继电保护全息动作技术浅析

一、我国电网继电保护技术现状

随着我国电力需求的快速增长，地区电网与主网之间的功率交换将越来越频繁，交换功率也将日益增大，输电线路将长期处于稳定极限边缘，同时一部分可再生能源以分布式电源的方式接入低压配电网，电源运行方式变化幅度大、速度快，一旦发生故障，可能发生由潮流转移而导致的连锁故障，进而演化成大停电事故。为防止大停电事故的发生，保证地区电网安全稳定运行，快速恢复区域电网供电，如何建立安全有效的地区电网安全稳定控制系统具有重要意义。

围绕保护电力系统安全稳定运行这个重要问题，继电保护系统、安全控制系统分别扮演着不同的重要角色。继电保护属于发生故障时确保系统安全运行的第一道防线，能在第一时间切除系统故障元件，保护电气设备的安全。而安全控制系统属于确保系统安全运行的第二道防线，当故障发生后，系统功率不平衡导致出现频率或者电压偏差，或因暂态问题导致系统功角失稳，这时，安全控制系统通过切机、切负荷、解列等手段使得系统建立起新的平衡状态，保证整个系统的安全稳定运行。然而，现有继电保护系统和安全控制系统之间缺乏配合，对系统的安全经济运行造成了严重的影响。

现有安全控制系统无法取得继电保护动作信息，因此不能区别不同出线故障，不能判断故障类型，不能获悉故障持续时间，而且逻辑判断简单，可能存在严重的过切问题。随着通信技术的发展，故障发生后，包括故障位置、故障类型、保护动作时间、重合闸时间等继电保护的全息动作行为能够快速地上传到故障信息系统（FIS：Fault information system）。如果能在故障信息系统和安全控制系统间建立起有效的通信，安全控制系统就能够对非正常运行状态下的系统进行精确、有效地控制，减小系统负荷损失，保证系统安全经济运行。

二、继电保护全息动作技术分析

（一）继电保护全息动作原理

基于继电保护全息动作行为的地区电网安全控制系统，主要实现继电保护信息的本地切机切负荷控制、基于继电保护全息动作行为的全局优化紧急控制方案和快速供电恢复策略等三个方面的目标。

1.基于继电保护信息的本地切机切负荷控制

根据站内所有电气量信息和继电保护动作信息，区分潮流转移过负荷和故障过负荷，对潮流转移过负荷进行快速的切机切负荷策略，避免后备保护误动作，并将继电保护全息动作行为和本地控制结果上传至区域安全控制系统。

2.基于继电保护全息动作行为的全局优化紧急控制方案

充分挖掘继电保护全息动作行为带来的暂态信息，从全局角度综合考虑系统功角稳定、电压频率稳定问题，通过电气制动、快关气门、切机、切负荷、解列等措施进行优化协调控制，使得系统建立起新的平衡状态，保证整个系统的安全稳定运行。

3.快速供电恢复策略

通过对继电保护动作信息的记录，利用备自投和网络重构方法快速地制定供电恢复策略，尽量减少负荷损失，帮助地区电网在故障后迅速恢复到正常状态。

（二）继电保护全息动作技术实施方案

1.基于继电保护信息的本地切机切负荷控制

目前继电保护信息的来源除了本站所有继电保护装置的动作信息，还包括通过广域继电保护系统获取的广域继电保护信息，通过二者结合而产生的潮流转移过负荷＼故障过负荷区分方法能够有效地调整后备保护定值，制定快速的本地切机切负荷策略，使系统避免因潮流转移而导致的连锁跳闸行为，使得系统可靠性大大提升。

2.基于继电保护全息动作行为的全局优化紧急控制方案

随着通信技术的发展，包括故障位置、故障切除时间、故障类型、重合闸动作情况等继电保护全息动作行为能够快速地从子站上传至安全控制主站。该技术变革使得安全控制主站能够对故障造成的稳定性影响进行精确的定量分析，通过能量函数法或EEAC指标对故障进行快速的定量分析后可以通过电气制动、快关气门、切机切负荷、解列等紧急控制手段对系统进行主动有效的优化协调控制从而使系统尽早恢复安全稳定运行。

3.快速供电恢复策略

继电保护信息可以提供故障后完整的线路开断信息、网络拓扑信息，将负荷恢复策略和继电保护信息有效地结合在一起可以实现快速的备自投方案和网络重构方案。

4.试验仿真

在提出基于继电保护全息动作行为的安全控制策略后，首先利用BPA、PSCAD等仿真工具，对不同的IEEE标准系统，验证控制策略的有效性和正确性。在此基础上，利用RTDS仿真器，结合实际地区电网模型，通过闭环仿真实验，验证基于继电保护全息动作行为的地区电网安全控制系统的有效性和可行性。

三、结论

对于继电保护系统和安全控制系统的结合问题虽然已有一些成果，但这些研究未能充分利用继电保护系统提供的全息动作行为信息，对于如何协调基于故障信息的本地控制和基于全局信息的全局控制也未能得到很好的优化方案。因此，基于继电保护全息动作行为的地区电网安全控制系统构建方案，以继电保护全息动作信息作为出发点，使之与安全控制系统有效配合，为保障电网安全稳定运行提供可靠的支撑平台。

继电保护全息动作行为可以解决传统继电保护系统和安全控制系统缺乏配合的问题，实现地区电网对于突发故障迅速、主动、有效地进行控制的目标，建立基于继电保护全息动作行为的地区电网安全控制系统方案，并将其工程使用化。本项目将提出基于继电保护信息的本地切机切负荷控制，实现故障的就地控制；提出基于继电保护全息动作行为的全局优化紧急控制方案，实现故障的全局优化控制；提出快速供电恢复策略，实现基于继保信息的快速负荷恢复策略。