中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：本文針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司提出的“以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)學(xué)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)”，比較了不同國(guó)家和地區(qū)智能電網(wǎng)的定義及特征。在分析了國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了其對(duì)繼電保護(hù)的影響，指出了在建設(shè)智能電網(wǎng)過(guò)程中為跟進(jìn)新技術(shù)的應(yīng)用及新設(shè)備的投產(chǎn)，必須開(kāi)展繼電保護(hù)相關(guān)問(wèn)題的研究。
智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，被認(rèn)為是2l世紀(jì)電力系統(tǒng)重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢(shì)。作為全球最大的公用事業(yè)企業(yè)，國(guó)家電網(wǎng)公司根據(jù)我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，結(jié)合大力發(fā)展風(fēng)電等清潔新能源政策，充分考慮世界電網(wǎng)發(fā)展新趨勢(shì)及我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀，提出了建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo);形成了“一個(gè)目標(biāo)、兩條主線、三個(gè)階段、四個(gè)體系、五項(xiàng)內(nèi)涵、六個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)”的發(fā)展戰(zhàn)略框架;制定了從發(fā)電到用戶(hù)各應(yīng)用環(huán)節(jié)和通信信息平臺(tái)的發(fā)展路線;明確了總體發(fā)展目標(biāo)、分階段建設(shè)目標(biāo)和重點(diǎn)工程，并對(duì)社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了初步分析評(píng)估。
智能電網(wǎng)將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)，電子式互感器、數(shù)字化變電站技術(shù)、廣域測(cè)量技術(shù)、交直流靈活輸電及控制技術(shù)的大量應(yīng)用，必然對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)帶來(lái)影響。
1 智能電網(wǎng)的定義和特點(diǎn)
盡管各國(guó)專(zhuān)家針對(duì)提高電網(wǎng)智能化水平及等級(jí)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，但是，智能電網(wǎng)仍處于起步研究階段，尚無(wú)明確的定義。由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動(dòng)因素不同，各國(guó)的電網(wǎng)企業(yè)和組織均以自己的方式理解智能電網(wǎng)。對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行研究和實(shí)踐，各國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的思路和重點(diǎn)也各不相同。因此，智能電網(wǎng)的概念處于不斷豐富、發(fā)展階段。
1.1 美國(guó)
美國(guó)電力科學(xué)研究院定義的智能電網(wǎng)可以描述為以下5個(gè)主要特征。
a.自愈性
復(fù)雜的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)并及時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題以避免或減少故障失電和電壓不穩(wěn)等電力供應(yīng)質(zhì)量問(wèn)題。
b.安全性
電網(wǎng)可以在自然狀態(tài)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控狀態(tài)下更安全運(yùn)行，新技術(shù)的應(yīng)用和新設(shè)備的配置能夠更好地識(shí)別和應(yīng)對(duì)人為破壞及自然侵害。
c.兼容性
電網(wǎng)能夠支持廣泛分散電源的使用。標(biāo)準(zhǔn)化的電力網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)和通信界面接點(diǎn)將使用戶(hù)可以就地連接燃料電池、風(fēng)能、生物能等可再生能源發(fā)電及其它分散的電源，并以簡(jiǎn)單的“即插即用”方式使用。
d.交互性
用戶(hù)可以更好地控制自己的用電設(shè)備、裝置，無(wú)論是家庭用戶(hù)還是工商業(yè)用戶(hù)，電網(wǎng)將與智能建筑物的能源管理系統(tǒng)相連，以幫助用戶(hù)管理其能源使用，并減少能耗開(kāi)銷(xiāo)。
e.高效性
電網(wǎng)將達(dá)到更優(yōu)化的輸配量比，從而減少電力成本。電網(wǎng)的升級(jí)將提高輸電網(wǎng)的輸送能力，使輸送容量最優(yōu)化，減少損耗，使最低成本發(fā)電的電源得到最高利用率。同時(shí)可以更好地協(xié)調(diào)電力輸送與當(dāng)?shù)刎?fù)荷的匹配、地區(qū)間能源流動(dòng)與通信傳輸量之間的關(guān)系。
1.2 歐盟
歐盟委員會(huì)將智能電網(wǎng)的特性概括為：一是靈活性，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電力的多樣化需求;二是易接人性，保證所有用戶(hù)都可接人電網(wǎng)，尤其是高效清潔的太陽(yáng)能、生物能等可再生能源發(fā)電能夠就地入網(wǎng);三是可靠性，提高電力供應(yīng)的可靠性與安全性;四是經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)改革及競(jìng)爭(zhēng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)最有效的能源管理，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司
