廣域保護(hù)介紹 (guiyang)

區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)與控制系統(tǒng)2022年9月19日目錄項(xiàng)目背景區(qū)域智能保護(hù)與控制的內(nèi)涵關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和主要保護(hù)功能原理工程應(yīng)用2項(xiàng)目背景目前的繼電保護(hù)基于本地和就近量構(gòu)成，反映的只是系統(tǒng)某點(diǎn)或局部區(qū)域有限的運(yùn)行狀態(tài)，不能反映較大區(qū)域電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。繼電保護(hù)裝置之間靠定值大小和時(shí)間長短配合，整定困難，配合有限，難以對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。繼電保護(hù)和安全自動裝置之間相互獨(dú)立，不能進(jìn)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(xiàng)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(yùn)行狀態(tài)，缺乏相應(yīng)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(hù)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)關(guān)注的研究課題之一。隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)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(shí)電網(wǎng)信息共享成為了可能，也為區(qū)域保護(hù)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。從信息論的角度來看，區(qū)域保護(hù)獲取了更多的信息，因此基于多點(diǎn)的電氣信息而進(jìn)行區(qū)域保護(hù)方案的設(shè)計(jì)將比傳統(tǒng)的“點(diǎn)”、“線”保護(hù)具有天然的原理優(yōu)勢?？梢灶A(yù)見，基于電網(wǎng)多點(diǎn)電氣信息的“面”保護(hù)—區(qū)域保護(hù)將成為繼電保護(hù)的發(fā)展方向。4項(xiàng)目背景隨著智能電網(wǎng)的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)已經(jīng)不能適應(yīng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，迫切需要去研究可以適應(yīng)智能電網(wǎng)的智能保護(hù)系統(tǒng)。5項(xiàng)目背景現(xiàn)有的保護(hù)控制系統(tǒng)的不足，要求我們采用基于廣域信息的保護(hù)控制系統(tǒng)。（必要性）計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)、信號處理技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。（可行性）6項(xiàng)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(hù)原理的智能化等方面構(gòu)建保護(hù)與控制一體化的系統(tǒng)。北京四方公司從2007年開始進(jìn)行廣域保護(hù)的研究和技術(shù)儲備，其研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于

南方電網(wǎng)花都區(qū)廣域信息網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)

湖北電網(wǎng)荊州局區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng)。目前已經(jīng)申請國家發(fā)明專利7項(xiàng)。7目錄項(xiàng)目背景區(qū)域智能保護(hù)與控制的內(nèi)涵關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和主要保護(hù)功能原理工程應(yīng)用8廣域保護(hù)的提出廣域保護(hù)（WideAreaProtection）的概念首次出現(xiàn)在由瑞典學(xué)者于1997年在IEEE上發(fā)表的WideAreasProtectionAgainstVoltageCollapse（廣域保護(hù)應(yīng)對電壓崩潰）9國外認(rèn)定的廣域保護(hù)的功能范疇國際大電網(wǎng)會議對廣域保護(hù)的功能和控制目標(biāo)做了一個(gè)定義?？梢钥闯鰪V域保護(hù)的動作時(shí)間是0.1S～100S其實(shí)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(rèn)為的廣域保護(hù)控制范疇11區(qū)域智能保護(hù)控制系統(tǒng)定義區(qū)域智能保護(hù)控制系統(tǒng)指的是：將緊密關(guān)聯(lián)的若干變電站作為一個(gè)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的各保護(hù)裝置通過光纖互聯(lián)，通過信息共享，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，快速定位故障點(diǎn)，智能的對區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)與控制。12區(qū)域智能保護(hù)邏輯結(jié)構(gòu)第一層是各個(gè)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(guān)量，打上時(shí)間標(biāo)記，向變電站中間層傳送。第二層是變電站中間層站域保護(hù)，安裝在本區(qū)域內(nèi)各相關(guān)變電站內(nèi)，執(zhí)行變電站范圍內(nèi)的朱保護(hù)及后備保護(hù)功能，并負(fù)責(zé)將這些中間測量結(jié)果向上層區(qū)域保護(hù)單元傳送，接受并執(zhí)行區(qū)域保護(hù)的決策結(jié)果。