電網(wǎng)繼電保護和安全穩(wěn)定緊急控制面臨的問題與需要開展的研究(2)-西交大張寶會老師.ppt

電網(wǎng)繼電保護和安全穩(wěn)定緊急控制面臨的問題與需要開展的研究,張 保 會,西安交通大學 2006/10/15,目錄,電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題 保護與緊急控制國內外現(xiàn)狀 搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行緊急控制的基本思路 建議研究的問題 結論,一、電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題（1）,1、保證全國性互聯(lián)電網(wǎng)的運行安全性是電力發(fā)展的頭等大事 我國電網(wǎng)今后發(fā)展的總方針：“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”。西南部省份向東部地區(qū)輸送電力將達到2000萬千瓦，交直流輸電線路超過20回，輸電距離上千公里。西北部省份將采用750kv和330kv電磁環(huán)網(wǎng)經直流東送電力。如何避免故障時的連鎖反應，保證遠距離和大功率的輸電斷面的運行安全性是電力發(fā)展迫切需要解決的現(xiàn)實問題。 全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)運行方式，使得兩側電網(wǎng)內部的某些重要輸電斷面穩(wěn)定水平下降，如何保證較大干擾時運行的穩(wěn)定性是電網(wǎng)運行的當務之急。,一、電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題（2）,2、高效、可靠的繼電保護和緊急控制系統(tǒng)是保障西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)安全運行的關鍵技術 鑒于電力系統(tǒng)運行方式的多變性、電網(wǎng)功率的實時平衡特性，和故障發(fā)生的不可完全避免和隨機性，高性能的繼電保護是保障電網(wǎng)安全運行的第一道屏障。任意堅強的網(wǎng)絡都必須快速、可靠地切除故障元件，任意堅強的網(wǎng)絡在一系列的元件被切除后都有可能變?yōu)楸∪蹙W(wǎng)絡。保證故障元件被繼電保護切除后剩余網(wǎng)絡的安全性，高速有效的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)是安全運行的第二道屏障。有效、可靠的繼電保護和安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)是保證電網(wǎng)運行安全性的重要物質條件。,一、電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題（3）,3、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)給繼電保護和緊急控制提出了新的挑戰(zhàn) 現(xiàn)有的繼電保護能否滿足更高一級電壓（750kv）網(wǎng)絡對動作速度、暫態(tài)性能的要求。 大功率電力電子設備突然故障，其暫態(tài)過程對交流線路保護有何影響、如何克服？交流線路的故障與切除對直流系統(tǒng)、柔性輸電系統(tǒng)的保護與控制有何影響、如何克服？ 現(xiàn)有的電力元件主保護相互獨立，故障元件被突然切除后是否會產生連鎖的元件運行不正常而被保護依次跳開，會否形成類似美、加的大停電事故？ 為了防止西電東送輸電斷面的運行安全性，如何構建元件保護與緊急控制一體化系統(tǒng)？ 全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)方式，如何充分發(fā)揮互聯(lián)效益又能保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性？ 萬一互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，如何將系統(tǒng)解列才能縮小停電范圍和停電時間？,一、電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題（4）,4、現(xiàn)有的理論和技術難于解決上述理論和技術問題 現(xiàn)有的保護反應工頻電氣量，動作速度難于再提高。高頻和衰減直流分量對正確動作有害，但短窗、高效、快速的濾波方法尚未突破。 保護以電力元件為對象，以切除故障元件為己任，整個電網(wǎng)主保護系統(tǒng)并不協(xié)同動作，反應輸電線路過負荷的保護可能會出現(xiàn)保護正確動作而造成連鎖過載，使得系統(tǒng)的瓦解，缺乏輸電斷面或網(wǎng)絡的保護。 穩(wěn)定性預測與緊急控制尚無不依賴系統(tǒng)模型和網(wǎng)絡參數(shù)的理論方法，而系統(tǒng)的模型和參數(shù)又是不準確的，缺乏適應性強、預測速度快、控制高效、可靠的緊急控制系統(tǒng)。 互聯(lián)系統(tǒng)的解列（點）面是固定設置的，不能適應失穩(wěn)模式的變化，縮小停電范圍，避免事故擴大。