社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)可靠、穩(wěn)定、高質(zhì)量的電力供應(yīng)提出了越來(lái)越高的要求，任何一次停電都可能帶來(lái)巨額的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響人們的日常生活。電力工業(yè)市場(chǎng)化的逐步推進(jìn)以及大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸電的增加對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。近年來(lái)北美以及世界范圍內(nèi)的幾次大停電事故讓我們認(rèn)識(shí)到：事故的發(fā)生并不是因?yàn)槔^電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，恰恰相反，他們都能正確動(dòng)作，仍然不能避免大規(guī)模停電事故的發(fā)生，其原因就在于保護(hù)裝置與安全自動(dòng)裝置之間缺乏相應(yīng)的配合協(xié)調(diào)，基于本地量的裝置難以反映區(qū)域電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
　　為適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，解決現(xiàn)有保護(hù)、控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，一種基于網(wǎng)絡(luò)通信、多點(diǎn)信息綜合比較判斷的廣域保護(hù)系統(tǒng)（Wide-AreaProtectionSystem,WAPS）近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　
　　1廣域保護(hù)的定義及與傳統(tǒng)繼電保護(hù)區(qū)別
　　廣域保護(hù)可定義為：依賴電力系統(tǒng)多點(diǎn)的信息，對(duì)故障進(jìn)行快速、可靠、精確的切除，同時(shí)分析故障切除對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并采取相應(yīng)的控制措施，可提高輸電線可用容量或系統(tǒng)可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)。
　　目前提出的廣域保護(hù)系統(tǒng)可以分為2類：一類是利用廣域信息實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視、控制、穩(wěn)定邊界計(jì)算及狀態(tài)估計(jì)等功能，其側(cè)重點(diǎn)在廣域信息的利用和安全功能的實(shí)現(xiàn)；另一類則是利用廣域信息完成繼電保護(hù)功能。
　　廣域保護(hù)在電網(wǎng)保護(hù)控制中是基本定位于傳統(tǒng)保護(hù)及SCADA／EMS之間的系統(tǒng)保護(hù)控制手段，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議將廣域保護(hù)的功能及控制手段等進(jìn)行了定義，其動(dòng)作時(shí)間范圍在100ms～100S之問(wèn)，如圖1所示。
　　傳統(tǒng)的繼電保護(hù)主要集中于元件保護(hù)，以線路、母線、變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等為保護(hù)對(duì)象。傳統(tǒng)保護(hù)以切除被保護(hù)元件內(nèi)部故障為己任，主要通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)故障隔離。各電力設(shè)備的主保護(hù)相互獨(dú)立，不顧及故障元件被切除后，剩余電力系統(tǒng)中的潮流轉(zhuǎn)移引起的后果。比如故障元件被保護(hù)裝置正確切除或正常元件被保護(hù)裝置誤切除后，由于功率的轉(zhuǎn)移引起相鄰電力元件的過(guò)載，導(dǎo)致過(guò)載保護(hù)動(dòng)作等，這是傳統(tǒng)繼電保護(hù)的固有弊端。廣域保護(hù)更注重保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可識(shí)別系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)(正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)等)，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的P、Q和各種保護(hù)措施，同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制的功能，其中可能會(huì)有本地、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，以避免局部或整個(gè)系統(tǒng)大面積停電或崩潰等嚴(yán)重事故的發(fā)生，保證電網(wǎng)在故障后仍能保持所需的安全穩(wěn)定工況。
　　
　　2廣域保護(hù)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其功能
　　廣域保護(hù)系統(tǒng)由相量測(cè)量（phasormeasurementunit,PMU）、安全穩(wěn)定控制裝置、廠站安全穩(wěn)定監(jiān)控子站、通信線路、電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制主站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及資料分析站等組成（見(jiàn)圖2），具體功能如下：
　　
　　圖2電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的基本構(gòu)成
　　（1）相量測(cè)量裝置（PMU）。GPS同步采樣記錄電壓電流相量、功率和開(kāi)關(guān)量動(dòng)作情況，計(jì)算正序電壓電流等相量，通過(guò)安全穩(wěn)定監(jiān)控子站和通信線路將各種數(shù)據(jù)上送到安裝在調(diào)度的電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制主機(jī)。
