廣域保護

利用廣域測量系統的相量測量信息，與傳統的常規保護配合實現對故障進行快速、可靠和精確的切除，同時能對切除故障後或經受大擾動的系統進行線上安全分析，必要時採用適當的措施防止系統發生大範圍或全系統停電，這種能夠同時實現繼電保護和自動控制功能的保護系統就稱為廣域保護。

基本介紹

• 中文名：廣域保護
• 外文名：wide-area protection
• 主要功能：採集電網各個節點的數據等
• 學科：電力

廣域保護與傳統繼電保護區別

廣域保護的主要功能有三個，一是通過採集電網各個節點的數據，經計算後確定一定的控制手段以維持電網的安全穩定運行；二是實時掌握及充分利用電網的輸電能力；三是提供更準確的電網規劃方案。

傳統的繼電保護主要集中於元件保護，以發電機、線路、母線、變壓器和電動機等為保護對象，以切除被保護元件內部故障為己任，主要通過開關動作來實現故障隔離，各電力設備的主保護相互獨立，不顧及故障元件被切除後，剩餘電力系統中的潮流轉移引起的後果。而廣域保護利用廣域測量系統的相量測量信息，實現對故障進行快速、可靠和精確的切除，同時能對切除故障後或經受大擾動的系統進行線上實時安全分析，必要時採用適當的措施防止系統發生大範圍或全系統停電。

目前提出的廣域保護系統可以分為兩類:一類是利用廣域信息，主要具有安全監視、控制、穩定邊界計算及狀態估計等功能，其側重點在廣域信息的利用和安全功能的實現;另一類則是利用廣域信息，完成繼電保護功能。

廣域保護的研究現狀

由於區域電網互聯的發展及數次大停電的影響，各國電力工作者都在進行廣域保護系統的研究。由於我國電網結構和運行方式的特殊性，目前對廣域保護的套用需求還不是特別迫切，但一些區域安全穩定裝置也已經投入運行。研究者中對幾種不同類型的廣域保護系統進行了總結，根據影響電力系統穩定的三類問題，提出廣域保護系統要滿足“三道防線”要求，並指出構建廣域保護系統需要開展的幾方面的研究工作。研究者提出一種利用電流差動原理的廣域後備保護方案，通過對廣域範圍內的故障電流及開關位置信息的採集和綜合分析，判斷故障區域和開關動作情況，利用實時網路拓撲圖和跳閘函式實現最優後備保護跳閘方案。研究者針對集中式結構的廣域保護終端TE缺乏必要的自治性，一旦CE出現故障，很可能造成整個廣域保護區內斷路器無序跳閘或誤動，而分散式結構的廣域後備保護系統中，各保護IED具備一定的自治性和互動性，隨著系統規模的擴大，IED數目的增多，必然導致IED之間通信網路的複雜程度大大增加，就某一個IED可靠動作而言，並不需要知道整個電網的狀態信息，過多的信息互動反而可能導致保護處理過程的繁瑣甚至混亂的問題，提出一種將兩者相結合的集中-分散式結構的廣域保護系統，將廣域大電網按照一定原則進行區域劃分，在各區域電網內，各保護IED按照分布控制模式完成廣域後備保護任務，每個區域電網配置一個控制中心CE，通過從IED獲取信息監視區域電網運行狀態。在各個CE之上再設定一個廣域保護系統中心（SystemCenter，SC），SC收集各個CE的狀態信息，監測整個廣域電網的運行狀況。

廣域穩控系統

用於故障切除後或受到大擾動後的電力系統穩定的保護控制系統在不同國家使用的名稱有所不同，西方國家多稱為特殊保護系統（SpecialProtectionSystem，SPS），或補救控制系統（RemedialActionScheme，RAS），而在我國一般稱作安全自動裝置。

穩控系統在電網保護控制中是基本定位於常規保護及數據採集和監測控制系統/能量管理系統（SCADA/EMS）之間的系統保護控制手段。研究者介紹了加拿大的Hydro-Quebec電力公司自行開發的可程式減負荷系統PLSS。該穩控系統包括4個子系統，即嚴重擾動檢測子系統（ECDS）；遠程系統減負荷子系統（RLSS）；發電機切除子系統（GRS）；可程式減負荷子系統（PLSS）。涉及的穩定問題包括電壓崩潰和暫態穩定，系統反應時間在200ms左右。

