智能電網(wǎng)的定義是什么?繼電保護技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中有什么作用?
隨著國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)工作的開展,網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、微網(wǎng)運行等技術(shù)及分布式電源接入等問題也相應(yīng)出現(xiàn),對現(xiàn)階段的繼電保護提出了新要求。同時,伴隨智能電網(wǎng)出現(xiàn)的新技術(shù),如新型傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)及光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用也為繼電保護裝置的發(fā)展提供著廣闊空間。
1智能電網(wǎng)及建設(shè) 1.1智能電網(wǎng)定義
智能電網(wǎng)即Smart Grid,亦被稱做智能網(wǎng)或智能網(wǎng)格。其定義為:以傳統(tǒng)物理電網(wǎng)為基礎(chǔ),超高壓和特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,高度集成現(xiàn)代先進的通信計算機技術(shù)、傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)及控制技術(shù),形成現(xiàn)代新型智能化電網(wǎng)。智能電網(wǎng)中使用智能傳感器進行整個電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控,如對發(fā)、輸、配、供、用各個環(huán)節(jié)電力設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控,并且通過智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合收集獲得的相關(guān)數(shù)據(jù),同時進行相關(guān)智能化處理,其本質(zhì)是實現(xiàn)對能源的兼容利用及對相關(guān)綠色能源的替代。
1.2 智能電網(wǎng)的建設(shè)智能電網(wǎng)建設(shè)是一項十分復(fù)雜巨大的工程,要考慮到各方面因素,難度非常大?,F(xiàn)代電力系統(tǒng)主要由以下4個環(huán)節(jié),即發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、供電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié),可以將智能電網(wǎng)的建設(shè)過程看作對已有電力系統(tǒng)進行能源體系智能化和動態(tài)化改造的過程。
2 傳統(tǒng)繼電保護及其重要作用電力系統(tǒng)繼電保護裝置用于在設(shè)備發(fā)生故障時,自動地、快速地且有選擇地將系統(tǒng)中故障設(shè)備切除,從而保證其它無故障設(shè)備的正常運行及避免故障設(shè)備繼續(xù)遭到破壞;當(dāng)系統(tǒng)處于不正常運行狀態(tài)時,繼電保護裝置可以發(fā)出報警,使值班人員采取相關(guān)有效措施。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,電源處潮流流向是單向的。繼電保護設(shè)備中的輸入通常是本側(cè)電氣量,包括:三相電流Ia、Ib和Ic,以及三相電壓Ua、Ub和Uc。保護裝置通過判別上述電氣量,進行動作以滿足相關(guān)保護要求。對于較復(fù)雜線路光纖差動保護而言,其輸入量為被保護線路對側(cè)電流。可以看出,傳統(tǒng)繼電保護電氣判別量基本上不變,并且只需本側(cè)保護對象電氣量。
3 智能電網(wǎng)中的影響繼電保護的關(guān)鍵因素智能電網(wǎng)繼電保護在原理上與常規(guī)微機保護差別不大,其主要發(fā)展在于保護二次回路變化。保護二次回路運用了一系列影響智能電網(wǎng)繼電保護的關(guān)鍵技術(shù)和因素,例如基于IEC61850標(biāo)準和電子式互感器的應(yīng)用、智能一次設(shè)備的出現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用及自動化系統(tǒng)總體架構(gòu)。這幾個因素實際上互相關(guān)聯(lián),不能割裂,以下作詳細介紹。
3.1 IEC 61850標(biāo)準IEC 61850標(biāo)準本身并非繼電保護專業(yè)技術(shù)標(biāo)準,但由于該標(biāo)準對變電站功能架構(gòu)、通信體系和自動化系統(tǒng)帶來巨大變化及其廣泛影響力,繼電保護不可避免受到其深刻影響。
3.2 電子式互感器電子式互感器是國際電工委員會對各種新型非常規(guī)或半常規(guī)、光電轉(zhuǎn)換原理或電磁感應(yīng)原理電流互感器或電壓互感器的統(tǒng)稱。其對繼電保護的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面:a) 互感器傳變性能的提升,主要是抗飽和能力提升,改善繼電保護的工作條件;b) 互感器輸出信號數(shù)字化,引起保護裝置采樣方式的變化;c) 采樣環(huán)節(jié)的移出,使得保護裝置自身不能控制采樣時刻,測量頻率跟蹤方法只能采用軟件算法。
從智能電網(wǎng)繼電保護的實施情況來看,后兩方面對繼電保護的影響更為明顯。
3.3 一次設(shè)備智能化智能一次設(shè)備中,對繼電保護影響最大的是智能斷路器。目前斷路器智能化的實現(xiàn)方式為:傳統(tǒng)斷路器+智能終端。智能終端的出現(xiàn)帶來以下變化:a) 改變了斷路器操作方式,斷路器操作箱回路及繼電器被數(shù)字化、智能化,功能通過軟件邏輯實現(xiàn);b) 保護裝置的跳合閘輸出方式和閉鎖、啟動信號輸入方式均由常規(guī)硬接點、電纜連接改變?yōu)閿?shù)字信號,通過光纖、以太網(wǎng)交換機連接。
