微机保护相关继电保护培训材料幻灯片.ppt

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1、微机保护相关继电保护培训材料第1页，共137页，编辑于2022年，星期六 培训提纲培训提纲 传统三道防线与大停电机理传统三道防线与大停电机理1 继电保护研究现状与协调优化继电保护研究现状与协调优化23 广域保护的提出与研究广域保护的提出与研究第2页，共137页，编辑于2022年，星期六电力系统安全稳定标准电力系统安全稳定标准电力系统安全稳定标准电力系统安全稳定标准电电电电力力力力系系系系统统统统安安安安全全全全稳稳稳稳定定定定导导导导则则则则规规规规定定定定我我我我国国国国电电电电力力力力系系系系统统统统承承承承受受受受大大大大扰扰扰扰动能力的安全稳定标准分为三级：动能力的安全稳定标准分为三级

2、：动能力的安全稳定标准分为三级：动能力的安全稳定标准分为三级：第第第第一一一一级级级级标标标标准准准准：保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定运运运运行行行行和和和和电电电电网网网网的的的的正正正正常常常常供供供供电电电电 单单单单一一一一故故故故障障障障(出出出出现现现现概概概概率率率率较高的故障较高的故障较高的故障较高的故障)；第第第第二二二二级级级级标标标标准准准准：保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定运运运运行行行行，但但但但允允允允许许许许损损损损失失失失部部部部分分分分负负负负荷荷荷荷 单单单单一一一一严严严严重重重重故故故故障障障障(出现概率较低的故障出现概率较低的故障出现概率较低的故障出

3、现概率较低的故障)；第第第第三三三三级级级级标标标标准准准准：当当当当系系系系统统统统不不不不能能能能保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定运运运运行行行行时时时时，必必必必须须须须防防防防止止止止系系系系统统统统崩崩崩崩溃溃溃溃并并并并尽尽尽尽量量量量减减减减少负荷损失少负荷损失少负荷损失少负荷损失 多重严重故障多重严重故障多重严重故障多重严重故障 (出现概率很低的故障出现概率很低的故障出现概率很低的故障出现概率很低的故障)。第3页，共137页，编辑于2022年，星期六 为满足三级标准的要求，首先应建设一个结构合理的电网，为满足三级标准的要求，首先应建设一个结构合理的电网，好的网架是电力系统运行的

4、基础，同时在我国已经形成了三道好的网架是电力系统运行的基础，同时在我国已经形成了三道防线的概念，电网的建设按三道防线规划和配置，电网运行按防线的概念，电网的建设按三道防线规划和配置，电网运行按三道防线调度管理。三道防线调度管理。继继继继电电电电保保保保护护护护：快快快快速速速速可可可可靠靠靠靠的的的的继继继继电电电电保保保保护护护护确确确确保保保保电电电电网网网网在在在在发发发发生生生生常常常常见见见见的的的的单单单单一一一一故故故故障障障障时时时时保保保保持电网稳定运行和电网的正常供电；持电网稳定运行和电网的正常供电；持电网稳定运行和电网的正常供电；持电网稳定运行和电网的正常供电；紧紧紧紧急

5、急急急控控控控制制制制：采采采采用用用用稳稳稳稳定定定定控控控控制制制制装装装装置置置置及及及及切切切切机机机机、切切切切负负负负荷荷荷荷等等等等紧紧紧紧急急急急控控控控制制制制措措措措施施施施，确确确确保保保保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；校校校校正正正正控控控控制制制制：设设设设置置置置失失失失步步步步解解解解列列列列、频频频频率率率率及及及及电电电电压压压压紧紧紧紧急急急急控控控控制制制制装装装装置置置置，当当当当电电电

6、电网网网网遇遇遇遇到到到到概概概概率率率率很很很很低低低低的的的的多多多多重重重重严严严严重重重重事事事事故故故故而而而而稳稳稳稳定定定定破破破破坏坏坏坏时时时时，依依依依靠靠靠靠这这这这些些些些装装装装置置置置防防防防止止止止事事事事故故故故扩扩扩扩大，防止大面积停电。大，防止大面积停电。大，防止大面积停电。大，防止大面积停电。传统三道防线传统三道防线传统三道防线传统三道防线第4页，共137页，编辑于2022年，星期六三道防线示意图三道防线示意图三道防线示意图三道防线示意图第5页，共137页，编辑于2022年，星期六电力系统运行状态与三道防线的关系电力系统运行状态与三道防线的关系电力系统运行

