微机保护相关继电保护培训材料

微机保护相关继电保护培训材料第1页，课件共137页，创作于2023年2月培训提纲传统三道防线与大停电机理1继电保护研究现状与协调优化23

广域保护的提出与研究第2页，课件共137页，创作于2023年2月电力系统安全稳定标准《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：

第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电[单一故障(出现概率较高的故障)]；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷[单一严重故障(出现概率较低的故障)]；

第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失[多重严重故障(出现概率很低的故障)]。

第3页，课件共137页，创作于2023年2月为满足三级标准的要求，首先应建设一个结构合理的电网，好的网架是电力系统运行的基础，同时在我国已经形成了三道防线的概念，电网的建设按三道防线规划和配置，电网运行按三道防线调度管理。继电保护：快速可靠的继电保护确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电；紧急控制：采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；校正控制：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故扩大，防止大面积停电。传统三道防线第4页，课件共137页，创作于2023年2月三道防线示意图第5页，课件共137页，创作于2023年2月电力系统运行状态与三道防线的关系为了便于分析，把电力系统运行状态分为：正常状态；警戒状态；紧急状态；极端紧急（失步）状态；恢复状态；对应相应的状态，设置三道防线来确保电力系统在遇到各种事故时的安全稳定运行。

电力系统运行状态与三道防线的关系示意图第6页，课件共137页，创作于2023年2月按照三道防线要求进行的系统稳定控制三道防线的概念很清晰、明确，易于操作实施。近年来我国电网没有出现全网性事故和大范围停电，应该说得益于三道防线的建设。系统稳定控制过程示意图第7页，课件共137页，创作于2023年2月正是由于重视了三道防线，特别是应用紧急控制和校正控制，在必要时用牺牲局部来保全整体，相当薄弱的我国电网却没有发生过北美“8.14”那样的大停电。但也往往会付出过度控制的代价。目前的“三道防线”一般都由相对独立的装置和功能软件构成，彼此缺乏配合与协调，各保护和控制装置大都基于本地电气量工作，难以反映电力系统的整体运行情况，有时会造成不必要的停电或系统失稳。贡献与不足第8页，课件共137页，创作于2023年2月广域电力系统的安全面临严重威胁——事故频出第9页，课件共137页，创作于2023年2月广域电力系统的安全面临严重威胁——大面积停电电能的生产、传输、分配和使用必须同时进行，并时刻保持供需平衡。一旦发电、输电和用电之间的平衡遭到大范围破坏，就有可能在很短的时间内造成大面积停电的灾害性事故，并引起能源、交通、通信和金融等多个重要领域的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。保护误动或拒动；连锁故障；甚至误操作或错误调度；。。。第10页，课件共137页，创作于2023年2月

近年来，全球极端自然灾害事件明显增多，电力系统由于分布广域，其安全性受到严重威胁。气象或地质等重大自然灾害、以及人为恐怖攻击等突发事件等，都可能引发电力系统大面积停电灾难性事故。自然灾害恐怖袭击战争病毒破坏。。。广域电力系统的安全面临严重威胁——极端运行条件第11页，课件共137页，创作于2023年2月现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全大停电事故使整个社会更深地体会到电力系统的安全性对国民经济和社会稳定的重要性，也凸显出目前的电力系统安全防御体系的不完善性。

现有的大电网安全防御体系已落后于电力系统自身的发展，控制中心对系统全局信息和关键信息的获取与挖掘不够，并缺乏与之相应的安全评估方法和控制策略。大面积停电事故发生后如何尽快实现自动恢复供电，现有的防御体系也并未涵盖。第12页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电2003年8月14日美国、加拿大大停电是历史上最大的停电事故，事故期间上百台机组跳机，5000万人失电。下面根据事故调查的中期报告对此次事件进行分析。事故序列分为以下几个阶段。当日15：05以前在FirstEnergy(北部Ohio州调度中心，简称FE)控制区域，尽管若干主力机组和线路停运，系统稳定运行并且能够应付大约800个N-1故障。但此时系统已经处于重载状况。此外，属于PJM（宾州、新泽西州、马里兰州）控制区域的AEP（美国电力公司）与DPL（代屯电气公司）之间的345kV线路Stuart-Atlanta因接地故障而跳闸，但MISO(负责Ohio，Michigan，Minnesota，Indiana，Illinois等区域的调度中心，FE的上级调度)没有监视此线路状态，状态估计没有正确反映，导致后来状态估计错误。FE的EMS也没有正常运行。第13页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电15：05至15：39，风速减小，线路散热减慢，输电走廊的植物生长也超过预计，线路重载自然下垂加剧。线路潮流在长期极限内，但一系列线路接地故障仍然发生，造成3条345kV重要线路过载并跳闸。此时，如果减载1500MW~2500MW，系统也许还可以继续稳定运行，但FE由于计算机故障，没有认识到事件严重性，没有这样做。在此期间，由于缺乏FE系统数据，PJM和AEP也没有正确认识到系统的危险程度。第14页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电15：39至16：08，主干线路跳闸后，138kV系统立即过载并跳闸，随后更多的345kV线路受到影响继续跳闸，形成连锁反应。在此期间，系统潮流剧变，导致保护误判，扩大了线路跳闸范围。16：08至16：11，大批线路跳闸导致系统电压降低，机群之间振荡，三段距离保护动作，最后故障波及整个东北网络，大批机组跳机，负荷减载，系统解列为若干孤岛。第15页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电调查认为以下是大停电事故主要原因：FE因为计算机故障没有进行N-1事故分析，调度员对系统状态失去监控。当发现系统危险时，调度员的沟通花费了宝贵的事故处理时间，在沟通时，系统继续恶化。计算机系统故障且没有良好的备用计算机系统是“8.14”大停电有别于美国历史上其他故障的地方。第16页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电FE没有有效地监视植物生长对系统安全的影响。这也是以前多次北美大停电事故的原因。MISO由于没有及时维护状态估计器，未能对系统危险状态进行紧密监视，也未能向FE提供正确的系统信息。MISO采用离线数据进行输电断面输送容量计算，这使得MISO没有准确掌握系统信息。PJM和MISO缺少处理控制区域之间联络线过载的预案。第17页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电调查还发现：FE和MISO调度员缺少良好培训，特别是应付8月14日这样恶性紧急事故的培训。发电机因为以下几个原因而跳机：低频或者高频保护（这是主要的跳机原因），励磁系统低压保护（防止励磁线圈过热），厂用电电压过低影响电厂热力系统和辅机系统。事故前，MISO区域无功备用少。FE控制区域电压下限为0.92（标幺值），而一般北美控制区域采用0.95（标幺值）。没有发现通过互联网进行信息攻击的现象。信息安全问题如果存在，也不严重。也没有发现人为破坏情况。所有核电机组都正确跳机，没有带来核危险。第18页，课件共137页，创作于2023年2月现象：偶然故障——相继开断——振荡失稳——系统崩溃阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦解、系统恢复对策：全局信息+状态评估（预防控制）

