曹偉

（江蘇省電力有限公司超高壓分公司 江蘇省揚州市 225000）

要想更好的對智能電網環(huán)境中的繼電保護進行研究，就要先對智能電網的大環(huán)境進行了解，通過對其定義和特點的分析，更好的掌握其能夠發(fā)揮的自愈、兼容、經濟等功能。據此，才能夠了解繼電保護在其中的重要性，包括對電網運行穩(wěn)定性的保障、對電力企業(yè)市場競爭力的增加、對電力企業(yè)經濟效益的提高等。同時也能夠分析出在智能電網環(huán)境中繼電保護所面臨的挑戰(zhàn)，比如大電網的特點、新能源發(fā)電技術中存在的問題，以及配電網發(fā)展速度緩慢的情況。繼電保護技術的應用范圍十分廣泛，包括信息技術、系統(tǒng)重構技術、廣域保護技術等，通過對數字技術、網絡技術、廣域技術、自整定技術等的應用，能夠更好的對繼電保護技術進行升級，使得繼電保護在智能電網運行過程中能夠充分的發(fā)揮保護功能。

1 智能電網概述

在全世界的范圍內，智能電網的發(fā)展仍然在起步階段，其定義較為模糊，不同的單位和機構對其定義都不同，目前主要有四個主流定義。

（1）美國能源部《Grid 2030》給出的定義，認為智能電網是一種電力傳輸網絡，而這種網絡能夠達到完全的自動化，能夠對各個電網中的節(jié)點和每一個用戶的用電情況進行監(jiān)視，同時也能夠對其進行控制，據此，能夠保障在整個配輸電過程中不同節(jié)點間電能和信息的流動，而且是雙向的。

（2）中國物聯網校企聯盟給出的定義，其沒有給智能電網一個確切的定義，而是對其組成部分進行分析，主要將其組成分為：智能發(fā)電系統(tǒng)、智能配電網、智能交互終端、智能變電站、智能調度、智能家電、智能城市用電網，智能交互終端、智能用電樓宇、新型儲能系統(tǒng)。

（3）歐洲技術論壇給出的定義，同樣將其作為一種電力傳輸網絡進行定義，這種網絡能夠將電網中連接的所有用戶進行的任何行為進行整合，據此為其提供有效的電力，并且保證提供過程中的經濟性、持續(xù)性和安全性。

（4）國家電網中國電力科學研究院給出的定義，認為智能電網的基礎是物理電網（中國的智能電網基礎是堅強電網，其骨干網絡是特高壓電網，同時協(xié)調發(fā)展不同電壓等級的電網），這種新型電網中應用到了大量的現代高科技技術，比如計算機技術、通信技術、傳感技術、信息技術等，將物理電網與這些技術進行高度集成，就形成了智能電網。這種新型電網能夠滿足所有用戶在用電時的各種電力需求，同時對資源的配置進行優(yōu)化，能夠保證電力供應的有效性，不僅能夠持續(xù)穩(wěn)定的進行電力供應，也能夠保證供應過程中的安全性，同時達到經濟節(jié)約的目的，也可以達到環(huán)保節(jié)能的效果，更好的對當下電力市場的發(fā)展趨勢進行適應。

圖1：電網路線圖

圖2：智能電網建設智能城市

雖然不同機構對于智能電網的定義有所不同，但是智能電網在應用過程中所展現出的優(yōu)勢和特點是相同的，在此便對智能電網的特點進行簡要概述。

1.1 自愈性

（1）智能電網能夠對整個電網在運營過程中的安全性進行評估和分析，而且能夠保證實時監(jiān)察，通過對計算機技術、物聯網技術等的應用，時刻保證在線監(jiān)督功能，利用傳感器傳遞出的信息，對電網運行過程中可能出現的風險情況進行連續(xù)分析。

（2）智能電網能夠對電網在運行過程中可能出現的各種風險事故進行預防，控制其中的影響因素，同時對于這些可能會對智能電網運行產生危害的事故發(fā)生進行預警。而且，智能電網可以對故障發(fā)生的位置以及具體情況進行自動診斷，然后隔離故障，保證智能電網中的其他系統(tǒng)網絡能夠正常運行，保證穩(wěn)定的供電功能，與此同時，智能電網還能夠進行自我恢復。