第三層是區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)層，主要對變電站之間的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行保護(hù)和控制，對信息進(jìn)行綜合分析做出相應(yīng)的決策。13區(qū)域智能保護(hù)的構(gòu)成站域保護(hù)層：僅依賴于本變電站和聯(lián)絡(luò)線路對側(cè)的信息，就能很好完成的保護(hù)功能，稱為站域保護(hù)。站域智能保護(hù)主要負(fù)責(zé)就地信息的實(shí)時(shí)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(cè)線路數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)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(hù)功能。14站域范圍的界定站域保護(hù)中包括變電站內(nèi)變壓器和母線等設(shè)備的主保護(hù)和后備保護(hù)、輸電線路的主保護(hù)和后備保護(hù)、饋線的主保護(hù)和后備保護(hù)、低周減載保護(hù)和低壓保護(hù)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(cè)斷路器內(nèi)的范圍。也就是站域范圍不跨越變電站進(jìn)出線路對側(cè)斷路器構(gòu)成的邊界。15區(qū)域智能保護(hù)的構(gòu)成區(qū)域保護(hù)層：根據(jù)整個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)綜合判斷完成的保護(hù)功能，稱為區(qū)域決策，也稱之為區(qū)域保護(hù)。區(qū)域保護(hù)主要依據(jù)通過同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電流、電壓、斷路器狀態(tài)，計(jì)算出故障的基本信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)域保護(hù)功能。16區(qū)域范圍的界定區(qū)域包括了若干個(gè)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(hù)區(qū)域包括與該區(qū)域內(nèi)所有變電站相關(guān)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(hù)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(gòu)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(yīng)該使兩個(gè)區(qū)域之間的電氣聯(lián)系最少。兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的智能保護(hù)都包含聯(lián)絡(luò)線路，當(dāng)聯(lián)絡(luò)線路故障時(shí)，與之相連的兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)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(hù)的基本要求智能保護(hù)可以通過網(wǎng)絡(luò)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(guān)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等；智能保護(hù)所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)帶有同步時(shí)標(biāo)信息，確保智能保護(hù)可以識別時(shí)間狀態(tài)，保證同一時(shí)間斷面的信息量做邏輯處理；智能保護(hù)所保護(hù)的對象是區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和區(qū)域電網(wǎng)的電氣設(shè)備，要兼顧、協(xié)調(diào)二者的保護(hù)和控制；19對區(qū)域智能保護(hù)的基本要求智能保護(hù)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(luò)傳輸?shù)目煽啃?、智能保護(hù)決策處理的可靠性；智能保護(hù)系統(tǒng)需具備足夠的自適應(yīng)性和智能性，可以根據(jù)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式來作出最優(yōu)的保護(hù)控制策略，使得智能保護(hù)系統(tǒng)具有最好的選擇性；智能保護(hù)系統(tǒng)需具備可擴(kuò)展性，當(dāng)電網(wǎng)一次設(shè)備發(fā)生變化、新增變電站、電氣間隔時(shí)，智能保護(hù)應(yīng)可以靈活的接入。20目錄項(xiàng)目背景區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)控制的內(nèi)涵關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和主要保護(hù)功能原理工程應(yīng)用21技術(shù)支撐領(lǐng)域研究和實(shí)施廣域保護(hù)所需技術(shù)領(lǐng)域包括：繼電保護(hù)技術(shù)安全穩(wěn)定控制技術(shù)同步測量技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