故障识别+动态协调（继电保护、紧急控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）“8.14”美加大停电机理第19页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电机理这次大停电事故可以得到如下启示：事故起因在于线性静态安全分析和状态估计工具不力，调度员无法应对，线路因为过载和接地故障而连锁跳闸，属于MISO区域静态问题。MISO接地故障和线路连锁跳闸导致事故期间全系统振荡以及潮流串动，引起扰动的扩散，并且最终发展为大停电。尽管在事故期间电压稳定发生，但其是N-3和N-4事故的结果而不是起因。当系统失去许多线路后，自然发生暂态稳定和电压稳定问题。此时，进行暂态稳定计算和电压稳定计算已经多余并且也不可能（因为需要进行N-X事故仿真，这里X很大）。第20页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电机理对北美这样联系紧密的系统，从现有技术来看，开发能够全面阻止大停电的稳定控制系统还有难度，主要困难表现在控制策略的设计。当然，暂态紧急稳定控制系统能够将某些局部事故的影响降低。因此，制定周密的解列计划应当得到重视。保护动作设计不尽完善，加剧了事故影响，特别是三段距离保护设计。系统低频减载是为了维持系统供需平衡设计的，而发电机组低频和高频跳机是为了保护发电机组免受损失。显然，低频或者高频保护应当适当协调以减少损失，但停电发生期间纽约的频率曾经在57Hz~63Hz变化，说明低频或者高频发电机保护没有很好协调。第21页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电管理原因分析美国纽约州、缅因州公共事业委员会原主席--彼得.布雷福德提出了有关输电管理的问题。美国有很多规模大小不同的电力公司，在发生大停电的区域中就有数十家电力公司，其中至少有20家电力公司拥有输电线路。因此，有关区域的电力供应、输电、配电整个系统的安全，都是由拥有产权的公司来管理和维护。另一方面，整个系统的标准设定，由国家电力可靠性委员会负责。这是由美国所有的电力公司自发组成的一个委员会。这些电力公司既有国营也有私营，但是，是否遵循这个可靠性委员会所制定的规定，则是自愿的，而不是义务的。通过这次事故发生之后，这种自愿性遵守可靠性规章的制度一定要进行改变。还有一件更令人不解的事情，就是电价由联邦能源管制委员会来制定，而输电线路在哪里建设则是由各个州政府来执行。第22页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考8.14大停电引发了世界范围内对于防止大电网大面积停电的研究热潮阶。我国电力系统本属于弱联系系统，但却面临着大区域互联和电力市场改革的严峻挑战，互联后的系统也将同目前的西方电网一样潜伏着大停电的危险，因此研究大电网的安全防御已成为当务之急。第23页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考我国电网虽有很多不足之处，但却从未发生过世界级别的大停电事故，这个结果并非偶然，主要归功于以下几条经验：（1）有集中的调度体制。我国实行的集中调度体制是安全运行的重要保证。在美国只有省调，其上层没有网调，出现问题时平级协调，称作协议调度。因此，发生故障时，各自保护自身的利益，难以统一行动。第24页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考（2）将“安全第一”作为调度的首要任务。电力系统是典型的非线性复杂系统，其状态间的变化关系复杂，影响安全运行的偶然因素多，难以预测，因而在决策过程中就有可能做出保守和乐观的两种选择。将安全作为首要任务是保守的，但另一方面也消除了发生大面积停电的隐患。今后的电力发展中，市场的比重将不断加大，不可能象从前那样能消除所有的重大危险于萌芽之中，因此必须面对可能时刻发生的潜在危险。从这个意义上讲，我们不能放松对大停电的警惕。第25页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考（3）调度员处理事故时敢于舍弃切机、切负荷、解列，保全整体。决策选择是乐观还是保守，不仅表现在平时的预防性控制中，更表现在紧急事故处理中。由于受各种外界因素的制约，国外调度员在处理事故时不敢轻易做出放弃，容易错过放弃局部、保全整体的最佳时机，因而产生了扩大危险的可能。多年的运行经验也说明，在处理紧急事故时敢于舍弃并不是权宜之计，而恰恰是防止发生大停电的有效手段。第26页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考（4）稳定控制效果显著。在电网安全稳定控制研究方面，我国取得了很多在国际上领先的研究成果。这些最先进技术的应用，加之调度员对安全稳定控制工作的重视，保证了我国电网安全稳定控制的高水平。据统计，1996年以来，我国未出现过大范围的电力系统稳定事故。第27页，课件共137页，创作于2023年2月“8.14”美加大停电引发的思考（5）互联电网多为弱联系系统。我国虽地域广阔，但电网却为弱联系系统，大区电网间的交换功率小，并且在联络线上都装有解列装置，因此在故障发生后，大区域电网能尽早解列，有效地隔离事故，防止事故波及到相邻的大区电网，有效防止了大事故发展为恶性事故。防止大停电的经验是宝贵的，但它又不是简单的总结能彻底说明的。如果能将大停电后的定量分析报告与结论性的经验总结相结合，整理出一些具有普遍性的结论汇编成专著，必将为调度员提供非常有价值的参考资料。第28页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

全球极端外部灾害事件明显增多，包括大范围自然灾害、大规模恐怖活动和战争。其物理特点是广域性、长时性、群发性、破坏性；其经济特点是损失极其严重；其社会特点是直接涉及各种公共事业，容易扩展为综合性社会灾难。极端灾害的应对成为了停电防御系统研究中的一个新重点。第29页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

在一般的大停电(例如北美“8·14”案例)中，相继开断和停电的规模在初始故障发生后的1h或更短的时间内就不再显著增加，并开始在恢复控制下逐渐减小。其相继开断的主要原因是：被开断支路上的潮流转移而引起新的过载，可调抽头变压器控制与感应电动机堵转引起无功缺乏的正反馈，以及继电保护、自动控制或人为操作的失误。因此，可以根据电力系统本身的分析来预测那些最可能发生的相继开断，并评估其风险。在这类大停电中，相继开断的线路数一般不会超过数十，故孤立电网的数量较少；此外，由于倒塔故障很少发生，故被开断的线路较易恢复送电。第30页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

但在极端外部条件(例如2008年初中国南方的冰灾)下，线路相继开断的主要原因往往是大规模的外力破坏，故容易造成大面积的群发性断线和倒塔。显然，要分析其概率和风险，就不可能绕过具体外部灾害的机理，也必须依靠外部环境的相应信息。在这次冰灾持续的20多天中，气象部门孤立地预报了各场冻雨，但对其持续性和强度明显估计不足。输电线路的覆冰不断积累，相继故障的频度和规模不断增加，进而形成多个电力孤岛及大范围停电。同时，电力和商业通信网络也都受到大量破坏，严重影响了对灾难的有效应对。截至2008年2月9日，国家电网公司就有2825km通信光缆、8座通信站和154台(套)通信设备受损。第31页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

