广域继电保护应用于实际时,若在整个系统内实现集中保护,由于系统规模增大造成的大量数据采集点、海量数据、传输距离和速度等因素,会增加广域继电保护实现的难度,也将增加保护配置、运行和维护的难度,保护可靠性难以得到保证。因此,还应该结合实际系统进行广域继电保护区域结构的确立,综合考虑、合理利用智能电网新技术,使广域继电保护更有利于实际应用。
1. 保证时间及数据同步
常规微机继电保护将各个互感器的电气量二次模拟值通过二次电缆接入保护装置,由装置内部唯一的系统时钟经控制总线驱动各个通道的模数转换器,数据采集的同步精度很高。广域保护涉及到的保护将不局限于1 个或2 个装置,不局限于1 个或2 个变电站,如何在较大的范围内保持时间和数据的同步将是研究重点。变电站内现有的对时主要以gps 时间信号作为主时钟的外部时间基准,采用3种对时方式:脉冲对时、串口对时、编码对时,对时精度可达到ms 级。
网络化的变电站,采用分布式电子式互感器及合并单元的数据采集模式,数据经网络传送至保护等电子式设备的方式传输,为了实现数据采集的同步以及各保护之间信息交互与相互配合,需要一个统一精确的时钟作为系统的时钟源,并通过精密对时技术实现各数据采集单元时钟、各保护装置的时钟的准确同步。目前工业领域的分布式系统对时技术及对时精度要求见表1[10 ] 。
从表1 可以看出, IEEE 1588 标准的精密时钟同步协议[11 ] 更有利于实现高精度的时钟同步,更有
利于数据同步的实现。处于“第一道防线”中的保护系统要求的数据同步精度最高,实现IEEE 1588 在电力系统中的应用应满足保护系统的需求,结合广域保护对数据同步的精度要求研究IEEE 1588 协议的应用:
a. 根据IEEE 1588 协议的核心原理研究IEEE1588 标准的时钟同步误差,量化分析时钟误差对数据同步的影响度,寻找IEEE 1588 同步算法及同步过程中影响同步精度的因素,探索减小时钟晶振偏移影响的补偿算法。
b. 制订IEEE 1588 在数字化变电站内采用与数据通信同一的以太网应用方案,根据IEEE 1588对时钟级别的定义给出时钟设备的配置方法及其功能实现,研究其实际系统架构,并从全网的角度探讨该协议的具体应用策略。
c. 开发典型的IEEE 1588 PTP 测试环境,构建IEEE 1588 测试系统。
d. 进行继电保护装置应对对时系统异常时钟信息的算法原理研究,使保护装置具有识别防误功能。
2. 划分区域结构
区域的划分有利于广域继电保护的应用研究,对站域、小区域内广域继电保护应用的可行性进行分析,同时分析系统内继电保护配置现状、广域测量系统配置现状、网络通信设备及通信技术;制订系统内的广域保护区域结构划分,从电网结构冗余度、保护配置冗余度、通信冗余度等方面进行可行性研究。
参照经典变电站结构模型,在系统范围内形成分层分布式的区域保护配置方案。使广域继电保护具备区域决策功能,适应具有决策功能的智能变电站建设的形势。
可利用多代理(Multi Agent ) 技术[12 ] 实现,Agent是一种具有知识、目标和能力,并能单独或在人的少许指导下进行推理决策的能动实体,一些A2gent 通过协作完成某些任务或达到某些目标而构成的系统。Agent 具有不同的问题求解能力,Agent之间按照约定协议进行通信和协调,使得整个系统成为一个性能优越的整体,可以解决单个Agent 难以解决的问题。多Agent 技术应用于广域保护区域划分时应注意以下几点:
a. 区域结构的扩展性,应能够适应电网结构的扩充;
b. 区域主站保护的决策能力;
c. 区域内保护之间的通信压力;
d. 区域内、区域间的协作机制。
3. 调整后备保护或研究应用新保护
