[发明专利]一种基于电网综合信息的保护控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护和安全控制技术领域，特别涉及一种基于区域电网电气量和状态量信息的继电保护和安全控制系统和方法。

背景技术

随着电网互联及电力市场的发展，电力系统将日渐接近其运行极限，其运行和控制将更为复杂，发生扰动和故障的可能性更大，后果也更严重，这对稳定控制提出了更高的要求。

常规的继电保护用于在电力系统发生故障后实现对故障元件的自动和快速切除、隔离故障，以保证人身和设备安全以及无故障部分的正常运行。现有的继电保护和安全自动装置不能适应电力系统发展的要求，主要问题如下：

保护动作判据都是基于本地测量数据，其选择性要求继电保护只能保护本地网络，没有考虑故障对整个电网的影响，难以对运行方式的不断变化的客观系统作出全面的反映。保护装置相互之间缺乏有效的协调，难以实现系统全局的安全稳定运行，在某些情况下(如发生连锁故障)会恶化系统的运行状况。在高负荷时期，这些关键的联络线上的传输功率可能接近输送功率极限。这种情况下运行的系统抗扰动的能力大大降低，很容易因为一条联络线发生偶然事故断开造成其余线路过负荷而相继断开，从而使事故蔓延，甚至造成系统崩溃。美国8.14大停电事故最初就是从几条线路相继断开开始的。

常规的后备保护虽然有比较大的保护范围，但其选择性的获得要以牺牲快速性为代价，动作时间过长，有时候难以发挥应有的保护作用。现有的继电保护配置当中，后备保护的时限整定遵循阶梯时限原则，为了保证选择性，后备保护的动作时限可能高达数秒。在电网规模和复杂程度越来越大的情况下，这一问题越显突出，至今仍无法很好的解决。

安全自动装置的主要作用是维护电网的安全稳定运行，在紧急情况下采取减负荷、切机以及系统解列运行等方式来避免电网崩溃而导致大停电事故。目前电力系统的安全自动装置和继电保护装置是两套独立的系统，二者之间缺乏有效的通信和配合，无法准确反映整个系统的变化情况。

随着计算机与网络通信技术的发展，特别是光纤的大量敷设，为获得区域电网多点电气量和状态量信息提供了必要的信息基础。同时，随着计算机处理能力的增强，为将继电保护系统和安全自动控制系统集成在一起提供硬件条件。

发明内容

本发明提出了一种基于区域电网电气量和状态量信息的保护控制系统。该系统可以完成电网的线路保护、失灵保护功能以及低频减载、低压减载功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

整个系统由一个主站和若干个子站组成，主站和子站之间通过网络进行通信，整个系统结构如附图1所示。

子站放置在被保护的电网区域的变电站、发电厂。子站由数据采集单元和控制执行单元组成。数据采集单元利用高精度的GPS卫星同步时钟实现对电网电压、电流相量以及状态量的同步测量，并计算电气量(电压、电流)的幅值、相位、频率等信息，通过网络传送到主站。控制执行单元接收并执行主站发送的控制命令，并把执行的结果通过网络反馈给主站。

主站由控制服务器和文件服务器组成，控制服务器实时收集子站上送的数据，根据子站上送的数据进行计算和分析以判断被保护的电网是否发生了异常和故障，并根据判断的结果通过网络给相应的子站下达控制命令。文件服务器实时存储控制服务器收到的数据，并记录存储控制服务器下达给子站的各种命令和控制服务器的发出的其他信息，以备日后查询分析。

对于线路保护，控制服务器采用传统的差动保护技术进行故障判定。对于具有分支的线路，将距离系统电源最近的一端作为一侧，将其它分支的电流做相量和计算作为另外一侧。根据两侧电流的相量和的幅值作为差动电流，将两侧电流相量差的幅值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定。

当某条线路因过负荷或者故障导致该线路退出运行，可能导致同一功率断面上的其他线路因过负荷跳闸退出运行，从而出现连锁故障。针对此问题，主站控制单元在某条线路跳闸后，自动提高同一功率断面的过负荷电流定值和时间定值，电流定值提高的原则是确保一条线路断开后，其他线路可以承受该功率断面的电流，时间定值由电网运行人员根据电网的需要进行整定，从而可以避免连锁跳闸事故。

当系统发生频率低于预定值或者电压低于预定值时(频率定值和电压定值根据电网调度运行的需要由电网运行人员事先设定)，切除部分负荷以防止电压崩溃和频率崩溃。由于主站单元可以获得整个电网各个节点的电压、电流、频率以及开关量的状态信息，因此主站单元可以根据预先设定的策略选择最优的切负荷方式。