7、状态与三道防线的关系电力系统运行状态与三道防线的关系 为为为为了了了了便便便便于于于于分分分分析析析析，把把把把电电电电力力力力系系系系统统统统运运运运行行行行状状状状态分为：态分为：态分为：态分为：正常状态；正常状态；正常状态；正常状态；警戒状态；警戒状态；警戒状态；警戒状态；紧急状态；紧急状态；紧急状态；紧急状态；极端紧急（失步）状态；极端紧急（失步）状态；极端紧急（失步）状态；极端紧急（失步）状态；恢复状态；恢复状态；恢复状态；恢复状态；对对对对应应应应相相相相应应应应的的的的状状状状态态态态，设设设设置置置置三三三三道道道道防防防防线线线线来来来来确确确确保保保保电电电电力力力力系系系

8、系统统统统在在在在遇遇遇遇到到到到各各各各种种种种事事事事故故故故时时时时的的的的安全稳定运行。安全稳定运行。安全稳定运行。安全稳定运行。电力系统运行状态与三道防线的关系示意图第6页，共137页，编辑于2022年，星期六按照三道防线要求进行的系统稳定控制按照三道防线要求进行的系统稳定控制按照三道防线要求进行的系统稳定控制按照三道防线要求进行的系统稳定控制 三三三三道道道道防防防防线线线线的的的的概概概概念念念念很很很很清清清清晰晰晰晰、明明明明确确确确，易易易易于于于于操操操操作作作作实实实实施施施施。近近近近年年年年来来来来我我我我国国国国电电电电网网网网没没没没有有有有出出出出现现现现全全

9、全全网网网网性性性性事事事事故故故故和和和和大大大大范范范范围围围围停停停停电电电电，应应应应该该该该说说说说得得得得益益益益于于于于三三三三道道道道防防防防线线线线的建设。的建设。的建设。的建设。系统稳定控制过程示意图第7页，共137页，编辑于2022年，星期六正是由于重视了三道防线，特别是应用紧急控制和校正控制，在必要时用牺牲局部来保全整体，相当薄弱的我国电网却没有发生过北美“8.14”那样的大停电。但也往往会付出过度控制的代价。目前的“三道防线”一般都由相对独立的装置和功能软件构成，彼此缺乏配合与协调，各保护和控制装置大都基于本地电气量工作，难以反映电力系统的整体运行情况，有时会造成不必

10、要的停电或系统失稳。贡献与不足贡献与不足贡献与不足贡献与不足第8页，共137页，编辑于2022年，星期六广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁事故频出事故频出事故频出事故频出第9页，共137页，编辑于2022年，星期六广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁大面积停电大面积停电大面积停电大面积停电 电电电电能能能能的的的的生生生生产产产产、传传传传输输输输、分分分分配配配配和和和和使使使使用用用用必必必必须须须须同同同同时时时时进进进

11、进行行行行，并并并并时时时时刻刻刻刻保保保保持持持持供供供供需需需需平平平平衡衡衡衡。一一一一旦旦旦旦发发发发电电电电、输输输输电电电电和和和和用用用用电电电电之之之之间间间间的的的的平平平平衡衡衡衡遭遭遭遭到到到到大大大大范范范范围围围围破破破破坏坏坏坏，就就就就有有有有可可可可能能能能在在在在很很很很短短短短的的的的时时时时间间间间内内内内造造造造成成成成大大大大面面面面积积积积停停停停电电电电的的的的灾灾灾灾害害害害性性性性事事事事故故故故，并并并并引引引引起起起起能能能能源源源源、交交交交通通通通、通通通通信信信信和和和和金金金金融融融融等等等等多多多多个个个个重重重重要要要要领领领领