冰灾暴露了目前电力规划在投资原则、设计标准、风险意识等方面的缺陷，也引起了对电力规划的反思。例如，输电线路的设计标准应该提高到什么水平?电源规划与电网规划之间应该如何协调?通信系统的可靠性与电网可靠性应该如何协调?对冰灾的反思应该引申到其他的极端外部灾害，如雷击、污闪、洪水、泥石流、台风、地震、大规模恐怖活动和战争等。不要总是等到某种灾害成为事实后，才如梦初醒。只有掌握了形成各种灾害的不同机理，以及造成电力系统群发性故障的不同途径和特点，才有可能可靠预报相应的风险，优化预防控制决策。为此，需要大量的跨领域研究，提取相关的特征变量，并用可观察、特别是电力企业能实现自动监测的特征量来描述。第32页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

总体来看，当前水平的防御系统可以通过减少一般故障下的停电概率和停电范围来降低风险，但尚不具备减少极端外部环境下的停电概率和停电时间的能力。其不足主要反映在：1)信息采集子系统：仅采集和处理电力系统内部的电气量，还没有与GIS、规划信息系统、电力交易信息融合，也缺乏与外部环境非电气信息的结合；不能识别极端外部环境的程度、范围及变化；没有相应的风险分析功能，故无法实现对极端外部条件的预警。此外，信息传输通道本身的可靠性也存在严重的隐患。第33页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

2)分析预警子系统：目前仅根据实时断面分析下一个潜在故障，从而随着工况的变化而间接地分析相继故障，因此仅能应对缓慢而简单的相继开断。虽然可针对当前运行条件评估潜在孤立故障的风险，但不能准实时地对多重相继故障，特别是群发性相继故障的影响进行预评估及预警。除了与EMS集成外，预警子系统还需要与动态培训仿真器、电力市场的支持系统和动态仿真器等实现信息融合。第34页，课件共137页，创作于2023年2月极端外部灾害提出的新挑战

3)决策控制子系统：虽然考虑了预防控制、继电保护、紧急控制和校正控制的优化，以尽量避免停电或减小停电范围，但对多级调度协调控制的考虑还不够。现有的成果未涉及旨在尽量缩短停电时间的恢复控制，缺乏对其自适应优化的支持。目前的恢复控制仍然只能依靠离线准备的少量典型预案，这在简单的停电模式下还可对付，但很难应对极端外部灾害引起的复杂停电模式。第35页，课件共137页，创作于2023年2月第二章继电保护研究现状与协调优化2.3继电保护的协调优化2.2智能电网对继电保护的影响2.1继电保护的研究现状第36页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状上世纪60年代到80年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于葛洲坝500kV线路上,结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在20世纪70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产和应用仍处于主导地位,这是集成电路保护时代。我国从20世纪70年代末即已开始了计算机继电保护的研究,1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。第37页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状电力系统继电保护发展趋势计算机化