,一、電網(wǎng)繼電保護與緊急控制面臨的問題（5）,5、我國保護與緊急控制的研究、運行基礎好，取得突破性進展是可能的 繼電保護的運行統(tǒng)計（2002年）表明，國產保護與進口保護相比，在動作速度和可靠性方面（動作時間1030ms，正確率99.86）具有國際先進水平。 利用自適應重合閘（永久與瞬時故障判別、最佳重合時間、分相重合、自適應重合等）提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，我國具有領先水平。 區(qū)域系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性預測和緊急控制，我國極為重視，從上世紀80年代就開始研究和應用，尚未出現(xiàn)美、加那樣的大停電。 對聯(lián)絡線兩側系統(tǒng)失步的檢測和解列，國內已研究了多種原理和裝置在現(xiàn)場應用。 繼電保護和緊急控制領域的研究我國具有優(yōu)勢基礎，結合“西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)”開展基礎研究，取得原創(chuàng)性的成果，是可能的。,二、國內外研究現(xiàn)狀(1),美國、加拿大： 網(wǎng)架比我國強壯，繼電保護的動作速度、可靠性、實現(xiàn)技術與我國相當；某些原理（故障分量、躲振蕩、非全相運行又故障、重合閘等）不如我國先進。并沒有我國保證電網(wǎng)安全的“三道防線”的明確概念和規(guī)程。 在安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)的研究與建設方面，重視程度不夠、研究水平較差，曾發(fā)生震驚全球的如65年、9697年、2003年8月14日等多次全國性大停電，給全世界電力系統(tǒng)提供沉痛教訓。,二、國內外研究現(xiàn)狀(2),歐州： 網(wǎng)架堅強、輸電距離短；保護的制造、運行水平與我國相當，動作速度、原理研究比我國稍差。緊急控制系統(tǒng)的研究與應用幾乎空白。 日本： 輸電距離短、網(wǎng)架比我國堅強；重視安全穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)的研究與建設，借助于發(fā)達的通信系統(tǒng)，構建“離線策略表”、“在線策略表”的實時控制系統(tǒng)。但是仍不能解決控制決策依賴于系統(tǒng)的模型與參數(shù)，因模型與參數(shù)的誤差造成的不準確問題。,二、國內外研究現(xiàn)狀(3),前蘇聯(lián)： 網(wǎng)架和輸電距離與我國類似；保護的原理研究水平與我國相當，但在數(shù)字式保護的算法、實現(xiàn)技術、安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)研究與應用方面，不如我國。重視反事故自動裝置的研究，大量采用分散式的安全自動裝置，區(qū)域型緊急控制系統(tǒng)不多。 我國： 500kv保護、使用“離線策略表”的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)等經驗豐富。但是，750kv保護、含有大功率電力電子設備的混聯(lián)輸電斷面的保護、電磁環(huán)網(wǎng)輸電的保護和緊急控制技術、弱聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性預測與緊急控制、自動識別失步斷面的系統(tǒng)解列、電力市場環(huán)境下保護配置方式等都是有待研究的重大理論和技術問題，沒有經驗可以照搬。,三、搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行緊急控制的基本思路（1）,1、電網(wǎng)的運行安全性需要規(guī)劃、運行調度、實時保護與緊急控制三個階段的協(xié)同工作、共同保障。 2、對于運行中的互聯(lián)電力系統(tǒng)：夯實“三道防線” 局部系統(tǒng)內部元件的故障或擾動，由切除故障元件和在局部系統(tǒng)中采取措施來消除，不使它的影響擴散到局部系統(tǒng)外； 區(qū)域系統(tǒng)之間輸電斷面上聯(lián)絡線的故障，首先切除故障元件并盡量保持輸電斷面的完整性； 影響多個互聯(lián)區(qū)域安全性的擾動在多個區(qū)域采取措施，共同來消除擾動產生的影響； 互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應按功率盡可能平衡的原則解列，避免大面積停電事故。,三、搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行緊急控制的基本思路（2）,3、基于上述思想并結合我國的技術現(xiàn)狀，應該重點研究： 交、直流混聯(lián)輸電系統(tǒng)和750kv輸電系統(tǒng)在電力元件保護方面產生的新問題，并采用新原理的元件保護加以解決； 西電大功率東送在輸電斷面上可能出現(xiàn)的問題，研究構建輸電斷面安全性保護和緊急控制一體化的保障體系來解決； 研究全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)可能產生的穩(wěn)定水平下降問題，采取實時的穩(wěn)定性預測與緊急控制系統(tǒng)阻止穩(wěn)定的破壞； 采取自適應的解列手段防止事故的擴大； 研究電力市場化運營后保護和緊急控制的代價、贏得的效益及其分擔，以及適應市場化體制的保護與緊急控制的配置原則，提高市場各參與方維護電力系統(tǒng)安全性的積極性。