利用区域信息的采集,根据后备保护配置现状,综合考虑网络拓扑变化造成的后备保护适应,综合利用网络节点开关信息、区域内保护动作信息,研究后备保护新原理,使保护应对主保护拒动、开关拒动等现象具有快速反应能力,制订区域内各保护之间的协作机理,对区域内故障的快速隔离研究保护跳闸策略,使本地保护跳区域内开关策略具有可行性。基于新传感原理电子式互感器的特性,对原有基于传统互感器特性的保护判据进行调整或进行新保护判据的研发:
a. 电磁式电流互感器在区外故障时,由于饱和可能会造成保护误动,保护判据中具有区外故障躲TA 饱和判据,电子式互感器不易受饱和的影响,TA 饱和判据应作适当调整。
b. 保护装置针对数据异常的处理,模拟式互感器数据异常判据包括电压电流正负序分量的断线判据等,保护判据可利用的信息量不丰富。采用电子式互感器数据采集和通信网络数据传输,保护可利用的信息不仅包含了范围更广的电气量,还包含了合并单元等采集和传输介质的异常信息,需要对这些信息综合进行新的保护判据研究。
4. 与传统保护的配合
智能电网建设过程及建成后,不可避免遇到传统微机保护与数字化变电站内保护实现保护配合及协作问题,应考虑不同类型保护之间的互操作问题,包括:
a. 线路差动保护中,一侧保护采用电磁式电流互感器,另一侧保护采用电子式互感器,当区外发生故障时,电磁式电流互感器一端很可能发生单端饱和现象,因此,线路两端的差动保护应具有判单端饱和和防止保护误动的功能。
b. 原有线路差动保护数据同步的算法基于两侧都是模拟式互感器,存在两侧不同互感器类型的数据同步问题,需要进行新保护算法的研究。
5. 在线调整保护定值
保护定值在复杂运行方式及复杂电网结构下可能存在定值无法整定的现象,解决方案是参照几种典型运行方式分别进行保护定值整定,在保护装置内部将定值存放于不同定值区,在区域主站的站控层构建保护定值专家系统库。
当系统的运行方式发生变化时,本地保护能够根据本地参量(开关节点信息、电气量信息等) 判断此时的运行方式,向区域主站发出定值是否调整的申请信息,由区域主站综合区域内系统运行方式判断是否调整、采用哪种典型方式定值,并向区域内需要调整定值的各个保护给予调整授权,实现在线调整。
1. 保证时间及数据同步
常规微机继电保护将各个互感器的电气量二次模拟值通过二次电缆接入保护装置,由装置内部唯一的系统时钟经控制总线驱动各个通道的模数转换器,数据采集的同步精度很高。广域保护涉及到的保护将不局限于1 个或2 个装置,不局限于1 个或2 个变电站,如何在较大的范围内保持时间和数据的同步将是研究重点。变电站内现有的对时主要以gps 时间信号作为主时钟的外部时间基准,采用3种对时方式:脉冲对时、串口对时、编码对时,对时精度可达到ms 级。
网络化的变电站,采用分布式电子式互感器及合并单元的数据采集模式,数据经网络传送至保护等电子式设备的方式传输,为了实现数据采集的同步以及各保护之间信息交互与相互配合,需要一个统一精确的时钟作为系统的时钟源,并通过精密对时技术实现各数据采集单元时钟、各保护装置的时钟的准确同步。目前工业领域的分布式系统对时技术及对时精度要求见表1[10 ] 。
从表1 可以看出, IEEE 1588 标准的精密时钟同步协议[11 ] 更有利于实现高精度的时钟同步,更有
利于数据同步的实现。处于“第一道防线”中的保护系统要求的数据同步精度最高,实现IEEE 1588 在电力系统中的应用应满足保护系统的需求,结合广域保护对数据同步的精度要求研究IEEE 1588 协议的应用:
a. 根据IEEE 1588 协议的核心原理研究IEEE1588 标准的时钟同步误差,量化分析时钟误差对数据同步的影响度,寻找IEEE 1588 同步算法及同步过程中影响同步精度的因素,探索减小时钟晶振偏移影响的补偿算法。