3.4 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)智能變電站將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入自動化系統(tǒng),出現(xiàn)了站控層/間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。其中,過程層網(wǎng)絡(luò)包括GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng),GOOSE網(wǎng)主要用于保護裝置之間的聯(lián)閉鎖信息交互、保護裝置與智能終端跳合閘命令傳遞和開關(guān)位置信息采集;SV網(wǎng)用于傳輸電氣量采樣值。不難看出,過程層網(wǎng)絡(luò)運行情況對保護裝置保護功能的實現(xiàn)具有重要影響。
3.5 自動化體系結(jié)構(gòu)作為自動化體系結(jié)構(gòu)的一個組成部分,繼電保護受體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響較大。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅影響保護裝置的接口要求,更重要的是從整體上影響保護裝置配置、功能實現(xiàn)方式、運維方式及運行安全、可靠性。
4 智能電網(wǎng)中的繼電保護相關(guān)問題對智能電網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展,很大程度上改變了傳統(tǒng)電能傳輸?shù)哪承┨攸c,智能電網(wǎng)信息化和數(shù)字化的特征,使得智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有了非常大的區(qū)別,而繼電保護作為智能電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中的重要環(huán)節(jié),也需緊跟智能電網(wǎng)發(fā)展步伐,與時俱進進行相關(guān)研究工作。
4.1 網(wǎng)絡(luò)化改變了繼電保護的配置形態(tài)智能電網(wǎng)采用IEC61850網(wǎng)絡(luò)的智能變電站,它的采用使傳統(tǒng)繼電保護信息獲取和信號發(fā)送的媒介發(fā)生了改變。智能電網(wǎng)一個前沿性問題是利用共享的站內(nèi)相關(guān)電氣元件信息,對主保護性能進行改善和提高,同時,采用共享控制信號網(wǎng)絡(luò)簡化繼電保護配置??墒?,智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化帶來共享信息的同時,也需要考慮信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩?。區(qū)別于傳統(tǒng)二次電纜的傳輸方式,必須要保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性,因此,如何保證保護配置的可靠,是數(shù)字化變電站條件下網(wǎng)絡(luò)化二次回路的關(guān)鍵問題。
4.2 提高安全自動裝置性能智能電網(wǎng)中的PMU和WAMS網(wǎng)絡(luò),可以為電力系統(tǒng)廣域信息提高防御和緊急控制。如此,使得智能電網(wǎng)可以使用其已建成的網(wǎng)絡(luò),改善時間敏感性不強的后備保護及安全自動裝置的性能,同時可以改變現(xiàn)有保護的整定原則,使得在某些情況下,保護裝置可以及時自動判斷系統(tǒng)故障,同時采取措施,避免大停電等惡性事故的發(fā)生。
4.3 與傳統(tǒng)保護的配合智能電網(wǎng)規(guī)劃過程及建成后,必須要考慮與傳統(tǒng)微機保護及數(shù)字化變電站內(nèi)保護實現(xiàn)保護配合和協(xié)作問題,需要考慮類型不同的保護之間的協(xié)調(diào)配合,主要有:a) 線路采用差動保護時,線路一側(cè)采用電磁式電流互感器,而另一側(cè)采用電子式互感器,這樣,區(qū)外發(fā)生故障時,電磁式電流互感器側(cè)有可能會有單端飽和現(xiàn)象發(fā)生,所以線路兩端的差動保護必須可以判段單端飽和并且防止保護誤動;b) 原有線路差動保護數(shù)據(jù)同步算法的基礎(chǔ)是兩側(cè)都是模擬式互感器,這樣便會存在兩側(cè)不同互感器數(shù)據(jù)類型是否同步的問題,需要進行新保護算法的研究。
4.4 在線整定技術(shù)自適應(yīng)保護的思想在繼電保護領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用,限于之前的技術(shù)條件,傳統(tǒng)的自適應(yīng)保護僅能根據(jù)被保護線路運行情況對定值進行調(diào)整,不能利用全網(wǎng)信息準確、實時地判斷運行方式來調(diào)整定值。智能電網(wǎng)的發(fā)展有望改變這一現(xiàn)狀,從而實現(xiàn)在線整定。
5 結(jié)語智能電網(wǎng)建設(shè)作為電力系統(tǒng)的一次重大變革,是電力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向,而繼電保護裝置是促使智能電網(wǎng)正常工作的保障,是維護其安全、可靠、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此,本文從智能電網(wǎng)定義、特點、建設(shè)及繼電保護作用入手,討論了智能電網(wǎng)建設(shè)過程中繼電保護關(guān)鍵技術(shù),包括智能感應(yīng)技術(shù)、廣域測量技術(shù)、仿真分析與控制決策技術(shù)、電力電子技術(shù)等,接著對智能電網(wǎng)中繼電保護裝置的發(fā)展趨勢進行了探討,對智能電網(wǎng)建設(shè)過程中影響繼電保護裝置的關(guān)鍵因素和需關(guān)注的相關(guān)問題進行了探討和分析,有助于為智能電網(wǎng)的建設(shè)工作和安全運行提供技術(shù)支撐,具有重要意義。