基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究
基于广域信息的继电保护策略
基于广域信息的继电保护策略广域保护是继电保护研究的新方向，通过对广域保护与传统继电保护的对比研究探讨广域保护的组成，研究分析现有广域保护的算法，探讨其实现方法。
标签：广域保护；广域保护算法；继电保护策略1 概述广域保护是国内外电力领域的一个较为热门的研究内容，同时也是二次保护领域跟踪研究的新课题。
广域信息的引入使得原有保护的判据、边界条件、保护区域发生一定的变化，改进现有电力系统保护控制领域中存在的后备保护延时大、故障切除后引起相邻元件的过负荷等问题。
在智能电网大背景下，随着智能变电站建设的逐步成熟和站域保护在智能变电站得到应用，广域同步测量也不断成熟并推广，这些为提高继电保护的性能以及推进广域保护提供了良好的契机。
2 广域保护与传统继电保护的区别传统继电保护是以电力元件为保护对象，如发电机、变压器、线路、母线、电动机等电气设备。
每一个电力设备的主保护相互独立，通过断路器切除内部故障，故而切断故障保护电力系统中的电力设备。
传统的保护只关心局部的故障设备是否得到隔离，并不关心发生故障的元件被切除之后，剩余非故障的电力系统中潮流瞬间转移到其他设备引起的过负荷，这就是传统继电保护存在的主要缺陷。
相比于传统继电保护，广域保护将电力系统看成一个整体来进行考虑，各元件的各保护之间相互关联。
通过采集电力系统多位置多点的相关信息，对发生故障的设备和位置准确定位，快速、可靠、精确的切除。
它能够很快识别电力系统正常状态、异常状态及故障状态，通过系统的各种作者备保护以及调节系统的有功、无功，同时实现电力系统保护和自动控制功能，以避免局部或整个系统大面积停电或崩溃等严重事故的发生，从而可靠地保证电力系统在出现各类故障后仍然可以安全稳定的运行。
广域保护能很好地抑制日益频发的大规模电力系统连锁故障，提高电力系统的安全稳定性，它弥补了传统继电保护的不足，是未来系统保护发展的主要方向。
3 基于广域信息的继电保护策略基于广域信息的继电保护判断程序如图1所示，进入程序后运行广域故障定位算法来确定故障的位置，通过判断故障是否在最小的保护区内。
电力系统继电保护原理-输电线路纵联保护
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.1 导引线通信（见P132图4.5）
4.2.2 电力线载波通信（见P134图4.6） “高频保护 ”
KD . Ir
. 正常、k外：Ir =
. IM2
-
. IN2
.. . d内：Ir = IM2 + IN2
线路两侧装有相同变比的TA
保护动作特性： 1）不带制动特性
I set K rel K np K er K st I k .max
2）带制动特性
动作方程：
I m I n K I m I n Iop0
2）使用线路侧电压 2、功率倒向对方向高频保护的影响
在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线 路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改 变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
protect ＆
GSX
跳闸
③跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸
protect
பைடு நூலகம்GSX
≥1
跳闸
4.2.3 微波通道
利用150mHz到20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通 信。 优点： 微波通道频带宽。 微波通道独立于输电线之外，可靠。 因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的 保护方式。 缺点： 微波信号的衰耗与天气有关。 必须沿线路建设微波中继站。
方向比较原理框架模式下的广域继电保护系统研究
方向比较原理框架模式下的广域继电保护系统研究作者：付强来源：《科技与创新》2014年第10期摘要：从广域继电保护系统的结构和算法入手，分析方向比较原理下的系统结构和一次设备、方向IED的表示方法，并在此基础上分析系统故障定位功能的实现，旨在帮助人们更好地了解广域继电保护系统。