电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展，原华北电力学院研制的微机线路保护硬件经历了从8位单CPU结构到多CPU结构再到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高。现在用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机作为继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。第38页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状网络化到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。继电保护的作用不只限于每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化，这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统网络，实现保护装置的计算机联网也有很大好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息越多，则对故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。第39页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化合网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制、数据通信功能，即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。例如为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。如果将上述保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆及避免二次电路过于复杂。第40页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状智能化随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法不断被应用于计算机继电保护中,近年来人工智能技术如专家系统、人工神经网络、遗传算法、模糊逻辑、小波理论等在电力系统各个领域都得到了应用,从而使继电保护的研究向更高的层次发展,出现了引人注目的新趋势。例如电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络(ANN)来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动;如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。第41页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状微机保护在我国已获得极其广泛的应用。微机保护在发展过程中继承、借鉴了模拟式保护的成熟经验,由于微机的优越性把继电保护的技术向前推进。实践已证明微机保护的性能显著优于传统的保护,总结和充分认识微机保护的优点,必将带来一些观念上的更新,有利于更好地应用和开发微机保护。微机保护的特点众所周知,微机具有以下的优越性能:①自检能力;②记忆能力;③数值计算能力和逻辑处理能力。微机保护和传统保护相比还有2大特点：(1)保护中的各项功能(相应于传统保护中的元件)都是由软件实现的;(2)保护中的各项功能是按程序规定的顺序依次串行(在传统保护中是并行)工作的。正是由于以上特点使微机保护和传统保护有很大的差别,推动了技术进步，也带来了一些新概念。第42页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状增加功能实现多重判别,完善保护性能在传统的保护中每一元件都由独自的硬件构成,为了不使保护过于复杂,希望所采用的元件的性能适应各种工况下的各种故障。在微机保护中既然各项功能都是由软件实现的,而软件又十分可靠,所以只要机时允许就可以增加功能实现多重判别,获得更完善的保护性能。例如用姆欧继电器选相无疑优于用电流选相。但是在大电源引出的长线上用姆欧继电器选相,在出口单相经接地电阻短路接地时超前相选相元件要误选相。为了解决这个问题，需限制姆欧继电器的动作特性圆在第Ⅱ象限的动作区。在微机保护中可以增加电流选相功能,担任在很大短路电流下的选相任务。程序先用电流选相,再用阻抗选相。在短路电流很大时电流选相一定成功。只有短路电流不很大,电流选相失败,再由阻抗选相,这样阻抗选相就不会遇到上述的问题。在微机保护中增加一个电流选相判据,比修正姆欧继电器的动作特性更方便,简单明了。只担任在很大短路电流下的选相,电流选相判据也是很容易整定的。在传统的保护中,电流元件虽然简单,也要增加硬件,就不合算了。第43页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状增加功能实现多重判别,完善保护性能从原理上讲方向纵联保护对外部故障的选择性是依靠近故障侧向远离故障侧发出闭锁信号得到保证的。从实用上说远离故障侧的保护每逢这种情况就“冒险”一次,把避免误动寄托在由对侧发来的闭锁信号上。因此限制正方向的保护范围又不降低在区内故障时对接地电阻的反应能力,对提高方向纵联保护的安全性有重大实际意义。为此在方向纵联保护中,除了用方向元件判别故障方向外,再用电抗元件限制保护范围,保护的安全选择性必大为提高,而且电抗元件对过渡电阻的反应能力强,保护的灵敏性不受影响。若是传统保护增加电抗元件相当复杂,其复杂性相当于距离纵联保护而且还要考虑多一个元件拒动的负面效应,在微机保护中电抗元件是由软件实现的,不会带来不良后果。保护范围被限制后,区外故障功率倒向也不会成问题了。这种配置实际把方向纵联保护和距离纵联保护的优点都吸收了,因此可以称为方向距离纵联保护。第44页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状不拘泥于保护原理的统一从来保护是按照其动作原理分类的,而传统的保护装置一般也是一个型号采用一种原理,实际上这种配置已逐渐被打破。例如纵联保护不能对相邻线故障起后备作用,从原理上讲是天经地义的事,但是对使用者来说这不能说不是一个缺陷。所以现在纵联保护都配有作为对相邻线故障起作用的后备段。在纵联保护中配置速断保护(国外称为独立方式)实际上也是突破了纵联保护的原理。在平行线上,利用每回线的距离第Ⅱ段的相互闭锁回路实现全线纵续动作,在原理上属于一种横联保护。它是在每回线各自的距离保护的基础上增加简单的逻辑回路完成的,因而自然适合于单回线运行,各方面的性能都比传统的横联差动电流方向保护和电流平衡保护优越。第45页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状不拘泥于保护原理的统一又如在平行线上零序互感对每回线的接地距离继电器测量的正确性带来影响。如何利用另一回线的零序电流对接地距离继电器进行补偿长期来是人们关心的一个课题。主要由于平行线运行方式的多变使邻线零序电流的补偿无所适从。实际上既然已取得了邻线的零序电流,为什么一定要拘泥于用它来改善接地距离继电器的性能呢?为什么在有了邻线零序电流的信息时不能用其它原理来保护接地故障呢?例如增加一个零序电流平衡保护的功能就能完满地解决这个问题,而不必再在使接地距离继电器不受零序互感的影响上做文章。由于在正常负荷状态下没有零序电流,零序电流平衡保护的逻辑回路会很简单。充其量用接地距离第Ⅲ段闭锁,牺牲对高电阻接地故障的灵敏度,就绝对安全了。即使这样,其对接地电阻的反应能力仍然远胜过接地距离第Ⅰ、Ⅱ段,而且电流平衡保护本身能快速(包括纵续动作)切除全线故障。若是传统保护,至少要增加一个电流平衡继电器,使硬件复杂,就值得商榷了。第46页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状不同工况采用适合于该工况的最佳保护方案传统的保护中每一继电器都是独立的硬件构成的,一般在各种工况下都在测量。为了节约硬件,总希望每一继电器,至少是主要的,复杂的继电器能适应更多的工况。微机保护是按程序的规定串行工作的。可按照工况选择最佳的保护方案。例如在全相运行状态可以同时采用突变量保护和零序电流保护,后者反应的是稳态量。这样反应突变量和稳态量的两种保护可以相互衬充,由于零序方向元件在两相运行的负荷电流的作用下要动作,在进入两相运行后只采用反应突变量的方向元件。第47页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状不同工况采用适合于该工况的最佳保护方案传统的习惯距离保护装置在手动和自动合闸时可加速保护的第Ⅱ段或第Ⅲ段。这是由于各相,各段距离继电器都已分别设置好,在合闸时跳过其时间元件就可实现快速跳闸。在微机保护中在进入合闸于故障的程序后没有必要再去计算各相、各段复杂的距离继电器。由于合闸时保护范围可以超越全线路,一般合闸后又不会立即带上重负荷,而且合闸成功后这种保护就退出,所以即使在距离保护中合闸于故障保护可以很简单不应非要用距离继电器不可。第48页，课件共137页，创作于2023年2月自适应继电保护自适应继电保护是本世纪80年代提出的一个较新的研究课题。自适应继电保护可以定义为能根据电力系统运行情况和故障状态的变化而实时改变保护原理、性能、特性、定值的保护。在传统的保护中也有许多自适应性能,但是现在又强调这一研究课题却具有重要理论和实用意义。因为计算机及相关技术在继电保护中的应用为自适应继电保护的发展提供了前所未有的良机。2.1继电保护的研究现状第49页，课件共137页，创作于2023年2月十余年来,微机保护在国内外取得了迅猛发展。我国从1984年华北电力学院推出第一套微机距离保护装置以来,国内各单位已陆续研制和生产出适用于线路和元件的各种保护装置,它们已完全能取代传统的模拟式保护装置,从而使我国的微机保护进入当前国际先进行列。另一方面,也应看到,不少微机保护装置在原理和性能上大体与传统保护一样,只是传统保护的翻版,传统保护中已经存在的问题,在微机保护中依然存在,并未得到改进和解决。关键在于如何才能充分发挥保护的潜在智能作用,而自适应继电保护是其中一个充满希望的研究方向。2.1继电保护的研究现状第50页，课件共137页，创作于2023年2月自适应电流速断保护为了克服传统电流速断存在的缺点,自适应电流速断保护的定值不是按最大运行方式和线路末端三相短路的条件整定的,也不是固定不变的,而是根据电力系统的实际运行方式和短路类型,实时自动整定。自适应电流速断具有以下主要特点:(1)电流速断的定值,由微机保护自动计算整定,使用起来简便可靠(2)根据系统的实际运行方式和短路类型确定保护的定值,可使保护范围达到最佳,克服了传统速断保护的缺点。(3)与传统的电流闭锁电压速断相比,自适应电流速断不仅不需要复杂的人工整定计算,而且扩大了保护范围。(4)与距离继电器相比,自适应电流速断可以达到相近的保护范围,但是却没有电压死区和PT断线时仍能继续可靠地动作。这些都说明了自适应电流速断保护的优越性。2.1继电保护的研究现状第51页，课件共137页，创作于2023年2月自适应过电流保护由于传统过电流保护必须按最大负荷电流整定,从而限制了保护的灵敏度。与传统的过电流保护不同,自适应电流保护能够根据负荷电流的变化实时自动地改变过电流保护的整定值。过电流保护将有可能更灵敏并且更快地切除故障。

2.1继电保护的研究现状第52页，课件共137页，创作于2023年2月自适应继电保护的前景展望

⑴保护性能最佳化

保护性能最佳化是在考察现有保护(包括微机保护)存在问题的基础上提出的。在微机保护出现以前,由于技术条件的限制,保护最佳化的目标是难以实现的,与之相适应的是保守的思维方式和决策方法,与传统保护不同,自适应保护的突出特点之一就是要具有自动识别系统运行状态和故障状态的能力,并针对状态的变化,实时自动地调整保护的性能,其中包括动作原理、动作特性和整定值,从而使其达到最佳效果。2.1继电保护的研究现状第53页，课件共137页，创作于2023年2月⑵整定计算自动化、在线化继电保护的整定计算是一项复杂又艰巨的任务,这是由电力系统的结构变化、运行情况的复杂性和的多样性决定的,目前计算机辅助整定计算已大大提高了效率,但是都是在人工和离线条件下进行的。自适应继电保护技术的发展预示出未来整定计算自动化、在线化的可能性,我们之前提出自适应电流保护就具有在线整定计算的能力,虽然电力系统继电保护整定计算远比这种最简单的电流保护复杂得多,但是随着自适应继电保护技术的进步,特别是电力系统继电保护信息网的形成和发展,可以预见,整定计算自动化、在线化的时期一定会到来。⑶使用简便化微机保护之所以在短短的十余年间会取得如此迅速的发展,并受到用户热情欢迎,其主要原因之一是简化了装置的调试和维护,自适应继电保护将能进一步发挥计算机的智能作用使装置的使用更加简便化。2.1继电保护的研究现状第54页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状电网继电保护与实时安全性控制面临的问题我国西电东送和全国联网的巨型电力系统的出现给传统的继电保护和紧急控制带来了前所未有的问题，研究和解决这些问题为研制和开发性能优良的保护和控制设备奠定理论和技术基础，同时可以推动继电保护学科的发展。

