【摘 要】如何保證電網(wǎng)運(yùn)行安全、避免故障及連鎖反應(yīng)是電力發(fā)展迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。通過系統(tǒng)地研究了超大互聯(lián)電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，以及現(xiàn)有繼電保護(hù)和全自動(dòng)裝置在理論、技術(shù)以及安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面存在的問題，指出了在計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，解決問題的思路和需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容及發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 安全自動(dòng)裝置 理論與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展

隨著世界的電子、通訊地、計(jì)算機(jī)等技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的技術(shù)進(jìn)步提供了必要的技術(shù)支持，同時(shí)，電力系統(tǒng)的發(fā)展也對(duì)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置仍不斷提出新的要求，這就促進(jìn)科技工作者做出很大努力，并取得明顯成效。

一、繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)方面

20世紀(jì)70年代中期到80年代末期，晶體管繼電保護(hù)得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。晶體管保護(hù)主要的技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)在保護(hù)的邏輯回路，應(yīng)用電阻、電容、晶體管等元件構(gòu)成的觸發(fā)器、時(shí)間電路和門電路。20世紀(jì)90年代，我國(guó)的微機(jī)保護(hù)主要是單片機(jī)保護(hù)。但這些保護(hù)同之前的常規(guī)保護(hù)相比，具有維護(hù)調(diào)試方便、可靠性高、靈活性好、附加功能多等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，就微機(jī)高壓線路保護(hù)而言，在功能與構(gòu)成上，也至少有四個(gè)大變革：①相間距離保護(hù)I、I、I段各自獨(dú)立；②接地距離保護(hù)得到廣泛應(yīng)用；③縱聯(lián)距離保護(hù)的阻抗元件獨(dú)立于后備距離保護(hù)之外；④綜合重合閘中的選相元件分配到縱聯(lián)、距離、零序等各種保護(hù)中。進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字信號(hào)處理器DSP技術(shù)融入到微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)中。

（二）國(guó)內(nèi)安全自動(dòng)裝置方面

隨著GPS同步和高速光纖通道的聯(lián)網(wǎng)以及相量測(cè)量單元（PMU）的全網(wǎng)布局，使電網(wǎng)中遠(yuǎn)隔千里的各關(guān)鍵點(diǎn)的各相量，如同近在眼前。因此，基于PMU的廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）在全世界范圍內(nèi)得到了高度重視。不同于SCADA系統(tǒng)，PMU/WAMS提供的廣域數(shù)據(jù)特點(diǎn)為：①帶有統(tǒng)一時(shí)標(biāo)的高速采樣；②高速的數(shù)據(jù)傳輸；③可提供瞬時(shí)值及相位值；④可提供暫態(tài)或動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

（三）國(guó)際先進(jìn)水平比較

在電網(wǎng)構(gòu)架方面，美國(guó)、日本都強(qiáng)于我國(guó)。但從繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置而言，無論是繼電保護(hù)技術(shù)（包括可靠性、快速性、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、運(yùn)行水平等），還是繼電保護(hù)原理（反映故障分量、躲過振蕩、非全相運(yùn)行中又發(fā)生短路、tl適應(yīng)重合閘等）以及安全自動(dòng)裝置方面，美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)同我國(guó)相比，某些方面不如我國(guó)，總體上我國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

二、我國(guó)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置面臨的問題

“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的總方針。西南部省份向東部地區(qū)輸送電力將達(dá)到2000萬kW，交直流輸電線路超過20回；西北部省份將采用750 kV和330kV電磁環(huán)網(wǎng)東送電力，晉東南一南陽一荊門采用了交流1000kV特高壓遠(yuǎn)距離輸電。所以，如何避免故障時(shí)的連鎖反應(yīng)，保證遠(yuǎn)距離和大功率輸電斷面的運(yùn)行安全性是電力發(fā)展迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。在這方面，歐洲“11.4”大停電給我們敲響了警鐘。高性能的繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線，因?yàn)槿魏螆?jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)都必須快速、可靠地切除故障元件。但是，任何堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)在一系列的元件被切除后都有可能變?yōu)楸∪蹙W(wǎng)絡(luò)，而保證故障元件被繼電保護(hù)正確切除后剩余網(wǎng)絡(luò)的安全性，高速有效的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是安全運(yùn)行的第二道防線，緊急控制系統(tǒng)是第三道防線。因而，此三道防線即繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)和緊急控制系統(tǒng)是保障西電東送和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)。