关键词：广域继电保护系统；方向比较原理；一次设备；方向IED中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）10-0007-02继电保护系统是电网系统安全、稳定运行的重要保障，必须确保其动作的可靠性和速动性。
近年来，各地频繁发生停电事故的主要原因是：某一元件的损坏或电力系统检修中误动作的发生，电力系统潮流转移，进而导致后备设备的误动作，最终出现电网大面积的崩溃和故障。
随着智能电网的建立，人们对电网性能的要求越来越高，因此必须提高电网的稳定性、安全性和可靠性，减少大面积停电等大型故障。
随着广域测量技术和通信技术的发展，其在电网中的应用越来越广泛，这既能实现对电网安全运行的监测、控制和对故障的快速识别，又能对系统产生继电保护功能。
1 广域继电保护系统结构继电保护系统能同时基于广域网和局域网，保护电网的某一特定区域。
一般来说，将继电保护系统安装在变电站内，通过搜集所在变电站及其相邻变电站内方向IED设备的故障信息，能够准确地定位故障位置。
广域继电保护系统的框架结构如图1所示。
变电站内的方向IED设备将故障方向信息传递给广域继电保护决策系统，相邻变电站内的方向IED设备将故障方向信息传递给广域继电保护决策系统，然后由系统根据电网的结构准确定位故障的位置，接着向有关终端发出跳闸指令，隔离故障元件，这就是集中式继电保护系统。
集中式继电保护系统以变电站为中心，对广域继电保护决策系统的依赖性非常高，如果某套广域继电保护决策系统出现故障无法正常运行时，其必将会影响到广域继电保护系统运行的可靠性，因此，变电站级的广域继电保护决策系统可采用冗余的方式设计。
纵联保护4
2．高频信号的分类及应用 按高频信号的应用分三类：跳闸信号、允许信号、 闭锁信号
(1)跳闸信号
BH ≥1
跳闸
“或”门：高频信号是跳闸的充分条件
GSX
(2)闭锁信号
BH &
跳闸 “与”门：高频信号是跳闸的必要条件
GSX
在故障起动发信方式条件下，收到高频电流为有闭锁 信号；在长期发信方式条件下，收不到高频电流为有 闭锁信号；对于移频方式，收到移频后频率的电流为 有闭锁信号。 对于电流相位比较式高频保护，高频信号的性质不 仅由是否收到高频电流来决定，而且还应由收到的高频 电流与反映本侧电流相位的信号的相对关系来决定。
四、高频闭锁方向保护
基本原理 以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭 锁信号的方式构成。
d点短路 对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。 对BC线路为内部故障，3、4处功率方向均 为正，不发闭锁信号，保护动作于跳闸。
原理接线图 A 灵敏度高 灵敏度低 功率方向元件 极化继电器：只有工作线圈单独通电时动作 外部故障 1起动 A端 2起动 1起动 B端 2起动 发闭锁信号 4的常闭触点 停发信号 3动作 4触点打开 5工作线圈通电 4的常闭触点 发闭锁 两端5制动 信号 线圈通电 3不动作
I bp.max KTA K tx I d .max = nTA
被保护线路外部故障 时，流过被保护线路 的最大短路电流
暂态不平衡电流： 暂态不平衡电流：励流互原次边回路对非周 期分量衰减时间常数不同 综合得到最大不平衡电流
I bp.max = K fzq KTA K tx I d .max nTA
3. 载波通道应用
载波信号比较原理
直接比较 间接比较
电力系统广域继电保护
电力系统广域继电保护电力系统广域继电保护电力系统广域继电保护摘要：广域继电保护是近几年国内外新兴的一个研究课题，它的提出是建立在计算机和通信技术发展基础上的，并且与大型互联电网的安全性和稳定性要求有着密切关系。
分析了目前广域继电保护的主要保护原理，电保护与稳定控制有机协调构成的广域保护已经成为现代电力统的研究热点，是未来保护与控制的发展方向。
关键词：广域继电保护;系统结构;控制策略?一、引言?随着我国电力需求的与日俱增，电力市场改革的深化与发展以及电力系统规模的不断扩大，电力系统日渐接近极限运行，其运行与控制更为复杂，发生扰动以及故障的可能性更大，这些都对电力系统安全提出了更高的要求，对我国的继电保护以及安全稳定控制带来了新的挑战。
