电力系统保护与控制

电力系统保护与控制

朱俊龙

国网黑龙江省电力有限公司延寿县供电分公司 黑龙江 延寿 150700

摘要：在经济快速发展的过程中，社会对用电的需求越来越大，电力系统成为社会热点问题，对电子系统保护与控制成为关键因素，本论文主要从电力系统面临的挑战与机遇、电力系统保护与控制存在的问题、电力系统保护与控制的技术发展进行阐述电力系统保护与控制，希望为研究电力系统保护与控制的专家和学者提供理论参考依据。

关键词：电力系统；保护；控制

当今社会 ，电力是一个重要的能源 ，对人们生活水平的提

高以及社会经济的发展起着极为重要的影响。现今的电力系统是一个比较大的系统 ，主要包含了电能的产生、分配、运输以及用电等环节。电力系统的不断发展 ，对继电保护提出了更高的需求。微机保护装置的普遍使用 ，且继电保护的二次系统自动化能力在不断的加强 ，现今有很多的数字信息是由人工处理的模拟信息转化而来的 ，并且技术管理人员而言 ，很多的资料以及试验文档等都必须用计算机来完成。

1电力系统面临的挑战与机遇

1.1电力系统面临的挑战

首先，电力市场的出现将竞争引入了电力行业,打破了长久以来的垄断,有利于电力行业的健康发展和降低电价;但同时电力市场又使得电网被人为分成了许多由不同公司控制的部分,各公司为了自身的经济利益有尽可能减少投资、充分利用现有电力设备的倾向,因而使得电网的运行状态越来越接近于稳定极限。其次，电网规模越来越大,各大区域电网逐渐互联,然而,各个区域电网的联系仍非常脆弱,往往仅通过数条超高压、远距离输电线路相联,在夏季等重负荷时期,在这些关键的联络线上传输的功率常接近其输送功率极限。在这种情况下运行的系统抗扰动的能力将大大降低,很容易因为一条联络线发生偶然事故断开后造成其余线路过负荷而相继断开,从而使事故蔓延,甚至造成系统崩溃。最后，电力系统中运行的保护及安全自动装置大多采用保护元件,其工作方式是采集装置安装处的系统电流、电压量,经过计算后得到一些反映系统状况的参数值,然后与预先整定的门槛值进行比较,若超过门槛值则执行某种动作。这些装置的动作原理和动作时间都不相同,互相之间又缺乏有效的协调,因此在某些情况下(如发生连锁故障时)会恶化系统的运行状况。

1.2电力系统面临的机遇

在计算机领域,机群的出现使得低价格、高性能的并行计算解决方案成为可能,这大大提高了对超大规模电网非线性动态过程的仿真能力,使得动态安全分析等以前只能离线计算的应用有了在线运行的能力。在通信领域,采用同步数字体系、异步传输模式协议的光纤通信及低轨道卫星通信使得高性能、低延时的实时通信成为可能,这是实现电力系统广域保护的前提之一。此外,基于全球定位系统的同步相量测量单元的出现也使得广域保护能统一考虑全网各个区域的数据。

2电力系统保护与控制存在的问题

2.1对电网大面积停电事故发生的根本原因缺乏了解以及有效的判别方法

首先，在国外最近发生的几次大停电事故中,事故的起因通常是很小的随机事件,然而由这些小事件引发的连锁故障却很快造成了系统崩溃。目前,这样的连锁故障已经成为电网安全运行的杀手之一,也引发了一股研究热潮。但总体来说,我们对连锁故障的研究才刚刚开始,对其发生的根本原因还认识不够,更缺乏有效的预防手段。其次，电力受端系统的暂态电压稳定性破坏是引起大面积停电的主要诱因之一。几十年来,电力系统电压稳定性的研究成果主要集中在静态电压稳定方面,研究人员提出了潮流雅可比矩阵发生奇异是导致电网静态电压失稳原因的基本判据。但在暂态电压不稳定的判别方面,由于负荷动态行为的复杂性,迄今还没有任何理论和方法经过实际检验可作为电网暂态电压稳定性评估的严格科学判据。

2.2如何实现可靠的实时通信

相对于传统的监测与控制系统,广域保护系统对通信提出了更高的要求。广域保护系统从发现事故到确定系统稳定状况再到发出并执行控制指令所消耗的时间不能超过数百毫秒,而且除去PMU的数据刷新时间(目前实际应用的系统大约每40ms刷新一次数据)和控制中心计算所需的时间,留给数据通信的时间就更少了。同时,系统发生事故时正是系统数据传输最繁忙的时候,各种遥测、遥信、报警信息纷纷涌向控制中心,通信网络可能因为数据量太大而发生阻塞。这时,如何保证优先、可靠地传送最关键的数据也是需要解决的一个问题。此外,在通信系统发生故障时,如何避免影响数据通信、造成数据丢失也需要进一步研究。

2.3对电网的监测与控制方法

首先，由于成本原因,在系统的每个节点都配备PMU是不现实的,而且也没有必要,所以如何利用有限的PMU在实现系统可观测性的前提下尽可能提高各种基于PMU的高级应用的精度和鲁棒性就成为迫切需要解决的问题。其次，世界上很多国家的电力系统都已经安装了PMU,但这些PMLJ所提供的新的系统信息还没有得到充分的利用。WACS系统,就仅用到了PMU提供的电压幅值量;西班牙的CSE电力公司也仅用PMU得到的数据来改善状态估计的精度。最后，系统中存在的各种保护及安全自动装置的动作原理和动作时间均不相同,对系统产生的影响也不一样,如果协调不好,它们之间的相互影响可能反而会使系统的运行状态更加恶化。

3电力系统保护与控制的技术发展

3.1智能化发展

人工智能化技术已经在电力系统中的各个领域中得到普遍的使用 ，且已经开始研究其在继电保护系统的运用 ，例如模糊逻辑、神经网络、进化规划以及遗传算法等技术。神经网络就是非线性的一种映射办法 ，使用神经网络能够有效且快速的解决一些难以求解的非线性问题。由此可见 ，在继电保护领域中使用人工智能技术是一种必然的趋势。

3.2自适应控制技术的发展

该技术就是依据电力系统的故障情况以及运行方式的变化 ，对其定值、保护性能进行实时改变的一种新型继电保护技术。自适应继电保护的基本的观点就是使其保护能够与电力系统中的改变相匹配 ，从而能够提高系统的保护性能。该技术在变压器的保护、输电线路的距离保护等方面有着极大的发展前景。

参考文献：

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[5]致力于提供完整的继电保护测试方案——访北京博电新力电力系统保护与测试有限公司总工程师向前先生[J]. 李海军.  电工技术杂志. 2003(08)

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[9]电力系统保护与控制[J].   电气时代. 2018(11)

[10]关于召开中国电力系统保护与控制学术研讨会预通知[J].  电力系统保护与控制. 2008(16)