廣域保護介紹 (guiyang)

區(qū)域電網(wǎng)智能保護與控制系統(tǒng)2022年9月19日目錄項目背景區(qū)域智能保護與控制的內(nèi)涵關鍵技術實現(xiàn)方案和主要保護功能原理工程應用2項目背景目前的繼電保護基于本地和就近量構成，反映的只是系統(tǒng)某點或局部區(qū)域有限的運行狀態(tài)，不能反映較大區(qū)域電網(wǎng)的安全運行水平。繼電保護裝置之間靠定值大小和時間長短配合，整定困難，配合有限，難以對系統(tǒng)進行優(yōu)化控制。繼電保護和安全自動裝置之間相互獨立，不能進行數(shù)據(jù)共享，因而相互之間缺乏配合。信息有限，只能“各掃門前雪”，缺乏溝通合作3項目背景為解決基于本地量的裝置難以反映區(qū)域電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，缺乏相應配合協(xié)調(diào)的難題，基于區(qū)域電網(wǎng)信息的所謂區(qū)域保護成為當前電力系統(tǒng)關注的研究課題之一。隨著數(shù)據(jù)通信技術的飛速發(fā)展和普及，電力光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)的建立，使得故障發(fā)生時電網(wǎng)信息共享成為了可能，也為區(qū)域保護的應用創(chuàng)造了條件。從信息論的角度來看，區(qū)域保護獲取了更多的信息，因此基于多點的電氣信息而進行區(qū)域保護方案的設計將比傳統(tǒng)的“點”、“線”保護具有天然的原理優(yōu)勢?？梢灶A見，基于電網(wǎng)多點電氣信息的“面”保護—區(qū)域保護將成為繼電保護的發(fā)展方向。4項目背景隨著智能電網(wǎng)的不斷推進，傳統(tǒng)的繼電保護已經(jīng)不能適應電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，迫切需要去研究可以適應智能電網(wǎng)的智能保護系統(tǒng)。5項目背景現(xiàn)有的保護控制系統(tǒng)的不足，要求我們采用基于廣域信息的保護控制系統(tǒng)。（必要性）計算機和通信技術、信號處理技術的發(fā)展，為實現(xiàn)廣域保護控制系統(tǒng)提供了物質基礎。（可行性）6項目背景本課題致力于利用區(qū)域電網(wǎng)的信息，從系統(tǒng)安全穩(wěn)定、繼電保護原理的智能化等方面構建保護與控制一體化的系統(tǒng)。北京四方公司從2007年開始進行廣域保護的研究和技術儲備，其研究成果已經(jīng)成功應用于

南方電網(wǎng)花都區(qū)廣域信息網(wǎng)絡保護系統(tǒng)

湖北電網(wǎng)荊州局區(qū)域電網(wǎng)智能保護系統(tǒng)。目前已經(jīng)申請國家發(fā)明專利7項。7目錄項目背景區(qū)域智能保護與控制的內(nèi)涵關鍵技術實現(xiàn)方案和主要保護功能原理工程應用8廣域保護的提出廣域保護（WideAreaProtection）的概念首次出現(xiàn)在由瑞典學者于1997年在IEEE上發(fā)表的WideAreasProtectionAgainstVoltageCollapse（廣域保護應對電壓崩潰）9國外認定的廣域保護的功能范疇國際大電網(wǎng)會議對廣域保護的功能和控制目標做了一個定義?？梢钥闯鰪V域保護的動作時間是0.1S～100S其實施的控制操作基本包括了我國的第二、第三道防線的范疇10四方公司認為的廣域保護控制范疇11區(qū)域智能保護控制系統(tǒng)定義區(qū)域智能保護控制系統(tǒng)指的是：將緊密關聯(lián)的若干變電站作為一個區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的各保護裝置通過光纖互聯(lián)，通過信息共享，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲結構，快速定位故障點，智能的對區(qū)域電網(wǎng)進行保護與控制。12區(qū)域智能保護邏輯結構第一層是各個變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及跳閘執(zhí)行，采集所需電氣量和開關量，打上時間標記，向變電站中間層傳送。第二層是變電站中間層站域保護，安裝在本區(qū)域內(nèi)各相關變電站內(nèi)，執(zhí)行變電站范圍內(nèi)的朱保護及后備保護功能，并負責將這些中間測量結果向上層區(qū)域保護單元傳送，接受并執(zhí)行區(qū)域保護的決策結果。