而巴西的SPS系統完全採用商業化的PLC組成，其穩控系統將整個電網分為多個穩定安全區，各個穩定安全區依各區電網情況投入SPS系統，各區SPS的主PLC（可程式邏輯控制器）安裝在變電站，通信通道為雙通道備用，整個SPS的回響時間在200ms左右。

基於相角測量的廣域測量系統

建立三層結構的廣域保護，首先要實現的是廣域監視，為此需要利用WAMS。而WAMS一般以PMU為基礎。基於相量測量單元（PhasorMeasurementUnit，PMU）的廣域測量系統實現了互聯電網多點同步運行狀態的實時監測，滿足了電網實時監測系統所提出的空間上廣域和時間上同步的要求。在WAMS將多個PMU設備連線到一台稱為數據集中器的個人計算機上，同時在該數據集中器上增加控制與保護功能，並提供與上層系統進行通信的Hub，該系統就成為了一個本地保護中心，進而實現整個系統的實時監視與控制。WAMS在電力系統中的成功套用，為廣域保護的實現提供了技術條件。基於相角測量值進行廣域測量系統/廣域保護實例之一是採用相角測量值進行狀態估計。研究者介紹了西班牙的CSE（SevillanadeElectrical，CSE）電力公司建立的第一個利用相角測量來進行狀態估計的SCADA線上系統。該系統能讀取電壓正序分量，其狀態估計值比測量值更接近真實值。

研究者介紹了北美WSCC的基於相角測量的廣域測量系統WAMS。可以說該系統是目前規模最大的。WSCC的廣域測量系統WAMS的目的是實現系統的動態擾動監視。其功能主要是實時連續測量監視和記錄事件，另外具有非常強的分析建模功能。WSCC的WAMS讀取分析系統（工程師站）具有特殊的資料庫管理工具來管理功角矢量數據，稱為WAMS資料庫管理器。

套用前景

基於廣域測量系統及動態安全分析技術的廣域保護套用前景廣泛，主要體現在以下幾個方面：

1）系統監測及事故記錄。廣域測量系統記錄下的數據可用來復現事故過程，評估保護動作，從而改進系統發生類似故障的安全性。

2）狀態估計。由於PMU能提供實時、同步的電網運行數據，將PMU提供的量測量和RTU的量測量一起加到狀態估計中可以增加冗餘度。如果能充分利用統一時標的信息，基於WAMS的系統狀態估計的精度將大幅度提高。

3）與傳統保護和SCADA/EMS系統的整合。傳統的線路及裝置保護的任務是將故障與系統隔離，快速性是其最基本的要求之一。而廣域保護因為需要通信並進行相對複雜的計算，在時間上很難達到傳統保護的要求，因此，廣域保護並不能替代傳統保護。但另一方面，廣域保護將系統作為一個整體考慮的優勢也是傳統保護所不具備的，廣域保護可以作為線路和裝置保護的後備保護。若能利用廣域保護對系統運行狀況的計算結果實時修改保護的門檻值，就能有效防止級聯事故的發生。此外利用廣域測量可以實現自適應的縱聯保護、距離保護、自動重合閘及失步保護等。

4）與多Agent體系結構相結合。Agent是一些具有自主性、社會性、反應性、目的性和適應性的實體，多個Agent可以構成多Agent系統，它們之間共享信息、知識及任務描述，多Agent通過單個Agent的能力及某種通信方法來協調它們的作用、分配和收集信息，以實現總體目標。多Agent體系結構可以使廣域保護系統更加開放、更具模組化，還能緩解對通信系統的壓力，增強對大事故的處理能力。

5）建立新的信息交換及預警機制。分析北美電網一年的次擾動可知，在擾動發生時，一方面，調度員對系統狀況特別是相鄰電網的狀況缺乏了解，這使得在事故擴大的過程中，調度員不能有效地採取措施；另一方面，擾動發生時，對於紛紛響起的各種報警信息，調度員往往不知所措，很難辨別系統當時真正的狀況。因此，需要建立新的信息交換系統，實現各區域間關鍵數據的交換；同時，在擾動發生時，實現信息的過濾，僅將最重要的信息反饋給調度員。