1.2 兼容性

智能電網在發(fā)電過程中能夠利用新能源作為能量轉換的來源，特別是一些可再生能源，而且在可再生能源接入電網系統(tǒng)中時，能夠保證整體電網能源轉化和能量供應的有序性和合理性，在接入微電網或者是分布式的電源時，也能夠很好的適用。除此之外，智能電網能夠為用戶提供更多的用電服務，而且對用電體驗進行提高，用戶在用電過程中，不僅能夠與電網進行交互，同時也能夠產生互動。

1.3 經濟性

智能電網在運營過程中能夠更好的與當下電力市場中的運營環(huán)境相互配合，使得各種電力交易的進行更加高效，同時能夠對各種資源的使用和分配進行改善，保證資源的充分利用，減少電網在運行過程中可能出現的能源損耗情況，能夠將能源的轉化率進行提高，進而對能源的利用效率進行保障。

2 智能電網的系統(tǒng)組成

智能電網包含了4個不同的體系，分別是電網基礎的體系，還有電網的技術體系以及智能服務的體系，電網規(guī)范體系。在這些體系當中身為物質載體的電網基礎體系，是對智能電網穩(wěn)定運行進行保證的重要基礎。電網的技術體系則是在其中應用的更加先進的信息還有控制等相關的技術手段，可以為智能電網的有效發(fā)展和運行提供一定的技術方面的有效支撐，可以通過這種方式實現電網的智能化發(fā)展。智能服務體系就是對智能電網的經濟運行進行保障，使得智能電網運行的高效實現的，是社會資源和各項能源的科學有效利用，努力的為用戶提供一定的智能服務，提供更多的增值服務。電網的規(guī)范體系則是對智能電網進行建設時需要遵循的制度方面的有效保障，更多的是指在管理和技術質量方面所存在著的規(guī)范和標準，還有對于各種不同指標進行認證和評估的具體體系。

3 智能電網環(huán)境下繼電保護功能的實現

在智能電網發(fā)展的過程中，發(fā)電設備具有一定的分布性特征，而供電設備一般情況下則處于交互的模式，這對智能電網環(huán)境下繼電的保護工作提出來了更多更高的要求。隨著信息技術的發(fā)展，數字化智能技術在社會各個領域當中都有了更多的應用，在社會各個領域當中已受到的關注也在不斷的增加，得到的普及程度不斷的上升，這對于智能電網環(huán)境下繼電保護技術數字化的發(fā)展具有的意義也是非常深遠比，較深刻的，智能電網環(huán)境下繼電保護的功能實現，如圖3所示。

圖3：智能電網環(huán)境下繼電保護的功能實現

4 智能電網環(huán)境下繼電保護的重要性

在當下我國經濟發(fā)展的速度不斷的加快各個行業(yè)對于電力能源的需求也在不斷的增加，甚至人口密集的城市地區(qū)可能會面臨電力能源應用危機的問題，這就使得電力供應面臨了更多的發(fā)展壓力。為了能夠盡量的緩解這方面的壓力，盡量的減少電力供電緊張的問題出現，企業(yè)需要有效的提高對智能電網進行維護的力度。

4.1 保障電網運行的穩(wěn)定性

將繼電保護應用于智能電網的運行中，能夠更好的保障電網在運行過程中的穩(wěn)定性，因為智能電網是一個十分龐大的系統(tǒng)，其中不僅用戶數量眾多，而且經常是跨地區(qū)的工程，所以非常容易發(fā)生電力故障，如果此時繼電保護的功能難以正常發(fā)揮，不僅無法及時的反映出電網中出現的故障，而且其本身也有可能會造成新的故障產生。在繼電保護能夠正常運行的情況下，如果電網系統(tǒng)中有異常出現，就能夠及時的進行反應，通過繼電保護作用的發(fā)揮減少供電故障發(fā)生擴大的情況。而且繼電保護裝置在計算機軟件的控制之下，也能夠更好的發(fā)揮保護功能，通過計算機指令的發(fā)出，自動的對電力系統(tǒng)的運行情況進行檢查，及時的對其中可能發(fā)生的故障進行反應。

