智能电网环境下电力系统保护新技术

刘慧婷

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

随着我国科学技术的发展，越来越多先进技术应用于电力系统中，不断完善智能电网的功能，提高了智能电网的稳定性和安全性。在智能电网背景下，电力系统实现了集成化和智能化发展。灵活应用保护技术，保证了电力系统的稳定运行，满足社会公众和经济发展的用电需要。因此，研究电力系统保护技术具有重要意义。

1 电力系统保护技术的发展趋势

新能源并网和电网互联的发展过程中，电力系统的高效安全运行是现阶段发展的主要目标。为达到这一目标，保护技术在电力系统中发挥着重要作用。未来，保护技术将向以下5个层面发展。

1.1 高级电力设备

在智能电网中，高级电力设备发挥着关键作用。其具备强大的容量，是能够实时诊断电网需要，实现多种储能的复合系统，可以保护电力系统的稳定运行。超导限流器的应用，能够有效满足日益增长的用电需求，保证电力系统的稳定性。此外，电力系统采用分布式电源，能够保证大范围内的稳定供电。

1.2 实时传感测量

高级电力设施获取精准数据后，传感测量技术能够将数据应用于电网的各个角落。实时监控系统能够及时提供电力信息，如电子设备和输电线运行状态等，能够在线调整阻尼控制器，保证电力系统的稳定性[1]。

1.3 集成通信

智能电网十分依赖数据采集，集成通信能够为电力系统的全面保护提供数据支持。因此，通信集成将成为电力系统保护的基础，为保护技术提供数据支持。

1.4 辅助决策

在电力系统的运行过程中，管理人员进行决策判断的时间只有数秒。因此，为保证管理人员作出的决策是正确的，智能电力系统应利用数据分析和信息交互提供决策支持，帮助管理人员快速做出决策。

2 智能电力系统保护新技术分析

2.1 应用范围

2.1.1 发电环节

智能电力系统的发电环节中，主要使用发电机进行发电。通过合理利用电子电力技术能够在大型发电机中使用静止励磁控制技术，在风力发电机和水力发电机中使用变速恒频励磁技术，在风机水泵上使用变频调速技术，同时使用太阳能发电。发电环节中使用的保护技术包括纵差保护技术、横联差动保护技术、负序电流保护技术以及匝间短路保护技术等。通过使用新技术，能够加强发电环节的继电保护，保证电力系统的稳定运行。

2.1.2 输电环节

智能电力系统的输电环节主要使用高压直流输电、柔性交流输电以及静止无功补偿器等技术实现。输电环节主要在电流、电压、距离、接地以及线路上应用保护技术。主要使用的保护包括纵联差动保护、电流差动保护以及导引线自适应纵联差动保护等，共同保护输电环节的稳定运行。

2.1.3 配电环节

配电环节的保护技术是为了提高供电稳定性，提高用户端的电能质量。不仅需要满足不对称度、频率以及电压的需要，还要抵抗瞬态波动和干扰问题。配电环节要使用柔性交流输电技术，代表性的电力技术产品包括固态断路器、电流限制器以及动态电压恢复器等，可以保证配电稳定性。此外，配电环节使用自动化技术监测配电网运行状态，展开保护管理。通过自动化技术和信息技术采集用户需要，监控电网供电状态，实施配电网的运行管理。综合应用计算机技术和电力技术，实现配电环节的集成化管理。

2.1.4 用电环节

在电力系统中，用电环节是输送环节的终点，也是服务于用户的起点。该环节中，大部分用户使用微波保护、电流速断保护、接地保护、纵差保护、载波高频保护、电流平衡保护以及瓦斯保护等保护技术。联合使用通信技术和电力技术进行保护，以满足用户的用电需要，并保证用户用电的安全高效。根据电网设计展开电能研究，促进电网的高效化和智能化发展。

