電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定緊急控制面臨的問題與需要開展的研究(2)-西交大張寶會(huì)老師.ppt

電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定緊急控制面臨的問題與需要開展的研究,張 保 會(huì),西安交通大學(xué) 2006/10/15,目錄,電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題 保護(hù)與緊急控制國內(nèi)外現(xiàn)狀 搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行緊急控制的基本思路 建議研究的問題 結(jié)論,一、電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題（1）,1、保證全國性互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行安全性是電力發(fā)展的頭等大事 我國電網(wǎng)今后發(fā)展的總方針：“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”。西南部省份向東部地區(qū)輸送電力將達(dá)到2000萬千瓦，交直流輸電線路超過20回，輸電距離上千公里。西北部省份將采用750kv和330kv電磁環(huán)網(wǎng)經(jīng)直流東送電力。如何避免故障時(shí)的連鎖反應(yīng)，保證遠(yuǎn)距離和大功率的輸電斷面的運(yùn)行安全性是電力發(fā)展迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。 全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)運(yùn)行方式，使得兩側(cè)電網(wǎng)內(nèi)部的某些重要輸電斷面穩(wěn)定水平下降，如何保證較大干擾時(shí)運(yùn)行的穩(wěn)定性是電網(wǎng)運(yùn)行的當(dāng)務(wù)之急。,一、電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題（2）,2、高效、可靠的繼電保護(hù)和緊急控制系統(tǒng)是保障西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù) 鑒于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的多變性、電網(wǎng)功率的實(shí)時(shí)平衡特性，和故障發(fā)生的不可完全避免和隨機(jī)性，高性能的繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道屏障。任意堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)都必須快速、可靠地切除故障元件，任意堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)在一系列的元件被切除后都有可能變?yōu)楸∪蹙W(wǎng)絡(luò)。保證故障元件被繼電保護(hù)切除后剩余網(wǎng)絡(luò)的安全性，高速有效的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)是安全運(yùn)行的第二道屏障。有效、可靠的繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)是保證電網(wǎng)運(yùn)行安全性的重要物質(zhì)條件。,一、電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題（3）,3、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)給繼電保護(hù)和緊急控制提出了新的挑戰(zhàn) 現(xiàn)有的繼電保護(hù)能否滿足更高一級(jí)電壓（750kv）網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)作速度、暫態(tài)性能的要求。 大功率電力電子設(shè)備突然故障，其暫態(tài)過程對(duì)交流線路保護(hù)有何影響、如何克服？交流線路的故障與切除對(duì)直流系統(tǒng)、柔性輸電系統(tǒng)的保護(hù)與控制有何影響、如何克服？ 現(xiàn)有的電力元件主保護(hù)相互獨(dú)立，故障元件被突然切除后是否會(huì)產(chǎn)生連鎖的元件運(yùn)行不正常而被保護(hù)依次跳開，會(huì)否形成類似美、加的大停電事故？ 為了防止西電東送輸電斷面的運(yùn)行安全性，如何構(gòu)建元件保護(hù)與緊急控制一體化系統(tǒng)？ 全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)方式，如何充分發(fā)揮互聯(lián)效益又能保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性？ 萬一互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，如何將系統(tǒng)解列才能縮小停電范圍和停電時(shí)間？