智能電網中繼電保護在工作過程中首先能夠保證時效性，在故障發(fā)生時能夠第一時間對故障進行定位，同時分析故障發(fā)生的原因，比如說原件損壞或者是電路被腐蝕，然后發(fā)出切斷指令，對故障進行處理，將電網中電路出現故障可能會對電網運營帶來的影響進行有效降低。而且能夠保證靈敏性，根據不同的故障發(fā)生情況采取不同的處理措施，據此，能夠保證電網在運行過程中的穩(wěn)定性，通過繼電保護中各個部件之間的配合，使其能夠對電網的運行進行管理，對其中出現的故障問題進行維修，使得電網能夠正常其穩(wěn)定的運行。

4.2 增加電力企業(yè)的市場競爭力

目前，我國的電力企業(yè)市場競爭十分激烈，在我國用電需求不斷增加的情況下，許多企業(yè)也發(fā)現了在這之下隱藏的商機，因此在電力系統(tǒng)的發(fā)展中進行了大量的投資，這就使得我國電力企業(yè)的市場競爭激烈程度不斷增加，各大電力企業(yè)為了吸引更多的用戶加入到其中的電力網絡中，會推出更加完善的服務，在如此的電力市場中，只要不做出創(chuàng)新就會被淘汰。而智能電網是當下電力市場發(fā)展的趨勢，也是時代發(fā)展的必然，電力企業(yè)通過對智能電網相關技術的掌握和應用，能夠對其市場競爭力進行增加，因為在電力企業(yè)能夠熟練掌握智能電網相關技術時，就能夠對智能電網的運行能力進行增強，使其在為用戶進行供電時更加的穩(wěn)定、持續(xù)、高效和安全，而這是大部分用電用戶選擇供電企業(yè)的主要考慮標準，在此基礎上，電力企業(yè)也能夠通過智能電網對用戶的需求進行調查，進而開發(fā)出更多的增值服務，不斷的吸引更多用戶加入到其企業(yè)的智能電網使用當中。

4.3 提高電力企業(yè)的經濟效益

在電力企業(yè)的市場競爭力能夠得到增加的情況下，其在民眾間的知名度和在市場中的可信度會得到提升，就會吸引越來越多的用戶加入到其中，同時也能夠更好的促進其與同行業(yè)其他企業(yè)或者是其他行業(yè)進行合作，能夠幫助電力企業(yè)獲得更多的投資，使其現金流動能力得到增強，能夠對更多的投資項目進行完善和增強，從而使電力企業(yè)的運營進入一個良好的循環(huán)狀態(tài)。通過對繼電保護作用的增強，能夠大大降低智能電網在運行過程中的故障發(fā)生概率，也能夠控制智能電網可能會受到各種外界因素和內部因素帶來的風險，保障智能電網在運行過程中的安全性，減輕了維修負擔，更減少了在維修上投入的大量成本，能夠對電力企業(yè)整體成本投入進行有效控制。而電力企業(yè)的整體經濟效益是由其投入成本和后續(xù)經濟收入共同控制的，在能夠控制整體成本投入的情況下，也能夠對電力企業(yè)經濟效益的提高帶來一定的幫助。

圖4：繼電保護在智能電網中的作用

5 智能電網繼電保護面臨的挑戰(zhàn)

5.1 大電網

我國電網最大的特點便是“大”，我國電網橫跨的距離較遠，通常情況下是跨地區(qū)的建設，而且電網中所應用到的電流技術通常是交流電和直流電進行混合，在配輸電過程中所應用到的電壓也都是超高壓和特高壓。由于地區(qū)跨度過大，使得我國電網中普遍存在著資源分配不均的情況，我國西北部集中了大量的自然資源，比如說風能、煤氣和水利，而在其他部分這些自然資源卻相對較為匱乏，但是在其他部分卻集中了主要的用電負荷。也就是說我國的能源和用電負荷分布及其的不均衡，這使得我國在對電力資源進行分配時，所采用的輸電方式必須是遠距離的，而且要將交流電和直流電進行混合，同時必須使用超高壓或者是特高壓才能夠滿足輸電需求。