第三層是區(qū)域電網(wǎng)保護層，主要對變電站之間的聯(lián)絡線進行保護和控制，對信息進行綜合分析做出相應的決策。13區(qū)域智能保護的構成站域保護層：僅依賴于本變電站和聯(lián)絡線路對側的信息，就能很好完成的保護功能，稱為站域保護。站域智能保護主要負責就地信息的實時采集包括電壓，電流，斷路器狀態(tài)，以及從通訊通道得到對側線路數(shù)據(jù)。根據(jù)實時數(shù)據(jù)計算出故障的基本信息，如各條線路的故障方向、斷路器位置狀態(tài)信息。根據(jù)故障的基本信息，執(zhí)行站域保護功能。14站域范圍的界定站域保護中包括變電站內(nèi)變壓器和母線等設備的主保護和后備保護、輸電線路的主保護和后備保護、饋線的主保護和后備保護、低周減載保護和低壓保護以及自動重合閘等功能。站域范圍界定為該變電站與其他變電站相連輸電線路對側斷路器內(nèi)的范圍。也就是站域范圍不跨越變電站進出線路對側斷路器構成的邊界。15區(qū)域智能保護的構成區(qū)域保護層：根據(jù)整個區(qū)域數(shù)據(jù)綜合判斷完成的保護功能，稱為區(qū)域決策，也稱之為區(qū)域保護。區(qū)域保護主要依據(jù)通過同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享的區(qū)域內(nèi)各節(jié)點的電流、電壓、斷路器狀態(tài)，計算出故障的基本信息，實現(xiàn)區(qū)域保護功能。16區(qū)域范圍的界定區(qū)域包括了若干個變電站以及其相互之間的輸電線路。區(qū)域范圍的界定以變電站來劃分，保護區(qū)域包括與該區(qū)域內(nèi)所有變電站相關聯(lián)的輸電線路。如下圖所示，變電站B1、B2、B3、B4、B5組成的區(qū)域系統(tǒng)。保護區(qū)域是L1、L2、L3、L4、L5線路。17區(qū)域與區(qū)域的配合電網(wǎng)規(guī)模很大，且區(qū)域與區(qū)域之間有電氣聯(lián)系的，可以構成大電網(wǎng)。分區(qū)的原則是根據(jù)通信傳輸速度和信息處理能力。一般情況下應該使兩個區(qū)域之間的電氣聯(lián)系最少。兩個區(qū)域電網(wǎng)的智能保護都包含聯(lián)絡線路，當聯(lián)絡線路故障時，與之相連的兩個區(qū)域電網(wǎng)保護均可以識別故障發(fā)出指令切除故障。18對區(qū)域智能保護的基本要求智能保護可以通過網(wǎng)絡快速可靠地獲取區(qū)域電網(wǎng)的必要信息，諸如電壓、電流、開關狀態(tài)、設備運行狀態(tài)等；智能保護所采集的數(shù)據(jù)應帶有同步時標信息，確保智能保護可以識別時間狀態(tài)，保證同一時間斷面的信息量做邏輯處理；智能保護所保護的對象是區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和區(qū)域電網(wǎng)的電氣設備，要兼顧、協(xié)調(diào)二者的保護和控制；19對區(qū)域智能保護的基本要求智能保護系統(tǒng)需具備高度的可靠性，包括數(shù)據(jù)采集的可靠性、網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃?、智能保護決策處理的可靠性；智能保護系統(tǒng)需具備足夠的自適應性和智能性，可以根據(jù)電網(wǎng)的拓撲結構、運行方式來作出最優(yōu)的保護控制策略，使得智能保護系統(tǒng)具有最好的選擇性；智能保護系統(tǒng)需具備可擴展性，當電網(wǎng)一次設備發(fā)生變化、新增變電站、電氣間隔時，智能保護應可以靈活的接入。20目錄項目背景區(qū)域電網(wǎng)智能保護控制的內(nèi)涵關鍵技術實現(xiàn)方案和主要保護功能原理工程應用21技術支撐領域研究和實施廣域保護所需技術領域包括：繼電保護技術安全穩(wěn)定控制技術同步測量技術網(wǎng)絡通信技術

