電氣設(shè)備保護(hù)控制分析

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在氣象沖擊、電網(wǎng)擾動(dòng)、設(shè)備缺陷等風(fēng)險(xiǎn)因素的影響下，以三道防線為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)的安全防御系統(tǒng)已逐漸演變?yōu)槎嗑S度的安全風(fēng)險(xiǎn)防控體系。未來(lái)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)防御體系將在不同的時(shí)間尺度上對(duì)設(shè)備級(jí)與系統(tǒng)級(jí)層面，實(shí)施靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)等各種保護(hù)措施以達(dá)到穩(wěn)定控制的目的。在這一系列的措施之中，讓保護(hù)與控制系統(tǒng)變得“主動(dòng)”、“智能”和“協(xié)調(diào)”則是重中之重，也是未來(lái)繼電保護(hù)技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)。

1構(gòu)建主動(dòng)保護(hù)與控制的技術(shù)支撐

1.1主動(dòng)感知與預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合

關(guān)注和感知各種不確定性因素下的狀態(tài)變化特性是主動(dòng)保護(hù)與控制需要考慮的關(guān)鍵因素。電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改變、元件切除或投入等帶來(lái)的擾動(dòng)、外部災(zāi)害等諸多因素會(huì)引起何種狀態(tài)變化，其特性是什么，是需要考慮的問(wèn)題所在。傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與通信以及設(shè)備故障預(yù)測(cè)技術(shù)是主動(dòng)感知與預(yù)測(cè)技術(shù)的重要組成部分。

1.2安全域建模與動(dòng)態(tài)辨識(shí)技術(shù)相結(jié)合

設(shè)備安全域與動(dòng)態(tài)安全裕度建模技術(shù)。做好“三法”的研究工作：尋找輸變電設(shè)備安全域表征方法，采用特征量量化分析方法，分析輸變電設(shè)備電-磁-熱-力等物理因素，對(duì)其進(jìn)行建模，探討輸變電設(shè)備安全域演變規(guī)律及預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。安全域動(dòng)態(tài)辨識(shí)與跟蹤技術(shù)在復(fù)雜條件下的應(yīng)用。快速分析計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)是多源、異質(zhì)、廣域、信息量大，以此為契機(jī)，依托高科技可實(shí)現(xiàn)模型的快速辨識(shí)與跟蹤。

1.3主動(dòng)保護(hù)與協(xié)同控制技術(shù)相結(jié)合

主動(dòng)保護(hù)可以通過(guò)預(yù)測(cè)故障，主動(dòng)采取控制措施，以降低故障發(fā)生的概率。但針對(duì)有些無(wú)法預(yù)測(cè)的故障或者是己發(fā)生的故障，主動(dòng)保護(hù)可以依靠設(shè)備本體安全承載能力與系統(tǒng)安全承載能力之間的關(guān)系，自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)阻斷故障蔓延或縮小故障影響范圍。有效阻斷故障蔓延的可行性措施是在己知設(shè)備安全承載能力基礎(chǔ)上，采用協(xié)同控制手段。隨著科技的發(fā)展，很多電子設(shè)備投入到電力系統(tǒng)的安全防御體系中，為其實(shí)施廣域協(xié)同控制提供了硬件保證。

