曹偉
(江蘇省電力有限公司超高壓分公司 江蘇省揚州市 225000)
要想更好的對智能電網(wǎng)環(huán)境中的繼電保護進行研究,就要先對智能電網(wǎng)的大環(huán)境進行了解,通過對其定義和特點的分析,更好的掌握其能夠發(fā)揮的自愈、兼容、經(jīng)濟等功能。據(jù)此,才能夠了解繼電保護在其中的重要性,包括對電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的保障、對電力企業(yè)市場競爭力的增加、對電力企業(yè)經(jīng)濟效益的提高等。同時也能夠分析出在智能電網(wǎng)環(huán)境中繼電保護所面臨的挑戰(zhàn),比如大電網(wǎng)的特點、新能源發(fā)電技術(shù)中存在的問題,以及配電網(wǎng)發(fā)展速度緩慢的情況。繼電保護技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛,包括信息技術(shù)、系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)、廣域保護技術(shù)等,通過對數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、廣域技術(shù)、自整定技術(shù)等的應(yīng)用,能夠更好的對繼電保護技術(shù)進行升級,使得繼電保護在智能電網(wǎng)運行過程中能夠充分的發(fā)揮保護功能。
在全世界的范圍內(nèi),智能電網(wǎng)的發(fā)展仍然在起步階段,其定義較為模糊,不同的單位和機構(gòu)對其定義都不同,目前主要有四個主流定義。
(1)美國能源部《Grid 2030》給出的定義,認(rèn)為智能電網(wǎng)是一種電力傳輸網(wǎng)絡(luò),而這種網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到完全的自動化,能夠?qū)Ω鱾€電網(wǎng)中的節(jié)點和每一個用戶的用電情況進行監(jiān)視,同時也能夠?qū)ζ溥M行控制,據(jù)此,能夠保障在整個配輸電過程中不同節(jié)點間電能和信息的流動,而且是雙向的。
(2)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟給出的定義,其沒有給智能電網(wǎng)一個確切的定義,而是對其組成部分進行分析,主要將其組成分為:智能發(fā)電系統(tǒng)、智能配電網(wǎng)、智能交互終端、智能變電站、智能調(diào)度、智能家電、智能城市用電網(wǎng),智能交互終端、智能用電樓宇、新型儲能系統(tǒng)。
(3)歐洲技術(shù)論壇給出的定義,同樣將其作為一種電力傳輸網(wǎng)絡(luò)進行定義,這種網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)中連接的所有用戶進行的任何行為進行整合,據(jù)此為其提供有效的電力,并且保證提供過程中的經(jīng)濟性、持續(xù)性和安全性。
(4)國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院給出的定義,認(rèn)為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)是物理電網(wǎng)(中國的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)是堅強電網(wǎng),其骨干網(wǎng)絡(luò)是特高壓電網(wǎng),同時協(xié)調(diào)發(fā)展不同電壓等級的電網(wǎng)),這種新型電網(wǎng)中應(yīng)用到了大量的現(xiàn)代高科技技術(shù),比如計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)等,將物理電網(wǎng)與這些技術(shù)進行高度集成,就形成了智能電網(wǎng)。這種新型電網(wǎng)能夠滿足所有用戶在用電時的各種電力需求,同時對資源的配置進行優(yōu)化,能夠保證電力供應(yīng)的有效性,不僅能夠持續(xù)穩(wěn)定的進行電力供應(yīng),也能夠保證供應(yīng)過程中的安全性,同時達(dá)到經(jīng)濟節(jié)約的目的,也可以達(dá)到環(huán)保節(jié)能的效果,更好的對當(dāng)下電力市場的發(fā)展趨勢進行適應(yīng)。
圖1:電網(wǎng)路線圖
圖2:智能電網(wǎng)建設(shè)智能城市
雖然不同機構(gòu)對于智能電網(wǎng)的定義有所不同,但是智能電網(wǎng)在應(yīng)用過程中所展現(xiàn)出的優(yōu)勢和特點是相同的,在此便對智能電網(wǎng)的特點進行簡要概述。
(1)智能電網(wǎng)能夠?qū)φ麄€電網(wǎng)在運營過程中的安全性進行評估和分析,而且能夠保證實時監(jiān)察,通過對計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的應(yīng)用,時刻保證在線監(jiān)督功能,利用傳感器傳遞出的信息,對電網(wǎng)運行過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險情況進行連續(xù)分析。