5.2 新能源發(fā)電技術

目前我國智能電網在發(fā)電過程中應用了更多的新能源，這是為了對電網的能源供應結構進行調整和改善，使得電網在運行過程中能夠通過對新能源的使用，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，達到能源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展的目的。但是在新能源發(fā)電技術應用過程中，則存在著較多的問題，難以保證新能源接入的穩(wěn)定性，而使其接入不穩(wěn)定的原因主要有以下幾點：

（1）新能源供應不穩(wěn)定，以最常應用的太陽能和風能為例，太陽能的使用需要在陽光照射較為強烈的情況下，才能夠保證能源的充足供給，而風能也需要在風量較大的情況下才能夠對節(jié)能提供充足的能源，如果陽光照射不強烈或者是風量較小的情況下，就無法保證能源的穩(wěn)定供應，而太陽和風的供應有著較強的地區(qū)特點，在一些高原地區(qū)的供應較為充足，而在平原地區(qū)的供應則較為缺乏，因此即便是在同一個電網系統(tǒng)中，不同的地域內新能源的供應也會存在著不同的供應情況，無法確保整個電網系統(tǒng)中能源供應的穩(wěn)定性和協(xié)調性。

（2）新能源供應難調節(jié)，因為大多數新能源都是自然能源，雖然自然能源是取之不盡用之不竭的，但是卻無法人為的對其進行控制，難以調節(jié)能源的產生和停止。

（3）不穩(wěn)定的新能源會影響電網保護作用的正常發(fā)揮，因為新能源的不穩(wěn)定會給電網中的繼電保護裝置帶來一種錯誤認知，即便是電網中沒有發(fā)生故障，但是由于新能源供應不穩(wěn)定帶來的能源供應停止，也有可能會被繼電保護裝置錯誤判定為電網故障。

（4）互補能源少，在新能源供應不穩(wěn)定而且難以調節(jié)的情況下，就需要尋找互補能源對其進行替代或者是補充，但是目前可供互補的能源極為稀少，無法滿足智能電網的大量能源需求，所以還要在技術方面對智能電網進行突破，才能夠更好的對新能源技術進行應用。

5.3 配電網發(fā)展緩慢

在電網供電過程中，配電網是其主要的運行環(huán)節(jié)，能夠直接影響到供電的質量和效率，而且配電網是對用戶直接供電的部位，會直接影響到用戶的用電體驗，但是當下的配電網相對于整個智能電網發(fā)展而言較為落后，難以保證對電網提供充足的支撐響應能力。目前配電網中的設置已經不再是單一電源，而是向多電源的模式進行轉化，這也對配電網的控制以及保護能力提出了較高的要求，如果配電網的控制以及保護能力難以得到增強，就無法對多個電源提供充足的保護，也難以對不同電源的應用進行控制，無法保證電網配輸電的合理性和有效性。

6 智能電網環(huán)境下繼電保護技術的應用

6.1 保護系統(tǒng)重構技術的應用

保護系統(tǒng)重構技術在應用過程中要堅持完整性、快速性、可靠性、經濟性的原則，該技術應用的核心便是資源、資源的組合以及組合的方法，通過系統(tǒng)中共享資源的建設為資源的組合提供方便，使用數字化元件替代傳統(tǒng)保護元件，對智能電網的需求進行滿足。然后對繼電保護內部的數字化元件進行重新連接和信號分配，使用計算機對繼電保護元件的集合狀態(tài)進行監(jiān)測，對其信息進行采集、分析和決策，對具體的故障元件進行確定并且替換，在重構后，將命令傳遞給各功能元件，采用拓撲結構作為繼電保護系統(tǒng)的功能元件，同時要在多個區(qū)域均設置處理中心。通過對保護系統(tǒng)重構技術的有效應用，能夠對繼電保護的自身重構能力進行大幅度的提升，使其自身適應能力得到增強，在應用過程中能夠對自身故障進行診斷，同時能夠進行自行修復。如此，能夠使得繼電保護在智能電網改變和升級的情況下，也隨之進行相應的改變和升級，而且能夠及時的對新的智能電網環(huán)境進行適應，使得智能電網的運行安全性和穩(wěn)定性能夠得到保障。