2主動(dòng)保護(hù)與控制的可操作性分析

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展為其提供了技術(shù)保證：在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以為輸變電設(shè)備運(yùn)行提供參量。涉及到電、磁、熱、聲、光、力、化學(xué)等多種類(lèi)型的參量，為評(píng)定輸變電設(shè)備的電氣、機(jī)械性能提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。目前有較全面的監(jiān)測(cè)方式的設(shè)備涉及到變壓器、斷路器、氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(UIS)、電纜等主要一次電力設(shè)備；對(duì)繼電保護(hù)測(cè)量回路、通信網(wǎng)絡(luò)等二次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也隨著變電站向智能化方向的發(fā)展也得到快速發(fā)展。現(xiàn)代電力系統(tǒng)存在的供電冗余性與調(diào)控靈活性為其提供了改革的必要性：輸變電設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)感知是通過(guò)狀態(tài)評(píng)價(jià)與故障診斷技術(shù)而得知的。輸變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)及故障診斷隨著處理非線性問(wèn)題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、適應(yīng)于小樣本條件的支持矢量機(jī)、針對(duì)不確定性問(wèn)題的模糊理論方法、可描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的Petri網(wǎng)等在內(nèi)的各類(lèi)智能算法與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也在不斷得到提升。這種發(fā)展性的進(jìn)步可以主動(dòng)感知輸變電設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)。電力系統(tǒng)高級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù)為其發(fā)展提供了可能性：輸變電設(shè)備外部環(huán)境變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)得益于精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)。以生產(chǎn)、運(yùn)行為主的電網(wǎng)在能源互聯(lián)技術(shù)蓬勃發(fā)展的催生下，其規(guī)模在日益擴(kuò)大，而它在各個(gè)階段對(duì)氣象信息的需求也在隨之增加。精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)已經(jīng)成為電力、氣象兩個(gè)領(lǐng)域的相互連接的重要紐帶。隨著數(shù)值預(yù)報(bào)、降尺度、滾動(dòng)更新訂正等氣象技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣象預(yù)報(bào)服務(wù)由傳統(tǒng)的面向公眾逐步過(guò)渡到面向電網(wǎng)行業(yè)，現(xiàn)有地面氣象觀測(cè)網(wǎng)也在隨之不斷完善。

3電力系統(tǒng)的冗余性提供了空間保障

輸變電設(shè)備存在供電冗余性：電力設(shè)備具有一定的過(guò)載耐受能力是因?yàn)樵谳斪冸娫O(shè)備投運(yùn)前的設(shè)計(jì)階段，大多充分考慮了極端運(yùn)行環(huán)境等影響。因而大部分電力設(shè)備供電能力都有著一定裕度的預(yù)留。例如，70℃是中國(guó)架空輸電線路設(shè)計(jì)出的額定載流對(duì)應(yīng)的容許溫度，而實(shí)際上，可容許的載流能力可能在不同運(yùn)行環(huán)境里遠(yuǎn)超其設(shè)計(jì)載流能力。輸電網(wǎng)絡(luò)存在冗余性，具有調(diào)控靈活性：中國(guó)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到很大增強(qiáng)得益于多年持續(xù)的電網(wǎng)建設(shè)。在元件故障風(fēng)險(xiǎn)高時(shí)，若短時(shí)退出則不會(huì)影響用戶(hù)供電的可靠性。大規(guī)模電力電子裝備應(yīng)用于電力系統(tǒng)在很大程度上與直流輸電、靈活交流輸電裝備的應(yīng)用有關(guān)。執(zhí)行主動(dòng)保護(hù)與控制任務(wù)的有效性是與電力電子器件開(kāi)關(guān)速度快、控制能力強(qiáng)分不開(kāi)的。因此投入大容量的備用電源、調(diào)峰調(diào)頻電廠、分布式微電網(wǎng)，極大程度的提高了緊急狀態(tài)下的供電冗余性和調(diào)控裕度。

4結(jié)語(yǔ)

設(shè)備種類(lèi)數(shù)量繁多、運(yùn)營(yíng)環(huán)境多變、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜是現(xiàn)代電力系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)。若無(wú)正確應(yīng)對(duì)意外擾動(dòng)的措施，有可能導(dǎo)致事故擴(kuò)散，進(jìn)而蔓延到全系統(tǒng)造成一系列重大損失。因而主動(dòng)保護(hù)既需要關(guān)注預(yù)測(cè)故障，同時(shí)也需要關(guān)注預(yù)測(cè)設(shè)備本體的安全裕度。未來(lái)的電氣設(shè)備主動(dòng)保護(hù)與控制策略可操作性得益于快速發(fā)展在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、保護(hù)與控制協(xié)調(diào)技術(shù)的發(fā)展。