广域保护系统应用研究

广域保护相关技术及其应用综述*肖健，文福拴（华南理工大学电力学院,广东省广州市510640）摘要：环境约束与市场竞争压力导致输电系统的扩展越来越困难，而负荷又不断增加，这些因素使得电力系统越来越接近其极限运行。

另一方面，出于经济方面的考虑，电力系统互联越来越普遍。

这样，发生故障和事故的可能性加大，影响的范围也加大。

为此，电力系统的保护和控制随之变得越来越复杂，也越来越重要。

通信技术和测量技术的不断发展，使得新型的基于广域测量的广域保护技术得到迅速发展。

近年来国际上时有报道的大范围停电事故也引起了电力系统专家和学者对广域保护和控制系统的研究和重视。

本文对广域保护及其相关技术的研究历史、发展现状和应用进行了一个较全面的回顾与综述，并对未来的发展做了展望。

主要从与广域保护密切相关的七个方面着手，对相关文献进行了简要的概括和总结。

关键词：相量测量单元；广域保护；停电事故；隐含故障；综述0引言常规继电保护用于在电力系统发生故障后实现对故障元件的自动和快速切除，以隔离故障、保证人身和设备安全以及无故障部分的正常运行。

故障发生及切除后，往往会对系统产生大的扰动，严重时还会使系统遭受因过载、过/低频，过/低压，系统负荷调整，功率振荡等引起的系统解列，甚至整个系统的崩溃。

2003年8月14日发生的北美大停电事故就是一个典型的例子。

传统的安全自动装置需要在检测到系统产生不正常运行状态后再采取控制措施，但是在某些特殊情况下，如果系统恶化的速度很快，往往在自动装置采取措施之前系统就已经发展成为严重的崩溃事故。

此外，在传统的保护和自动装置中所采用的动作判据都是基于本地测量数据的，因此也就只能保护本地网络，而没有考虑故障对整个网络的冲击作用以实现系统全局的安全稳定运行。

随着电力需求的不断增长、电力市场改革的深化与发展以及电力系统规模的不断扩大，电力系统日渐接近其极限运行，其运行和控制更为复*国家自然科学基金资助项目(50477029);华北电力大学“电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室”开放课题资助杂，发生扰动和故障的可能性更大，后果也更加严重。

广域继电保护系统研究作者：王威来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2016年第5期王威（抚顺恒达电力工程有限公司，辽宁抚顺113000）摘要：伴随中国社会经济的飞速发展和进步，电力企业的发展也非常迅速，而且电力系统的建设规模和安全系数也在不断扩大和提升。

而且电力系统也逐渐在极限值进行工作，这也导致相关工作人员在进行电力系统操作的过程中，难度也有所增大。

这样一来，电力系统在平时运行工作的时候，发生故障和问题的频率次数也有所增多，进而对我国电力系统的安全性有了全新的需求，同时，对于电力系统的继电保护系统有了全新的要求。

在进入二十一世纪之后，已经发生过很多次大面积停电问题，这个问题就促使电力企业中的工作人员必须要对继电保护系统的安全性和稳定性进行重新的思考，并保证继电保护系统能够充分的发挥出自身的作用，进而保证电力系统的正常运行和工作。

关键词：电力系统；广域继电保护系统；研究中图分类号：TM771 文献标识码：A 文章编号：1673-1069（2016）14-152-20 引言针对电力系统来说，继电保护系统是其中非常重要的预防危险和问题的防线。

电力系统要是发生故障和问题的话，继电保护系统能够在第一时间做出反应，对电力系统进行非常高效的保护，进而确保电力系统的正常工作和运行不会受到影响。

如果继电保护系统没有在第一时间做出保护动作的话，就有可能会出现非常严重的事故，造成国家的经济损失，甚至是人员伤亡。

能够造成电网系统大范围故障的原因非常多，但是因为保护动作出现失误、没做出保护动作和电网大范围潮流转移过程中出现的保护连锁动作，能够将小事故在很大的程度上扩大，进而造成大范围停电事故产生。

本篇文章针对电力系统中的广域继电保护系统进行研究和分析，并加以阐述，希望会对广域继电保护系统的发展和进步有所帮助。

1 潮流转移识别1.1 输电断面有功安全性保护算法按照实际的网络拓扑结构和潮流分布对系统的状态图进行良好的构建，之后使用有向图的邻接矩阵以及路径矩阵对电网中的并行输电断面进行找出。

