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采用廣域量測系統提高電力系統保護性能

MPCE2016年第4卷第3期組織了“智能電網廣域監測、保護與控制”???,介紹了基于以相量測量單元(PMU)為代表的同步測量技術而實現的廣域監測、保護和控制方面的研究成果和技術。其中,收錄了一篇PMU泰斗級人物ArunG.PHADKE等撰寫的題為《采用廣域量測系統提高電力系統保護性能》文章,討論了PMU為繼電保護帶來的發展機遇,并指出了采用PMU提高電力系統保護性能所需應對的挑戰。小編節選其中的主要內容,與您分享。

廣域量測系統為改進電力系統保護性能提供了諸多便利和條件,推動了繼電保護性能評價系統、后備保護監督控制系統和新型智能化系統保護框架等技術的快速發展。高壓無線核相儀主保護對于動作的快速性要求極高,因而當前廣域量測系統仍主要應用于后備保護與系統控制。隨著電力系統互聯規模逐漸增大,擾動波及范圍擴大,電網運行方式更為靈活多變,尋找適用于所有負荷水平和擾動形式的保護整定方案越來越困難,甚至成為不可能的任務?,F有數據表明,70%的大停電與保護誤動作有關,有必要完善廣域后備保護系統的監控與自診斷,研究新一代智能化的自適應系統保護方案。


1廣域量測系統與繼電保護的關系

廣域量測系統是基于同步相量測量單元(PMU)的電力系統實時動態相量量測網絡,所獲取信息對于電力系統保護與控制具有重要價值。主保護在電網故障時必須盡快動作,廣域量測系統的通信速度難以滿足主保護的需求;而對于速動性和選擇性要求不是很高的后備保護,廣域量測系統可以被用于保護性能的監控和改進。得益于計算機技術的飛躍式發展,裝置的計算能力大幅提高,電網保護可以采用更為復雜的算法和廣域協調分析等新技術。另外,通信網絡架構對于廣域控制保護也具有極為重要的基礎性作用,需兼顧各異構式通信技術和數據傳輸協議。今后的研究將集中于廣域量測數據在電網保護與控制系統中的具體應用。

2當前電力系統保護面臨的挑戰

隨著電網復雜程度的不斷提高,傳統的、基于本地信息的裝置級保護配置方案越來越難以滿足實際需求,高壓無線核相儀基于廣域量測信息的系統保護方案得以迅速發展,互聯電網之間的保護協調與配合變得尤為重要,仍面臨諸多挑戰。

1)相繼故障:局部的電網故障可能引起一系列相繼發生的多次故障,基于本地信息的電網保護配置方案難以滿足此類事件下的快速、正確隔離故障,廣域量測信息和系統運行狀態辨識尤為重要。

2)保護整定:復雜多變的電網結構使得保護配置困難,基于特定運行方式的保護定值在系統狀態變化時其效果將大打折扣。

3)隱性故障:隱性故障是指繼電保護未被發現的持久性缺陷,在系統發生故障或出現不正常運行狀態時被觸發導致保護誤動,需要開發基于廣域量測數據的保護自診斷系統消除隱性故障。

3廣域量測系統在電力系統保護中的應用方向

將廣域量測系統引入繼電保護的初衷是提出新的保護方案減少大停電事故概率和損失,廣域后備保護與保護電氣設備本身的主保護在功能上各有側重。廣域量測數據在繼電保護領域的潛在應用場景包括以下方面。

1)非故障情況下的繼電保護動作特征逼近告警。

2)防止重負荷時測量阻抗進入動作區造成誤動。

3)繼電保護裝置安全性和可靠性的協調。

4)后備保護動作區的實時監測與評估。

5)基于事件響應特征的智能低頻減載方案。

6)具有預測功能的自適應失步保護。

7)系統一體化保護控制方案。

4配電網對于廣域量測系統的應用需求和現狀

可再生能源、儲能、電動汽車、智能儀表和需求側管理等使得配電網的動態特征發生巨大變化。特別是清潔能源的大規模接入,使得傳統的單電源放射型配電網發展為多電源復雜配電網。高壓無線核相儀配電網潮流雙向流動、可再生能源接入對故障點短路電流的影響等使得配電網保護配置尤為復雜?;趶V域量測信息的配電網保護系統能夠實現速動性和選擇性的良好統一,是配電網繼電保護的發展方向。配電網饋線短、相角差小,對于廣域量測系統精度提出更高要求。配電網運行方式復雜多變,要求繼電保護整定值的修改靈活方便。同時,配電網的網絡重構、分布式發電控制、電能質量監測等應用也對同步相量測量提出迫切需求。

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