三、繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置技術(shù)研究發(fā)展方向

對(duì)于繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置而言，一方面要應(yīng)對(duì)“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”能源戰(zhàn)略的新挑戰(zhàn)，另一方面計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的快速發(fā)展又為其提供了技術(shù)基礎(chǔ)。目前，正在進(jìn)行和應(yīng)當(dāng)開展的研究大致有以下幾個(gè)方面：

（一）高性能新原理的繼電保護(hù)研究

隨著DSP的應(yīng)用和微機(jī)處理速度的越來越高，使得保護(hù)裝置可以采用很高的采樣頻率和做相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)算處理；電子式TA、TV的應(yīng)用，可以更真實(shí)地反映故障時(shí)的暫態(tài)分量；另外信號(hào)分析工具也有了許多發(fā)展，例如小波分析方法等。這些，都為暫態(tài)量保護(hù)的實(shí)現(xiàn)和基于波形系數(shù)、小矢量算法等自適應(yīng)方法的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，有利于進(jìn)一步加快保護(hù)動(dòng)作速度、提高保護(hù)的整體性能。反應(yīng)故障暫態(tài)量的保護(hù)新原理：主要不是濾除而是利用故障暫態(tài)分量，區(qū)分元件內(nèi)、外部故障，利用單端（或兩端）暫態(tài)量實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)全線速動(dòng)。這一方面已有諸多研究，

（二）不依賴系統(tǒng)模型和參數(shù)互聯(lián)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制理論與技術(shù)研究

為了構(gòu)建繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制和緊急控制的一體化系統(tǒng)，保證互聯(lián)電網(wǎng)效益的充分發(fā)揮和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，需要開展不依賴模型、參數(shù)的預(yù)測(cè)理論和方法的研究，具體如下：（1）基于同步相量測(cè)量的發(fā)電機(jī)搖擺軌跡的預(yù)測(cè)理論及方法。即利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下測(cè)得的功角、角速度和功率等，研究針對(duì)各機(jī)組動(dòng)態(tài)軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的超長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)算法；（2）全網(wǎng)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)理論與算法研究。即研究故障中、故障后機(jī)組實(shí)測(cè)不平衡功率、功角相對(duì)角度中心之間的變化軌跡，以及軌跡的變化特征同不穩(wěn)定邊界、控制量的關(guān)系，獲得暫態(tài)不穩(wěn)定的快速預(yù)測(cè)判據(jù)與實(shí)時(shí)控制的算法；（3）全網(wǎng)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究：即利用關(guān)鍵廠站和輸電斷面的同步相量測(cè)量設(shè)備、預(yù)測(cè)算法和超實(shí)時(shí)的不穩(wěn)定邊界判據(jù)，解決互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制技術(shù)。

（三）自適應(yīng)最小潮流斷面的互聯(lián)系統(tǒng)解列理論與方法研究

互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應(yīng)當(dāng)按功率盡可能平衡的原則，采取自適應(yīng)的解列手段解列，以防止事故擴(kuò)大導(dǎo)致大面積停電。研究如下：（1）快速識(shí)別失步機(jī)組模式的理論。根據(jù)平衡點(diǎn)處變換矩陣和特征向量的性質(zhì)，直接計(jì)算機(jī)組搖擺軌跡，快速獲得系統(tǒng)的失步模式；（2）振蕩中心的自動(dòng)捕捉與解列面的自適應(yīng)確定。研究系統(tǒng)的失步模式與失步斷面中實(shí)測(cè)電氣量間的關(guān)系，以及由實(shí)測(cè)量確定失步及振蕩斷面的問題，并選擇潮流較小失步斷面的斷路器跳閘。

四、結(jié)論

（一）我國(guó)在繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置領(lǐng)域具有良好的技術(shù)基礎(chǔ)，立足于國(guó)內(nèi)的科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步解決面I臨的新問題是確實(shí)可行的。

（二）繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置研究重點(diǎn)和發(fā)展方向：研究暫態(tài)量等新原理保護(hù)，提高動(dòng)作速度和可靠性；研究輸電斷面保護(hù)，防止故障切除后的連鎖反應(yīng)導(dǎo)致大面積停電；發(fā)展新的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和控制原理，構(gòu)建繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制與緊急控制一體化系統(tǒng)；自適應(yīng)的解列控制等重大問題。

參考文獻(xiàn)：

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