12、域域域域的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。保护误动或拒动；保护误动或拒动；保护误动或拒动；保护误动或拒动；连锁故障；连锁故障；连锁故障；连锁故障；甚至误操作或错误调度；甚至误操作或错误调度；甚至误操作或错误调度；甚至误操作或错误调度；。第10页，共137页，编辑于2022年，星期六 近近近近年年年年来来来来，全全全全球球球球极极极极端端端端自自自自然然然然灾灾灾灾害害害害事事事事件件件件明明明明显显显显增增增增多多多多，电电电电力力力力系系系系统统统统由由由由于于于于分分分分布布布布广

13、广广广域域域域，其其其其安安安安全全全全性性性性受受受受到到到到严严严严重重重重威威威威胁胁胁胁。气气气气象象象象或或或或地地地地质质质质等等等等重重重重大大大大自自自自然然然然灾灾灾灾害害害害、以以以以及及及及人人人人为为为为恐恐恐恐怖怖怖怖攻攻攻攻击击击击等等等等突突突突发发发发事事事事件件件件等等等等，都都都都可可可可能能能能引引引引发发发发电电电电力力力力系系系系统统统统大大大大面面面面积积积积停停停停电电电电灾难性事故。灾难性事故。灾难性事故。灾难性事故。自然灾害自然灾害自然灾害自然灾害 恐怖袭击恐怖袭击恐怖袭击恐怖袭击 战争战争战争战争 病毒破坏。病毒破坏。病毒破坏。病毒破坏。广域

14、电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁广域电力系统的安全面临严重威胁极端运行条件极端运行条件极端运行条件极端运行条件第11页，共137页，编辑于2022年，星期六现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全 大停电事故使整个社会更大停电事故使整个社会更大停电事故使整个社会更大停电事故使整个社会更深地体会到电力系统的安全性深地体会到电力系统的安全性深地体会到电力系统的安全性深地体会到电力系统的安全性对国民经济和

15、社会稳定的重要对国民经济和社会稳定的重要对国民经济和社会稳定的重要对国民经济和社会稳定的重要性，也凸显出目前的电力系统性，也凸显出目前的电力系统性，也凸显出目前的电力系统性，也凸显出目前的电力系统安全防御体系的不完善性。安全防御体系的不完善性。安全防御体系的不完善性。安全防御体系的不完善性。现有的大电网安全防御体系现有的大电网安全防御体系现有的大电网安全防御体系现有的大电网安全防御体系已落后于电力系统自身的发展，已落后于电力系统自身的发展，已落后于电力系统自身的发展，已落后于电力系统自身的发展，控制中心对系统全局信息和关键控制中心对系统全局信息和关键控制中心对系统全局信息和关键控制中心对系统全

16、局信息和关键信息的获取与挖掘不够，并缺乏信息的获取与挖掘不够，并缺乏信息的获取与挖掘不够，并缺乏信息的获取与挖掘不够，并缺乏与之相应的安全评估方法和控制与之相应的安全评估方法和控制与之相应的安全评估方法和控制与之相应的安全评估方法和控制策略。大面积停电事故发生后如策略。大面积停电事故发生后如策略。大面积停电事故发生后如策略。大面积停电事故发生后如何尽快实现自动恢复供电，现有何尽快实现自动恢复供电，现有何尽快实现自动恢复供电，现有何尽快实现自动恢复供电，现有的防御体系也并未涵盖。的防御体系也并未涵盖。的防御体系也并未涵盖。的防御体系也并未涵盖。第12页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.

17、148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电 2003年8月14日美国、加拿大大停电是历史上最大的停电事故，事故期间上百台机组跳机，5000万人失电。下面根据事故调查的中期报告对此次事件进行分析。事故序列分为以下几个阶段。当日15：05以前在First Energy(北部Ohio州调度中心，简称FE)控制区域，尽管若干主力机组和线路停运，系统稳定运行并且能够应付大约800个N-1故障。但此时系统已经处于重载状况。此外，属于PJM（宾州、新泽西州、马里兰州）控制区域的AEP（美国电力公司）与DPL（代屯电气公司）之间的345kV线路Stuart-Atlanta因接地故障

18、而跳闸，但MISO(负责Ohio，Michigan，Minnesota，Indiana，Illinois等区域的调度中心，FE的上级调度)没有监视此线路状态，状态估计没有正确反映，导致后来状态估计错误。FE的EMS也没有正常运行。第13页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电15：05至15：39，风速减小，线路散热减慢，输电走廊的植物生长也超过预计，线路重载自然下垂加剧。线路潮流在长期极限内，但一系列线路接地故障仍然发生，造成3条345kV重要线路过载并跳闸。此时，如果减载1500MW2500MW，系统也许还可以继续

