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智能电网继电保护的探索 西安交通大学 索南加乐 内容提要 背景 我国智能电网的发展 国家电网公司于2009年5月宣布建设中国坚强智能电网的发展战略，智能电网的建设全面展开，新技术、新设备在电力系统内得到广泛应用 2011年起新建110kV及以上变电站全部按照智能变电站标准建设，预计至2015年，新建智能变电站超过8000座，变电容量超过20亿kVA 背景 智能电网的特点 具有灵活、清洁、安全、经济、友好等性能特征 以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展 先进的通信、信息和控制技术的应用，以信息化、自动化、数字化、互动化为特征 背景 智能电网下保护面临的挑战 特高压、远距离输电线路的应用 大规模随机电源的集中接入 直流输电、柔性交流输电技术的广泛应用 背景 传统工频量保护原理存在的问题 复杂的故障暂态过程带来的工频量信号提取问题 工频量保护对被保护元件简化处理与实际系统日趋复杂的矛盾 非线性时变元件的大量应用引起的保护问题 背景 智能电网下保护面临的机遇 电子式互感器的广泛应用 站域信息实时共享 系统信息共享 间隔层保护 电子式互感器的特点 参数识别的保护 参数识别的保护 参数识别的保护 模型识别的保护 模型识别的保护 模型识别的保护 变电站层保护 利用数据冗余提高采集信息的可靠性 利用信息共享提升保护性能 利用信息共享提升保护性能 利用信息共享优化后备保护配置 利用信息共享实现保护双重化 系统保护 后备保护在线整定 快速后备保护 结论 * * * 1 背景 2 间隔层保护 3 变电层保护 4 系统保护 5 结论 电子式互感器特点 参数识别的保护 模型识别的保护 良好的传变特性，能够真实传变电力系统故障暂态过程中的各种频率成分，宽频带 利用电子互感器能真实传变一次信号的特点，可建立一次系统的时域微分方程，构成无需滤波的快速保护算法 基本原理 通过列写被保护元件复杂模型网络的时域微分方程，求解元件参数，构成保护判据 RLC串联电路的参数识别： 特点 可以求解复杂模型参数 故障暂态信息满足时域微分方程，无需滤波 保护判据是两个常数之间的比较，动作速度快 研究进展 参数识别的的故障定位及距离保护 参数识别的变压器保护 参数识别的母线保护 参数识别的串补线路保护 参数识别的直流输电线路距离保护 基本原理 利用被保护元件内部故障和外部故障模型的差异，将故障的判别转化为模型的识别，根据模型误差判别区内外故障 输电线路：区外故障时，等效为电容模型 区内故障时，等效为电感模型 特点 仅需判别模型的性质，无需准确计算模型中的参数 可以快速、灵敏地判别元件内部和外部故障，做到了保护快速性和灵敏性的统一 研究进展 模型识别的纵联保护 模型识别的电流差动保护 模型识别的串补线路保护 模型识别的方向元件 利用数据冗余，提高采集信息的可靠性 利用信息共享，提升保护性能 利用信息共享，优化后备保护配置 利用信息共享，实现保护双重化 利用电子式互感器的冗余配置 利用电网拓扑结构的联系 当母线无故障时，间隔1、2、3电流满足基尔霍夫电流定律，可以相互进行验证 解决信息不完备带来的保护问题 双回线“零序互感”问题 跨线故障问题 “死区”问题 当故障点位置较远或系统零序阻抗较小时，保护安装处的故障分量电压很小，某些情况下可能为“零”，从而造成故障分量方向元件出现“死区” 利用变压器中性点零序电流计算保护安装处的零序电压，解决故障分量电压为“零”的问题 集中式后备保护与分布式后备保护并列运行 保护的分布实现与集中判别 利用并联电抗器信息的永久性故障判别 利用站域信息共享，实现母线保护和断路器失灵保护双重化配置 后备保护在线整定 快速后备保护 基于振荡中心识别的振荡闭锁元件 实时跟踪系统运行方式，在线整定各单元后备保护的定值 根据系统实时运行方式，实时计算当前运行方式下的分支系数与短路电流，使各保护的灵敏度保持在最佳状态。改变按照最大运行方式整定后备保护带来的灵敏性不足等问题 缩短后备保护的动作时间，提高后备保护的性能 利用系统信息共享，实现故障点快速定位，依次确定后备保护的动作时间，实现后备保护的快速动作 *