第55页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状主要问题如下：保证在系统检修方式下大功率传输时，单一故障切除后整个输电断面不出现突然阻断，是保护和紧急控制系统必须解决的基本问题。含有大功率电力电子设备的混联输电断面上故障保证继电保护、控制装置的正确工作是面对的新问题。1000kV等级的电压出现及与500kV电压等级电磁环网输电，要求研究新原理的保护和紧急控制技术。交流弱联网要求研究避免特大停电事故的紧急控制预案。电力的市场化运营要求划清后备保护与紧急控制动作的责任，重新研究保护的配置与配合原则。第56页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状基于上述学术思想，研究交、直流混联输电系统和1000kV输电系统在电力元件保护方面产生的新问题，并采用元件保护的新原理加以解决；研究西电大功率东送在输电断面上可能出现的问题，构建网络保护和紧急控制一体化的保障体系来解决；研究全国联网初期的交流弱联可能产生的稳定水平下降问题，采取实时的稳定性预测与紧急控制系统阻止稳定的破坏；采取自适应的解列手段防止事故扩大等等。

第57页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状具体的研究内容及技术关键主要为下面几个方面：适应嵌入电力电子设备和1000kV电压等级的新型继电保护原理研究基于同步相量测量的互联电网暂态稳定紧急控制系统研究广域信息的网络保护与紧急控制一体化的理论与装置研究自适应最小潮流和最小网络割集面的互联系统解列研究二次回路光纤数字化及其应用研究电力市场环境下保护及紧急控制配置与配合的原则研究第58页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状适应嵌入电力电子设备和1000kV电压等级的新型继电保护原理研究a.适应嵌入电力电子设备的输电系统容错式保护研究分析超高压、交流直流混合系统的故障暂态过程特征，对继电保护中采用的数字滤波算法的动态容错性能进行广泛的研究，克服强谐波干扰、长暂态过程对数字保护的不良影响，从硬件容错、原理容错、信息容错等方面对数字保护进行全方位的重新研究b.1000kV输电系统新型保护研究针对1000kV线路故障时，各种谐波和非周期分量衰减非常缓慢的故障特点，研究基于波形系数、能量函数和小矢量算法等的自适应方法做到在更短时间内切除故障，提高保护的整体性能。c.研究故障暂态量特征,利用区内外故障时这些特征的差异,借助小波分析工具和高速处理器件,捕捉、提取和放大差异，开发新的超高压输电线路单端暂态量全线速动保护原理和装置。第59页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状基于同步相量测量的互联电网暂态稳定紧急控制系统研究a.基于同步相量测量的发电机摇摆轨迹的测量与预测理论及方法研究研究利用稳态和暂态下测得的功角、功率和电压等，使用多元自回归遗忘模型对各机组动态轨迹进行准确、快速的预测，超实时掌握机组的变化轨迹。b.基于实测和预测信息的互联系统解耦观测与暂态稳定性的实时控制研究研究稳定与不稳定的轨迹运动特点，找出不稳定轨迹特征以及这些特征与施加控制量的关系，获得暂态不稳定的快速预测与有效控制算法。c.不依赖于系统模型与参数的稳定性实时控制系统的实现技术研究第60页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状广域信息的网络保护与紧急控制一体化的理论与装置研究a.线路保护与重合闸最佳配合的理论与方法研究两相、单相运行对输电断面的影响，并列运行线路故障后准三相的构成问题，增大输电断面故障切除后的输电能力。b.“输电断面”保护系统研究利用与输电断面有关元件的广域运行信息，在单元件故障被保护切除的基础上，测量和计算某一元件故障切除后与输电断面相关的其他元件的运行状态，采用自适应原理动态改变整定值，快速切机、切负荷降低传输功率，以避免非故障元件产生连锁反应。c.基于多Agent的网络保护与紧急控制一体化研究根据故障前的运行方式、潮流状态，测量故障以及重合闸动作产生的冲击，预测自适应的网络保护方式仍不能保证互联系统的安全稳定时，快速计算在输电断面两侧应采取的控制对策。第61页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状自适应最小潮流和最小网络割集面的互联系统解列研究a.快速识别失步机组模式的理论研究非线性微分方程的流型变换理论，将非线性方程描述的多维曲面问题变换为多维超平面问题。b.振荡中心的自动捕捉与解列面确定研究利用联络线上电压、电流及其相位关系反应失步规律，根据实测量的变化规律，研究失步已经发生和振荡中心所处位置的判别原理，结合其他联络线的同类信息，决定解列面并作出哪些断路器跳闸的决定。

第62页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状二次回路光纤数字化及其应用研究a.基于光纤数字互感器的变电站光纤二次回路的信息理论研究对光纤二次回路网络结构、可靠性分析、容错性理论与方法、信息知识表达理论、信息协调与分解理论、信息流控制理论以及数据仓库模型与数据挖掘等理论进行系统研究。解决信息合并、光电接口、信息共享、信息分配、信息同步等关键技术问题，满足互联电力系统的测控保护技术要求。b.光纤数字式互感器应用研究以光纤数字式互感器与二次回路光纤化技术为基础，对传统保护原理进行改进，提出满足互联大电网速动性与可靠性要求的新型保护原理。

第63页，课件共137页，创作于2023年2月2.1继电保护的研究现状电力市场环境下保护及紧急控制配置与配合的原则研究

a.电力市场条件下后备保护的配置原则与经济责任的承担

现有的后备保护有两种配置方式，远后备保护和近后备附加断路器失灵保护，无论哪种后备保护方式，当其动作时都会造成非故障元件被切除，进而影响到非故障元件所属公司的利益，并有可能造成对第三方供电的中断而赔偿损失。首先研究现有后备保护动作产生的损失当量、应该由谁承担，提出科学可行的承担方式，并研究损失更小、各公司更乐意采用的新型保护配置方式和保护配合原则。b.紧急控制的成本、效益及其承担

对于为维持全系统的安全而采取的紧急控制措施，研究其造成的局部损失和换取的全局效益经济当量，计算决定是否安装这些控制措施、安装多少、装在什么地方，提出赢得的效益和造成损失的科学分摊方式。