,一、電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題（4）,4、現(xiàn)有的理論和技術(shù)難于解決上述理論和技術(shù)問題 現(xiàn)有的保護(hù)反應(yīng)工頻電氣量，動(dòng)作速度難于再提高。高頻和衰減直流分量對(duì)正確動(dòng)作有害，但短窗、高效、快速的濾波方法尚未突破。 保護(hù)以電力元件為對(duì)象，以切除故障元件為己任，整個(gè)電網(wǎng)主保護(hù)系統(tǒng)并不協(xié)同動(dòng)作，反應(yīng)輸電線路過負(fù)荷的保護(hù)可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)正確動(dòng)作而造成連鎖過載，使得系統(tǒng)的瓦解，缺乏輸電斷面或網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)。 穩(wěn)定性預(yù)測與緊急控制尚無不依賴系統(tǒng)模型和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的理論方法，而系統(tǒng)的模型和參數(shù)又是不準(zhǔn)確的，缺乏適應(yīng)性強(qiáng)、預(yù)測速度快、控制高效、可靠的緊急控制系統(tǒng)。 互聯(lián)系統(tǒng)的解列（點(diǎn)）面是固定設(shè)置的，不能適應(yīng)失穩(wěn)模式的變化，縮小停電范圍，避免事故擴(kuò)大。,一、電網(wǎng)繼電保護(hù)與緊急控制面臨的問題（5）,5、我國保護(hù)與緊急控制的研究、運(yùn)行基礎(chǔ)好，取得突破性進(jìn)展是可能的 繼電保護(hù)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)（2002年）表明，國產(chǎn)保護(hù)與進(jìn)口保護(hù)相比，在動(dòng)作速度和可靠性方面（動(dòng)作時(shí)間1030ms，正確率99.86）具有國際先進(jìn)水平。 利用自適應(yīng)重合閘（永久與瞬時(shí)故障判別、最佳重合時(shí)間、分相重合、自適應(yīng)重合等）提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，我國具有領(lǐng)先水平。 區(qū)域系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測和緊急控制，我國極為重視，從上世紀(jì)80年代就開始研究和應(yīng)用，尚未出現(xiàn)美、加那樣的大停電。 對(duì)聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)系統(tǒng)失步的檢測和解列，國內(nèi)已研究了多種原理和裝置在現(xiàn)場應(yīng)用。 繼電保護(hù)和緊急控制領(lǐng)域的研究我國具有優(yōu)勢基礎(chǔ)，結(jié)合“西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)”開展基礎(chǔ)研究，取得原創(chuàng)性的成果，是可能的。,二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(1),美國、加拿大： 網(wǎng)架比我國強(qiáng)壯，繼電保護(hù)的動(dòng)作速度、可靠性、實(shí)現(xiàn)技術(shù)與我國相當(dāng)；某些原理（故障分量、躲振蕩、非全相運(yùn)行又故障、重合閘等）不如我國先進(jìn)。并沒有我國保證電網(wǎng)安全的“三道防線”的明確概念和規(guī)程。 在安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)的研究與建設(shè)方面，重視程度不夠、研究水平較差，曾發(fā)生震驚全球的如65年、9697年、2003年8月14日等多次全國性大停電，給全世界電力系統(tǒng)提供沉痛教訓(xùn)。,二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(2),歐州： 網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、輸電距離短；保護(hù)的制造、運(yùn)行水平與我國相當(dāng)，動(dòng)作速度、原理研究比我國稍差。緊急控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用幾乎空白。 日本： 輸電距離短、網(wǎng)架比我國堅(jiān)強(qiáng)；重視安全穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)的研究與建設(shè)，借助于發(fā)達(dá)的通信系統(tǒng)，構(gòu)建“離線策略表”、“在線策略表”的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。但是仍不能解決控制決策依賴于系統(tǒng)的模型與參數(shù)，因模型與參數(shù)的誤差造成的不準(zhǔn)確問題。,二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(3),前蘇聯(lián)： 網(wǎng)架和輸電距離與我國類似；保護(hù)的原理研究水平與我國相當(dāng)，但在數(shù)字式保護(hù)的算法、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用方面，不如我國。