浅谈广域网保护的发展及应用现状

1、浅谈广域网保护的发展及应用现状 摘要文章分析广域网保护的发展过程和研究现 状，对国际上和国内的研究进行总结，并对各种保护系统进 行分类，总结并评价各种方法的优缺点和应用，并在此基础 上提出当前存在的问题和今后广域网保护的研究方向。 关键词电力系统；广域网保护；后备保护 作者简介刘捷，广西工业职业技术学院电子与电 气工程系， 研究方向： 电力系统继电保护、 生产过程自动化， 广西南宁， 530001 中图分类号 TP393.2 文献标识码 A 文章 编号 1007-7723 （2007） 10-0030-0002 一、引言 由于电力系统规模的日益扩大和复杂，电力系统设备 的分布更加分散，这就要求

2、在系统故障时继电保护的功能性 和可靠性更加强大。 广域网保护系统（WAPS）为检测反常的情况并提供预 案、更正动作来减小广域系统的崩溃和提高系统的传输能 力。大部分典型的广域保护系统动作包括发电机的自动跳闸 和负载的切断。为了提高系统的稳定性， WAPS 可以通过使 用新的监控、保护和通讯技术来执行 WAPS 必须快速正确地动作以保护电力系统。 从这方面 看， WAPS 是非常需要的。虽然 WAPS 能覆盖很大的区域， 且不同的运行部分使用不同的装置和程序，但它们的设计只 满足一定的需要。 广域网保护的目标为：确保电网的安全稳定性；实时 监控并充分利用传输能力；电网更精确的规划 1 。 一个成

3、功的广域保护系统应有如下的性能和特点：可 测性；选择性；安全性；可靠性；正确性；鲁棒性1 。 二、广域网保护的提出 广域保护的概念最早由瑞典学者 Bertil Ingelsson 于 1997年提出 2 ，但他所论述的广域保护主要用来预防在严重 的故障下长期的电压崩溃，只完成安全自动控制功能而不包 含继电保护功能。该文提出的系统基于 SCADA 系统构建， 通过输入的信号和装备来执行。对广域保护系统，把传输系 统的电压、发电机的无功输出和主发动机的电流限制信息作 为输入信号。 SCADA 系统的建立、数据传输速度和可靠性 满足不了继电保护的要求。 三、国际上的研究 一）广域网电流差动后备保护系

4、统（ WDB ） 日本学者 Yoshizumi Serizawa 于 1998 年将广域的概念 和继电保护相结合 3 ，使用电流差动保护系统为后备保护的 广域网保护系统。该文第一次提出了广域电流差动后备保护 的基本概念，考虑到了近后备保护和远后备保护。文章在分 析现有的两点纵联差动保护方式不足的基础上，提出使用 GPS 信号进行精确时间同步， 通过专用的光纤信道传送多点 的电流量，构成广域差动保护的观点，以此作为纵联差动主 保护的后备保护。 该文在同一个电力系统中比较了传统的保护和所提的 保护方法并把它们应用到近后备保护中。选择性和速度是 WDB 的优点。基于电流差动的 WDB ，选择性高于传

5、统的以 距离保护为后备保护的保护。近后备和远后备保护的动作时 间更快而崩溃面积更小。该系统对不同的传输线故障的理论 分析表明减少动作时间到 10ms 是可行的。但是由于部分系 统由许多元件如设备终端、通讯装置等组成，系统的可靠性 和有用性是一个主要问题。 1999年，Yoshizumi Serizawa发表了另一篇关于广域网 保护的文章 4 。该文描述的广域电流差动后备保护的结构方 法可获得比传统距离后备保护更好的选择性、更小的崩溃面 积和更快的动作时间。第一次详细描述了保护多重区域的系 统结构及保护装置在区内动作和协作的执行功能。广域网保 护系统的实验包括一个中心设备单元和由 155 Mbp

6、s ATM 中 枢网通过 LAN 界面和 GPS 时钟应用的三个终端设备单元， 这是在主保护和最小区域保护之后的扩大保护区域的简单 而有效的方法。该系统可以作为在主保护失效、主保护的后 备保护误动作和远后备保护失败时的替代保护。 （二） 新型广域网保护 2001 年 Christian Rehtanz 介绍了一种新型广域保护系 统5 ，突破了系统的运行限制，即可以在系统的物理极限附 近运行，并不需要任何高压设备的投入。在系统稳定性的动 态管理和传输能力最优配置下，这是补充已安装的保护和控 制系统的经济有效的方法。该文重点介绍了新型广域保护系 统在级联停电后稳定性预测的安装。所提算法尤其适于暂态

7、 系统。 该文所提的广域保护系统对电力系统的状态是完全动 态的。根据动态观点，系统应用于级联停电后暂态定相，并 仅用同步的 PMU 管理来获得动态值。 带几个输入通道的 PMUs 可测量到变电站的电压和所 有馈线和出线的电流， 所测数据从 PMUs 传输到运行评估算 法的保护中心的核心系统。由于时间冲压信息，系统快照显 示了所有的暂态和动态值。 （三）广域后备保护专家系统 2000 年，谭建成博士提出了传输网络的后备保护方案 。该后备保护使用了基于专家决策系统（BPES）的动作 因子来对所保护网络在任何地点的故障进行最优的故障清 除。该文对故障定位使用了保护动作因子（AF ）。专家系统 是主要