第64页，课件共137页，创作于2023年2月2.2智能电网对继电保护的影响智能电网是以物理电网为基础,充分利用先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术、控制技术、新能源技术,把发、输、配、用各环节互联成一个高度智能化的新型网络。作为电力系统安全稳定第一道防线的继电保护,按传统电网进行设计和配置不能适应于智能电网。智能电网的技术特点将影响现有继电保护的应用。第65页，课件共137页，创作于2023年2月2.2智能电网对继电保护的影响a.数字化智能电网的一个重要特征是数字化,对继电保护而言:一是测量手段的数字化,广泛采用电子式互感器和数字接口;二是信息传输方式的数字化,传统变电站采用的模拟量电缆传输和状态量电缆传输方式将被以光纤为媒介的网络数字传输所代替。电子式互感器的优越性在于其采用光电转换原理进行测量,体积小、绝缘性能好。对继电保护其最大的优势是传输频带宽、暂态性能好,不存在电磁式互感器和电容式电压互感器等传统互感器的测量误差和暂态特性,能很好地将电力系统运行状态信号传到二次侧。随着智能电网的建设及智能化仪器、设备的推广,传统的互感器将逐步退出运行。电子式互感器采用网络接口,通过网络保护装置和智能断路器连接,大大简化了二次回路接线，易于维护。第66页，课件共137页，创作于2023年2月2.2智能电网对继电保护的影响b.网络化近年来基于IEC61850标准的数字化变电站建设逐步铺开,已出现500kV全数字化示范变电站,各网、省公司都在大力推广数字化变电站建设。数字化变电站最大的特点是IEC61850采用分布分层的结构体系,面向对象的数据统一建模,数据自描述,采用抽象通信服务接口(ACSI)和特殊通信服务映射(SCSM)技术,实现智能设备间的互操作能力,面向未来的开放体系结构。对继电保护来说,数字化变电站的网络化带来了2方面的变革:一是信息获取,虽然继电保护主保护的功能仍然是“自扫门前雪”,但由于网络数据传输的共享性,可以获取全站相关设备元件的信息(电气量信息);二是信息发送,由于采用带数字接口的智能断路器,跳合闸等控制信号的传输方式也由二次电缆改为数字信号的网络传输。第67页，课件共137页，创作于2023年2月2.2智能电网对继电保护的影响c.广域化近年来,随着我国电网信息化进程不断推进,大多数网、省公司都在大力推进基于PMU的WAMS网络建设,继电保护信息专用网络也已初步建成,将成为智能电网控制的重要环节。虽然WAMS网络和继电保护信息系统建设的初衷不是为继电保护服务,但利用其提供的广域信息来提高后备保护的性能、提高安全自动装置的性能却值得思考。第68页，课件共137页，创作于2023年2月2.2智能电网对继电保护的影响d.输电灵活化智能电网的一个最大特点就是输电效率的提高,控制手段的灵活。智能电网中必然大量采用诸如可控串联补偿装置、静止无功补偿装置、电能质量控制装置、统一潮流控制器及STATCOM等交流灵活输电技术。另外,我国电网的交直流混合输电的特征也使电网中非线性可控电力元件数量大大增加。以电力电子器件的广泛应用为特征的智能电网的故障暂态过程与仅有同步发电机等旋转元件的传统电力系统将有显著的不同。电网暂态过程的复杂性及电网运行方式灵活控制造成的多变性,使现有继电保护装置面临较大考验。第69页，课件共137页，创作于2023年2月2.3.1继电保护与其他控制的协调继电保护的主要目的是保护电力设备的安全，但客观上对系统稳定性影响很大。对于电力设备的安全来说，继电保护是反馈方式的控制，但对系统稳定来说则是前馈方式的控制。虽然在大多数情况下，两者的要求并无冲突，但在大扰动被清除后的暂态过程中，有时从系统的观点会对机组的保护提出协调的要求。如果故障的实际清除时间不能保证系统稳定，或者保护误动或拒动，则必须依靠后继防线来减少停电范围。因此，应按风险对继电保护的可靠性提出要求，研究继电保护与紧急控制之间，以及继电保护与各种切机、切负荷装置之间的协调。2.3继电保护的协调优化第70页，课件共137页，创作于2023年2月2.3.2紧急控制与预防控制之间的协调预防控制通过降低传输功率来保证稳定性，而紧急控制则可以提高输电极限。预防控制措施在扰动发生前实施，措施必须同时顾及所有感兴趣的潜在故障，很可能遇到有冲突的控制要求。紧急控制在扰动发生后实施，可以按照具体故障选择不同的控制措施，控制冲突问题比较简单。因此，可以先通过预防控制将系统的运行点移动到一个全局较优的目标运行点，亦即通过适当降低某些本来很稳定的故障裕度的途径来改善高风险故障的裕度。而一旦发生故障后，就针对该故障执行对应的紧急控制措施。目标运行点的选择问题就是紧急控制与预防控制的协调问题。2.3继电保护的协调优化第71页，课件共137页，创作于2023年2月2.3.3反馈型控制与预测型控制之间的协调由于电力系统暂态稳定的快速灾变特性，反馈控制的性效比一般较差，而同属于预测型控制范畴的预防控制和紧急控制成为暂态稳定控制的重要手段。但是，预决策时所依据的模型及参数不可能精确反映实际系统，而依据的典型故障也不可能完全覆盖住实际故障。因此，按决策表执行预防控制和/或紧急控制后，实际系统既可能由于控制过度而付出不必要的控制代价并承受无谓的控制负效应，也可能不足以使系统稳定。因此，预测型控制的决策一般都人为地取得相当保守。2.3继电保护的协调优化第72页，课件共137页，创作于2023年2月2.3.3校正控制与紧急控制之间的协调紧急控制是由故障信号启动的预测型控制，往往设置得相当保守;校正控制是由功角、频率和电压等时间响应曲线的特征量启动的反馈型控制，控制精度比紧急控制高。但校正控制防线执行反馈控制的时机要比紧急控制执行前馈控制晚，故为了达到同样的控制效果，就需要更多的控制量。两者之间存在协调的余地。2.3继电保护的协调优化第73页，课件共137页，创作于2023年2月2.3.4恢复控制与其他控制的协调在恢复控制以前的控制都会影响到恢复控制的环境和条件。因此，各道防线在避免系统崩溃和减小停电范围的同时，特别是当大停电的风险不断增加时，还应该为可能的黑启动创造条件。海南“9·26”大停电和成功黑启动清楚地验证了这些协调的重要性，包括广域信息采集系统应该有台风路径等气象信息。规划建设影响恢复控制的因素包括:海南电网与南方主网应该尽快联网，电源和负荷的分区平衡，无功规划的合理性，台风重灾区的电力设计标准偏低。预防控制对恢复控制的影响因素包括:主力电厂的厂用电运行方式，线路走廊的及时清理，重要客户的双电源供电，人员培训和预案演练机制。继电保护对恢复控制的影响因素包括:直流电源配置的合理性，保护的可靠性，机组的过流保护在隔离故障的同时，不应直接停机。紧急控制及校正控制对恢复控制的影响因素包括切负荷方案的合理性和优化。2.3继电保护的协调优化第74页，课件共137页，创作于2023年2月第三章广域保护的提出与研究现状