近年来，我国以特高压电网为骨干网架的各级电网在迅速协调发展，建立以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网川的要求十分迫切。
智能电网的建设必须依托更精确，更快速，更完善的通讯系统以及信息共享平台，这为基于广域信息的广域保护系统的发展提供了契机。
二、广域继电保护概述?继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障发生时，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。
现代电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。
(一)电网互联的发展趋势对继电保护提出了更高的要求，不仅要求故障发生时继电保护装置能快速可靠地切除故障，还要求在系统遭受较大扰动时能保证其安全稳定地运行;(二)当前继电保护系统存在的某些间题难以有效地解决，必须探索新的保护原理;(三)以全球定位系统(GPS)为基础的相量测量单元(PMU)技术导致了广域测量系统(WAMS)的诞生PMU可测量系统各个结点的电压、电流相量，误差不大于1μs，为广域保护提供了能同时采集全电网多个结点信息的有效手段;(四)通信技术的发展为广域保护的实现提供了技术保证，以太网(Ethernet)正在逐步代替现场总线，高压变电站间铺设了光纤环网，将信号传输延时控制在几十ms以内，可以应用于全电网的动态实时监测。
基于阻抗匹配原理的继电保护控制策略研究
基于阻抗匹配原理的继电保护控制策略研究董承阳（国网兰州供电公司）摘 要：为了更好地满足智能电网技术的发展需求，近些年国内各地陆续建成了三端及多端输电系统。
改造传统两端输电系统的继电保护控制策略，基于阻抗匹配原理设计出全新的控制策略，尝试把其推广到三端及多端输电系统运行领域，规划出契合广域输电系统运行特点的继电保护控制策略、实施流程。
仿真分析验证了基于阻抗匹配原理形成的继电保护控制策略的有效性，能准确判定输电故障，且算法有整定方法简单、抗干扰能力强、识别灵敏度较高等优势，可以在输电管理领域推广应用。
关键词：广域输电系统；阻抗匹配；继电保护控制；算法研究0 引言智能电网即是电网的智能化，也被叫做“电网2.0”，和传统电网相比较，智能电网的供电能力显著提升，运行方式更灵活、可靠。
传统的本地继电保护策略实施前漏洞百出，无法满足智能电网的快速发展需求，广域输电系统的建设为新型继电保护技术的发展及完善创造了优势条件，相关部门对广域继电保护进行了大量研究，主要集中在继电保护系统主要构成、故障精准定位算法、保护动作策略等方面。
关于广域输电系统的故障定位问题，目前主要有两种算法，分别是基于方向比较原理及电流差动原理的广域继电保护算法［1］。
第一种算法对方向元件的特性表现出较强的依赖性，若不能精准判定方向元件，则会造成算法输出结果错误；第二种算法对同步采样精准度与电容电流的补偿性均提出了极高的要求，基于阻抗匹配原理对其进行优化，进而获得全新的继电保护控制策略，这种策略的灵敏度较高，无需进行补偿，且实施过程不受过渡电阻等因素的影响。
1 阻抗匹配的基本原理纯电阻电路由负载电阻(R)、电压源(E)及电源的内阻(r)三部分组成。
因为电路内有r，所以当R值较大或者过小时，那么整个电路将会接近开路或短路状态。
输出功率为［2］：P=I2R=(ER+r)2=E24r+(R-r)2R（1）当R=r，分母值最小，是4r，负载功率达到最大，表明电路阻抗是匹配的。
广域保护的研究与实现
２ １ 年 拟在 都 匀供 电局 南 部 电 网的麻 尾 变 、 ０１ 都 匀变 、 新寨变、 荔波变、 周覃变、 三都变、 丹寨变 的电 磁环 网上 试点 实 施 广域 保 护 ， 主站 设 在 ２ ０ Ｖ都 匀 ２ｋ
波 变线 路上 运行 。浪祥水 电站正 常运 行时 带广 西六 寨变 运行 ， 接 人 贵 州 网 。都 匀 南部 电 网结 构 如 图 不
线 路仅 两 侧 电流 接 入 时 ， 根 据 广 域 信 息 实 现 快 能