19、稳定运行，但FE由于计算机故障，没有认识到事件严重性，没有这样做。在此期间，由于缺乏FE系统数据，PJM和AEP也没有正确认识到系统的危险程度。第14页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电15：39至16：08，主干线路跳闸后，138kV系统立即过载并跳闸，随后更多的345kV线路受到影响继续跳闸，形成连锁反应。在此期间，系统潮流剧变，导致保护误判，扩大了线路跳闸范围。16：08至16：11，大批线路跳闸导致系统电压降低，机群之间振荡，三段距离保护动作，最后故障波及整个东北网络，大批机组跳机，负荷减载，系统解列为若干

20、孤岛。第15页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电调查认为以下是大停电事故主要原因：FE因为计算机故障没有进行N-1事故分析，调度员对系统状态失去监控。当发现系统危险时，调度员的沟通花费了宝贵的事故处理时间，在沟通时，系统继续恶化。计算机系统故障且没有良好的备用计算机系统是“8.14”大停电有别于美国历史上其他故障的地方。第16页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电FE没有有效地监视植物生长对系统安全的影响。这也是以前多次北美大停电事故的原

21、因。MISO由于没有及时维护状态估计器，未能对系统危险状态进行紧密监视，也未能向FE提供正确的系统信息。MISO采用离线数据进行输电断面输送容量计算，这使得MISO没有准确掌握系统信息。PJM和MISO缺少处理控制区域之间联络线过载的预案。第17页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电美加大停电美加大停电美加大停电调查还发现：FE和MISO调度员缺少良好培训，特别是应付8月14日这样恶性紧急事故的培训。发电机因为以下几个原因而跳机：低频或者高频保护（这是主要的跳机原因），励磁系统低压保护（防止励磁线圈过热），厂用电电压过低影响电厂热力系统和辅机系统

22、。事故前，MISO区域无功备用少。FE控制区域电压下限为0.92（标幺值），而一般北美控制区域采用0.95（标幺值）。没有发现通过互联网进行信息攻击的现象。信息安全问题如果存在，也不严重。也没有发现人为破坏情况。所有核电机组都正确跳机，没有带来核危险。第18页，共137页，编辑于2022年，星期六现象：偶然故障现象：偶然故障现象：偶然故障现象：偶然故障相继开断相继开断相继开断相继开断振荡失稳振荡失稳振荡失稳振荡失稳系统崩溃系统崩溃系统崩溃系统崩溃阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦解、系统恢复阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦解、系统恢复阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦

23、解、系统恢复阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦解、系统恢复对策：全局信息对策：全局信息对策：全局信息对策：全局信息+状态评估（预防控制）状态评估（预防控制）状态评估（预防控制）状态评估（预防控制）故障识别故障识别故障识别故障识别+动态协调（继电保护、紧急控制）动态协调（继电保护、紧急控制）动态协调（继电保护、紧急控制）动态协调（继电保护、紧急控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）“8.148.148.148.14”美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机

24、理第19页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机理这次大停电事故可以得到如下启示：事故起因在于线性静态安全分析和状态估计工具不力，调度员无法应对，线路因为过载和接地故障而连锁跳闸，属于MISO区域静态问题。MISO接地故障和线路连锁跳闸导致事故期间全系统振荡以及潮流串动，引起扰动的扩散，并且最终发展为大停电。尽管在事故期间电压稳定发生，但其是N-3和N-4事故的结果而不是起因。当系统失去许多线路后，自然发生暂态稳定和电压稳定问题。此时，进行暂态稳定计算和电压稳定计算已经多余并且也不可能（因为需要进行N-X