(2)智能電網(wǎng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)在運行過程中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險事故進行預(yù)防,控制其中的影響因素,同時對于這些可能會對智能電網(wǎng)運行產(chǎn)生危害的事故發(fā)生進行預(yù)警。而且,智能電網(wǎng)可以對故障發(fā)生的位置以及具體情況進行自動診斷,然后隔離故障,保證智能電網(wǎng)中的其他系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠正常運行,保證穩(wěn)定的供電功能,與此同時,智能電網(wǎng)還能夠進行自我恢復(fù)。
智能電網(wǎng)在發(fā)電過程中能夠利用新能源作為能量轉(zhuǎn)換的來源,特別是一些可再生能源,而且在可再生能源接入電網(wǎng)系統(tǒng)中時,能夠保證整體電網(wǎng)能源轉(zhuǎn)化和能量供應(yīng)的有序性和合理性,在接入微電網(wǎng)或者是分布式的電源時,也能夠很好的適用。除此之外,智能電網(wǎng)能夠為用戶提供更多的用電服務(wù),而且對用電體驗進行提高,用戶在用電過程中,不僅能夠與電網(wǎng)進行交互,同時也能夠產(chǎn)生互動。
智能電網(wǎng)在運營過程中能夠更好的與當(dāng)下電力市場中的運營環(huán)境相互配合,使得各種電力交易的進行更加高效,同時能夠?qū)Ω鞣N資源的使用和分配進行改善,保證資源的充分利用,減少電網(wǎng)在運行過程中可能出現(xiàn)的能源損耗情況,能夠?qū)⒛茉吹霓D(zhuǎn)化率進行提高,進而對能源的利用效率進行保障。
智能電網(wǎng)包含了4個不同的體系,分別是電網(wǎng)基礎(chǔ)的體系,還有電網(wǎng)的技術(shù)體系以及智能服務(wù)的體系,電網(wǎng)規(guī)范體系。在這些體系當(dāng)中身為物質(zhì)載體的電網(wǎng)基礎(chǔ)體系,是對智能電網(wǎng)穩(wěn)定運行進行保證的重要基礎(chǔ)。電網(wǎng)的技術(shù)體系則是在其中應(yīng)用的更加先進的信息還有控制等相關(guān)的技術(shù)手段,可以為智能電網(wǎng)的有效發(fā)展和運行提供一定的技術(shù)方面的有效支撐,可以通過這種方式實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化發(fā)展。智能服務(wù)體系就是對智能電網(wǎng)的經(jīng)濟運行進行保障,使得智能電網(wǎng)運行的高效實現(xiàn)的,是社會資源和各項能源的科學(xué)有效利用,努力的為用戶提供一定的智能服務(wù),提供更多的增值服務(wù)。電網(wǎng)的規(guī)范體系則是對智能電網(wǎng)進行建設(shè)時需要遵循的制度方面的有效保障,更多的是指在管理和技術(shù)質(zhì)量方面所存在著的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),還有對于各種不同指標(biāo)進行認(rèn)證和評估的具體體系。
在智能電網(wǎng)發(fā)展的過程中,發(fā)電設(shè)備具有一定的分布性特征,而供電設(shè)備一般情況下則處于交互的模式,這對智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電的保護工作提出來了更多更高的要求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化智能技術(shù)在社會各個領(lǐng)域當(dāng)中都有了更多的應(yīng)用,在社會各個領(lǐng)域當(dāng)中已受到的關(guān)注也在不斷的增加,得到的普及程度不斷的上升,這對于智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展具有的意義也是非常深遠(yuǎn)比,較深刻的,智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護的功能實現(xiàn),如圖3所示。
圖3:智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護的功能實現(xiàn)
在當(dāng)下我國經(jīng)濟發(fā)展的速度不斷的加快各個行業(yè)對于電力能源的需求也在不斷的增加,甚至人口密集的城市地區(qū)可能會面臨電力能源應(yīng)用危機的問題,這就使得電力供應(yīng)面臨了更多的發(fā)展壓力。為了能夠盡量的緩解這方面的壓力,盡量的減少電力供電緊張的問題出現(xiàn),企業(yè)需要有效的提高對智能電網(wǎng)進行維護的力度。
