1我國智能化電網(wǎng)建設現(xiàn)狀
自從提出電網(wǎng)的智能化改革以來,我國的電網(wǎng)智能化取得了許多成就,特別是在超/特高壓電網(wǎng)的建設及投運、新能源(例如風能)電力的并網(wǎng)運行以及智能化的配用電方面進行了一系列深遠而有意義改革。但是,隨著改革的進一步推進,電網(wǎng)的智能化也面臨著不少的困難和問題,其中主要體現(xiàn)在以下幾方面。
(1)長距離電力輸送系統(tǒng)對電力的安全運行形成挑戰(zhàn)。我國的能源集中地主要是在西部、北部等經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū),而經(jīng)濟發(fā)達的東部及南部沿海地區(qū)能源明顯不足,這就在客觀上決定了我國必須要建設大量的交直流混合、超/特高壓的輸電網(wǎng)絡。長距離、交直流混合以及超/特高壓輸電網(wǎng)絡成為我國電力輸送的一大特點,而實踐證明,這種大型、互聯(lián)的電力系統(tǒng)容易激生由于局部擾動而導致全線故障的隱患,同時,直流輸電會對交直流線路的控制能力以及繼電保護造成不同程度的影響,給電力系統(tǒng)的長期安全運行形成嚴峻挑戰(zhàn)。
(2)新能源電力并網(wǎng)給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。近幾年,我國加大了新能源電力并網(wǎng)運行的速度,僅就2011年,新能源全年總發(fā)電量超過了900億kW/h,大量的新能源電力通過規(guī)�；尤腚娋W(wǎng)作為主要的利用方式。而新能源電力具有幾個明顯的特點,即:間歇性、隨機性以及可調(diào)度差,這就給電力系統(tǒng)的控制增加了難度,同時,新能源電力系統(tǒng)本身采用的逆變設備等會產(chǎn)生諧波分量以及直流分量,不但會影響原有電能的質(zhì)量,而且可能會導致電力系統(tǒng)繼電保護裝置的誤動作,嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行。
(3)電網(wǎng)和用戶有效互動不足,配電網(wǎng)保護及控制技術還不能滿足智能化的需求。我國傳統(tǒng)的配電模式是單向的電力供應用戶消費,在智能化電網(wǎng)中,要求提升供電質(zhì)量的同時還需要提高電力資源的運行效率,這就需要將單向的消費模式轉變?yōu)殡p向互動模式,電網(wǎng)和用戶一起積極采取措施“削峰平谷”,例如鼓勵居民使用節(jié)能電器,減少電能使用;鼓勵工廠錯峰生產(chǎn),提升電力使用效率。隨著大量分布式電源接入,智能化電網(wǎng)將具有用戶反向送電能力,而現(xiàn)有的配電網(wǎng)保護及控制系統(tǒng)還不能滿足這一需求。
2智能化電網(wǎng)改革對電力系統(tǒng)繼電保護的面臨的挑戰(zhàn)
智能化電網(wǎng)改革給電力系統(tǒng)的繼電保護工作帶來新的挑戰(zhàn),其中主要體現(xiàn)在以下幾點：
(1)超/特高壓互聯(lián)大電網(wǎng)對現(xiàn)有的繼電保護提出了更高的要求。大電網(wǎng)故障時暫態(tài)過程明顯,同時,電網(wǎng)相互間影響使得故障特性復雜化,繼電保護動作的可靠性、快速性不能有效發(fā)揮,在故障狀態(tài)轉換時容易導致保護誤動作。因此,大電網(wǎng)對繼電保護系統(tǒng)設備的可靠性、安全性以及電磁兼容能力提出了更高要求。
(2)智能化電網(wǎng)使用的大量新型電力電子設備會導致故障電流的特征和分布發(fā)生重大變化,從而影響到繼電保護裝置的判斷力。例如電網(wǎng)中柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)的安裝位置、運行以及系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整等都會對電網(wǎng)短路電流特征及分布產(chǎn)生明顯影響;電網(wǎng)中風機類型、控制方法以及故障發(fā)生等也會對電網(wǎng)故障電流產(chǎn)生影響,影響到不同時段的繼電保護、選項功能等。