25、事故仿真，这里X很大）。第20页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机理美加大停电机理对北美这样联系紧密的系统，从现有技术来看，开发能够全面阻止大停电的稳定控制系统还有难度，主要困难表现在控制策略的设计。当然，暂态紧急稳定控制系统能够将某些局部事故的影响降低。因此，制定周密的解列计划应当得到重视。保护动作设计不尽完善，加剧了事故影响，特别是三段距离保护设计。系统低频减载是为了维持系统供需平衡设计的，而发电机组低频和高频跳机是为了保护发电机组免受损失。显然，低频或者高频保护应当适当协调以减少损失，但停电发生期间纽约的频率

26、曾经在57Hz63Hz变化，说明低频或者高频发电机保护没有很好协调。第21页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电管理原因分析美加大停电管理原因分析美加大停电管理原因分析美加大停电管理原因分析美国纽约州、缅因州公共事业委员会原主席-彼得.布雷福德提出了有关输电管理的问题。美国有很多规模大小不同的电力公司，在发生大停电的区域中就有数十家电力公司，其中至少有20家电力公司拥有输电线路。因此，有关区域的电力供应、输电、配电整个系统的安全，都是由拥有产权的公司来管理和维护。另一方面，整个系统的标准设定，由国家电力可靠性委员会负责。这是由美国所有的电力公司自

27、发组成的一个委员会。这些电力公司既有国营也有私营，但是，是否遵循这个可靠性委员会所制定的规定，则是自愿的，而不是义务的。通过这次事故发生之后，这种自愿性遵守可靠性规章的制度一定要进行改变。还有一件更令人不解的事情，就是电价由联邦能源管制委员会来制定，而输电线路在哪里建设则是由各个州政府来执行。第22页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考8.14大停电引发了世界范围内对于防止大电网大面积停电的研究热潮阶。我国电力系统本属于弱联系系统，但却面临着大区域互联和电力市场改革的严峻挑战，

28、互联后的系统也将同目前的西方电网一样潜伏着大停电的危险，因此研究大电网的安全防御已成为当务之急。第23页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考 我国电网虽有很多不足之处，但却从未发生过世界级别的大停电事故，这个结果并非偶然，主要归功于以下几条经验：（1）有集中的调度体制。我国实行的集中调度体制是安全运行的重要保证。在美国只有省调，其上层没有网调，出现问题时平级协调，称作协议调度。因此，发生故障时，各自保护自身的利益，难以统一行动。第24页，共137页，编辑于2022年，星期六“8

29、.148.148.148.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考（2）将“安全第一”作为调度的首要任务。电力系统是典型的非线性复杂系统，其状态间的变化关系复杂，影响安全运行的偶然因素多，难以预测，因而在决策过程中就有可能做出保守和乐观的两种选择。将安全作为首要任务是保守的，但另一方面也消除了发生大面积停电的隐患。今后的电力发展中，市场的比重将不断加大，不可能象从前那样能消除所有的重大危险于萌芽之中，因此必须面对可能时刻发生的潜在危险。从这个意义上讲，我们不能放松对大停电的警惕。第25页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.1

30、48.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考（3）调度员处理事故时敢于舍弃切机、切负荷、解列，保全整体。决策选择是乐观还是保守，不仅表现在平时的预防性控制中，更表现在紧急事故处理中。由于受各种外界因素的制约，国外调度员在处理事故时不敢轻易做出放弃，容易错过放弃局部、保全整体的最佳时机，因而产生了扩大危险的可能。多年的运行经验也说明，在处理紧急事故时敢于舍弃并不是权宜之计，而恰恰是防止发生大停电的有效手段。第26页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.14”8.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的

31、思考（4）稳定控制效果显著。在电网安全稳定控制研究方面，我国取得了很多在国际上领先的研究成果。这些最先进技术的应用，加之调度员对安全稳定控制工作的重视，保证了我国电网安全稳定控制的高水平。据统计，1996年以来，我国未出现过大范围的电力系统稳定事故。第27页，共137页，编辑于2022年，星期六“8.148.148.148.14”美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考美加大停电引发的思考（5）互联电网多为弱联系系统。我国虽地域广阔，但电网却为弱联系系统，大区电网间的交换功率小，并且在联络线上都装有解列装置，因此在故障发生后，大区域电网能尽早解列，有效地隔离事故，防止事故波