將繼電保護應(yīng)用于智能電網(wǎng)的運行中,能夠更好的保障電網(wǎng)在運行過程中的穩(wěn)定性,因為智能電網(wǎng)是一個十分龐大的系統(tǒng),其中不僅用戶數(shù)量眾多,而且經(jīng)常是跨地區(qū)的工程,所以非常容易發(fā)生電力故障,如果此時繼電保護的功能難以正常發(fā)揮,不僅無法及時的反映出電網(wǎng)中出現(xiàn)的故障,而且其本身也有可能會造成新的故障產(chǎn)生。在繼電保護能夠正常運行的情況下,如果電網(wǎng)系統(tǒng)中有異常出現(xiàn),就能夠及時的進行反應(yīng),通過繼電保護作用的發(fā)揮減少供電故障發(fā)生擴大的情況。而且繼電保護裝置在計算機軟件的控制之下,也能夠更好的發(fā)揮保護功能,通過計算機指令的發(fā)出,自動的對電力系統(tǒng)的運行情況進行檢查,及時的對其中可能發(fā)生的故障進行反應(yīng)。
智能電網(wǎng)中繼電保護在工作過程中首先能夠保證時效性,在故障發(fā)生時能夠第一時間對故障進行定位,同時分析故障發(fā)生的原因,比如說原件損壞或者是電路被腐蝕,然后發(fā)出切斷指令,對故障進行處理,將電網(wǎng)中電路出現(xiàn)故障可能會對電網(wǎng)運營帶來的影響進行有效降低。而且能夠保證靈敏性,根據(jù)不同的故障發(fā)生情況采取不同的處理措施,據(jù)此,能夠保證電網(wǎng)在運行過程中的穩(wěn)定性,通過繼電保護中各個部件之間的配合,使其能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的運行進行管理,對其中出現(xiàn)的故障問題進行維修,使得電網(wǎng)能夠正常其穩(wěn)定的運行。
目前,我國的電力企業(yè)市場競爭十分激烈,在我國用電需求不斷增加的情況下,許多企業(yè)也發(fā)現(xiàn)了在這之下隱藏的商機,因此在電力系統(tǒng)的發(fā)展中進行了大量的投資,這就使得我國電力企業(yè)的市場競爭激烈程度不斷增加,各大電力企業(yè)為了吸引更多的用戶加入到其中的電力網(wǎng)絡(luò)中,會推出更加完善的服務(wù),在如此的電力市場中,只要不做出創(chuàng)新就會被淘汰。而智能電網(wǎng)是當(dāng)下電力市場發(fā)展的趨勢,也是時代發(fā)展的必然,電力企業(yè)通過對智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的掌握和應(yīng)用,能夠?qū)ζ涫袌龈偁幜M行增加,因為在電力企業(yè)能夠熟練掌握智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)時,就能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)的運行能力進行增強,使其在為用戶進行供電時更加的穩(wěn)定、持續(xù)、高效和安全,而這是大部分用電用戶選擇供電企業(yè)的主要考慮標(biāo)準(zhǔn),在此基礎(chǔ)上,電力企業(yè)也能夠通過智能電網(wǎng)對用戶的需求進行調(diào)查,進而開發(fā)出更多的增值服務(wù),不斷的吸引更多用戶加入到其企業(yè)的智能電網(wǎng)使用當(dāng)中。
在電力企業(yè)的市場競爭力能夠得到增加的情況下,其在民眾間的知名度和在市場中的可信度會得到提升,就會吸引越來越多的用戶加入到其中,同時也能夠更好的促進其與同行業(yè)其他企業(yè)或者是其他行業(yè)進行合作,能夠幫助電力企業(yè)獲得更多的投資,使其現(xiàn)金流動能力得到增強,能夠?qū)Ω嗟耐顿Y項目進行完善和增強,從而使電力企業(yè)的運營進入一個良好的循環(huán)狀態(tài)。通過對繼電保護作用的增強,能夠大大降低智能電網(wǎng)在運行過程中的故障發(fā)生概率,也能夠控制智能電網(wǎng)可能會受到各種外界因素和內(nèi)部因素帶來的風(fēng)險,保障智能電網(wǎng)在運行過程中的安全性,減輕了維修負(fù)擔(dān),更減少了在維修上投入的大量成本,能夠?qū)﹄娏ζ髽I(yè)整體成本投入進行有效控制。而電力企業(yè)的整體經(jīng)濟效益是由其投入成本和后續(xù)經(jīng)濟收入共同控制的,在能夠控制整體成本投入的情況下,也能夠?qū)﹄娏ζ髽I(yè)經(jīng)濟效益的提高帶來一定的幫助。
圖4:繼電保護在智能電網(wǎng)中的作用
我國電網(wǎng)最大的特點便是“大”,我國電網(wǎng)橫跨的距離較遠(yuǎn),通常情況下是跨地區(qū)的建設(shè),而且電網(wǎng)中所應(yīng)用到的電流技術(shù)通常是交流電和直流電進行混合,在配輸電過程中所應(yīng)用到的電壓也都是超高壓和特高壓。由于地區(qū)跨度過大,使得我國電網(wǎng)中普遍存在著資源分配不均的情況,我國西北部集中了大量的自然資源,比如說風(fēng)能、煤氣和水利,而在其他部分這些自然資源卻相對較為匱乏,但是在其他部分卻集中了主要的用電負(fù)荷。也就是說我國的能源和用電負(fù)荷分布及其的不均衡,這使得我國在對電力資源進行分配時,所采用的輸電方式必須是遠(yuǎn)距離的,而且要將交流電和直流電進行混合,同時必須使用超高壓或者是特高壓才能夠滿足輸電需求。