6.2 推動信息技術發(fā)展

智能電網在發(fā)展過程中是離不開信息技術的應用的，同樣的，要想更好地使繼電保護技術與智能電網相配套，就必須在繼電保護技術中應用信息技術。在繼電保護技術的應用過程中，要將繼電保護裝置進行智能化，通過計算機軟件的應用來對繼電保護發(fā)揮功能進行控制，通過計算機編程的應用設計繼電保護的作用程序，通過程序發(fā)出指令，使繼電保護的運行趨向自動化，能夠主動的對電力系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)察。同時應用傳感器技術，在智能電網繼電保護裝置、元件、線路等各個部位安裝傳感器，獲得繼電保護的各種信息，利用互聯網進行傳遞和反饋，并且對其進行識別和處理，能夠及時發(fā)現其中發(fā)生的故障，完成故障的定位和檢測工作。

6.3 廣域保護

廣域保護技術在運營過程中通常有兩個單位，一個單位是集，一個單位是域，在集的單位內，科學的分析智能電網中發(fā)生的各種故障問題，并且采取對應的處理措施。在域的單位內，會對其中的各種繼電保護數據進行收集整理，同時能夠對這些數據信息進行深入的研究，對引起智能電網發(fā)生故障的因素進行判斷，能夠為后續(xù)的保養(yǎng)維修提供更多的參考數據，并且保證數據的真實性和可靠性。

6.4 優(yōu)化繼電保護參數

為了對繼電保護工作進行增強，就要對繼電設備中的各種參數進行注意，為了保證繼電保護參數設定的穩(wěn)定性，電力企業(yè)要明確具體的負責人來對繼電保護的參數設置工作進行負責，在工作過程中要區(qū)分不同運行部位中的設備，同時要通過編號以及標示牌的設置來對控制保護屏進行分辨，更要采取雙編號管理措施，對繼電保護中的參數進行定期檢查和核對，將其控制在指標的合理范圍內。

7 繼電保護技術升級

7.1 數字化

在紀念保護發(fā)展過程中數字化必定是其未來的發(fā)展趨勢，在測量方式、數據傳輸等方面基點保護都呈現出了數字化的特點，為了更好的對其技術進行提升，就是要在數字化方面進行升級，對數據傳輸的速度和準確性進行保障，保證智能電網發(fā)展的效率和穩(wěn)定性。

7.2 網絡化

網絡化是當今社會發(fā)展中的一大特點，要將繼電保護技術與網絡技術進行充分結合，通過對網絡技術的應用將數據傳輸的速度進行加快，減少數據在傳輸過程中傳輸錯誤情況的出現，同時能夠使得數據的傳輸更加的及時有效。

7.3 廣域化

在智能電網環(huán)境中，繼電保護技術的升級方向必然是廣域化的，應用多點采集以及多種類采集裝置，將保護的區(qū)域進行擴寬。

7.4 自整定技術

也就是自動化，要將繼電保護技術朝著自動化的方向進行發(fā)展，使其能夠整定自動化，不僅能夠對整個智能電網中的線路進行自動控制，也能夠發(fā)揮維護功能。

8 結語

目前我國智能電網的發(fā)展大環(huán)境仍然不是十分成熟，難以確保電力供應的安全性和穩(wěn)定性，究其原因便是其中的繼電保護裝置沒有發(fā)揮出應有的功效，所以不僅要注重智能電網的整體發(fā)展，更要注重其中繼電保護技術的應用，通過將其與數字技術、網絡技術、信息技術、物聯網技術、傳感器技術等進行聯合使用，對其進行改造和升級，使之能夠更好的適應智能電網的發(fā)展環(huán)境。