32、及到相邻的大区电网，有效防止了大事故发展为恶性事故。防止大停电的经验是宝贵的，但它又不是简单的总结能彻底说明的。如果能将大停电后的定量分析报告与结论性的经验总结相结合，整理出一些具有普遍性的结论汇编成专著，必将为调度员提供非常有价值的参考资料。第28页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 全球极端外部灾害事件明显增多，包括大范围自然灾害、大规模恐怖活动和战争。其物理特点是广域性、长时性、群发性、破坏性；其经济特点是损失极其严重；其社会特点是直接涉及各种公共事业，容易扩展为综合性社会灾难。极端灾害的

33、应对成为了停电防御系统研究中的一个新重点。第29页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 在一般的大停电(例如北美“814”案例)中，相继开断和停电的规模在初始故障发生后的1 h或更短的时间内就不再显著增加，并开始在恢复控制下逐渐减小。其相继开断的主要原因是：被开断支路上的潮流转移而引起新的过载，可调抽头变压器控制与感应电动机堵转引起无功缺乏的正反馈，以及继电保护、自动控制或人为操作的失误。因此，可以根据电力系统本身的分析来预测那些最可能发生的相继开断，并评估其风险。在这类大停电中，相继开断的线路数

34、一般不会超过数十，故孤立电网的数量较少；此外，由于倒塔故障很少发生，故被开断的线路较易恢复送电。第30页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 但在极端外部条件(例如2008年初中国南方的冰灾)下，线路相继开断的主要原因往往是大规模的外力破坏，故容易造成大面积的群发性断线和倒塔。显然，要分析其概率和风险，就不可能绕过具体外部灾害的机理，也必须依靠外部环境的相应信息。在这次冰灾持续的20多天中，气象部门孤立地预报了各场冻雨，但对其持续性和强度明显估计不足。输电线路的覆冰不断积累，相继故障的频度和规模不

35、断增加，进而形成多个电力孤岛及大范围停电。同时，电力和商业通信网络也都受到大量破坏，严重影响了对灾难的有效应对。截至2008年2月9日，国家电网公司就有2825km通信光缆、8座通信站和154台(套)通信设备受损。第31页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 冰灾暴露了目前电力规划在投资原则、设计标准、风险意识等方面的缺陷，也引起了对电力规划的反思。例如，输电线路的设计标准应该提高到什么水平?电源规划与电网规划之间应该如何协调?通信系统的可靠性与电网可靠性应该如何协调?对冰灾的反思应该引申到其他的

36、极端外部灾害，如雷击、污闪、洪水、泥石流、台风、地震、大规模恐怖活动和战争等。不要总是等到某种灾害成为事实后，才如梦初醒。只有掌握了形成各种灾害的不同机理，以及造成电力系统群发性故障的不同途径和特点，才有可能可靠预报相应的风险，优化预防控制决策。为此，需要大量的跨领域研究，提取相关的特征变量，并用可观察、特别是电力企业能实现自动监测的特征量来描述。第32页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 总体来看，当前水平的防御系统可以通过减少一般故障下的停电概率和停电范围来降低风险，但尚不具备减少极端外部环

37、境下的停电概率和停电时间的能力。其不足主要反映在：1)信息采集子系统：仅采集和处理电力系统内部的电气量，还没有与GIS、规划信息系统、电力交易信息融合，也缺乏与外部环境非电气信息的结合；不能识别极端外部环境的程度、范围及变化；没有相应的风险分析功能，故无法实现对极端外部条件的预警。此外，信息传输通道本身的可靠性也存在严重的隐患。第33页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 2)分析预警子系统：目前仅根据实时断面分析下一个潜在故障，从而随着工况的变化而间接地分析相继故障，因此仅能应对缓慢而简单的相继

38、开断。虽然可针对当前运行条件评估潜在孤立故障的风险，但不能准实时地对多重相继故障，特别是群发性相继故障的影响进行预评估及预警。除了与EMS集成外，预警子系统还需要与动态培训仿真器、电力市场的支持系统和动态仿真器等实现信息融合。第34页，共137页，编辑于2022年，星期六极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战极端外部灾害提出的新挑战 3)决策控制子系统：虽然考虑了预防控制、继电保护、紧急控制和校正控制的优化，以尽量避免停电或减小停电范围，但对多级调度协调控制的考虑还不够。现有的成果未涉及旨在尽量缩短停电时间的恢复控制，缺乏对其自适应优化的支持。目前的恢复控制仍