目前我國智能電網(wǎng)在發(fā)電過程中應(yīng)用了更多的新能源,這是為了對電網(wǎng)的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和改善,使得電網(wǎng)在運行過程中能夠通過對新能源的使用,減少對傳統(tǒng)能源的依賴,達(dá)到能源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展的目的。但是在新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用過程中,則存在著較多的問題,難以保證新能源接入的穩(wěn)定性,而使其接入不穩(wěn)定的原因主要有以下幾點:
(1)新能源供應(yīng)不穩(wěn)定,以最常應(yīng)用的太陽能和風(fēng)能為例,太陽能的使用需要在陽光照射較為強烈的情況下,才能夠保證能源的充足供給,而風(fēng)能也需要在風(fēng)量較大的情況下才能夠?qū)?jié)能提供充足的能源,如果陽光照射不強烈或者是風(fēng)量較小的情況下,就無法保證能源的穩(wěn)定供應(yīng),而太陽和風(fēng)的供應(yīng)有著較強的地區(qū)特點,在一些高原地區(qū)的供應(yīng)較為充足,而在平原地區(qū)的供應(yīng)則較為缺乏,因此即便是在同一個電網(wǎng)系統(tǒng)中,不同的地域內(nèi)新能源的供應(yīng)也會存在著不同的供應(yīng)情況,無法確保整個電網(wǎng)系統(tǒng)中能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性。
(2)新能源供應(yīng)難調(diào)節(jié),因為大多數(shù)新能源都是自然能源,雖然自然能源是取之不盡用之不竭的,但是卻無法人為的對其進行控制,難以調(diào)節(jié)能源的產(chǎn)生和停止。
(3)不穩(wěn)定的新能源會影響電網(wǎng)保護作用的正常發(fā)揮,因為新能源的不穩(wěn)定會給電網(wǎng)中的繼電保護裝置帶來一種錯誤認(rèn)知,即便是電網(wǎng)中沒有發(fā)生故障,但是由于新能源供應(yīng)不穩(wěn)定帶來的能源供應(yīng)停止,也有可能會被繼電保護裝置錯誤判定為電網(wǎng)故障。
(4)互補能源少,在新能源供應(yīng)不穩(wěn)定而且難以調(diào)節(jié)的情況下,就需要尋找互補能源對其進行替代或者是補充,但是目前可供互補的能源極為稀少,無法滿足智能電網(wǎng)的大量能源需求,所以還要在技術(shù)方面對智能電網(wǎng)進行突破,才能夠更好的對新能源技術(shù)進行應(yīng)用。
在電網(wǎng)供電過程中,配電網(wǎng)是其主要的運行環(huán)節(jié),能夠直接影響到供電的質(zhì)量和效率,而且配電網(wǎng)是對用戶直接供電的部位,會直接影響到用戶的用電體驗,但是當(dāng)下的配電網(wǎng)相對于整個智能電網(wǎng)發(fā)展而言較為落后,難以保證對電網(wǎng)提供充足的支撐響應(yīng)能力。目前配電網(wǎng)中的設(shè)置已經(jīng)不再是單一電源,而是向多電源的模式進行轉(zhuǎn)化,這也對配電網(wǎng)的控制以及保護能力提出了較高的要求,如果配電網(wǎng)的控制以及保護能力難以得到增強,就無法對多個電源提供充足的保護,也難以對不同電源的應(yīng)用進行控制,無法保證電網(wǎng)配輸電的合理性和有效性。
保護系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)在應(yīng)用過程中要堅持完整性、快速性、可靠性、經(jīng)濟性的原則,該技術(shù)應(yīng)用的核心便是資源、資源的組合以及組合的方法,通過系統(tǒng)中共享資源的建設(shè)為資源的組合提供方便,使用數(shù)字化元件替代傳統(tǒng)保護元件,對智能電網(wǎng)的需求進行滿足。然后對繼電保護內(nèi)部的數(shù)字化元件進行重新連接和信號分配,使用計算機對繼電保護元件的集合狀態(tài)進行監(jiān)測,對其信息進行采集、分析和決策,對具體的故障元件進行確定并且替換,在重構(gòu)后,將命令傳遞給各功能元件,采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為繼電保護系統(tǒng)的功能元件,同時要在多個區(qū)域均設(shè)置處理中心。通過對保護系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)的有效應(yīng)用,能夠?qū)^電保護的自身重構(gòu)能力進行大幅度的提升,使其自身適應(yīng)能力得到增強,在應(yīng)用過程中能夠?qū)ψ陨砉收线M行診斷,同時能夠進行自行修復(fù)。如此,能夠使得繼電保護在智能電網(wǎng)改變和升級的情況下,也隨之進行相應(yīng)的改變和升級,而且能夠及時的對新的智能電網(wǎng)環(huán)境進行適應(yīng),使得智能電網(wǎng)的運行安全性和穩(wěn)定性能夠得到保障。