　　（2）安全穩(wěn)定控制裝置。在電網(wǎng)故障條件下，安全穩(wěn)定監(jiān)控子站根據(jù)廠站運(yùn)行狀態(tài)，查找預(yù)先整定的控制策略表，控制變電站安全穩(wěn)定控制裝置，直接進(jìn)行切機(jī)和切負(fù)荷操作；電網(wǎng)頻率或電壓變化后，安全穩(wěn)定控制裝置自動(dòng)進(jìn)行無(wú)級(jí)（靈活）切機(jī)和切負(fù)荷控制；也可以由調(diào)度人員遠(yuǎn)方操作，維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　（3）廠站安全穩(wěn)定監(jiān)控子站。安全穩(wěn)定監(jiān)控子站安裝在變電站，向上通過(guò)光纖與電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制主機(jī)通信，向下通過(guò)以太網(wǎng)與相量測(cè)量裝置及安全穩(wěn)定控制裝置通訊，是發(fā)電廠變電站安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的決策中心和通訊橋梁。可就地實(shí)現(xiàn)一些廣域保護(hù)算法，安全穩(wěn)定監(jiān)控子站之間可以相互通訊。
　　（4）電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制主站。電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制主機(jī)安裝在調(diào)度室內(nèi)，與安全穩(wěn)定監(jiān)控子站通訊，獲取各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行廣域保護(hù)計(jì)算，及對(duì)多站間的實(shí)時(shí)功角及各站模擬和開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。并將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電壓電流相量和功角傳送到EMS系統(tǒng)，供EMS系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定分析，并把EMS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制命令傳達(dá)到發(fā)電廠變電站的安全穩(wěn)定控制裝置，進(jìn)行投切機(jī)組和負(fù)荷控制。
　　（5）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。中央監(jiān)控站將各站間的電壓電流相量和功角數(shù)據(jù)存入SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)表和歷史表中。WEBSERVER負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，從SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)并傳給用戶，使用戶可利用瀏覽器登錄網(wǎng)站，實(shí)時(shí)觀測(cè)各站間的電壓電流相量和功角。同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)記錄文件并生成索引表。
　　（D）資料分析站。可通過(guò)瀏覽器方便地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多站間的電壓電流相量和功角，查看歷史功角曲線及記錄的動(dòng)態(tài)錄波文件的一些信息；同時(shí)可利用強(qiáng)大而靈活的分析軟件對(duì)各種記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳盡的分析研究，并打印出報(bào)表。
　　
　　3相關(guān)技術(shù)的發(fā)展
　　3.1PMU的出現(xiàn)
　　采用GPS精確定時(shí)的PMU的出現(xiàn)給電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了革命性的影響。
　　首先，PMU能夠?yàn)橄到y(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的電壓、電流等電氣量打上精確時(shí)標(biāo)(誤差不大于1μs)，這使得對(duì)全網(wǎng)同一時(shí)刻的電氣量進(jìn)行精確計(jì)算成為可能。其次，PMU能夠測(cè)量電流、電壓相量的角度，因此在理論上，若全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)均裝上PMU，則所有的角度變量都將成為已知量。這一方面可以應(yīng)用于功角不穩(wěn)定分析，利用直接測(cè)量到的各發(fā)電機(jī)功角，發(fā)展快速可靠的新型功角穩(wěn)定分析方法；另一方面可以大大提高現(xiàn)有狀態(tài)估計(jì)的精度，為動(dòng)態(tài)安全分析等其它應(yīng)用打下更好的基礎(chǔ)。
　　3.2通信系統(tǒng)的發(fā)展
　　在目前的電力系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的電纜、微波外，Internet、Ethernet、光纖、衛(wèi)星等通信方式都得到了不同程度的應(yīng)用。在這些通信方式中，采用SDH／Sonet、ATM等協(xié)議的光纖通信的平均延時(shí)儀為幾十毫秒，能夠?yàn)橹行∫?guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)應(yīng)用提供快速、可靠的信息傳輸。而對(duì)于地域非常廣闊的超大規(guī)模電力系統(tǒng)而言，LEOS也能夠提供近似于光纖通信的數(shù)據(jù)傳輸性能。這些新型通信方式的應(yīng)用為廣域保護(hù)所必需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸提供了可能，是實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)的前提。
　　