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站点 较 多 ， 且大 多数 站点 有小 水 电上 网 ， 得保 护 并 使 整定 、 作配 合 比较 困难 ， 动 原分 散 布置 的备 自投无 法 协调 、 无法 实 现典 型 串供 电 网的远方 恢 复供 电 ， 以及
不同保护装置 、 安全稳定控制装置等配合。都匀南 部 电网结 构具 有一 定 代 表 性 ， 在 的 问题 具 有 一 定 存
广 域 保 护 与 控 制 按 照 二 层 设 计 ， 一 层 为 第
保 发生故障后 ０ １ ． Ｓ内 切 除 故 障 。装 置 应 可 靠 识 ‘ 别 不 同 步 的 信 息 ， 失 去 同步 时 闭 锁 差 动 保 护 ， 在
广 域 保 护 层 ， 二 层 为 站 域 保 护 及 智 能 设 备 层 第
２０ Ｖ麻尾 变 等六 站 配 置 站 域 保 护 ， 站 域 保 护 间 ２ｋ 各
经过光 纤 通 讯 网 络 连 接 至 广 域 保 护 主 站 控 制 系 统 （ 置 在 ２ ０ Ｖ都 匀 变 ） 设 ２ｋ 。
电力系统继电保护第7章 电网的纵保护
21 2019/10/10
调幅与移频键控（FSK） 调幅以“有”、“无”方式传递高频信号 FSK以改变频率的方式传递高频信号
专用方式与复用方式
专用方式：高频保护单独使用一台收发信机。 国产220kV保护常采用
复用方式：采用音频接口接至通信载波机， 与远动通信复用收发信机。 进口500kV保护常采用
27 2019/10/10
线路正常运行及外部故障时，若忽略误差 I d 0 线路内部故障时，Id Ik , Ik为故障点电流，
纵差保护判据：I d I act
差动保护关键问题：不平衡电流 什么是不平衡电流？一二次次电电流流相之等差，不为零 不平衡电流如何产生？两侧TA误差不一致
第7章 电网的纵联保护
2.载波通道 相－地制载波（高频）通道 有线通信，50-400kHz
1.阻波器
2.耦合 电容器
6.接地 刀闸
5.保护 间隙
第7章 电网的纵联保护
3.结合滤 波器
4.电缆
收信机 发信机
高频保护
17 2019/10/10
收发信机原理框图
发信机
获得基准频率 如0.25kHz
石英晶体
信号源 锁相环（PLL）
混频后得到f1－f，f1＋f，f1＋2f，……
收到若干信 本机f0＝100kHz 号，例如： fM＝12kHz，f1＝112kHz
96kHz 100kHz
与112kHz 混频
104kHz
第7章 电网的纵联保护
16kHz、
208kHz…… 12kHz、 12kHz
滤波 212kHz…… 8kHz、
216kHz……
(b) 内部故障情况
第7章 电网的纵联保护
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基于纵联比较原理的广域继电保护算法研究
发表时间：2019-10-14T15:35:28.723Z 来源：《河南电力》2019年2期作者：胡松涛
[导读] 本文主要通过对广域继电保护的基本原理以及相关知识对其进行相关阐述，并对广域保护的现状以及广域算法应用进行了详细的阐述。
胡松涛
（国网山西省电力公司检修分公司山西太原 030032）
摘要：本文主要通过对广域继电保护的基本原理以及相关知识对其进行相关阐述，并对广域保护的现状以及广域算法应用进行了详细的阐述。
通过对广域两种算法优缺点的分析，提出了现有广域继电保护系统存在的问题以及广域继电保护系统的应用前景。
基于广域信息保护的系统已经成为现代电力系统的研究热点，相信它的应用也必将是未来研究中保护与控制的发展方向。
关键词：广域继电保护；保护算法
1 引言
在我国电力系统的持续运行中，继电保护装置是确保电网安全运行的首道防线，对电力系统的安全有着十分重要的作用。
如果电力系统出现问题，继电保护装置能够及时反应，那么就能够避免系统状态的进一步恶化，起到保护电力系统的目的。
近些年，多起因电网潮流转移导致电力事故、造成大面积停电，传统的继电保护不能够快速反应是一个主要原因。
传统的保护方法是采用离线整定方式确定保护定值，系统结构复杂。
但是在系统运行的过程中，如果需要将各种因素考虑在内，就无法全面兼顾灵敏性和选择性，无法保证定值能够始终如一的处在最佳状态。