8、的信息处理方法和决策工具。引入动作因子的概念表 示单独的保护元件、 保护方案、 馈线和母线部分所起的作用。 该方法解决了以往的由保护装置误动作和专家系统信息传 输的误差引起的不确定性。为取得专家系统最优响应需了解 网络的拓扑关系和现行保护装置的动作情况。基于以上信 息，专家决策系统将会辨识含有故障和需要跳闸清除故障的 断路器的馈线。 文献 7提出了预防电力系统连锁跳闸的方法。该方法 使用广域后备保护系统和人工智能来把事故的影响减到最 小。广域后备保护预防连锁跳闸的方法有两种： 一是故障的精确定位只使需要隔离故障的断路器跳 闸； 二是避免由隐藏故障和过负荷引起不必要误跳，通过 闭锁传统后备保护装

9、置的跳闸信号。 应用广域网后备保护预防连锁跳闸的关键是广域信息 的应用和保护装置的通信。从全局观点看，基于广域网的保 护和智能决策，变电站广域后备保护可把故障的影响降低到 最小，通过跳开仅需要隔离故障的断路器并闭锁不需要断开 的断路器。因此，能够预防由隐藏故障、过负荷和传统后备 保护的不必要动作引起的连锁跳闸。 文献 8研究了广域后备保护如何提高传输网的稳定 性。讨论了后备保护的必要条件和由最新高度发展的通信、 信息和计算机技术带来的时机，提出了完善的保护和控制算 法。文献 8 详尽地给出的广域后备保护系统 ，显示了保护 网络的系统分布。该系统可进行精确的故障定位和跳开需要 隔离故障的断路器。

10、专家决策系统具有高选择性且通常仅断 开故障项。 四、国内的研究 （一）满足“三道防线”要求的广域保护系统 国内在广域网保护方面的研究起步较晚。 2004 年，丛 伟等提出了能满足“三道防线”要求，由快速保护、安全自 动控制和紧急控制以及系统震荡检测构成的广域保护系统， 阐述了该系统应该具备的功能和工作流程，并指出了构建该 系统需要开展的研究工作 9 。 广域继电保护保护系统构筑的第一道防线，即快速保 护功能；第二道防线，即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；第三道防线，即能够将失步的互联 系统在预定的地点解列成若干个独立稳定的子系统。广域保 护执行广域切负荷、发电机控制、解列

11、等紧急控制策略，防 止系统崩溃事故的发生。 该文总结了构建广域保护的关键问题为：广域保护系 统构架、报文传输延时、报文传输的可靠性、数据建模和通 信服务建模、算法研究。该文所提出的广域保护系统可为大 型互联网配置合理的安全防线提供解决方案。 （二）保护区划分专家系统 2005 年，苏盛等提出了一个基于图论方法、可用于广 域电流差动保护系统主、后备保护区在线划分的专家系统 10 。该系统根据电网一次、二次设备运行状态和拓扑连接 方式为各被保护设备确定电流差动主、后备保护区，凭借属 于同一保护区的保护装置间的相互通信即可实现对该保护 区的差动保护。 通过添加与 SCADA 系统的接口， 该系统能实

12、现广域差 动保护系统主、后备保护区的自动在线划分，从而为在整个 广域保护系统中应用差动电流保护，提高保护系统电网运行 方式的适应能力奠定了基础。 五、结论 广域网保护是当前继电保护研究的热门话题。电力系 统广域网保护的目标是高速性、低延迟性、可靠性和数据控 制信号等发送和交换的鲁棒性。通讯技术和计算机网络的高 速发展使电力事业让通讯网络的效用上升到更高水平，能应 用于基于更复杂保护的广域网。通过使用 GPS 时钟转换系 统，同步相测量是可行的并可逐步应用到电力事业中。 从系统全局角度对电力系统进行监测、保护、规划是 大电网发展的必然趋势，而实施广域网保护系统是实现该目 标的一个途径。广域网保护

13、可以克服传统保护局部性的局 限，从而进一步改善保护的过程。 广域网保护的研究才刚起步，大多数只是理论研究， 没有应用到实际中来，还有待进一步发展。 参考文献 :1蔡运清，汪磊Kip Morison,等广域保护(稳控)技 术的现状及展望J 电网技术，2004, (8). 2 Bertil Ingelsson, Per-Olof Lindstrom etc. Wide-Area Protection Against V oltage CollapseJ .IEEE Computer Application in Power, pp.30-35, 1997. 3 Y?Serizawa, M? Myo

14、ujin, etc. Wide-Area Current Differential Backup Protection Employing Broadband Communications and Time Transfer SystemsJ .IEEE Trans on Power Delivery, 1998, ( 4) . 4 Y?Serizawa, H?Imamura etc, Experimental Examination of Wide-Area Current Differential Backup Protection Employing Broadband Communic

15、ations and Time Transfer Systems J .IEEE Trans on Power Delivery, pp 1070-1075, 1999 5 Christian Rehtanz, Joachim Bertsch. A new wide area protection systemA .IEEE Porto Power Tech Conference, 2001. 6 J C Tan, P?A?Crossley, D?Kirschen, etc. An Expert System for the Back-up Protection of a Transmissi

16、on Network J . IEEE Trans. Power Del., vol. 15, pp. 508-514, Apr. 2000. 7J C .Tan, P?A?Crossley, P?G?McLaren,ect.Application of A Wide Area Back-up Protection Expert System to Prevent Cascading Outages A .IEEE 2001 Power Engineering Summer meeting. 8J C Tan, P?A?Crossley, I Hall, ect.Intelligent Wide Area Back-up Protection and its Role i