重視反事故自動(dòng)裝置的研究，大量采用分散式的安全自動(dòng)裝置，區(qū)域型緊急控制系統(tǒng)不多。 我國： 500kv保護(hù)、使用“離線策略表”的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)等經(jīng)驗(yàn)豐富。但是，750kv保護(hù)、含有大功率電力電子設(shè)備的混聯(lián)輸電斷面的保護(hù)、電磁環(huán)網(wǎng)輸電的保護(hù)和緊急控制技術(shù)、弱聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性預(yù)測與緊急控制、自動(dòng)識(shí)別失步斷面的系統(tǒng)解列、電力市場環(huán)境下保護(hù)配置方式等都是有待研究的重大理論和技術(shù)問題，沒有經(jīng)驗(yàn)可以照搬。,三、搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行緊急控制的基本思路（1）,1、電網(wǎng)的運(yùn)行安全性需要規(guī)劃、運(yùn)行調(diào)度、實(shí)時(shí)保護(hù)與緊急控制三個(gè)階段的協(xié)同工作、共同保障。 2、對(duì)于運(yùn)行中的互聯(lián)電力系統(tǒng)：夯實(shí)“三道防線” 局部系統(tǒng)內(nèi)部元件的故障或擾動(dòng)，由切除故障元件和在局部系統(tǒng)中采取措施來消除，不使它的影響擴(kuò)散到局部系統(tǒng)外； 區(qū)域系統(tǒng)之間輸電斷面上聯(lián)絡(luò)線的故障，首先切除故障元件并盡量保持輸電斷面的完整性； 影響多個(gè)互聯(lián)區(qū)域安全性的擾動(dòng)在多個(gè)區(qū)域采取措施，共同來消除擾動(dòng)產(chǎn)生的影響； 互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應(yīng)按功率盡可能平衡的原則解列，避免大面積停電事故。,三、搞好電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行緊急控制的基本思路（2）,3、基于上述思想并結(jié)合我國的技術(shù)現(xiàn)狀，應(yīng)該重點(diǎn)研究： 交、直流混聯(lián)輸電系統(tǒng)和750kv輸電系統(tǒng)在電力元件保護(hù)方面產(chǎn)生的新問題，并采用新原理的元件保護(hù)加以解決； 西電大功率東送在輸電斷面上可能出現(xiàn)的問題，研究構(gòu)建輸電斷面安全性保護(hù)和緊急控制一體化的保障體系來解決； 研究全國聯(lián)網(wǎng)初期的交流弱聯(lián)可能產(chǎn)生的穩(wěn)定水平下降問題，采取實(shí)時(shí)的穩(wěn)定性預(yù)測與緊急控制系統(tǒng)阻止穩(wěn)定的破壞； 采取自適應(yīng)的解列手段防止事故的擴(kuò)大； 研究電力市場化運(yùn)營后保護(hù)和緊急控制的代價(jià)、贏得的效益及其分擔(dān)，以及適應(yīng)市場化體制的保護(hù)與緊急控制的配置原則，提高市場各參與方維護(hù)電力系統(tǒng)安全性的積極性。,四、 建議研究的問題（1）,1、高性能新型繼電保護(hù)原理研究 （1）適應(yīng)嵌入電力電子設(shè)備的輸電系統(tǒng)容錯(cuò)式保護(hù)研究：分析超高壓、交流直流混合系統(tǒng)的故障暫態(tài)過程特征，研究采用短窗、抗強(qiáng)諧波、濾除長暫態(tài)的動(dòng)態(tài)容錯(cuò)數(shù)字算法，采用硬件容錯(cuò)、原理容錯(cuò)、信息容錯(cuò)技術(shù)提高數(shù)字保護(hù)的性能。 （2）750kv輸電系統(tǒng)新型保護(hù)的研究：研究基于波形系數(shù)小波技術(shù)和小矢量算法等的自適應(yīng)方法，提高抗干擾能力，加快保護(hù)動(dòng)作速度，提高保護(hù)的整體性能。 （3）反應(yīng)故障暫態(tài)分量的超高速保護(hù)新原理研究：從原理上利用暫態(tài)分量區(qū)分元件內(nèi)、外部故障，實(shí)現(xiàn)超高速，不是濾除故障暫態(tài)分量；利用單端暫態(tài)量實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)全線速動(dòng)等。,四、 建議研究的問題（2）,2、輸電斷面安全性保護(hù)的研究與開發(fā) （1）輸電斷面的實(shí)時(shí)搜索快速方法：跟蹤運(yùn)行方式的變化，時(shí)刻掌握輸電斷面及其潮流。 （2）輸電斷面連鎖過載的預(yù)測與實(shí)時(shí)評(píng)估：預(yù)計(jì)算或當(dāng)線路過載保護(hù)起動(dòng)后計(jì)算，斷面中過載線路開斷后剩余線路是否會(huì)連鎖過載，若會(huì)則給出并執(zhí)行緊急控制方案。 （3）消除輸電斷面不安全的快速控制算法：發(fā)展消除斷面過載的控制算法，要求在一秒內(nèi)完成。,四、 建議研究的問題（3）,3、不依賴于系統(tǒng)模型與參數(shù)的互聯(lián)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制理論與技術(shù)研究 （1)基于同步相量測量的發(fā)電機(jī)搖擺軌跡的預(yù)測理論及方法：利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下測得的功角、角速度和功率等，研究對(duì)各機(jī)組動(dòng)態(tài)軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的超長時(shí)預(yù)測算法。 （2)全網(wǎng)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)預(yù)測理論與算法研究：研究故障中、故障后機(jī)組實(shí)測不平衡功率、功角相對(duì)角度中心之間的變化軌跡，及軌跡的變化特征與不穩(wěn)定邊界、控制量的關(guān)系，獲得暫態(tài)不穩(wěn)定的快速預(yù)測判據(jù)與實(shí)時(shí)控制的算法。 （3)全網(wǎng)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究：利用關(guān)鍵廠站和輸電斷面的同步相量測量設(shè)備、預(yù)測算法和超實(shí)時(shí)的不穩(wěn)定邊界判據(jù)，解決互聯(lián)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的技術(shù)。,四、 建議研究的問題（4）,4、廣域信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與緊急控制一體化的研究 （1)線路保護(hù)與重合閘最佳配合的理論與方法：研究可靠的瞬時(shí)與永久故障的區(qū)分方法，最佳重合時(shí)間的捕捉技術(shù)，分相在故障不嚴(yán)重側(cè)重合等保護(hù)與重合閘的配合等問題。 （2) “輸電斷面”保護(hù)系統(tǒng)的研究：利用輸電斷面的廣域運(yùn)行信息，預(yù)測單元件故障被切除后斷面其它元件的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)改變保護(hù)定值，如短時(shí)允許過負(fù)荷、直流功率的短時(shí)增加等，以避免非故障元件被連鎖切除。 （3)基于多agent的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與緊急控制一體化的研究：研究基于多agent代理機(jī)制的分層分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，預(yù)測“輸電斷面”保護(hù)方式仍不能維持互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)，快速計(jì)算控制對(duì)策并執(zhí)行。,四、 建議研究的問題（5）,5、自適應(yīng)最小潮流斷面的互聯(lián)系統(tǒng)解列理論與方法研究 （1)快速識(shí)別失步機(jī)組模式的理論：研究電力系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的流型變換理論，根據(jù)平衡點(diǎn)處變換矩陣和特征向量的性質(zhì)，直接計(jì)算機(jī)組搖擺軌跡，快速獲得系統(tǒng)的失步模式。 （2）解列面的自適應(yīng)確定：研究系統(tǒng)的失步模式與失步斷面的關(guān)系，在失步斷面上選擇潮流較小、斷路器較少的截面跳閘。 （3）失步的自動(dòng)捕捉與振蕩中心的測量：研究實(shí)測電氣量間的關(guān)系，確認(rèn)失步并測量振蕩中心，提高遠(yuǎn)方解列的可靠性。,四、 建議研究的問題（6）,6、電力市場環(huán)境下保護(hù)及緊急控制配置與配合的原則的研究 （1)市場條件下互聯(lián)系統(tǒng)后備保護(hù)的配置原則與經(jīng)濟(jì)責(zé)任的承擔(dān)：研究現(xiàn)有后備保護(hù)動(dòng)作造成非故障元件被切除，進(jìn)而使非故障元件所屬公司產(chǎn)生損失的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，提出科學(xué)可行的承擔(dān)方式，并研究各公司更樂意采用的后備保護(hù)配置方式。 （2)緊急控制的成本、效益及其承擔(dān)：研究其造成的局部損失和換取的全局效益的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，提出贏得的效益和造成損失的科學(xué)分?jǐn)偡绞?，合理、積極的推動(dòng)緊急控制系統(tǒng)應(yīng)用。,四、 建議研究的問題（7）,7、變電站數(shù)字化二次回路及其應(yīng)用研究 （1)基于光電互感器的變電站數(shù)字化二次回路的信息理論研究：對(duì)光纖二次回路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、可靠性、容錯(cuò)性、信息表達(dá)、信息流控制及信息協(xié)調(diào)、分解理論等進(jìn)行系統(tǒng)研究，解決信息合并、光電接口、信息共享、信息分配、信息同步等關(guān)鍵技術(shù)問題。 （2) 光電數(shù)字式互感器的應(yīng)用研究：以變電站數(shù)字式二次回路為基礎(chǔ)，提升傳統(tǒng)的母差保護(hù)、變壓器縱差保護(hù)的性能，并研究變壓器故障診斷與保護(hù)一體化的新原理。,五、結(jié)論（1）,1、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)和電力市場化運(yùn)營的電網(wǎng)