　　4 廣域保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀
　　由于電網(wǎng)的發(fā)展及數(shù)次大停電的影響，各國(guó)電力工作者都在進(jìn)行廣域保護(hù)系統(tǒng)的研究，以下介紹幾個(gè)已經(jīng)運(yùn)行呢或正在開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，它們都是基于穩(wěn)定控制方面的。
　　(1) 可編程減負(fù)荷系統(tǒng)(programmableloadsheddingsystem，PLSS)
　　加拿大的Hydro—Quebec電力公司白行開(kāi)發(fā)的PLSS系統(tǒng)已運(yùn)行20年，Hydro，Quebec電網(wǎng)是北美覆蓋面積最大、最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，它的主干網(wǎng)由2條735kV的高壓走廊組成，分別從西北部的JamesBayHydroelectricComplex(15GW)、東北部的Churchil1．Falls(5．6GW)和Manic—OutardesComplex(8．1GW)向南方送電，線路距離超過(guò)1000km。2000年底，Hydro—Quebec電網(wǎng)投運(yùn)了一套自稱是世界上第一個(gè)類似規(guī)模的廣域保護(hù)系統(tǒng)，以滿足NPCC(NortheastPowerCoordinatingCouncil)的電網(wǎng)需求，它包括嚴(yán)重?cái)_動(dòng)子系統(tǒng)(extremecontingenciesdetectionsystems，ECDS)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)減負(fù)荷子系統(tǒng)(remoteloadsheddingsystems，RLSS)、發(fā)電機(jī)切除子系統(tǒng)(generatorrejectionsystems，GRS)、PLSS系統(tǒng)。
　　（2）安全穩(wěn)定和電壓控制系統(tǒng)（wide-areastabilityandvoltagecontrolsystem,WACS）
　　WACS系統(tǒng)是由美國(guó)BPA、CiberInc．以及華盛頓州立大學(xué)共同研制開(kāi)發(fā)的，目前已經(jīng)進(jìn)入了離線運(yùn)行
　　階段。WACS系統(tǒng)有Vmag與vmagQ兩套算法。其中：Vmag通過(guò)由PMU采集到的系統(tǒng)中7座變電
　　站中的12個(gè)電壓值經(jīng)過(guò)加權(quán)平均得到電網(wǎng)的運(yùn)行電壓，然后根據(jù)得到的值確定相應(yīng)的切機(jī)、切負(fù)荷、串／并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償投切等控制方法來(lái)改善系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性及系統(tǒng)阻尼；VmagQ在Vmag的基礎(chǔ)上增加了15個(gè)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率值，同樣加權(quán)平均后根據(jù)得到的值確定相應(yīng)的控制策略。
　　（3）DRS(Drucktasten—RelaisstellwerkSiemens)系統(tǒng)。
　　DRS系統(tǒng)在法國(guó)EDF電力公司已運(yùn)行了15年，它將法國(guó)電網(wǎng)分成19個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的兩端配備失步繼電器，當(dāng)某2個(gè)區(qū)域間的失步繼電器檢測(cè)到區(qū)域問(wèn)振蕩時(shí)即跳開(kāi)聯(lián)絡(luò)線，將這2個(gè)區(qū)域解列。
　　(4)Syclopes系統(tǒng)。Syclopes系統(tǒng)是為了彌補(bǔ)DRS系統(tǒng)的不足而設(shè)計(jì)的，與DRS系統(tǒng)相比它有如下改進(jìn)：
　　1)利用PMU檢測(cè)區(qū)域間的功角不穩(wěn)定。
　　2)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)由控制中心統(tǒng)一處理。
　　3)各聯(lián)絡(luò)線間的失步繼電器由控制中心統(tǒng)一
　　發(fā)布跳閘命令，以保證各繼電器同時(shí)跳閘。
　　4)切機(jī)、切負(fù)荷由控制中心統(tǒng)一管理，以保證切機(jī)、切負(fù)荷的同時(shí)性。
　　現(xiàn)有的廣域保護(hù)系統(tǒng)都是采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)先計(jì)算好的方案進(jìn)行對(duì)比，若兩者相符則執(zhí)行某種設(shè)定好的控制，因而存在配置不靈活等缺點(diǎn)。未來(lái)采用的廣域保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)克服這種弱點(diǎn)，使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算得到控制策略。
　　
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　廣域保護(hù)能有效地遏制日益頻發(fā)的大規(guī)模電力系統(tǒng)連鎖故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高現(xiàn)有輸電網(wǎng)絡(luò)的利用率，是未來(lái)系統(tǒng)保護(hù)的發(fā)展方向。目前，各國(guó)電力工作者都在致力于這方面的研究，并取得了很多成果。但目前大多數(shù)論文進(jìn)行的只是概念性的討論，對(duì)于許多具體問(wèn)題如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)配置等方面并沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)深入的分析，尚未形成完整的理論體系。
　　
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