智能電網(wǎng)在發(fā)展過程中是離不開信息技術(shù)的應(yīng)用的,同樣的,要想更好地使繼電保護技術(shù)與智能電網(wǎng)相配套,就必須在繼電保護技術(shù)中應(yīng)用信息技術(shù)。在繼電保護技術(shù)的應(yīng)用過程中,要將繼電保護裝置進行智能化,通過計算機軟件的應(yīng)用來對繼電保護發(fā)揮功能進行控制,通過計算機編程的應(yīng)用設(shè)計繼電保護的作用程序,通過程序發(fā)出指令,使繼電保護的運行趨向自動化,能夠主動的對電力系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)察。同時應(yīng)用傳感器技術(shù),在智能電網(wǎng)繼電保護裝置、元件、線路等各個部位安裝傳感器,獲得繼電保護的各種信息,利用互聯(lián)網(wǎng)進行傳遞和反饋,并且對其進行識別和處理,能夠及時發(fā)現(xiàn)其中發(fā)生的故障,完成故障的定位和檢測工作。
廣域保護技術(shù)在運營過程中通常有兩個單位,一個單位是集,一個單位是域,在集的單位內(nèi),科學(xué)的分析智能電網(wǎng)中發(fā)生的各種故障問題,并且采取對應(yīng)的處理措施。在域的單位內(nèi),會對其中的各種繼電保護數(shù)據(jù)進行收集整理,同時能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息進行深入的研究,對引起智能電網(wǎng)發(fā)生故障的因素進行判斷,能夠為后續(xù)的保養(yǎng)維修提供更多的參考數(shù)據(jù),并且保證數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。
為了對繼電保護工作進行增強,就要對繼電設(shè)備中的各種參數(shù)進行注意,為了保證繼電保護參數(shù)設(shè)定的穩(wěn)定性,電力企業(yè)要明確具體的負(fù)責(zé)人來對繼電保護的參數(shù)設(shè)置工作進行負(fù)責(zé),在工作過程中要區(qū)分不同運行部位中的設(shè)備,同時要通過編號以及標(biāo)示牌的設(shè)置來對控制保護屏進行分辨,更要采取雙編號管理措施,對繼電保護中的參數(shù)進行定期檢查和核對,將其控制在指標(biāo)的合理范圍內(nèi)。
在紀(jì)念保護發(fā)展過程中數(shù)字化必定是其未來的發(fā)展趨勢,在測量方式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婊c保護都呈現(xiàn)出了數(shù)字化的特點,為了更好的對其技術(shù)進行提升,就是要在數(shù)字化方面進行升級,對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性進行保障,保證智能電網(wǎng)發(fā)展的效率和穩(wěn)定性。
網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今社會發(fā)展中的一大特點,要將繼電保護技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行充分結(jié)合,通過對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用將數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣冗M行加快,減少數(shù)據(jù)在傳輸過程中傳輸錯誤情況的出現(xiàn),同時能夠使得數(shù)據(jù)的傳輸更加的及時有效。
在智能電網(wǎng)環(huán)境中,繼電保護技術(shù)的升級方向必然是廣域化的,應(yīng)用多點采集以及多種類采集裝置,將保護的區(qū)域進行擴寬。
也就是自動化,要將繼電保護技術(shù)朝著自動化的方向進行發(fā)展,使其能夠整定自動化,不僅能夠?qū)φ麄€智能電網(wǎng)中的線路進行自動控制,也能夠發(fā)揮維護功能。
目前我國智能電網(wǎng)的發(fā)展大環(huán)境仍然不是十分成熟,難以確保電力供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性,究其原因便是其中的繼電保護裝置沒有發(fā)揮出應(yīng)有的功效,所以不僅要注重智能電網(wǎng)的整體發(fā)展,更要注重其中繼電保護技術(shù)的應(yīng)用,通過將其與數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等進行聯(lián)合使用,對其進行改造和升級,使之能夠更好的適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展環(huán)境。