广域保护研究现状报告一、引言随着全国联网工程的实施,我国电网规模日益扩大,运行方式越来越复杂,对电网的保护和稳定控制越来越重要。

近年来,世界上发生的几次大停电事故都凸现了目前电力系统存在着继电保护和安全自动装置之间不能很好配合的严重缺陷,人们进一步认识到应该从整体或区域电网角度加强继电保护和自动控制,不仅要加强继电保护本身的可靠性,还要使继电保护和自动控制装置的动作相配合。

广域保护系统在获取电网广域测量信息基础上,以全新的方式解决了大电网继电保护和安全自动装置之间的协调问题,是今后继电保护的发展方向。

二、广域保护的定义和构成1、广域保护的定义及与传统继电保护区别广域保护可定义为：依赖电力系统多点的信息，对故障进行快速、可靠、精确的切除，同时分析故障切除对系统安全稳定运行的影响，并采取相应的控制措施，可提高输电线可用容量或系统可靠性，同时实现继电保护和自动控制功能的系统。

目前提出的广域保护系统可以分为两类：一类是利用广域信息实现安全监视、控制、稳定边界计算及状态估计等功能，其侧重点在广域信息的利用和安全功能的实现；另一类则是利用广域信息完成继电保护功能。

广域保护在电网保护控制中是基本定位于传统保护及SCADA／EMS之间的系统保护控制手段，国际大电网会议将广域保护的功能及控制手段等进行了定义，其动作时间范围在100ms～100S之间。

传统的继电保护主要集中于元件保护，以线路、母线、变压器、发电机和电动机等为保护对象。

传统保护以切除被保护元件内部故障为己任，主要通过开关动作来实现故障隔离。

各电力设备的主保护相互独立，不顾及故障元件被切除后，剩余电力系统中的潮流转移引起的后果。

比如故障元件被保护装置正确切除或正常元件被保护装置误切除后，由于功率的转移引起相邻电力元件的过载，导致过载保护动作等，这是传统继电保护的固有弊端。

广域保护更注重保护整个系统的安全稳定运行，可识别系统的各种运行状态(正常状态、警戒状态等)，通过调节系统的P、Q和各种保护措施，同时实现继电保护和自动控制的功能，其中可能会有本地、远程开关的动作，以避免局部或整个系统大面积停电或崩溃等严重事故的发生，保证电网在故障后仍能保持所需的安全稳定工况。

广域电力系统继电保护自动化探讨提高电力系统继电保护的自动化水平，能够提高电网安全运行的能力。

首先介绍了继电保护的作用，然后描述了我国继电保护的发展现状，最后在此基础上对综合自动化进行了详细介绍。

标签：电力系统；继电保护；自动化；安全运行0引言伴随我国电网覆盖率的不断增大，电网系统也越来越复杂，这就使得原来的后备保护措施越来越滞后于电网的正常运行、维护工作。

为了解决它们之间相互配合协调工作的问题，近年来兴起的继电保护系统成为解决以上问题的最好办法，继电保护系统具有高效、灵活应变、安全等特点，可以适合电力系统的复杂性与运营多样性。

继电保护系统是当前解决电网运行风险的最为有效的手段，它本身所具有的可靠性与速动性可以更好的保护电网正常运行，将电网中偶发的故障隔离起来，从而防止事故的扩大。

根据相关资料显示，当前电网中有75%的电力系统扰动都是由后背保护的误操作所引起的。

因此，必须提高电力系统继电保护自动化的水平，最大限度的减少由于继电保护所引起的电路故障。

1电力系统广域继电保护系统的结构体系一般来说，电力系统的广域继电保护系统是一种基于广域电网和居于电网的，专门用来确保电网中的某一固定区域的正常安全运行的电力保护系统。

它通常安装在某个变电站中，通过搜集保护系统所在变电站及相邻变电站内智能电子设备的故障方向信息，从而准确的判断出发成故障的元件（广域继电保护系统结构简图见图1）。

在这个固定区域的某变电站中，广域继电保护系统利用变电站中的内部局域网将发生故障元件的方向信息传送给其决策系统，随后通过决策系统确定发生故障元件所需要的故障方向信息。

在决策系统确定出哪个元件为故障元件之后，及时通过广域网将断电信号发送给这个区域的终端执行器，使这个区域的隔离出这个故障元件，避免更大的故障出现。

根据广域继电保护系统的结构可以看出，它是以变电站为核心的集中式体系结构，整个系统对广域保护决策系统有十分高的依赖性。

为了提升整个系统的可靠性，防止系统由于某个决策系统出现问题而造成整个系统的瘫痪，以变电站为基础级别划分的广域保护决策系统可采取“冗余方式”来提升广域继电系统的整体安全可靠性能。