,四、 建議研究的問題（1）,1、高性能新型繼電保護原理研究 （1）適應嵌入電力電子設備的輸電系統(tǒng)容錯式保護研究：分析超高壓、交流直流混合系統(tǒng)的故障暫態(tài)過程特征，研究采用短窗、抗強諧波、濾除長暫態(tài)的動態(tài)容錯數(shù)字算法，采用硬件容錯、原理容錯、信息容錯技術提高數(shù)字保護的性能。 （2）750kv輸電系統(tǒng)新型保護的研究：研究基于波形系數(shù)小波技術和小矢量算法等的自適應方法，提高抗干擾能力，加快保護動作速度，提高保護的整體性能。 （3）反應故障暫態(tài)分量的超高速保護新原理研究：從原理上利用暫態(tài)分量區(qū)分元件內、外部故障，實現(xiàn)超高速，不是濾除故障暫態(tài)分量；利用單端暫態(tài)量實現(xiàn)線路保護全線速動等。,四、 建議研究的問題（2）,2、輸電斷面安全性保護的研究與開發(fā) （1）輸電斷面的實時搜索快速方法：跟蹤運行方式的變化，時刻掌握輸電斷面及其潮流。 （2）輸電斷面連鎖過載的預測與實時評估：預計算或當線路過載保護起動后計算，斷面中過載線路開斷后剩余線路是否會連鎖過載，若會則給出并執(zhí)行緊急控制方案。 （3）消除輸電斷面不安全的快速控制算法：發(fā)展消除斷面過載的控制算法，要求在一秒內完成。,四、 建議研究的問題（3）,3、不依賴于系統(tǒng)模型與參數(shù)的互聯(lián)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制理論與技術研究 （1)基于同步相量測量的發(fā)電機搖擺軌跡的預測理論及方法：利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下測得的功角、角速度和功率等，研究對各機組動態(tài)軌跡進行準確、快速的超長時預測算法。 （2)全網(wǎng)穩(wěn)定性實時預測理論與算法研究：研究故障中、故障后機組實測不平衡功率、功角相對角度中心之間的變化軌跡，及軌跡的變化特征與不穩(wěn)定邊界、控制量的關系，獲得暫態(tài)不穩(wěn)定的快速預測判據(jù)與實時控制的算法。 （3)全網(wǎng)穩(wěn)定性實時控制系統(tǒng)的實現(xiàn)技術研究：利用關鍵廠站和輸電斷面的同步相量測量設備、預測算法和超實時的不穩(wěn)定邊界判據(jù)，解決互聯(lián)電力系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)的技術。,四、 建議研究的問題（4）,4、廣域信息的網(wǎng)絡保護與緊急控制一體化的研究 （1)線路保護與重合閘最佳配合的理論與方法：研究可靠的瞬時與永久故障的區(qū)分方法，最佳重合時間的捕捉技術，分相在故障不嚴重側重合等保護與重合閘的配合等問題。 （2) “輸電斷面”保護系統(tǒng)的研究：利用輸電斷面的廣域運行信息，預測單元件故障被切除后斷面其它元件的運行狀態(tài)，動態(tài)改變保護定值，如短時允許過負荷、直流功率的短時增加等，以避免非故障元件被連鎖切除。 （3)基于多agent的網(wǎng)絡保護與緊急控制一體化的研究：研究基于多agent代理機制的分層分布式控制網(wǎng)絡技術，預測“輸電斷面”保護方式仍不能維持互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定時，快速計算控制對策并執(zhí)行。,四、 建議研究的問題（5）,5、自適應最小潮流斷面的互聯(lián)系統(tǒng)解列理論與方法研究 （1)快速識別失步機組模式的理論：研究電力系統(tǒng)運動方程的流型變換理論，根據(jù)平衡點處變換矩陣和特征向量的性質，直接計算機組搖擺軌跡，快速獲得系統(tǒng)的失步模式。 （2）解列面的自適應確定：研究系統(tǒng)的失步模式與失步斷面的關系，在失步斷面上選擇潮流較小、斷路器較少的截面跳閘。 （3）失步的自動捕捉與振蕩中心的測量：研究實測電氣量間的關系，確認失步并測量振蕩中心，提高遠方解列的可靠性。,四、 建議研究的問題（6）,6、電力市場環(huán)境下保護及緊急控制配置與配合的原則的研究 （1)市場條件下互聯(lián)系統(tǒng)后備保護的配置原則與經濟責任的承擔：研究現(xiàn)有后備保護動作造成非故障元件被切除，進而使非故障元件所屬公司產生損失的經濟當量，提出科學可行的承擔方式，并研究各公司更樂意采用的后備保護配置方式。 （2)緊急控制的成本、效益及其承擔：研究其造成的局部損失和換取的全局效益的經濟當量，提出贏得的效益和造成損失的科學分攤方式，合理、積極的推動緊急控制系統(tǒng)應用。,四、 建議研究的問題（7）,7、變電站數(shù)字化二次回路及其應用研究 （1)基于光電互感器的變電站數(shù)字化二次回路的信息理論研究：對光纖二次回路網(wǎng)絡結構、可靠性、容錯性、信息表達、信息流控制及信息協(xié)調、分解理論等進行系統(tǒng)研究，解決信息合并、光電接口、信息共享、信息分配、信息同步等關鍵技術問題。 （2) 光電數(shù)字式互感器的應用研究：以變電站數(shù)字式二次回路為基礎，提升傳統(tǒng)的母差保護、變壓器縱差保護的性能，并研究變壓器故障診斷與保護一體化的新原理。,五、結論（1）,1、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)和電力市場化運營的電網(wǎng)