39、然只能依靠离线准备的少量典型预案，这在简单的停电模式下还可对付，但很难应对极端外部灾害引起的复杂停电模式。第35页，共137页，编辑于2022年，星期六第二章第二章第二章第二章 继电保护研究现状与协调优化继电保护研究现状与协调优化继电保护研究现状与协调优化继电保护研究现状与协调优化 2.3 2.3 继电保护的协调优化继电保护的协调优化 2.2 2.2 智能电网对继电保护的影响智能电网对继电保护的影响2.1 2.1 继电保护的研究现状继电保护的研究现状 第36页，共137页，编辑于2022年，星期六2.12.12.12.1继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状

40、上世纪上世纪60 60 年代到年代到80 80 年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的备厂合作研究的500kV 500kV 晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护护,运行于葛洲坝运行于葛洲坝500kV 500kV 线路上线路上,结束了结束了500kV 500kV 线路保护完全依靠从国外进口的时代。线路保护完全依靠从国外进口的时代。在在20 20 世纪世纪70 70 年代中年

41、代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80 80 年代末集成电路保护已形年代末集成电路保护已形成完整系列成完整系列,逐渐取代晶体管保护。到逐渐取代晶体管保护。到90 90 年代初集成电路保护的研制、生产和应用仍处于主导地位年代初集成电路保护的研制、生产和应用仍处于主导地位,这是集成电这是集成电路保护时代。我国从路保护时代。我国从20 20 世纪世纪70 70 年代末即已开始了计算机继电保护的研究年代末即已开始了计算机继电保护的研究,1984,1984 年原华北电力学院研年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定制的输电线路

42、微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上新的一揭开了我国继电保护发展史上新的一页页,为微机保护的推广开辟了道路。为微机保护的推广开辟了道路。从从90 90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。不同原理、不同机型的微机线路和主设备年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究着微机保护装置的研究,在微机保护软件

43、、算法等方面也取得了很多理论成果。在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。第37页，共137页，编辑于2022年，星期六2.12.12.12.1继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状 电力系统继电保护发展趋势电力系统继电保护发展趋势计算机化计算机化 电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信

44、能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PCPC机的功能。机的功能。随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展，原华北电力学院研制的微机随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展，原华北电力学院研制的微机线路保护硬件经历了从线路保护硬件经历了从8 8位单位单CPUCPU结构到多结构到多CPUCPU结构再到总线不出模块的大模块结构，性能大大结构再到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高。现在用同微机保护装置结构完全相同

45、的一种工控机作为继电保护的时机已经成熟，这将是提高。现在用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机作为继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。微机保护的发展方向之一。第38页，共137页，编辑于2022年，星期六2.12.12.12.1继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状 网络化网络化到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通继电保护的作用

46、也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。继电保护的作用不只限于每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个信手段。继电保护的作用不只限于每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即然实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化，

47、这在当前的技术条件下是完全可能的。实现微机保护装置的网络化，这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统网络，实现保护装置的计算机联网也有很大好处。继电保护装置对于一般的非系统网络，实现保护装置的计算机联网也有很大好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息越多，则对故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。能够得到的系统故障信息越多，则对故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。第39页，共137页，编辑于2022年，星期六2.12.12.12.1继电

48、保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状 保护、控制、测量、数据通信一体化保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化合网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计在实现继电保护的计算机化合网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。每个微机保护装置不但可完成继电保护功算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制、数据通信功能，即实现保护、控制、能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制

49、、数据通信功能，即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。测量、数据通信一体化。例如为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次例如为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。如果将上述保护、控制、测量、数据通信一体电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。如果将上述保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在化的计算机装置就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大

50、量的控制电缆及避免二此装置内转换成数字后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆及避免二次电路过于复杂。次电路过于复杂。第40页，共137页，编辑于2022年，星期六2.12.12.12.1继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状继电保护的研究现状 智能化智能化随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用,新的控新的控制原理和方法不断被应用于计算机继电保护中制原理和方法不断被应用于计算机继电保护中,近年来人工智能技术如专家系统、人工神经网近年来人工智能技术如专家系统、人工神经网络、遗