2.2 具体应用

2.2.1 超导限流器

超导限流器多利用超导材料的超导态—正常态转变特性以及辅助部件，在电网线路发生故障后，产生一个合适的阻抗来限制电流。其相比于限流元件有众多优点。包括：（1）响应迅速。超导限流器作出响应一般只需要及毫秒时间，响应速度满足智能电网运行需要。（2）根据电网需要可以将电流控制在一定范围内，一般情况下限定在额定电流2倍左右[2]。（3）电力系统在正常运行时，超导限流器只会耗费极小的损失。（4）能够实现自动触发，自动复位，还能够集成触发、检测以及限流。（5）与多个系统互相连接，能够构成稳定的电力系统。保证个别系统发生故障后，电力系统仍然可以稳定运行。目前，常使用电阻式超导限流器将交流超导体由超导态快速转变为常态，限制故障电流。此外，在超导限流器中，使用由超导电缆组成的触发线圈，为防止触发线圈在转变时出现过电压，通常需要并联限制电阻和线圈。

2.2.2 零序电流保护

电力系统中应用零序电流保护的同时应用超导限流器，会在限流期间产生限流电阻和零序限流电抗，造成零序阻抗增加，影响原本的零序网络，出现不对称短路，降低零序电流，出现电流保护误动作等问题[3]。由于超导限流器构成原理的不同，其限流阻抗也存在较大差异。电阻式超导限流器和路桥式超导限流器之间不存在互感，零序阻抗和正序阻抗一致。

2.2.3 光纤传感技术

光纤传感技术在电力系统中已经应用了很多年，是保护技术中十分重要的一种。其具有强大的抗干扰能力，抗辐射且耐腐蚀，同时能够满足在线测量的需要。在电力系统中应用光纤传感技术，能够实现大范围的在线监测。相比于传统传感技术，光纤传感材料安全，使用绝缘介质制作，适用于一些易燃易爆的特殊场合。而且光纤传感能够精准测量，具有更快的响应速度和强大的抗干扰能力，方便组网建设，满足分布式电力系统建设需要。在电力系统中，光纤传感技术支持分布式测量运行，在恶劣环境中仍然适用。电力系统在线监测功能也要得到光纤传感技术的支持。此外，变压器需要长期运行在强电场环境中，在线监测技术需要适应强电场环境，光纤传感技术能够满足强电场运行需要。目前，将光纤传感技术应用于在线监测系统中，实现了对变电站的实时监测，满足了电力系统稳定运行的需要。

2.2.4 GPS系统

电力系统利用GPS系统实现通信功能，能够满足不同场景下的通信要求。电力系统对于通信主要存在采集数据、数据传输以及数据监控3方面要求。使用GPS系统可以收集观测数据并进行处理。经过数据转换后得到卫星导航电文，使用北斗卫星接收电力数据，并传输给调度中心，储存和分析数据后，给出应答，完成电力数据的应用。当变压器启动保护动作时，变电站会自动汇报测量对象信息。由于变电站信息可能同时发送，因此容易出现数据碰撞和丢失的问题。为保证数据的安全传输，GPS系统要具备多个业务发送能力，在数据处理中心设置多个串口接收通信数据，并排列优先级。处理数据时，通过检测优先等级，优先处理高优先级数据。一旦电力系统发生极端故障时，需要启动大量保护动作，将数据发送至调度中心，按照优先级进行处理，因此要准确评估线路保护的重要性。

2.2.5 超高压直交流混输技术

随着科技进步，电气化和自动化快速发展，社会用电量大幅提高，对电网建设也有了新要求。电网建设需要不断完善结构，满足社会用电量需求，提高电网的稳定性和电网运行的灵活性。目前，电网运行过程中面临着暂态问题，谐波分量持续大幅增长，电力系统中互感器需要具备更强大的性能，从而灵活应对电网的复杂运行。在继电保护中根据二次谐波判断系统的运行状态，关注谐波标准，也是继电保护的重要要求。

2.2.6 智能传感技术

如今，智能化技术快速发展。在光纤传感技术的基础上，积极使用智能传感技术，可以提高信息采集的便捷性和自动化，也能检查电网的保护状态。智能传感器利用检测功能实时监控数据，掌握系统运行现状，同时主动规避环境干扰，全天候保护电网系统。此外，应用智能传感设备，可显著提高电网运行管理效率，收集并保存电网运行数据，可用于进一步技术研发，对电网系统的健康发展有着重要价值。

3 结 论

综上所述，在智能化电网环境下，电力系统保护技术出现集成化和智能化发展。在发电、输电、配电以及用电环节中，均使用了大量信息技术、通信技术以及电力电子技术作为保护技术，保护电力系统的稳定运行，支持电力系统高效安全运行，保证社会电能的稳定供应，推动电力系统的健康发展。