配电网智能保护及控制系统应用研究

杨水其

（广东电网公司江门恩平供电局,广东 恩平 529400）

1 智能保护研究的背景

1.1 继电保护的发展历史

近年来，电力系统继电保护技术的发展取得了很大的发展，而其大概经历了以下几个历史时期：首先是从上世纪50年代开始的晶体管继电保护研究，然后是70年代中期开始的集成电路型继电保护研究，随之而来的是80年代初进行的微机继电保护研究、最后是从上世纪末开始的伴随着国内微机保护的软硬件的发展而进入的微机保护时代。国内目前使用的多数线路保护机制依然是微机保护。

继电保护的发展朝着计算机网络化，保护、控制、数据通信一体化和人工智能化的方向发展。计算机网络化继电保护指的是以数字式计算机为基础而构成的继电保护，并使得装置能够以网络为媒介令每一个保护单元和重合闸装置都能够共享整个网络系统的运行和故障数据，并保证这些单元和重合装置的协调正常运作。在网络和计算机日益发展的条件下，微机保护装置能够完成数据通信、控制、测量等等相关功能。到90年代，随着人工智能化诸如模糊逻辑、遗传算法、神经网络在电力系统方面的发展，使得电力系统开始转向人工智能方向研究，为继电保护解决许多常规问题提供新的解决方法。

1.2 常规微机保护局限性

微机保护的局限性通常有以下几点：微机保护技术优势的发挥在于产品的质量，所以，应严格筛选质量高的厂家生产的微机保护装置；微机保护的操作过程复杂，需通过键盘输入很多项定值，不容易被运行人员接受，这一方面需简化；微机保护的价格较高，远大于常规保护，因适当调低价格，增加推广；同时，微机保护装置一般采用一台微机保护装置一台打印机的输出方式，随着微机保护的广泛使用，打印机数量增加，所以，一旦出现电网出现不平衡，很可能都处于紧张的打印输出信息状态，而无论该信息是否需要，这样既浪费，又不便于管理。

1.3 通信技术的发展

随着国内科技实力的不断提升，通信技术的发展为基于网络通信的智能化、区域化保护及控制系统的发展提供了基础。

2 智能保护原理研究

2.1 智能电网的技术内涵

智能电网涵盖了电力系统的几乎所有领域，它以智能一次设备和二次设备为基础，并且与计算机、通信技术等技术结合。并从技术角度来讲，未来的智能电网在电力市场化、新能源发电以及电网自愈能力等方面都有各自的发展方向。图1所示为智能电网的研究与实施内容。

图1 智能电网的技术解析图

智能电网的建立，是以电力系统和通信系统高度发展集成为基础而实施进行的。智能电网主要包括俩大部分：智能的输电网和配电网。

智能变电站是实现电网智能化控制和运行的要点所在。以此为前提，电网智能化的目标包括：建立一个基于同步信息的广域保护和紧急控制一体化理论与技术,紧急控制系统、区域稳定控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系。

2.2 智能电网的运行特点

未来智能配电网结构和功能是现有的系统结构和功能的扩展,是建立在此基础之上的，且从功能上必须完成两个目前结构所无法达成的两个要求：（1）支持高比重的分布式能源接入电网,以达到提高系统运行的灵活性、整体性以及效率提高的目的；（2）支持综合考虑终端用户和配电系统的控制任务，以完成系统性能的优化、预期的安全稳定性与设想的电能质量的工作目标。

智能配电网务必拥有分层分块的结构体系，因为只有这样才能够使得每个微型电网模块都拥有其自身所具有的所谓的孤岛运行能力，最终达到提高城市电网的健壮性、保证电网运行的安全性和系统运行的灵活性的终极目标。

3 智能电网的保护控制系统

如图所示，为一智能电网保护控制系统的设计原理。

图2 智能电网保护控制系统设计图

由图2所示设计图能够得出，其结构是符合人工智能的多代理系统结构，各个保护控制单元都具有自身的通信和智能判断功能。保护控制单元采用多代理智能体结构，各个保护代理间实现信息交换和协调配合，从而能够使得基于微电网保护的配电系统保护控制拥有分布计算和分布式控制的能力。就目前国内外的研究情况来看，关于微电网控制模式方面的研究主要有3种：主从控制模式、对等控制模式和基于多代理系统的分层控制模式。而从发展角度来说，后者更符合未来微电网的发展,但是，其在实现方式上具有一定的难度。

包含微电网的配电系统在受到一定的外界扰动后，其正常工作的过程可能会出现振荡现象等其他干扰情况。若在扰动影响以后，系统无法再重新建立稳定的运行状态，则会使得微电网与配电网主系统之间发生失步现象。失步的发生通常会比较复杂，从以往的研究情况来看，是假设发电机的暂态电势能够保持恒定，但是这种假设并不是适用于任何场合，很多情况下是不满足条件的，所以，避免微电网的失步现象发生也是必须重点解决的问题。

4 智能保护应用难点及未来发展趋势

4.1 智能保护应用难点

智能变电站运用先进、可靠、环保、低碳的智能设备，并以全站信息数字化、通信网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能，并根据需要支持电网实施自动控制、协调互动、智能调节、在线分析决策等高级功能的变电站。

智能变电站由三个部分组成：分别是变电站的数字化和信息化、智能一次设备和一个高级应用。其中，真正关键的比较难的点是智能一次设备。这些方面，还是体现在厂家的产品监督工作没做好导致装置可靠性不够。比如说，部分电子式互感器可靠性问题有待改善。伴随此类可靠性出现的问题通常是由于抵抗环境变化的能力问题，而装置的设计和制造是实现此项能力的重点。由于原控制单元的主要工作是控制，现在将其下放到产品后，会拥有比原来更加恶劣的一次侧环境，从而导致这种情况发生。就目前来说，智能变电站的问题还是较多的，所以，这个研究过程是个比较长期的推进过程，需更多改造。

4.2 智能保护的未来发展趋势

数字化、信息化一定是未来智能电网发展的重点。首先，毋庸置疑是从数字化和信息智能化。其次，务必保证产品的可靠性。再次，要求产品的可视化方面工作做好。关于可视方面，因可视化中压产品中的应用有限，而且中压产品本身得可靠性就比较高，价格而且还比较便宜，如果投入复杂的东西进去就会不恰当。

智能电网要在国内可能解决几个问题：一是可再生能源的接入问题，二是电网自身利用效率低的问题。而可再生能源的接入和用户都是在配网侧，所以只输电而不做配网是无法完成要求的。

5 结束语

智能电网的研究涉及了电力系统的各个领域，是未来电力系统的发展方向。文章给出了智能保护建立理论的基础，对于真正需要完成的目标，需要采取应对措施，积极面对智能电网工作过程中带来的困难，攻坚克难，保证电力系统更加有效合理的运作，保证电网运行更加有效地进行。

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