继电保护面临的挑战与展望报告

裘愉涛 挑战与展望 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司2024年04月 主讲人介绍 裘愉涛 国家电网首席专家正高级工程师全国劳动模范国网公司继电保护专家组成员 王持或国网公司、浙江电网的30多项重要项自和课题的研究，24次获得省部级以上科学技术奖励，在国内外各类科技期刊上发表论文80余篇，授权专利100余项，先后主持或参与编制国家标准10余项，行业及国网公司企业标准30余项。 一适应新型电力系统发展的保护新原理二保护全寿命科学管理技术三变电站数字化提升技术四继电保护整定软件提升五主动配电网和微电网保护六新技术促进保护发展 目 适应新型电力系统发展的保护新原理 一适应新型电力系统发展的保护新原理 1.1新型电力系统发展导致传统保护原理不适用 在“双碳”目标背景下，传统电力系统向新型电力系统转变，电力系统的电源和输电形式发生转变。以旋转电源为主的电力系统向换流站、逆变器等逆变型电源和旋转电源共存的电力系统转变，在这一过程中系统的故障特征将发生变化 适应新型电力系统发展的保护新原理 一适应新型电力系统发展的保护新原理 1.1新型电力系统发展导致传统保护原理不适用 一适应新型电力系统发展的保护新原理 1.2适应新型电力系统发展的保护新原理 在新型电力系统建设的初期，对传统基于工频分量的保护原理进行改进以适应不断更新的故障特征随着新型电力系统建设建设进程的加深，对传统基于工频分量保护原理的改进已无法完全适应复杂故障特征基于故障暂态电气量频域特征的保护、控制与保护协同技术、人工智能算法在继电保护的应用将是未来新型电力系统保护的研究方向。 基于故障暂态电气量频域特征的保护、控制与保护协同技术、人工智能算法等 改进传统基于工频分量的保护原理以适应不断更新的故障特征 传统工频分量保护 新型电力系统建设 保护全寿命科学管理技术 二保护全寿命科学管理技术 2.1保护全寿命周期管理存在问题 情况1：变电站中的设备和材料具有不同的生命周期，其中一次设备具备约30年的平均寿命，而二次设备比如保护、控制和通信设备的平均寿命约15年，导致二次设备在整站生命周期之内需要更换情况2：在全寿命周期中，设备需要更新、改造和更换/升级 保护检修工作量与重要性不匹配各电压等级保护数量不同但运维检修标准统 快速改造方案不成熟设备改造会产生较多和长时间的电网运行风险 装置芯片和软件监视和定位能力不足 二保护全寿命科学管理技术 2.2继电保护智能运维 智能运维体系构建 完善继电保护智能运维检修体系，涵盖继电保护智能运检在设计、检测、调试、验收、运维检修和退役报废等全生命周期各个环节，推进继电保护智能运维检修技术的应用。 二保护全寿命科学管理技术 2.3多维度装置自检技术 二保护全寿命科学管理技术 2.4快速改造技术 目前改造有整屏更换、掏屏更换、装置快速更换等方式如果高压保护参考35kV及以下标准化保护装置，统一装置端子定义和插件结构，可实现不同厂家无缝互换、即插即用，为大规模保护改造打好基础。 标准模块化改造 更换式改造 置换式改造 二保护全寿命科学管理技术 2.5远程运维技术 远程升级后的远程验证 远程验证：远程巡视、同源比对、二次回路可视化及设备版本管理测试报文补充验证等。 软隔离方式：专用端口，并设置远程运维压板。远程在线传动：不停电传动、自 动对点 变电站数字化提升技术 三变电站数字化提升技术 3.1统一配置工具开发 提升1：针对工程文件繁多，管理运维困难，需要统一协调工程文件类型，开发统一配置工具。 IMCD：装置监测信息配置描述文件，扩展了过程层物理端口与光功率告警信号的映射，同时定义了装置告警整信号与板卡的关联关系及检修处理建议； 智能变电站自前存在ICD、CIDSSD、CCD、SCD、CSD等工程文件，后续随发展需要，发展出了IDDCDD、SDD等配置文件，分别对应二次设备数字化描述文件、屏柜数字化描述文件和全站二次回路数字化描述文件。 IVLD：装置二次虚回路描述文件，目的是为了回路运维中明确过程层回路与GoCB控制软压板及链路告警信息的关联关系；SMCD智能运维管理模型文件，是在SCD文件的基础上，集成了智能录波器、SSD文件信息。 保护装置送出信息输出文件：保护定值信息文件、保护告警信息文件、保护档案文件、保护状态信息文件等。 三变电站数字化提升技术 3.2全流程数字化设计 提升2：针对传统纸质图纸难维护、难应用，生产、设计、运维各环节独立的现象，推动全流程数字化设计，打通全环节接口，支撑调试运维自动化。 三变电站数字化提升技术 3.3即插即用方案 提升3：针对SCD配置依赖人工，其正确性检验困难、文件唯一性难以管控、改扩建变更涉及范围广的问题，采用即插即用方案，实现装置免人工配置。 