國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本特征的定義為技術(shù)上體現(xiàn)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化;管理上體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。信息化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的實(shí)施基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)信息的高度集成、共享與利用;數(shù)字化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)形式，定量描述電網(wǎng)對(duì)象、結(jié)構(gòu)、特性及狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息的精確高效采集與傳輸;自動(dòng)化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)手段，依靠先進(jìn)的自動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行控制自動(dòng)化水平的全面提高與管理水平的全面提升;互動(dòng)化是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求，實(shí)現(xiàn)電源、電網(wǎng)和用戶(hù)的友好互動(dòng)和相互協(xié)調(diào)。堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本內(nèi)涵。堅(jiān)強(qiáng)可靠是具有堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應(yīng)能力;經(jīng)濟(jì)高效是提高電網(wǎng)運(yùn)行和輸送效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用;清潔環(huán)保，促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)和利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清潔電能在終端能源消費(fèi)中的比重;透明開(kāi)放是電網(wǎng)、電源和用戶(hù)的信息透明共享，電網(wǎng)無(wú)歧視開(kāi)放;友好互動(dòng)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活調(diào)整，友好兼容各類(lèi)電源和用戶(hù)接人與退出，促進(jìn)發(fā)電企業(yè)和用戶(hù)主動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)。
2 智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響
智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，充分利用先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、新能源技術(shù)，把發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)互聯(lián)成一個(gè)高度智能化的新型網(wǎng)絡(luò)。作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定第一道防線的繼電保護(hù)，按傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置不能適應(yīng)于智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)將影響現(xiàn)有繼電保護(hù)的應(yīng)用。
智能電網(wǎng)的一個(gè)重要特征是數(shù)字化，對(duì)繼電保護(hù)而言：一是測(cè)量手段的數(shù)字化，廣泛采用電子式互感器和數(shù)字接口;二是信息傳輸方式的數(shù)字化，傳統(tǒng)變電站采用的模擬量電纜傳輸和狀態(tài)量電纜傳輸方式將被以光纖為媒介的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字傳輸所代替。電子式互感器的優(yōu)越性在于其采用光電轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行測(cè)量，體積小、絕緣性能好。對(duì)繼電保護(hù)其最大的優(yōu)勢(shì)是傳輸頻帶寬、暫態(tài)性能好，不存在電磁式互感器和電容式電壓互感器等傳統(tǒng)互感器的測(cè)量誤差和暫態(tài)特性，能很好地將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)傳N-次側(cè)。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)及智能化儀器、設(shè)備的推廣，傳統(tǒng)的互感器將逐步退出運(yùn)行。電子式互感器采用網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置和智能斷路器連接，大大簡(jiǎn)化了二次回路接線，易于維護(hù)。
b.網(wǎng)絡(luò)化
近年來(lái)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站建設(shè)逐步鋪開(kāi)，已出現(xiàn)500kV全數(shù)字化示范變電站，各網(wǎng)、省公司都在大力推廣數(shù)字化變電站建設(shè)。數(shù)字化變電站最大的特點(diǎn)是IEC61850采用分布分層的結(jié)構(gòu)體系，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模，數(shù)據(jù)自描述，采用抽象通信服務(wù)接口(ACSI)和特殊通信服務(wù)映射(SCSM)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備間的互操作能力，面向未來(lái)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)。對(duì)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)了2方面的變革：一是信息獲取，雖然繼電保護(hù)主保護(hù)的功能仍然是“自?huà)唛T(mén)前雪”，但由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓蚕硇?，可以獲取全站相關(guān)設(shè)備元件的信息(電氣量信息);二是信息發(fā)送，由于采用帶數(shù)字接口的智能斷路器，跳合閘等控制信號(hào)的傳輸方式也由二次電纜改為數(shù)字信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。
c.廣域化
近年來(lái)，隨著我國(guó)電網(wǎng)信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)，大多數(shù)網(wǎng)、省公司都在大力推進(jìn)基于PMU的WAMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，繼電保護(hù)信息專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)也已初步建成，將成為智能電網(wǎng)控制的重要環(huán)節(jié)。雖然WAMS網(wǎng)絡(luò)和繼電保護(hù)信息系統(tǒng)建設(shè)的初衷不是為繼電保護(hù)服務(wù)，但利用其提供的廣域信息來(lái)提高后備保護(hù)的性能、提高安全自動(dòng)裝置的性能卻值得思考。
d.輸電靈活化