关于广域保护在普速铁路供电中的应用摘要：基于传统牵引变电所亭综合自动化系统技术,结合普速铁路徐州枢纽及云台山地区牵引变电设备运营实际情况,对普速铁路复杂地区广域测控保护系统的应用以及相关原理进行分析探讨,从现有的保护配置出发，结合跳闸实例重点探讨广域测控保护系统在普速供电区段中的以供电臂为单元的继电保护技术的研究与应用,提高普速铁路复杂供电区段供电稳定性。

关键词：铁路供电；广域保护；0 引言随着我国铁路建设近年来取得得巨大成就，对铁路牵引供电技术的发展也提出了更高的要求。

牵引供电系统发生故障时会中断机车供电，导致列车停运，严重扰乱铁路正常运输秩序。

这一矛盾在普速铁路枢纽地区体现尤为突出，主要表现在两个方面，其一枢纽地区铁路线路多，相应供电设备复杂，供电关系层层关联；其二枢纽地区车流量大，供电故障停车后影响巨大。

1 现状上海局管内京沪线和陇海线交汇于徐州，给徐州枢纽铁路供电的徐州北牵引变电所下辖28个供电单元（臂）。

其中徐州北至高家营间京沪上下行正线分为6个供电单元，这六个供电单元两个为一组呈递阶关系由上级向下级供电。

某一次下级供电单元因异物引起故障，未及触发本级供电单元保护断路器出口动作，造成上级供电单元越级跳闸，追踪原因为上级断路器高阻一段保护时限未能躲过下级断路器故障出口时间。

这突出了传统保护选择性差的弊端。

当电网整体复杂度较高时，传统的保护方式相互配合非常困难，有时不得不牺牲选择性来保证电网快速性及灵敏性要求，切除了非故障元件，从而扩大了故障范围。

不仅如此传统保护采集的是就地信息，不同所亭存在时钟不一致情况，故障发生到切除时间有可能小于其时钟之间的误差，故其上传故障信息中保护动作时刻的先后顺序不俱有参考性，一定程度上影响了后期人工干预的判断。

陇海线云台山地区情况恰好相反。

陇海341、342两个供电单元不仅给陇海上下行正线供电，还下带三个开闭所，每个开闭所又带有多条支路，并存在长期越区供电方式。

基于“三道防线”的广域保护系统及结构综述【摘要】本文由传统保护的应用现状出发，研究了基于“三道防线”要求的广域保护系统，结合工程化实际应用要求进行保护范围划分，研究广域继电保护的结构模式，并从通信、可靠性、可实现性等方面对比论述了变电站集中式、分布式、区域集中式三种结构模式的特点和优缺点。

【关键词】广域继电保护；变电站集中式；分布式结构；区域集中式结构0 前言1996年美国大停电、2003年美国加州大停电和随后世界范围内的几次大停电事故，以及我国2008年特大冰雪灾害让人们逐渐认识到，传统后备保护存在一些局限性，不能避免大规模停电事故的发生[1-4]。

近年来，广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS）在电力系统中的大量应用，为电网保护系统的设计开阔了新思路[5，6]。

广域测量系统可获取全网同步动态信息，其高速数据传输可使主站的数据更新周期达到20ms～50ms。

这一特点使得从电网整体最优出发，完成继电保护功能成为可能。

因此，基于广域测量系统的基础上，借助广域测量技术和通信技术以解决互联大电网继电保护和安全自动装置之间的协调问题，广域保护系统应运而生，反映了今后继电保护的发展方向。

1 基于“三道防线”要求的广域保护系统2004年，山东大学丛伟博士，潘贞存教授提出了满足“三道防线”要求的广域保护系统[7]。

由广域继电保护系统实现快速保护功能，构筑电力系统安全稳定的第一道防线；第二道防线由广域安全自动控制系统防止稳定破坏和参数越限的安全自动控制和紧急控制功能。

当系统受到严重扰动而失去稳定，导致异步振荡时，广域保护系统执行检测系统振荡、切负荷、发电机控制、系统解列等紧急控制策略，防止系统崩溃，组成第三道防线。

满足“三道防线”要求的广域保护系统借助广域测量技术和通信技术，采集保护区域内的多点运行信息，便于在一个系统内集成实现“三道防线”功能，全面准确反映系统的运行动态，针对扰动后系统的不同运行状态采取不同的保护和控制策略，提高保护和控制设备装置之间相互协调配合的工作性能，避免系统受到大扰动后出现失稳或崩溃的情形。