《《电力系统新技术》课程报告 姓名： 杨丽勤 专业： 电力系统及其自动化.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电力系统新技术》课程报告 姓名： 杨丽勤 专业： 电力系统及其自动化.doc（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、电力系统新技术课程报告姓名： 杨丽勤 专业： 电力系统及其自动化 学号： 1043010988 杨丽勤 1043010988 研1015班 组别：第K组广域保护摘要：广域保护系统能有效地遏制日益频发的大规模电力系统连锁故障，是未来系统保护的发展方向。本文分析了广域保护与传统继电保护的区别，介绍了广域保护的基本概念及研究现状，就一种智能的广域保护方案进行了分析。关键词：广域保护 后备保护 广域测量系统 智能跳闸 选择性1.前言随着互联电网区域的扩大,交换容量的增加，电网电压等级的提高，电力系统运行和控制更加复杂，出现故障和不稳定的几率大大增加，对继电保护和安全自动装置要求越来越高。国外电网数次大
2、停电事故的发生并不是因为继电保护和安全自动装置误动作,恰恰相反,它们都能正确动作,但是仍然不能避免大规模停电事故的发生,其原因就在于它们之间缺乏相应的配合协调,基于本地量的装置难以反映区域电力系统的运行状况。在全国联网的超大型电网形成后，我国电网在运行过程中也可能会遇到类似国外大型电网的问题，为了维护大型电力系统的安全性和稳定性，避免发生大停电事故，我国必须加快广域保护原理研究进程，尽快实现广域保护系统的实用化，将继电保护系统由目前的“点”保护提升为能适应电网互联要求的“面”保护。此外计算机及通信计算的发展，为建立更完善的保护控制系统提供了条件，基于广域测量系统的广域保护成为当前电力系统的重大
3、前沿研究课题之一。2.广域保护的概念广域保护可概述为：以获取系统多点的信息，对故障进行快速、可靠、精确的切除，同时分析故障切除对系统安全稳定运行的影响，并采取相应的控制措施，以提高输电线可用容量或系统可靠性。国际大电网会议将广域保护的功能及控制手段等进行了定义，其动作时间范围在100ms100s之间。国际大电网会议规定：从应用的角度来看，电力系统广域保护（稳控）及相应的监视测量系统带来三方面的效益：(1)保证大电网的安全稳定运行；(2)实时掌握及充分利用电网的输电能力，是电力市场运行的有力工具；(3)更准确的电网规划。3.当前后备保护及安全自动装置存在的问题继电保护的任务，特别是在超高压电网中
4、，主要用于应对以电流和电压突变为基本特征的故障情况，而对于电网的异常运行状态，例如过负荷、低频、低压等没有大的突变、相对于故障而言变化缓慢的问题，则主要是由电网的安全自动装置来解决。目前，后备保护和安全自动装置的动作行为都是基于本地量信息，彼此之间各自独立，没有配合。我国电力系统继电保护的配置一直沿用主保护加后备保护的模式。以22OkV系统为例，线路保护一般以纵联保护作为主保护，三段式距离保护、零序保护作为后备；母线保护以电流差动保护构成主保护；主变保护以电流差动作为主保护，多段式方向过流保护、阻抗保护、零序保护等作为后备。主保护的保护范围均是元器件本身，后备保护则是通过多段式保护的动作时限、
5、动作定值和动作区的相互配合来实现的，构成一定区域间的整体保护。近年来，随着电力工业的发展，电力系统主保护的研制得到不断改进，目前我国超高压电网普遍采用的保护装备动作正确率为99.82%，主保护动作速度1025毫秒，在不久的将来还有望进一步提高，可以很好的满足电力系统的需要。相比而言，后备保护的发展显得缓慢滞重，目前后备保护还是几十年前的模式，存在许多问题，主要表现在；1）传统后备保护的整定还是根据阶梯整定原则进行的，随着电网规模的不断发展，其网络构成和电流流向日趋复杂，这给后备保护的定值、时限的配合造成很大困难，无法适应系统的动态变化；2）按照阶梯时限原则配置的后备保护动作延时太大，往往不等后