智能電網(wǎng)的一個(gè)最大特點(diǎn)就是輸電效率的提高，控制手段的靈活。智能電網(wǎng)中必然大量采用諸如可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量控制裝置、統(tǒng)一潮流控制器及STATCOM等交流靈活輸電技術(shù)。另外，我國(guó)電網(wǎng)的交直流混合輸電的特征也使電網(wǎng)中非線性可控電力元件數(shù)量大大增加。以電力電子器件的廣泛應(yīng)用為特征的智能電網(wǎng)的故障暫態(tài)過(guò)程與僅有同步發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)元件的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將有顯著的不同。電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程的復(fù)雜性及電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活控制造成的多變性，使現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置面臨較大考驗(yàn)。
3 值得關(guān)注的繼電保護(hù)相關(guān)問(wèn)題
近年來(lái)，由于信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)得到了較大的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置的可靠性、功能的完善性、操作的方便性及操作界面的人性化等要求已基本滿(mǎn)足。我國(guó)繼電保護(hù)在原理上能夠滿(mǎn)足我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行的要求。智能電網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展改變了電能傳輸?shù)哪承┨攸c(diǎn)，信息化和數(shù)字化的特征使智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了本質(zhì)的差別，作為繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)，也需要適應(yīng)其發(fā)展，進(jìn)行相關(guān)的研究工作。
a.利用數(shù)字化提高保護(hù)性能
互感器傳輸性能的提高和互感器故障的減少使繼電保護(hù)不需要再考慮電流互感器飽和、二次回路斷線、二次回路接地等互感器故障問(wèn)題。電氣量信息傳輸?shù)恼鎸?shí)性也為繼電保護(hù)裝置性能的提高帶來(lái)了便利條件。如何簡(jiǎn)化繼電保護(hù)的輔助功能，利用數(shù)字化傳感器提高繼電保護(hù)的整體性能，是未來(lái)繼電保護(hù)發(fā)展需要研究的核心問(wèn)題。
b.網(wǎng)絡(luò)化將改變繼電保護(hù)的配置形態(tài)
基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化變電站改變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)信息獲取和信號(hào)發(fā)送的媒介，利用網(wǎng)絡(luò)上共享的站內(nèi)其它相關(guān)電氣元件的信息提高主保護(hù)的性能，利用共享的控制信號(hào)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化繼電保護(hù)配置，是智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)研究的前沿性問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)共享信息的同時(shí)，也帶來(lái)基于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩詥?wèn)題。與傳統(tǒng)二次電纜的傳輸方式不同，控制信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性必須得到保證。數(shù)字化變電站條件下繼電保護(hù)的可靠性問(wèn)題及如何進(jìn)行保護(hù)配置保證可靠性是網(wǎng)絡(luò)化二次回路的關(guān)鍵問(wèn)題。
c.提高安全自動(dòng)裝置性能
PMU和WAMS網(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)防御和緊急控制提供廣域信息，能夠利用其已建成的網(wǎng)絡(luò)，提高對(duì)時(shí)間敏感性不強(qiáng)的后備保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的性能，改變現(xiàn)有保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的延時(shí)整定原則，使其能夠在某些情況下及時(shí)判斷系統(tǒng)故障，采取措施避免大停電等惡性事故的發(fā)生。
d.繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)
風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能等新能源接人的隨機(jī)性，使電網(wǎng)接人安全問(wèn)題日益受到重視，相應(yīng)的調(diào)度方式在智能電網(wǎng)背景下將更快、更靈活地調(diào)整傳輸方式和潮流方向。以電力電子控制為依托的電網(wǎng)靈活控制方式將改變傳統(tǒng)電網(wǎng)的故障暫態(tài)特征，研究適應(yīng)智能電網(wǎng)靈活控制的繼電保護(hù)新原理與新技術(shù)是智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)相關(guān)研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
e.在線整定技術(shù)
自適應(yīng)保護(hù)的思想在繼電保護(hù)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，限于條件，傳統(tǒng)的自適應(yīng)保護(hù)僅能根據(jù)被保護(hù)線路的運(yùn)行情況對(duì)定值進(jìn)行調(diào)整，不能利用全網(wǎng)信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地判斷運(yùn)行方式來(lái)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(shí)現(xiàn)在線整定。
4 結(jié)束語(yǔ)
智能電網(wǎng)的建設(shè)是電力系統(tǒng)的一次重要變革，是電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向。如今，智能電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始，建設(shè)過(guò)程中新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用將給繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，相關(guān)研究的深入，繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)要適應(yīng)電網(wǎng)需求向智能化方向發(fā)展，跟進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)步伐，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支持。