自2007年至今，北京四方繼保在上述領域進行了深入的研究和探索，取得了若干關鍵技術，確保廣域保護研究和工程實施的順利進行22關鍵技術利用光纖自愈環(huán)網(wǎng)將區(qū)域電網(wǎng)的若干變電站通信互聯(lián)，確保各個變電站所采集的電氣量、開關量和保護動作等信息進行充分的數(shù)據(jù)共享，為區(qū)域電網(wǎng)智能保護系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎。通過基于北斗/GPS互備及IEEE-1588的高可靠性授時技術，對區(qū)域電網(wǎng)各個變電站的采集信息作時間標記，確保智能保護系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的同步性。當三套授時系統(tǒng)失效的情況下，利用智能保護單元自身的高精度時鐘晶振可以確保2~4小時內(nèi)可以正確動作。23關鍵技術通過快速以太網(wǎng)和路由技術，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)各種設備保護信息的高速交換，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)保護信息的全景化，做到整個區(qū)域內(nèi)任何故障點、任何故障的全線速動?；趨^(qū)域電網(wǎng)智能保護系統(tǒng)的分層結構，通過保護功能的數(shù)據(jù)通信量和保護計算量有效合理分配，實現(xiàn)區(qū)域決策單元的分層分布式冗余配置，提高區(qū)域保護系統(tǒng)的速動性及可靠性。24關鍵技術電流差動保護采用乒乓對時和UTC同步的雙冗余同步技術，確保電流差動保護的快速性和高可靠性。利用區(qū)域電網(wǎng)母線的序電壓特征函數(shù)對故障定位的結果進行校核確認，防止差動保護誤動。利用權重綜合方向元件來進行故障定位；其他若干自適應和智能保護策略；25目錄項目背景區(qū)域智能保護和控制的內(nèi)涵關鍵技術實現(xiàn)方案和主要保護功能原理工程應用26實現(xiàn)方案區(qū)域電網(wǎng)智能保護系統(tǒng)結構圖如圖所示，采用集中與分散相結合模式，區(qū)域電網(wǎng)智能保護系統(tǒng)分為三層，最底層的數(shù)字采集單元和執(zhí)行單元、變電站中間層的站域保護單元、第三層的區(qū)域決策層廣域保護單元。27傳統(tǒng)變電站的實現(xiàn)方案28數(shù)字變電站的實現(xiàn)方案29廣域保護控制系統(tǒng)總覽圖30故障定位的主要元件1、分相電流差動（差動元件）2、權重綜合方向（方向元件）3、線路阻抗距離（阻抗元件）31點對點差動保護為了降低智能保護對外部同步時鐘的依賴，保留傳統(tǒng)的點對點差動保護。32基于電壓特征的線路電流差動保護為防止電流差動保護誤動，本項目研制的差動保護具有負序、正序電壓特征函數(shù)的閉鎖邏輯：首先根據(jù)電流差動元件檢測故障線路，在滿足差動動作邏輯后，繼續(xù)檢查相關母線的正序和負序電壓，僅當故障線路兩端的正序、負序電壓滿足正負序特征函數(shù)后，才去跳閘。33基于權重的綜合方向保護D1為阻抗方向，D2為負序方向，D0為零序方向。正方向取1，非正方向取0。34自適應旁路運行的差動保護傳統(tǒng)的光纖電流差動保護，在切換旁路運行的時候，需要退出光纖電流差動保護功能?；趶V域信息的智能保護系統(tǒng)可以避免這種情況。采集線路和旁路開關等狀態(tài)信息，根據(jù)斷路器和刀閘狀態(tài)識別線路運行狀態(tài)，選擇相應的電流進行差動保護判定。35區(qū)域電網(wǎng)開關失靈保護智能保護系統(tǒng)檢測到線路發(fā)生故障，發(fā)跳閘令跳開故障線路各側斷路器。經(jīng)過一定延時后，如果故障線路還有電流，則認為斷路器失靈，發(fā)跳令跳開故障線路上一級的斷路器，避免事故的進一步擴大。36相鄰元件后備加速當某線路發(fā)生故障后，相鄰元件的距離保護在獲知故障點位置后可以根據(jù)需要智能的調(diào)整距離保護的定值，使得不同線路的距離保護之間可以智能的配合。37區(qū)域電網(wǎng)智能過負荷保護為避免連鎖故障的發(fā)生，智能保護在某條線路跳閘后，自動提高同一功率斷面的其他線路的過負荷電流定值和時間定值，降低過負荷保護在此情況下的過負荷的靈敏度。38區(qū)域電網(wǎng)智能低頻低壓減載智能保護可以獲得整個電網(wǎng)各個節(jié)點的電壓、電流、頻率以及開關量的狀態(tài)信息。與傳統(tǒng)的切負荷策略不同，智能保護系統(tǒng)首先計算電網(wǎng)各個節(jié)點母線的電壓和頻率，形成最優(yōu)的切除策略，盡快恢復系統(tǒng)穩(wěn)定。39基于區(qū)域信息的備用電源自投40目錄提出背景區(qū)域智能保護定義、邏輯結構、基本要求研究的目標和關鍵技術實現(xiàn)方案和主要保護功能原理工程應用41工程應用北京四方公司從2007年開始廣域保護的研究；2008年5月，在廣東花都供電局4個110kV變電站裝設廣域保護系統(tǒng)；該項目獲得南方電網(wǎng)公司2009年度科技進步一等獎，獲2009年度中國電力科技進步二等獎。2010年2月，在湖北