6、备保护作系统已经发生严重的事故；3）后备保护没有明确的保护对象，在主保护拒动时后备保护往往不能准对故障进行定位，扩大了故障影响范围，进一步加剧了系统的暂态不稳定性；4）为了扩大后备保护的动作区域，许多输电线路的后备保护整定阻抗较大，此时系统过负荷等不正常运行状态可能导致保护误动作。目前的现实情况是，后备保护正确动作的机会很少，而因后备保护不恰当作造成的事故或事故恶化屡有发生。可以说，随着主保护正确动作率的不断提高，因主保护拒动而启动后备保护的情况越来越少，而因后备保护本身整定缺陷以与安全自动控制装置相互之间没有配合而引发的故障越来越多，国际上近年来连发生的大停电事故大都有这方面的原因。所以，我
7、们应该考虑在完善后备保原有功能的同时，赋予它新的使命。对于目前的安全自动装置来说，同样也存在与保护缺乏配合的问题。在电系统中，安全自动装置承担着监视系统不正常运行的任务，并通过切负荷、投发电机、系统解列、汽门控制等措施对电力系统进行安全稳定控制，以保证系的正常运行。但是目前的安全自动装置都是在检测到系统产生不正常运行态以后再采取控制措施，例如检测到系统频率和母线电压降偏离正常值一定程且持续一定时间后才执行切负荷或切机操作，属于事故后控制措施。此外，目前使用的安全自动控制判据也都是基于本地量信息构成，反映的只是系统某点或小一个区域的运行状态，不能反映整个电网的安全运行水平，装置之间缺乏相协调和配
8、合，且安全自动装置的动作与继电保护装置的动作彼此之间完全独立，难以做到对系统进行优化控制。这样很可能导致系统某点发生故障后，安全自装置的动作由于不及时并没有起到有效避免大停电事故发生的作用，反而进一扩大故障影响范围，引发连锁跳闸而导致更严重的事故。广域后备保护应具备以下功能：(1)当主保护投入运行时，用作后备保护；(2)当断路器失灵时，用作断路器失灵保护；(3)当主保护退出运行时，用作主保护和后备保护。4.广域保护的发展现状4.1 广域测量系统目前，随着广域测量系统（WAMS）的出现以及通信技术和计算机技术的快速发展，构建新型广域后备保护系统的技术条件已经具备。尤其是基于PMU的广域测量系统的
9、出现，为广域后备保护的实现奠定了良好的基础。广域测量系统主要由三大部分组成，分别是分布在各厂、站的同步相量测量单元(PMU)、覆盖全网的高速数据通信网和安装在调度端的相量数据集中器 (PDC)。其核心思想是：基于全球定位系统(GPs)所提供的高精度时钟，同步采集广域电网的实时运行参数，借助于高速通信网络将分散的相量数据集中起来，得到电网全局时空坐标下的动态信息，从而实现对系统动态过程的实时监测和控制，提高电网的自动控制和安全稳定水平。目前WAMS的技术发展水平已日趋成熟，世界上多个国家，如美国、加拿大、法国、西班牙、丹麦、日本等都陆续安装了广域同步测量系统，并构建了基于WAMS的高级应用系统。
10、我国也已经有自主研制的WAMS系统并己投入实际运行。在广域信息的实时通信方面，目前国内外也已有大量的研究成果，可以保证广域信息实时通信的快速性和可靠性。广域测量系统和通信技术的发展，为广域信息的采集和应用提供了很好的平台。4.2 广域保护由于借助WAMS可以获知整个系统的运行状态，针对目前因后备保护不恰当动作造成的连锁跳闸事故，可以通过扩大保护的信息采集范围来实现考虑全局状态的广域保护系统，从而实现各后备保护彼此之间以及后备保护与安全自动装置之间的协调配合，达到电网的整体最优控制。从目前各方面条件来看，实现这种配合是完全可行的。以线路保护常用的三段式方向距离保护为例，距离m段作为后备保护，一般
11、设定的延时时间为1-5s，而故障测量元件感受故障发生仅需几毫秒，WAMS的数据传输延时一般为20-50ms，在此延时期间，我们完全可以利用采集的广域信息，执行快速算法，将安全稳定控制措施纳入其中，保证电网安全稳定运行，避免大规模连锁事故的发生。目前进行的广域保护原理方面的研究主要有：基于电网中多个距离保护元件的判断结果，依靠专家系统集中决策的广域后备保护算法；根据保护范围内各智能电子设备IED的故障方向信息，用不同方法确定故障位置的纵联方向比较原理的广域继电保护算法；基于电流差动原理的广域保护算法。这些算法的提出为构建广域保护系统提供了基础。就目前的研究来看，广域继电保护系统的结构一般可分为3
