广域保护和电力系统

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1、广域保护和电力系统发083 程朝飞 1. 背景与简介某些基本领实和技术发增长了广域保护和控制的实用需求和供应商的关注。（1） 无管制的电力市场引起了运营条件的迅速变换。调度员更频繁地遇到新的，未知的负荷潮流模式。（2） 在电力市场和电网因子上的经济压力迫使她们极注重那些系统和构造上接近极限的高电压设备的使用。同样的因素下，人们常会有增长极限的愿望。（3） 对社会来说，持续可靠的电力供应越来越必要了。以及，任何时候发生停电的代价都是昂贵的。（4） 通信技术和同步测量的发展。例如，为了可靠的电压相位测量，使系统广泛保护解决方案的设计成为也许。相位测量的使用也为状态鉴定功能提供新的也许性。它们目前重

2、要用途是当做WAMS（广域检测系统）的应用程序。（5） 存在着正常运营问题和电力系统自动化干扰解决结合在一起的趋势。（6） 广域干扰在近来几年逼迫/鼓励电力公司去设计系统保护筹划来中和电压不稳定、功角不稳定、频率不稳定，达到提高阻尼性能或其她特殊目的。（7） 在大学和工业里的许多研究和开发，大量增长了我们有关电力系统目前引起大面积停电的知识。这些消除大面积停电的措施已经或正在发展。（8） 电网的安全导致协调作用的破坏的明显关系，在老式上规划图中不考虑。为了制止破坏的蔓延，迅速和高效的控制/保护是需要的。2. 市场需要与实用需求基于以上的状况和新技术的论述，电网公司受益良多。广域保护和紧急控制系

3、统在电力系统中得到采用，要么提高系统传递性能；要么提高电力系统可靠性；或两者的结合。这意味着电网公司可以扩大系统的运营极限，即不需要任何投入就可运营系统到更接近高电压设备的物理极限。运营条件将由电力系统应禁得住大多数严重确切的意外事故变化为“根据广域保护系统保护动作，电力系统应禁得住大多数严重确切的意外事故。”某基于系统中的可靠设备电源系统不满足设计和运营条件，则不需要广域保护系统的装置。这样的广域保护系统可靠性及安全性的可靠需求是非常高的。A 如何满足目前和将来的需求基于最大利润和供电可靠性，电力公司将需要一种程序包来使电力系统的所有操作，涉及筹划，运营，控制盒保护最优化在一种系统级别。这个

4、“程序包”将由大量互相协调的产品样片和能被兼容的现代设备。这个措施对式样翻新和新的设备有益。为了式样翻新，这样的程序包将使用现代技术和原则化通信，原则的输入和输出格式等等。大量的公司，例如Hydro-Qu bec公司，BC 水电公司以及波尼维尔电力管理处，仍然根据现今有效的原则组件设计她们自己的系统保护规划和防御筹划。为了使系统保护的区域有效，也为了其她的效用，存在着一种需要专用的系统保护装置和基本系统保护设计构造的市场。这样的系统可以根据涉及定制功能的原则系统保护终端，绑定在一种广域保护系统中。在这样的设计中，原则化，模块化与灵活性是重要的特点。3. 保护与控制中的核心概念 保护与断路器跳闸

5、信号有紧密联系，它用来从网络中断开故障或过载设备，以挽救元件，以及用来恢复电力系统完好部分的正常运营，从而继续供电给顾客。保护设备常被用以保护人，动物和财产免受由于电力故障导致的伤害和损坏。保护装置被触发的状况是很严重的，以至于如果设备不跳闸，它将被严重地损坏或周边设备将处在一系列危险中。系统保护或广域保护是在没有特别的设备是故障的或超负荷运营时，用来将系统从部分或完全停电或限电在运营的状况下拯救出来。这种状况可以出目前一种严峻的运营状态下非常严重的干扰之后或在一种极端的负荷增长之后。既然它是一种保护系统，如果没有保护动作被执行，当电力系统要崩溃时，它将这样的运营状态下运营。这样的保护动作也涉

6、及了不同的保护和控制设备的设立组和参数的转换，分接头转换器的部件，并联电容器的转换等等。突发事件的控制是与持续的控制动作有联系的，为了拯救电力系统，如提高同步发电机的励磁机电压或变化高压直流输电线路的功率方向。正常的控制动作与持续的控制动作有关，可以是分段式，例如无励磁分接开关和并联装置，或者持续式，如频率控制。正常的控制是避免性的，也就是动作的执行是为了调节电力系统运营条件以适应目前和不久将来盼望的状态。正常的控制一般是自动的，例如，无励磁分接开关，并联电抗装置，频率控制以及自动增益控制。正常控制与紧急控制的区别是电力系统的控制动作与否不被执行的成果。如果一种正常的避免性的控制动作不被执行，