即插即用方案目前主要分为两种 方案一：基于配置工具的方案，利用配置工具进行自动虚端子配置； 方案二：基于数据集和虚端子标准化方案，在装置中通过定义数据集实现虚端子的自动配置。 三变电站数字化提升技术 3.4数字李生变电站 继电保护数字李生关键技术： 继电保护数字李生系统实时运行技术继电保护数字李生系统IO接口技术继电保护数字李生系统原理建模技术继电保护数字李生系统接口建模技术继电保护数字李生系统变量命名规则技术继电保护数字李生系统人机交互技术新型电力系统背景下的一次系统建模技术 面向二次设备全生命周期管控的数字李生技术，将设备设计制造方与使用方紧密的连接起来，从设备的研发设计阶段开始，实现设备全生命周期管控目标。 继电保护数字李生技术应用： 保护装置系统级测试保护新原理开发继保从业人员专业技能培训智能变电站运维辅助决策交直流保护安全稳定运行 继电保护整定软件提升 四继电保护整定软件提升 4.1整定计算系统发展史 四继电保护整定软件提升 4.2整定计算面临的挑战 随着新型电力系统建设，电网故障形态发生了较大变化，对继电保护整定计算提出了新的要求 除考虑一次电网运行的安全性，还需要提前对保护进行配置，对保护定值进行预计算和校核 新能源对继电保护定值计算产生重大影响。新能源需采用受机端电压控制的电流源进行替代，传统的短路计算算法无法准确计算新能源节点电压，代算法降低了计算速度。新能源厂站的极端方式由于受光照和风速的影响不易得到，难以确定传统的整定所需最大和最小方式短路电流 随看新型电力系统的发展，短路比不足，基于远端电源为无穷大系统假设的传统的保护整定计算方式不适应，驱需在整定算法上做出改进以对应新型电力系统的实际运行特点 随着电网规模的扩大，现有整定计算软件无法利用云端的计算资源，整定计算效率提升受到制约 四继电保护整定软件提升 4.3智能整定计算与仿真优化 整定软件自动同步电网模型，进行复杂的网络分析、短路计算与潮流计算。利用先进算法或人工智能技术，进行在线动态整定计算，提供精准和灵活的保护方案 4.4实时运行监视与参数调整 在实现保护、控制、测量、数据通信一体化的基础上，实现保护装置的工作状态监测，并在必要时进行在线整定参数的调整，使保护定值能在各种工况下都能快速适应电网的变化。 主动配电网和微电网保护 五主动配电网和微电网保护 5.1主动式配电网存在的问题 逆变电源短路电流 配电网中接入的分布式电源以逆变类电源为主。电流控制功能使其在短路时输出电流不会出现剧烈变化，稳态短路电流与其控制方式有关，最大短路电流输出一般不超过1.2倍的额定电流。逆变类分布式电源输出短路电流有限，绝大多数情况下对常规配电网保护动作没有实质性影响 小电流接地故障处置 国网公司设备部，改变了允许小电流接地系统带接地故障运行的做法，提出了“蒙时故障安全消弧，永久故障快速隔离的配电网接地故障处置原则。 发展方向：要求快速隔离小电流接地故障。 五主动配电网和微电网保护 5.2防孤岛保护 优化防孤岛保护实现配电网故障快速解列与满足电压/频率扰动穿越运行 研究方向 采用两套定值兼顾电压/频率扰动穿越运行与在配电网故障时DG快速解列。 逆变器内置保护 五主动配电网和微电网保护 5.4配电网集中型区域保护 5.3主动探测式配电网保护 利用分布式电源、储能等可控源注入特征信号，提升故障处置性能 集中型虚拟保护控制架构，解决终端信息量单一、站端数据量过大问题 新技术促进保护发展 六新技术促进保护发展 6.1人工智能技术 口人工智能有望在信息数据“多”、故障特征“乱”、性能要求“高”的现代电力系统继电保护中做出卓越的表现。 口人工智能能够从3个方向，提升继电保护专业的自动化水平：在设备状态自动感知方向实现状态智能感知、在电网故障分析及决策方向实现故障智能分析处置、在设备远方维护方向实现智能维护。 六新技术促进保护发展 6.2新型设备技术 电子式互感器技术 发展趋势： 发展需求： 产品小型化应用集成化功能模块化模块标准化 集成化、智能化和一体化瞬变、宽幅、脉冲等复杂电信号量测。 智能开关技术 重构断路器汇控形态， 与智能变电站网络进行无缝对接通信采集断路器辅控信息，实现断路器状态监测就地汇控和感知连接的形态创新。 六新技术促进保护发展 6.3多电压等级柔直电网保护技术 含直流汇入新能源的多电压等级柔性直流电网中，新能源直流汇集系统、直流变压器、柔直换流站故障穿越控制与系统故障特征具有复杂的关联特性，故障分量丰富，快速保护难度大 可以从以下几个方面开展相关研究： 和故障特性分析；多电压等级柔直电网输电线路保护研究；基于控保协同的多电压等级柔直电网故障隔离方法研究含直流汇入新能源的多电压等级柔直电网继电保护的RTDS验证。