12、种：区域调度中心集中式（广域保护决策机位于区域调度中心，IED分散安装于各电气信息采集点）、变电站集中式（广域保护决策机位于变电站，IED分散安装于各电气信息采集点）、分布分散式（分散安装的IED不仅具有采集电气信息的功能，还需要进行保护功能的执行和决策）。广域保护装置需要与安装于系统其他位置的保护或测量装置进行相互通信，来实现保护的功能。但对广域继电保护而言，接收故障信息的范围并不是越大越好，有必要开展保护范围和关联域划分的研究。IED的各层保护区可以采用图论的方法形成，当主保护内故障无法被切除时，通过跳开后备保护区边界的所有断路器来快速切除故障。基于“拓扑树”的IED搜索方法，在主保护无法
13、切除故障时，依靠广域后备保护动作，跳开保护区边界断路器，以较大范围的跳闸来切除故障。采用基于图论方法的专家系统，根据SCADA系统中一次、二次设备状态信息及拓扑连接关系，在线确定各一次设备的电流差动主、后备保护区。Agent 技术在电力系统中的应用，为广域保护的实现提供了新的思路。多Agen的广域电流差动保护系统，通过各保护Agent间的配合协调实现对整个电网的主、后备电流差动保护。利用Agent实现的新的电网后备保护系统，当主保护拒动时，后备保护决策单元能快速地、有选择性地切除故障。通过将WebService和Agent技术相结合，形成电力多Agent广域协作平台。基于智能多代理系统（MAS
14、，Multi AgentSystem）的广域电网保护协调系统，当与多个保护区邻接的保护Agent切除故障失败而断路器仍闭合时，由相邻设备融合而成的新保护区检测并隔离该故障。以上研究主要针对广域保护的算法和分区等问题，着眼于利用全局信息，提高后备保护动作速度，解决了传统后备保护配合困难、延时大的缺陷。在主保护区无法切除故障时，一般采用跳开后备保护区边界所有断路器的方法来切除保护区内单个一次设备的故障。这种跳闸方法与传统后备保护的跳闸方法相似，是以较大范围的停电为代价来切除故障，基于满足实时性和可靠性要求的广域通信网络，广域保护装置能控制系统中其他位置的断路器。5.广域保护的动作行为分析尽管广域保
15、护系统所采用的算法不尽相同，系统结构也不一样，但从保护范围来看，其保护区仍然可以划分为广域保护主保护区和广域保护后备保护区，以下简称主保护区和后备保护区。主保护区内包含单个一次设备，如变压器、母线、线路等。当系统中发生故障时，广域保护装置会先进行各个主保护区的判断，后备保护区则包含2个或者多个一次设备，如果某主保护区无法进行故障判断，会由包含该主保护区在内的2个或者多个主保护区形成后备保护区，给该主保护区提供后备保护。一般而言，后备保护区是有限的层次结构，第一层包含相邻的2个主保护区，随后备保护区层级的扩大，其所包含的主保护区会逐渐增加，本文以基于电流差动原理的分布分散式广域保护系统为例，说明
16、主、后备保护区的形成方法。对于分布分散式的广域保护系统而言，安装在各断路器处的IED负责采集本地各种电气信息量，并与其他相关IED通信以协同完成广域保护系统的主保护和后备保护功能，以下简称主保护和后备保护。需要协同完成单个一次设备保护的IED就属于同一个主保护区。当检测到系统中的故障扰动时，每个IED都会根据系统的拓扑结构，搜索处于同一主保护区内的其他 并与之通信，交换测量电流信息进行电流差动保护计算，完成主保护区的故障判断。如果由于某种故障导致一个IED的测量信息无法为其他IED所获取，则这个IED所处的2个相邻主保护区均将无法独立进行各自的保护判断，此时，这2个主保护区内的其他正常工作，会