(3)電網(wǎng)繼電保護的需要和智能化電網(wǎng)的控制策略的平衡對繼電保護的有效、可行提出了挑戰(zhàn)。智能化電網(wǎng)是一個復雜系統(tǒng),其中包括了大量的具有獨特功能系統(tǒng)單元,例如柔性交流輸電系統(tǒng)、直流輸電系統(tǒng)、新能源并網(wǎng)運行系統(tǒng)、電網(wǎng)故障保護系統(tǒng)等,繼電保護需要綜合考慮與各個系統(tǒng)單元的相互平衡以及各個系統(tǒng)單元之間相互協(xié)調(diào)對平衡關系的影響。
(4)由于傳統(tǒng)后備保護不能消除電網(wǎng)運行方式改變和網(wǎng)絡拓撲帶來的影響,已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全運行的重大隱患。在實際電網(wǎng)運行中,傳統(tǒng)的后備保護系統(tǒng)存在一些嚴重的問題。例如后備保護系統(tǒng)整定動作復雜、時間較長,不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定的切除時間需求;受制于系統(tǒng)運行方式,難以兼顧保護的選擇性和靈敏性;對區(qū)內(nèi)故障以及故障消除后導致的潮流轉移過負荷區(qū)分不清,容易導致連鎖跳閘。
3電力系統(tǒng)的繼電保護需要研究的重點是單元件保護和廣域保護
智能化繼電保護系統(tǒng)的研究重點在智能化電網(wǎng)積極推進的背景下,電力系統(tǒng)的繼電保護需要確定自己的研究重點,以適應電網(wǎng)發(fā)展需要,對智能化電網(wǎng)提供全面全過程的安全保障。
(1)單元件保護。單元件保護指的是對電力系統(tǒng)中的單個設備、線路的保護。單元件保護研究的主要內(nèi)容包括:①發(fā)動機的內(nèi)部短路保護,后備保護中的過激磁、反時限過流保護與機組承受能力的平衡,定、轉子接地保護,失磁、失步保護與電網(wǎng)保護的配合保護等;②變壓器保護主要關注勵磁涌流識別;③交流電路方面注意高阻接地對距離保護的影響,零序互感對交流線路跨線故障的影響等問題。④直流線路保護方面需要研究線路端非線性元件的動態(tài)時延以及采樣率限制、過渡電阻對直流線路的影響等。
(2)廣域保護。廣域保護通過高速實時的信息通信,將多點多類型信息接入繼電保護系統(tǒng),從而顯著提升了繼電保護的動作性能,是對傳統(tǒng)繼電保護配置方式的全面革新,具有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)的信息來源都是被保護設備本身,包括單端量和雙端量,越來越不能適應復雜電網(wǎng)繼電保護的需要。而智能化電網(wǎng)的推廣,為繼電保護信息通信搭建了多通道平臺,從而使得廣域保護成為可能。
廣域保護系統(tǒng)可以對多點、多信息綜合判斷,自動實現(xiàn)開放/閉鎖保護、對保護動作特性自行調(diào)節(jié)并制定跳閘程序。廣域繼電保護研究的重點是如何實現(xiàn)廣域后備保護,因為廣域保護的自身特點,更適合用來作為電力系統(tǒng)的后備保護:一是廣域保護主要通過信息交互并作出判斷,在反應速度方面不夠迅速;二是目前電力系統(tǒng)繼電主保護采用的電流差動保護和方向/距離縱聯(lián)保護,實踐證明,保護性能比較穩(wěn)定;三是當前電力系統(tǒng)后備保護存在較多問題,亟需改善。
智能化電網(wǎng)是我國電網(wǎng)改革的方向,也是我國電力系統(tǒng)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展的重要契機,電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)作為電網(wǎng)安全的保障,需要加大研究力度,發(fā)展適合智能化電網(wǎng)繼電保護的新技術。