而且目前大部分保护装置的保护定值的修改需要人工来完成，增加了继保工作人员的工作量，同时增加了系统因定值误整定而造成事故的几率。
所以为了提高电力系统的安全性能，研究出实时的快速反应的继电保护装置是十分必要的。
近年来，我国一直朝着建立以信息化、自动化为一体的智能电网而努力，它的建设需要更加精确、更加快速以及更加完善的通讯系统为依托，这为广域继电保护系统的发展提供了良好契机。
所谓的广域继电保护，最早提出其概念的是瑞典学者Bertil Ingelsson于1997年提出[1]，那就是主要对严重的故障在长期的电压崩溃的预防，其只对安全自动控制功能进行完成，却不包含继电保护的功能。
2 广域继电保护原理
2.1基于广域信息的自适应继电保护
在电力系统运行过程中，为了满足系统的选择性和灵敏性，必须针对最不利的运行方式进行定值的调整和校验，这不仅使得保护装置的逻辑变得复杂，而且还会降低保护动作的反应速度以及动作的可靠性。
随着通信技术和计算机技术的快速发展，使得广域信息的交换成为可能。
国内外的学者将目光投向了如何利用广域的信息来准确的感知系统的运行状态，以保证保护装置良好的适应性。
通过广域信息，同样还可以提高高阻短路等复杂状态下继电保护的性能。
同样通过广域信息获得电网的实时运行状况，可以实现定值校核功能，如果出现不正确的定值，那么就对其进行预警。
虽然广域信息理论上非常丰富，但是自适应继电保护能够实时利用的信息还是比较有限。
如何利用这些有限的广域信息建立合理的实现方案还需要进行大量的研究。
目前，国内外已经不少学者提出了基于广域信息的继电保护方法[2]。
2.2广域电流差动保护
基于对基尔霍夫电流定律中的常规电流差动保护原理简单可靠，并且其灵敏度高，已被广泛的应用在输电线路、母线和电气设备的主保护中，其运行效果非常好[3]。
其实广域电流差动保护的原理同传统的常规保护基本一致，能够满足基尔霍夫电流定律，但有一点是不同的，传统的常规电流差动保护的对象只适用于对单个电气元件进行保护，而广域电流差动保护是对一片区域进行保护。
目前广泛应用的广域继电保护的原理就是通过快速的收集全网信息，并利用网络通信将网络信息进行综合的判断，以达到能够快速、灵敏的后备保护。
广域电流差动保护的工作过程就是在继电器中汇聚各个区域的电流，如果某个位置出现故障，那么就会通过这个部分的电流差进行识别，这样就可以起到后备保护的功能。
所以说广域差动保护不但可以实现故障元件的主保护，而且还可以为作为电气元件的后备保护。
2.3 广域纵联方向保护原理
广域纵联方向保护[4.5]是通过比较故障相邻区域测点的故障方向信息，进而准确的将故障位置进行标定，并采取相应的保护措施进行电力系统的保护。
其基本构成方法为：（1）在每个断路器或电流互感器处，都会装上一个能够对故障方向进行测量的电子智能装置（intelligent electronic devices，IED）；（2）对于每个IED，都会事先划分好各自所保护的区域，以便于之间相互传输信息；（3）对每一个IED都要列出最大保护的区域以及所被保护的设备等；（4）在所研究的IED内部，将其它IED传来的故障方向信息按对应表中的关系进行计算、比较，确定出故障发生的区段。
基于方向元件的广域纵联保护传送的是动作信号和开关量，所以对网络宽带的要求不高。
但是元件本身也有可能产生一些误动作。
而且这种算法具体的保护区域没有明确的给出，如果电力系统的拓扑发生变化，通信对象不能够进行实时的动态调整，这样广域保护系统发生误判的情况就会发生。
2.4 广域距离的保护原理
基于距离元件的广域继电保护[6.7]是利用相关区域IED的所有距离元件的动作信息和开关信息综合判断来实现故障判别。
这种保护算法的主要特点就是利用已有的距离保护、定义距离保护中的动作系数，将概率的思想运用到系统的保护中，判断元件和区域出现故障概率的主要方法是根据主判据来判断。
如果出现断路器失灵的情况就需要向相邻的IED发断路器失灵信号，最后由IED检测装置周围是否有故障电流，从而确定是否将断路器断开。
基于距离元件的广域保护在同步技术上的研究不是很严格，而且在现有的保护基础上改动的幅度也相对较小。
但是，在系统发生震荡的过程中距离元件很容易产生错误动作，并且其躲过电阻的能力相对较弱。
对于广域距离的保护，在未来的技术发展中还有待提高。
图1为广域继电保护系统的框架结构图。