17、根据,系统拓扑结构，按照既定的搜索策略，扩大信息交换范围，不仅与本主保护区内仍正常工作的IED通信，而且还与另一主保护区内正常工作的IED通信，从而获得2个主保护区融合形成新的后备保护区的全部边界支路的电流信息，进行电流差动保护判据计算，判断此后备保护区是否发生内部故障。现以图1中的为例，说明主、后备保护区的形成方法。当通过启动元件检测到故障扰动时，会根据系统拓扑结构查找与其处于同一主保护区内的其他IED。经过搜索会与同属于主保护区1的通信，交换电流信息进行电流差动保护计算，构成线路的保护。同时，它也会与同属于主保护区2的通信，交换测量电流信息进行电流差动保护计算，构成母线的保护。现假设广域通
18、信网络产生了拥塞或出现故障，其他IED无法获取的测量电流信息。当通过启动元件检测到故障扰动时，就会根据系统拓扑结构，判断出还属于主保护区2。此后它就会与处于主保护区2内的另一正常工作通信交换测量电流信息，进行电流差动保护判断。同样，当通过启动元件检测到故障扰动但又无法获取的测量电流信息时，也会根据系统拓扑结构判断出还属于主保护区1，进而与处于主保护区1内的另一正常工作通信交换测量电流信息，进行电流差动保护判断。这样，处于 2个相邻主保护区内的和协同工作完成了后备保护区3的故障判断。正常情况下，主保护区的保护装置能可靠动作以准确切除故障元件，只有当发生某种故障导致主保护区不能进行正常故障判断时，
19、才会由广域后备保护动作来切除故障，但这种动作会造成保护区内非故障元件的停电，扩大了停电范围。以上述广域保护系统为例，如果无法正常工作，则和将失去主保护，此时如果两元件中的任一个发生故障，只能由、构成的广域后备保护区3提供后备保护，跳开、，和都会被切除。与传统后备保护一样，这种跳闸策略选择性也不强。随着智能断路器的使用，数字化变电站的发展和广域通信网络的构建，广域保护系统中的保护装置可以通过网络通信等方法向同一个变电站中的断路器发出跳闸命令，甚至有可能向远方断路器发出跳闸命令。下文提出一种后备保护智能跳闸策略。6.广域后备保护的智能跳闸策略当广域系统中的某一IED通过启动元件检测到故障扰动时，会
20、根据系统拓扑结构搜索与其处于同一主保护区内的其他IED，与之通信交换测量电流信息进行电流差动保护计算，给主保护区内单个一次设备提供保护。当广域系统中某一IED的测量信息无法被其他IED所获取时， 该IED所处的2个相邻的主保护区内的其他正常工作的IED会根据系统拓扑结构，扩大搜索范围，相互通信交换测量电流信息进行电流差动保护判断，共同完成由这2个主保护区所构成的后备保护区的故障判断 一般而言 系统中同时发生2个IED的测量信息无法被获取的概率很小，在此前提下，以广域保护系统中一个IED为例，提出智能跳闸策略步骤。a. IED通过电压或电流突变量启动元件检测系统中是否发生故障，如果没有检测到故障
21、启动， 则重复执行本步骤；如果检测到故障启动，则转入步骤b。b.该IED根据系统的拓扑结构，搜索与其处于同一主保护区内的其他IED并与之通信，交换测量电流信息，然后分别对信息完整的各主保护区进行故障判断，如果检测到某主保护区有内部故障，则IED该动作跳开所控制的本地断路器。c.如果此IED相关主保护区中有一个主保护区的某一IED信息缺失，转步骤d，否则跳转到步骤g。d.该IED根据系统的拓扑结构，按照既定搜索策略，找出此信息缺失IED还属于哪个主保护区，然后与这个主保护区内的其他正常工作的IED通信，交换测量电流信息，由此形成后备保护区，进行故障判断。如果判断无故障则转步骤g；如果判断有故障，
22、则转入步骤e。e.该IED向上述测量信息无法被获取的IED处的断路器发出跳闸命令，该断路器跳开后，转入步骤f。f.该IED应用除信息缺失测量点以外的其他测量点电流信息进行故障判断，检测此信息缺失主保护区是否发生内部故障，如果存在内部故障，该IED动作跳开所控制的本地断路器。g. IED完成故障判断。以图1中主保护区1、2和广域后备保护区3为例，说明广域后备保护的智能跳闸策略。当由于某种原因导致其他IED无法获取的测量信息时，主保护区1和2均不能进行正常的故障判断。此时，会根据系统拓扑结构，搜索到，同样，也会根据系统拓扑结构搜索到。与相互交换电流信息进行电流差动判断，构成后备保护区3。如果判断有