3.3广域保护的发展现状3.2广域保护系统应解决的关键问题3.1广域保护的提出背景3.5基于“三道防线”的广域保护系统3.4广域保护及其典型设计第75页，课件共137页，创作于2023年2月CIGRÉ的一项研究表明，27%的电力系统的扰动可以归因于保护系统的误动作。其根本原因在于传统的保护所采用的是单元式原理，即根据保护单元的单独决策来隔离故障，保护之间缺乏相应的配合协调，基于本地量的装置难以反映区域电力系统的运行状况，没有从系统的观点出发来作出有利于整个系统的具有系统优化和协调功能的保护动作策略。3.1广域保护的提出背景第76页，课件共137页，创作于2023年2月在复杂系统中，特别是在电磁环网中，由于解列等原因造成系统某些元件（如线路或变压器）过负荷，进一步形成连锁跳闸，也是扩大事故造成大面积停电的重要原因。在系统出现过负荷时，应首先采取措施，例如切机、切负荷，以消除过负荷。只有在不得已时才断开过负荷元件，如线路或联络变压器。因为一般设备的过负荷允许时间较长，而断开过负荷元件，容易引起相邻元件过负荷而导致连锁切除。系统元件的继电保护整定值应注意避开在过负荷时动作。世界各国曾有多次由于阻抗或电流保护在过负荷时不恰当动作而扩大事故造成严重损失的事例。3.1广域保护的提出背景第77页，课件共137页，创作于2023年2月避免系统瓦解，必须优化保护系统的性能，并且使保护和安全自动装置实现实时沟通，互相配合。同时，现场对保护系统的要求不断提高，保护的算法日趋复杂，保护需要的信息量日益全面，仅依靠传统的单个保护间隔的信息是远远不够的。因此，研究基于系统信息的保护系统成为实现电力系统安全稳定的日益迫切的发展要求。3.1广域保护的提出背景第78页，课件共137页，创作于2023年2月广域保护的提出主要基于以下四个方面:电网互联的发展趋势对系统稳定性提出了更高的要求，不仅要求故障发生时保护装置能快速可靠地切除故障，还要求系统在受到较大扰动时能保证安全稳定地运行。当前，继电保护系统存在的某些问题难以有效解决，必须探索新的保护原理。如保证后备保护的选择性要以延长动作时间为代价，在发生恶劣故障的情况下起不到应有的保护作用；一些后备保护的整定值较低，易受过负荷等不正常运行状态的影响而误动作，导致不必要的停电。通信技术的发展为广域保护的实现提供了技术保证。通信技术是近年来发展最迅速的技术之一，以太网（Ethernet）正逐步取代工业控制的现场总线。许多地区在高压变电站间铺设了SDH（SynchronousDigitalHierarchy）光纤环网，并承载ATM（AsynchronousTransferMode）业务，可将信号传输延时控制在4ms以内。变电站自动化系统成功运行的经验为广域保护的实现提供了参考和借鉴。IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）从20世纪90年代开始致力于变电站通信网络和系统标准的制订工作，旨在为不同厂家的装置之间提供无缝的通信服务，IEC61850正是这样的一个国际标准。虽然其制订的最初目的是为变电站自动化系统服务，但其中的数据模型、通信服务模型以及面向变电站对象的建模方法，完全可以应用在广域保护的数据通信系统中。3.1广域保护的提出背景第79页，课件共137页，创作于2023年2月广域保护基本原理一种典型的广域线路后备保护示意图如下图所示。整个广域线路后备保护系统分为两层结构，上层为保护主站系统，下层为保护子站系统。保护主站系统包括保护主站和后台监控机，保护子站系统由三个保护子站组成。3.1广域保护的提出背景广域线路后备保护系统结构

第80页，课件共137页，创作于2023年2月

1、正常模式保护主站监视保护区域内的开关状态、所有保护的故障启动信号和电气量采样数据，保护子站除了包含传统的保护功能外，还要按照主站的要求采集本地的开关量和母线电压、线路电流等电气量，并通过广域数据网定时发送给主站。3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第81页，课件共137页，创作于2023年2月

2、故障处理模式保护区域内发生故障时，对故障反映最灵敏的保护子站最先启动故障处理模式，并立即向保护主站发送故障启动信号。保护主站收到故障启动信号后，立即切换到故障处理模式，并向其它子站发送故障启动信号，启动整个系统的故障处理模式。进入故障处理模式后，保护子站上传给保护主站以下数据和信息：本地所有相关线路的方向元件结果。所对应线路的断路器辅助接点信息。对应这些线路的主保护、后备保护动作信息。本地检测到的系统当前运行状态，包括：全相、非全相、是否振荡等。