b. 制订IEEE 1588 在数字化变电站内采用与数据通信同一的以太网应用方案,根据IEEE 1588对时钟级别的定义给出时钟设备的配置方法及其功能实现,研究其实际系统架构,并从全网的角度探讨该协议的具体应用策略。
c. 开发典型的IEEE 1588 PTP 测试环境,构建IEEE 1588 测试系统。
d. 进行继电保护装置应对对时系统异常时钟信息的算法原理研究,使保护装置具有识别防误功能。
2. 划分区域结构
区域的划分有利于广域继电保护的应用研究,对站域、小区域内广域继电保护应用的可行性进行分析,同时分析系统内继电保护配置现状、广域测量系统配置现状、网络通信设备及通信技术;制订系统内的广域保护区域结构划分,从电网结构冗余度、保护配置冗余度、通信冗余度等方面进行可行性研究。
参照经典变电站结构模型,在系统范围内形成分层分布式的区域保护配置方案。使广域继电保护具备区域决策功能,适应具有决策功能的智能变电站建设的形势。
可利用多代理(Multi Agent ) 技术[12 ] 实现,Agent是一种具有知识、目标和能力,并能单独或在人的少许指导下进行推理决策的能动实体,一些A2gent 通过协作完成某些任务或达到某些目标而构成的系统。Agent 具有不同的问题求解能力,Agent之间按照约定协议进行通信和协调,使得整个系统成为一个性能优越的整体,可以解决单个Agent 难以解决的问题。多Agent 技术应用于广域保护区域划分时应注意以下几点:
a. 区域结构的扩展性,应能够适应电网结构的扩充;
b. 区域主站保护的决策能力;
c. 区域内保护之间的通信压力;
d. 区域内、区域间的协作机制。
3. 调整后备保护或研究应用新保护
利用区域信息的采集,根据后备保护配置现状,综合考虑网络拓扑变化造成的后备保护适应,综合利用网络节点开关信息、区域内保护动作信息,研究后备保护新原理,使保护应对主保护拒动、开关拒动等现象具有快速反应能力,制订区域内各保护之间的协作机理,对区域内故障的快速隔离研究保护跳闸策略,使本地保护跳区域内开关策略具有可行性。基于新传感原理电子式互感器的特性,对原有基于传统互感器特性的保护判据进行调整或进行新保护判据的研发:
a. 电磁式电流互感器在区外故障时,由于饱和可能会造成保护误动,保护判据中具有区外故障躲TA 饱和判据,电子式互感器不易受饱和的影响,TA 饱和判据应作适当调整。
b. 保护装置针对数据异常的处理,模拟式互感器数据异常判据包括电压电流正负序分量的断线判据等,保护判据可利用的信息量不丰富。采用电子式互感器数据采集和通信网络数据传输,保护可利用的信息不仅包含了范围更广的电气量,还包含了合并单元等采集和传输介质的异常信息,需要对这些信息综合进行新的保护判据研究。
4. 与传统保护的配合
智能电网建设过程及建成后,不可避免遇到传统微机保护与数字化变电站内保护实现保护配合及协作问题,应考虑不同类型保护之间的互操作问题,包括:
a. 线路差动保护中,一侧保护采用电磁式电流互感器,另一侧保护采用电子式互感器,当区外发生故障时,电磁式电流互感器一端很可能发生单端饱和现象,因此,线路两端的差动保护应具有判单端饱和和防止保护误动的功能。
b. 原有线路差动保护数据同步的算法基于两侧都是模拟式互感器,存在两侧不同互感器类型的数据同步问题,需要进行新保护算法的研究。
5. 在线调整保护定值
保护定值在复杂运行方式及复杂电网结构下可能存在定值无法整定的现象,解决方案是参照几种典型运行方式分别进行保护定值整定,在保护装置内部将定值存放于不同定值区,在区域主站的站控层构建保护定值专家系统库。
当系统的运行方式发生变化时,本地保护能够根据本地参量(开关节点信息、电气量信息等) 判断此时的运行方式,向区域主站发出定值是否调整的申请信息,由区域主站综合区域内系统运行方式判断是否调整、采用哪种典型方式定值,并向区域内需要调整定值的各个保护给予调整授权,实现在线调整。