23、故障，则根据智能跳闸策略分析，跳开断路器。之后，对于和而言，的测量电流信息即变成为已知量零。就可以利用本地测量电流信息与该零电流量进行电流差动保护计算，完成主保护区1的故障判断；同样，也可以利用本地测量电流信息与该零电流量进行电流差动保护计算，完成主保护区2的故障判断。当广域系统中某个测量点处的信息无法被获取时，后备保护区可对无法进行故障判断的2个主保护区提供保护。常规的后备保护跳闸策略在判断有内部故障的前提下，将跳开2个主保护区。而新的后备保护跳闸策略通过故障判断与纵续跳闸相结合的智能方法，可以有选择性地切除发生故障的主保护区。常规广域后备保护的跳闸策略可能切除后备保护区中的非故障元件。以图
24、1为例，假设故障发生于上。若的测量电流信息无法被其他所获取，会由后备保护区3进行故障判断，跳开断路器和，非故障母线也会随之被切除。而智能跳闸策略可以显著提高保护的选择性，在上述故障但的测量电流信息缺失的情况下，后备保护区3检测到故障后，并不是动作于跳开断路器和，而是跳开处的断路器。当跳开后，再分别进行主保护区1、2各自的电流差动保护判断。这样就可以准确找出故障发生于线路上，再由主保护区1的发出跳闸命令跳开断路器，而没有发生故障的母线，不会被切除。采用常规后备保护跳闸策略，切除故障所需要的时间有3个来源：a.主保护区拒动，搜索形成后备保护区的时间；b.后备保护区各之间的通信、故障判断、发出跳闸命
25、令的时间。c.后备保护区边界所有断路器都跳开所需要的时间。在上述后备保护区3动作情况下，采取常规后备保护跳闸策略，切除故障所需的时间，包含、进行各自主保护区故障判断并随后进入后备保护区搜索这一过程的时间，、相互通信并进行故障判断、发出跳闸命令的时间，断路器、完全跳开所需要的时间。该智能跳闸策略延时会稍有增加，包含5个部分，第1、2部分与常规跳闸策略相同，第3部分为信息缺失处断路器的动作时间，第4部分为主保护区的故障判断并发跳闸命令的时间，第5部分为发生故障主保护区内其他断路器的动作时间。在前述故障情况下，智能跳闸策略第3部分延时为断路器完全跳开所需要的时间，第4部分延时为、进行各自主保护区故障
26、判断并发出跳闸命令的时间，第5部分为断路器的动作时间。由此可见，相对于常规后备保护跳闸策略数百毫秒的延时，智能跳闸策略仅增加了一次断路器跳闸时间和一次故障判断时间，十分有限，但保护的选择性得到了显著的提高。7.结论及见解为了适应智能电网建设对继电保护提出的高要求,广域后备保护系统成为研究热点。广域后备保护系统依靠计算机通信网络进行充分的协作，能够克服传统保护仅靠本地信号进行判断的弊端，从区域角度发现故障元件，拜托传统保护的时限约束，提高系统的整体智能性、可靠性。广域保护高度依赖于通信网络，通信时间的延迟及通信网络故障将严重影响保护的可靠性。如何减小通信故障对保护的影响，是研究的一个方向。可在所
27、提出的防连锁过载跳闸保护的基础上，对调度中心采取消除过负荷的方法和措施进行进一步研究，实现保护与调度的结合。参考文献：1M.M.Eissa, M.Magdy Mohamed Elanwar and M.Elshahat Masoud, “A Novel Back Up Wide Area Protection Technique for Power Transmission Grids Using Phasor Measurement Unit”,IEEE Trans.Power Del., vol.25, no.1, Jan.2010.2丛伟,潘贞存,赵建国.基于纵联比较原理的广域继电保护算法J .中国电机工程学报,2006,26(21):8-14.3周良才,张宝会,薄志谦.广域后备保护系统的自适应跳闸策略J.电力系统自动化,2011,36(1):55-60.4利丰,王来军等.广域后备保护智能跳闸策略研究J.电力自动设备,2011,31(6):84-92.5易俊,周孝信.电力系统广域保护与控制综述J.电网技术,2006,30(8):7-12.6杨春生,周步祥,林楠等.广域保护研究现状及展望J.电力系统保护与控制,2010,38(9):147-150.