3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第82页，课件共137页，创作于2023年2月保护主站在收到各个子站上传的数据信息后，根据相应方向元件测量值和系统运行方式确定故障发生的区域，根据传统保护动作信息、断路器辅助接点信息和系统运行状态确定各保护子站应该采取何种故障处理措施。保护主站完成决策后发送给保护子站以下命令和信息：故障点的定位信息：故障在区外、故障在区内，且给出故障线路识别符。子站应该采取的措施。3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第83页，课件共137页，创作于2023年2月子站应该采取的措施分两种情况，针对故障诊断结果为发生故障的线路，有以下几种情况：开放后备保护，若该线路的主保护在规定的时间内已经隔离故障，子站则置可能加速的标志，并通知主站，等待重合闸后加速等操作结束后经主站通知保护返回，否则，由广域后备保护切除故障线路。开放后备保护，若该线路的主保护或后备保护在规定的时间内未能隔离故障，子站则就地发出后备保护动作失败的信号，并通知主站，由主站综合判断并下发跳闸失败决策。3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第84页，课件共137页，创作于2023年2月针对故障诊断结果为未发生故障的线路，有以下几种情况：故障发生后其后备保护可能误动作的线路，子站就地发出闭锁传统后备保护的动作信号。故障线路的后备保护拒动，如果主站通知本子站相关线路的后备保护动作，子站就地发出跳闸命令并开放后备保护。另外，在故障处理结束后，还需要进行故障录波，并上传给保护主站，以便日后分析。3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第85页，课件共137页，创作于2023年2月3、调试模式调试模式是为了进行参数的修改而设定的一种无故障模式。当处于调试模式时，程序按最简单的方式运行，保护不能进入故障处理模式。3.1广域保护的提出背景广域后备保护系统的方案第86页，课件共137页，创作于2023年2月1．对电网大面积停电事故发生的根本原因缺乏了解以及有效的判别方法，导致广域保护设置的困难。连锁故障的发生。在国外最近发生的几次大停电事故中，事故的起因通常是很小的随机事件，然而由这些小事件引发的连锁故障却很快造成了系统崩溃。目前，这样的连锁故障己经成为电网安全运行的杀手之一，对连锁故障发生的根本原因还认识不够，更缺乏有效的预防手段。电网暂态电压稳定性的破坏。电力受端系统的暂态电压稳定性破坏是引起大面积停电的主要诱因之一。在暂态电压不稳定的判别方面，由于负荷动态行为的复杂性，迄今还没有任何理论和方法经过实际检验可作为电网暂态电压稳定性评估的科学判据。3.2广域保护系统应解决的关键问题第87页，课件共137页，创作于2023年2月2．如何实现可靠的实时通信。相对于传统的监测与控制系统，广域保护系统对通信提出了更高的要求。暂态功角首摆不稳定从开始到系统失稳的整个过程仅持续1～4s左右，这就要求广域保护系统从发现事故到确定系统稳定状况再到发出并执行控制指令所消耗的时间不能超过数百毫秒，而且除去PMU的数据刷新时间（目前实际应用的系统大约每40ms刷新一次数据和控制中心计算所需的时间），留给数据通信的时间就更少了。同时，系统发生事故时正是系统数据传输最繁忙的时候，各种遥测、遥信、报警信息纷纷涌向控制中心，通信网络可能因为数据量太大而发生阻塞。这时，如何保证优先、可靠地传送最关键的数据也是需要解决的一个问题。此外，在通信系统发生故障时，如何避免影响数据通信、造成数据丢失也需要进一步研究。3.2广域保护系统应解决的关键问题第88页，课件共137页，创作于2023年2月3．对电网的监测与控制方法。对电网的监测与控制方法是广域保护的核心，目前这方面的工作主要包括以下几个方面：PMU的配置。由于成本原因，在系统的每个节点都配备PMU是不现实的，而且也没有必要，所以如何利用有限的PMU在实现系统可观测性的前提下尽可能提高各种基于PMU的高级应用的精度和鲁棒性就成为迫切需要解决的问题。如何充分利用PMU提供的新的系统信息。目前，世界上很多国家的电力系统都己经安装了PMU，但这些PMU所提供的新的系统信息还没有得到充分的利用。如何协调系统中各种保护及安全自动装置的动作。系统中存在的各种保护及安全自动装置的动作原理和动作时间均不相同，对系统产生的影响也不一样，如果协调不好，它们之间的相互影响可能反而会使系统的运行状态更加恶化。3.2广域保护系统应解决的关键问题第89页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状引入广域继电保护的根本目的在于：一是防止系统发生潮流转移时，现有后备保护（主要是远后备）发生误动，引发保护连锁跳闸事故；二是改善现有保护性能，简化后备保护的整定计算，消除保护失配、整定错误等电网隐藏故障。针对以上两个目的，国内外学者已从以下三个层面开展研究：1）在保持现有保护配置不变的前提下，研究潮流转移识别算法，并与区域稳定控制系统配合作用，消除元件过负荷，防止后备保护误动；从严格意义上说，这类算法已超出了传统继电保护的范畴，但由于算法的目的仍是为防止保护连锁误动服务，所以本文也将对这类算法进行阐述。2）实时跟踪系统运行方式的变化，对电网进行在线整定计算，特别是在线修改后备保护（对于超高压线路主要是零序电流保护和距离保护）的定值，提高保护的灵敏性和选择性，使其始终处于最佳工作状态。3）提出基于多点同步测量信息的广域后备保护。应用广域方向比较、广域电流差动保护算法快速判别故障元件在电网中的具体位置，相邻元件之间只需通过简单的时序配合就能保证保护动作的选择性。第90页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状以上三个层面的研究都已取得了一定的进展，但潮流转移识别算法没有根本消除传统后备保护整定配合复杂的问题，且计算精度仍有待提高；在线自适应整定对改善后备保护性能的作用有限，实际计算量仍然偏大。广域后备保护则抓住了传统后备保护整定复杂的关键，即：传统后备保护仅能利用就地信息和被保护元件端口信息进行计算，因而无法确定故障元件在电网中的具体位置，只能依赖定值配合来保证保护动作的选择性。而利用多点同步量测信息的广域后备保护可以对故障元件进行快速、准确定位，避免了传统后备保护的定值配合问题。继而从根本上消除传统后备保护整定复杂、在大范围潮流转移发生时容易误动的问题。代表了广域继电保护未来的发展方向。第91页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状广域继电保护的关键支撑技术包括：保护范围内各变电站电气信息的同步采样，不同变电站之间数据的快速交互等等。现有的PMU技术已具备了采集广域同步信息的条件，各PMU可以通过GPS同步对时，在同一时刻采集广域继电保护所需的多点模拟量和开关量数据，并“贴上”时标传送到控制中心站。已有将广域同步相量测量技术用于潮流转移识别的相关算法提出。加快WAMS技术在广域继电保护领域应用的研究是必要且具有现实意义的。第92页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状潮流转移识别针对传统后备保护在潮流转移时误动而是否应被取消的问题，有学者指出：在变电站发生直流电源掉电并无备用电源时，距离III段仍是最有效的保护手段，不能被完全取消。因此，在现有保护配置下增设基于不同潮流转移识别算法的过负荷保护一直是研究的重点。当系统发生潮流转移时，可通过允许保护设备合理的短时过负荷，在其热稳定极限到达前切除受端负荷或送端机组来消除或减轻过负荷，达到防止保护误动继而引发连锁跳闸的目的。第93页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状可以根据实时网络拓扑结构与潮流分布建立系统状态图，再利用有向图的邻接矩阵和路径矩阵搜索出电网的并行输电断面。该法避免了传统的潮流计算，为执行安全控制提供了更充足的时间。也可以进一步探讨在输电断面确定后，快速计算单一支路断开时，并行输电断面中其他支路有功潮流的方法。这种方法由于忽略了基态潮流的影响，会造成10%以内的误差。也可以以线路相关集表示单条支路断开时，与断开线路两端关联且受有功潮流影响较大的线路集合。利用决策树理论搜索线路相关集，进而估算出故障线路断开后相关线路承受的潮流转移。第94页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状从仿真结果看，以上潮流转移识别算法的运算时间都能满足实时紧急控制的要求。但由于支路切除时，系统中发电机、负荷支路的注入电流可能发生变化，再加上FACTS等非线性元件在系统中的应用，很难保证转移功率（或电流）与被切除支路的原有功率（或电流）的关系是完全线性的，即算法中潮流分布系数和转移因子基于线性叠加原理的计算存在误差。因此，潮流转移识别算法在计算精度上仍须进一步改进。对于输电线路来说，过负荷状态与故障状态的特性相差很大。线路发生不对称故障时，电流中会出现负序或零序分量；线路发生三相短路时，保护装置的测量阻抗基本为线路阻抗，而过负荷时基本为负荷阻抗，特性也有较大差别。因此，在现有后备保护算法中，补充防止保护连锁误动的辅助判据，是潮流转移识别的另一种思路。第95页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状在线整定计算在线整定计算的基本思路是：采用事件触发模式，实时跟踪电力系统运行方式的变化，在线调整保护装置的定值，防止保护失配并提高其灵敏性。基于双端电气量的主保护受系统运行方式影响不大，在线整定计算的重点应该是后备保护。系统运行方式的变化主要包括两方面：一方面是发电机、变压器、线路等设备的投、退及故障引起的开关跳闸；另一方面是负荷与发电机出力的变化，主要体现在系统潮流量的变化。对于常见的各种运行方式，其所对应的定值可离线计算出来并存储。当该运行方式在实际应用中出现时，直接刷新定值即可。第96页，课件共137页，创作于2023年2月3.3广域保护的发展现状电网中发