7、将有电力系统失稳且不断恶化的风险，即一种剧烈的扰动产生，将会失去稳定性。如果一种紧急的校正控制动作不被执行，系统将变得不稳定。响应祈求的时间和可靠性常常是紧急控制动作的比正常控制动作的更高。紧急控制功能几乎都是自动化的，然而正常控制动作可以是自动的也可以是手动的，例如与警报器互相协调的时候。然而，正常控制与紧急控制在电力系统中被执行的动作是比较相似的。保护，系统保护及紧急控制校正（或维护）措施，也就是动作被真正需要来拯救设备元件或系统。保护可以非常好地当作是二进制（开/关）的紧急控制，但老式上，保护是相称特殊的。电压调节是由如AVR（自动电压调节），分接头转换器和并联设备的自动或手动控制动作构

8、成的。控制变量常常是电压级别或无功潮流。为了系统保护或紧急控制，常常需要甩负荷与使用AGC（自动增益控制）。一次调频一般是由电厂的调节器控制的，但是二次调频是由调度员设定整定值或开/停的ACG转换器控制的。为了紧急控制，需要甩负荷以及降压动作，因此负荷的电压敏感部分能被使用。自动潮流控制是由AGC，HVDC（高压直流输电）控制，UPFC（综合潮流控制器），TCSC（可控串补），移相变压器等等来执行的。负荷级别，网络拓扑及发电调度是影响潮流最常用的参数。如果基于PMUs（测压装置），角度控制将更精确。没有PMUs，潮流是一种测量和控制角度的间接措施。它的动作与潮流控制相似。SCADA（远程监控系

9、统）/EMS(电子管理系统)的功能是协助电力系统/电网调度员在工作时优化电力系统运算，并注重经济性，运营安全，稳健性，以及人和材料的安全。调度员的动作一般是（至少盼望是）避免性的，也就是动作被执行去调节电力系统运营条件至目前及不久将来盼望的状态。避免措施根据简朴的原则，能通过调度员有效地在SCSDS/EMS中被实行以及被自动执行或被提出，然后被触发或闭锁。SCADA/EMS系统对于获取电力系统实时动态来说太慢了。PMU是同步测量交流电压和交流电流并打上一般的时间（功角）标签的设备。最一般的时间标签是GPS信号，它的精确度在1秒之内。依托这种措施，交流量可以被打上时标，以及测量复值和被它们的幅值

10、与相角表达。4. 电力系统现象的消除实用的需求与问题是常常被不确切的术语体现，例如智能甩负荷，对抗大多数干扰的保护系统，以及消除级联跳闸。这些需求必须被分解到物理现象中，如保护措施所对抗的：暂态功角不稳定（第一振幅）；小信号功角不稳定（阻尼）；频率不稳定；短期电压不稳定；长期电压不稳定；连锁故障；A 暂态功角不稳定离线设计研究一般用来保证发生事故时的暂态功角稳定。在设计阶段，受影响的参量是独立的回路，跳闸时间，自动重叠闸，惯性常数和辅助设备，如串联电容和断路电阻。在运营状态，拟定的电力潮流必须不能被超越。PMUs在紧急控制或保护动作设计时，考虑的是直接和迅速的功角测量，而不是直接功率测量，以及

11、更精确的控制算法。B 小信号功角不稳定必须进行离线研究来检查不同频率下的阻尼状态，例如本增频率分析和时间仿真。在网络和发电机的电力系统稳定器上的SVCs是用来抵消功率振荡的一般措施。此外，PMUs在电力系统中能提供精确的功角测量。C频率不稳定频率不稳定一般是忽然的大量的发电量局限性导致的成果。自动低频减载控制是一种被广泛使用来制止在这种状况下的系统崩溃的措施。同样的，频率的时间倒数在某些应用程序中被使用。为了避免忽然的失负荷时超频，发动机可以被解列。D短期电压不稳定短期电压不稳定是一般与网络容量的极度剧烈下降有联系，例如，多条并行线路起火而导致的跳闸。短期电压不稳定的特点是在原始故障的清除后有

12、不稳定的平衡点。补救动作要在这样的条件下拯救系统， 它必须是迅速（几秒钟或零点几秒）而强有力的（大量甩负荷）。E长期电压不稳定当一种电力系统过得到长期电压不稳定的状态时，电力系统在初始干扰下运营，也就是，在故障清除后有稳定的平衡点。然而，负荷恢复和无励磁分接开关操作会在10秒至30分钟的时间内引起传送系统电压下降和崩溃。没有任何原始干扰时，由于负荷的大量急速增长将引起长期电压不稳定。F连锁故障线路或者发电机的连锁故障有不同的来源，但是她们都与某些过负荷有关，如单线路或发电机部件的跳闸引起的剩余部件上持续增长的过负荷等等。在这样的条件下，甩负荷或者产生电抗将被用来维持电力系统的完整性。为了多种现象，需要设计一种可靠的（基于冗余及鲁棒性）保护系统，它将考虑到输入变量，原则设定和输出动作。能消除不同现象和不同安全网层的并行系统是可以被设计和调节的。