自2007年至今，北京四方繼保在上述領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究和探索，取得了若干關(guān)鍵技術(shù)，確保廣域保護(hù)研究和工程實(shí)施的順利進(jìn)行22關(guān)鍵技術(shù)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(gè)變電站所采集的電氣量、開關(guān)量和保護(hù)動作等信息進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)共享，為區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過基于北斗/GPS互備及IEEE-1588的高可靠性授時(shí)技術(shù)，對區(qū)域電網(wǎng)各個(gè)變電站的采集信息作時(shí)間標(biāo)記，確保智能保護(hù)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的同步性。當(dāng)三套授時(shí)系統(tǒng)失效的情況下，利用智能保護(hù)單元自身的高精度時(shí)鐘晶振可以確保2~4小時(shí)內(nèi)可以正確動作。23關(guān)鍵技術(shù)通過快速以太網(wǎng)和路由技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備保護(hù)信息的高速交換，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)保護(hù)信息的全景化，做到整個(gè)區(qū)域內(nèi)任何故障點(diǎn)、任何故障的全線速動?；趨^(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，通過保護(hù)功能的數(shù)據(jù)通信量和保護(hù)計(jì)算量有效合理分配，實(shí)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(hù)系統(tǒng)的速動性及可靠性。24關(guān)鍵技術(shù)電流差動保護(hù)采用乒乓對時(shí)和UTC同步的雙冗余同步技術(shù)，確保電流差動保護(hù)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(jié)果進(jìn)行校核確認(rèn)，防止差動保護(hù)誤動。利用權(quán)重綜合方向元件來進(jìn)行故障定位；其他若干自適應(yīng)和智能保護(hù)策略；25目錄項(xiàng)目背景區(qū)域智能保護(hù)和控制的內(nèi)涵關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和主要保護(hù)功能原理工程應(yīng)用26實(shí)現(xiàn)方案區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，采用集中與分散相結(jié)合模式，區(qū)域電網(wǎng)智能保護(hù)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(hù)單元、第三層的區(qū)域決策層廣域保護(hù)單元。27傳統(tǒng)變電站的實(shí)現(xiàn)方案28數(shù)字變電站的實(shí)現(xiàn)方案29廣域保護(hù)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(quán)重綜合方向（方向元件）3、線路阻抗距離（阻抗元件）31點(diǎn)對點(diǎn)差動保護(hù)為了降低智能保護(hù)對外部同步時(shí)鐘的依賴，保留傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)差動保護(hù)。32基于電壓特征的線路電流差動保護(hù)為防止電流差動保護(hù)誤動，本項(xiàng)目研制的差動保護(hù)具有負(fù)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(guān)母線的正序和負(fù)序電壓，僅當(dāng)故障線路兩端的正序、負(fù)序電壓滿足正負(fù)序特征函數(shù)后，才去跳閘。33基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)D1為阻抗方向，D2為負(fù)序方向，D0為零序方向。正方向取1，非正方向取0。34自適應(yīng)旁路運(yùn)行的差動保護(hù)傳統(tǒng)的光纖電流差動保護(hù)，在切換旁路運(yùn)行的時(shí)候，需要退出光纖電流差動保護(hù)功能?；趶V域信息的智能保護(hù)系統(tǒng)可以避免這種情況。采集線路和旁路開關(guān)等狀態(tài)信息，根據(jù)斷路器和刀閘狀態(tài)識別線路運(yùn)行狀態(tài)，選擇相應(yīng)的電流進(jìn)行差動保護(hù)判定。35區(qū)域電網(wǎng)開關(guān)失靈保護(hù)智能保護(hù)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(cè)斷路器。經(jīng)過一定延時(shí)后，如果故障線路還有電流，則認(rèn)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(jìn)一步擴(kuò)大。36相鄰元件后備加速當(dāng)某線路發(fā)生故障后，相鄰元件的距離保護(hù)在獲知故障點(diǎn)位置后可以根據(jù)需要智能的調(diào)整距離保護(hù)的定值，使得不同線路的距離保護(hù)之間可以智能的配合。37區(qū)域電網(wǎng)智能過負(fù)荷保護(hù)為避免連鎖故障的發(fā)生，智能保護(hù)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(fù)荷電流定值和時(shí)間定值，降低過負(fù)荷保護(hù)在此情況下的過負(fù)荷的靈敏度。38區(qū)域電網(wǎng)智能低頻低壓減載智能保護(hù)可以獲得整個(gè)電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、頻率以及開關(guān)量的狀態(tài)信息。與傳統(tǒng)的切負(fù)荷策略不同，智能保護(hù)系統(tǒng)首先計(jì)算電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)母線的電壓和頻率，形成最優(yōu)的切除策略，盡快恢復(fù)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(hù)定義、邏輯結(jié)構(gòu)、基本要求研究的目標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和主要保護(hù)功能原理工程應(yīng)用41工程應(yīng)用北京四方公司從2007年開始廣域保護(hù)的研究；2008年5月，在廣東花都供電局4個(gè)110kV變電站裝設(shè)廣域保護(hù)系統(tǒng)；該項(xiàng)目獲得南方電網(wǎng)公司2009年度科技進(jìn)步一等獎，獲2009年度中國電力科技進(jìn)步二等獎。2010年2月，在湖北