作的快速性来换取自身的选择性，一旦动作时长过大就会影响其保护功能。除此之外，后备保护在非故障（过负荷）影响下会发生误动，影响电力系统的正常运行；
（3）能检测本地工作信息的继电保护和能够保障自动化的装置对电网多变的运行方式欠缺自适应力，难以在不断的运行系统中达到稳定状态，易使系统运行和控制的方式不合理进而导致停电跳闸事故的发生；
（4）继电保护系统的主要任务是系统内故障的切除，但其忽略了故障切除后的系统能否达到稳定运行状态，这样的继电保护无法达到故障切除后电力系统的稳定状态，有可能还会在故障切除后，造成系统内其他元部件的损伤，进而导致保护装置对故障的连续性切除，出现系统崩溃的状况。

    以上几点均是传统后备保护的问题，导致这些状况的主要因素是继电保护装置只保护其保护范围的设备，没有对故障以外的设备（如线路）进行保护。若要准确地判断出故障并对它们做出故障保护，那就要了解系统后备保护运行方式的变化情况和远后备的状况。传统的继电保护属于就地的故障保护，主要是根据本地信息变化状况，切除本系统的故障点，而不能与电力系统其他的元件进行信息交流，这样就没办法了解到系统的整体状况。这样的继电保护局限性强，无法实现系统级的后备保护，容易使系统产生误动而无法安全和稳定运行。若要快速识别并切除系统内的故障，就需将传统的后备保护应用在线路保护中，使系统达到稳定运行状态，同时，也为广域继电保护的发展做出铺垫。

2广域继电保护的作用与功能特点

2.1广域继电保护的作用

广域继电保护系统在实践中的应用可提高工作效率，并扩展了电力系统的保护范围，可收集更多的信息，从而有效地控制电力系统，为电力系统提供更好的保护。广域继电保护的最有效响应可用于收集最近区域的电气元件信息，从而减少了继电保护系统统一的困难，提高了信息处理的效率。

2.2广域继电保护的功能特点

广域继电保护是基于广域测量信息的继电保护。近年来，广域信息采集技术和数字变电站技术的发展，为广域继电保护的实施提供了技术支持。广域继电保护成为国内外学者研究的热点，其可完善传统的继电保护的问题。广域继电保护和传统继电保护的共同点是切断设备（线路）的故障是根本责任。继电保护及安全稳定控制共同完成电力系统安全应急控制。继电保护也称为故障保护，稳定性控制也称为稳定性保护。近年来，研究提倡使用实时广域信息，以提高稳定性控制性能并从广域信息中丰富广域安全性保护的概念。另外，广域继电保护在其他文献中也称为广域后备保护，因为目前的重点是充分研究以改进广域信息的备份保护。

3 广域继电保护信息域区分
3.1源于关联拓扑树的信息域区分方式
对于广域继电保护系统而言，所有保护终端使用智能电子设备IED，安装于所有断路器乃至电流互感器中，及时查找电网信息且给予故障判定。通过对某一IED进行分析，使用关联拓扑树对信息域进行区分，区分的原则为最低保护范畴的IED一切路线与背侧母线，最大保护范畴包含最低保护范畴和最低保护范畴临近的母线与线路。最大保护范畴则能够形成关联拓扑树，被分析对象IED为拓扑树的根基，最低保护范畴相应的IED与树根极为相近，与分析对象IED的关联程度较为密切，而其余IED和分析对象IED存在一定距离，关联程度不佳。在判定故障时，依照拓扑树通过根至稍而逐渐将信息互换范畴延伸。
这一区分方式是源于智能电子设备，主要是判断所有IED的最低保护范畴乃至相应IED，拓扑树在表现方式上极为简便、明了，对保护范畴较小的继电保护体系来讲，可以迅速执行源于IED的保护范畴区分，正确判定故障点。但当执行广域继电保护时，将分散于所有断路器乃至电流互感器中的IED，当成基本单位执行信息域区分，则较为复杂，显著影响保护系统的工作效率，且关联拓扑树的信息域区分方式并未考量环网的状况。
3.2源于专家系统的保护域在线区分方式
这一方式仍使用图论当成保护分区区分的良好工具，且通过专家系统与SCADA系统的衔接，完成广域继电保护中主、后备保护范畴的自动在线区分。知识体现成为专家系统执行保护域区分的条件，需要清楚体现系统拓扑构造。在正确知识表示的根基中，专家系统依照保护设备的几个不同情况，分别设置一次设备的重要保护范畴，构成重要保护范畴的采集准则。重要保护范畴构成后，透过对比所有保护范畴相互间重叠的保护设备，对于具备重合方面的保护范畴给予异或操作则能够获得后备保护区，从而专家系统完成了保护的智能分区。并且，在系统网络拓扑构造改变时，可以执行在线保护域再次进行分区。对于专家系统的广域电流差动保护体系，则通过这一分区划分的方式进行。

4广域继电保护算法
4.1专家系统的广域继电保护算法
专家系统是用专家推理方法设计保护方案，建立一个计算机模型，根据建立的模型来解决问题。基于专家系统的广域继电保护主要是对电气故障元件的判别，继而安全、快速地处理故障，系统获得相邻区域故障元件的判断结果，运用专家系统的方法进行决策，判别出故障的精准位置；处理系统故障时继电保护拒动给故障判别带来了影响。它的作用就是快速的识别和隔离电网中的故障元件，加快继电保护的动作，尽量减小停电区域。
4.2广域电流差动保护算法
由于电流差动保护结构的问题，电流差动保护能够保护区域内部被保护元件以及被保护区域外的故障元件。因此，许多学者基于这些原因就将这种电流差动保护的原理应用到广域继电保护中，使它们更好地与继电保护将结合，已达到更好的保护效果。

广域电流差动保护是采用分布式结构的保护算法，提出一种用于图论方法的专家系统，它是根据设备状态的信息和拓扑结构，确定各设备的主、后备的在线保护区。继而根据在线拓扑结构的变化，自适应的调整保护区。
4.3广域纵联保护算法
广域纵联保护算法是比较出故障相邻区域多测点故障方向信息，以及准确地判断出它的故障位置，采取相应的保护策略。利用纵联比较原理。
广域纵联保护是将能够测量故障方向的电子智能装置(IED)安装在被保护系统的每一个断路器或电流互感器处；首先，先要明确每一个IED各自保护领域，方便IED之间的信息交流；然后，汇总出每个IED与被保护设备之间的关系；最后，从IED内获取被保护元件的信息，根据IED与被保护设备之间的关系进行运算，对比，准确地判断出故障发生的区域。

5 结语

传统继电保护技术的不足推动了关于广域继电保护的研究。广域继电保护具有更好的稳定性、准确性及其数据输送的可靠性，可以改善传统复杂电网的紧急风险，加以改进便可以发挥明显的优势，是大趋势下我国电力发展必须跨上的重要台阶。

参考文献：

[1]陈喆.广域继电保护与传统继电保护的探究[J].数字化用户,2018,024(019):51.

[2]曹伟.广域继电保护与故障元件判别的探讨[J].通信电源技术,2018,35(08):288-289.