4 A A QINGDAO UNIVERSITY本科毕业论文（设计）题 目： 广域保护的研究学院： 自动化工程学院专 业： 电气工程及其自动化姓名： 指导教师： 2011年5月24日The Research Of The Wide Area Protection随着通信技术的发展，广域保护作为一种既能提供元件保护乂能确保系统稳定的保护 方案被提出不同于传统保护，广域保护获取电网多点信息，利用这些信息对故障进行更 加准确可靠的切除本文介绍了广域保护系统的结构和功能，然后针对省级电力系统实际 情况对广域保护通信系统进行举例，最后探讨一种新型的广域后备保护关键词广域保护通信系统后备保护AbstractWith the development of communication technology, wide-area protection as a protection scheme which can provide component protection and ensure system stability is proposed. Unlike traditional protection, wide area network can be accessed to multi-point information. It uses this information to cut the fault more accurately and reliably.This article discusses the concept of wide area protection system, introduces the structure and function of the wide area protection, and then combine with the actual situation of a provincial power system to illustrate the communication of wide area protection. At the last, we learn a new type of wide-area backup protection.Keywords Wide-area protection communication system back-up protection—A—刖 吕第1章广域保护的综述 21」继电保护的发展历史 21.2广域保护课题提出背景 21.3广域保护研究现状 31.3.1广域保护在稳定控制领域的研究 31.3.2广域保护在继电保护领域的研究 31.4 本文的主要工作 4第2章 电力系统广域保护 52」广域保护的概念 52.2广域保护系统结构 62.3广域保护与传统继电保护的区别 62.4广域保护特点 72.5广域保护系统的功能 82.5.1广域控制系统功能 82.5.2广域继电保护功能 82.6 本章小结 9第3章 广域保护算法的研究 103」广域电流差动保护的原理 103.2广域电流差动保护的动作判据 103.3基于图论的电流差动保护算法 113.4利用邻接矩阵、可达矩阵来构成最大保护范围的子图 123.5 根据完全关联矩阵确定各个发电厂、变电站点的关联域 133.6 本章小结 15第4章 广域通信系统的研究学习 164」电力系统通信的发展 164.1.1 电力线载波通信 164.1.2 微波通信 164.1.3 光纤通信 174.2电力系统广域通信技术 174.2.1 SDH 技术 174.2.2 ATM 技术 184.2.3 MPLS 技术 194.3广域保护通信系统结构举例分析 214.3.1广域保护通信系统网络拓扑 214.3.2广域保护主站结构 224.3.3 广域保护子站结构 234.4 本章小结 23第5章 一种新型的电力系统广域后备保护 245」保护的覆盖区域及系统结构 245.1.1 覆盖区域 245.1.2 系统结构 245.2保护原理 255.2.1功能分配 255.2.2 工作模式 265.2.3故障启动及返冋判据 275.2.4 故障区域定位 275.3实现方案 285.4 举例 295.5本章小结 30致谢 31参考文献 32近半个世纪以来，世界电力行业高速发展。
电力系统已发展成为供电区域广、装机容 量大、电压等级高的现代电力系统随着我国“西电东送、南北互供，全国联网电网发 展战略的实施，我国电网装机容量已达8亿千瓦，我国正在加强区域电网结构，促进跨区 联网，逐步形成全国统一的互联电网预计到2020年，我国电网将成为装机容量超9亿 千瓦我国的电力系统的规模迅速扩大，预计“十二五”期间全国装机容量及全社会用电量 将会有更加长足的发展随着电力系统的高速发展，大电网互联已成为常态电网的大范 围互联对电力系统稳定性提出了更高的要求，传统继电保护系统面临巨大挑战，如何保护、 监控大型互联电网的安全运行，已成为我国电力工作者特别关注的研究课题2001年1月1日实施的vv电力系统安全稳定控制技术导则＞＞中明确规定：为保证电 力系统的安全稳定运行，一次系统应建立合理的电网结构、配备完善的电力设施，安排合 理的运行方式，而此系统应配备性能完善的继电保护和适当的安全控制措施，组成一个完 善的防御系统，通常分为三道防线：一次系统设施、继电保护以及安全稳定预防控制当 前的“三道防线”主要由继电保护、口动控制装置和控制镜略组成，各道防线都是独立工 作的，相互之间很少甚至根本就没有配合，为系统发生故障或者不正常的运行方式吋不能 及时的进行处理，使系统的稳定性受到威胁。
随着通信技术的发展，广域保护作为一种既能提供元件保护乂能确保系统稳定的保护 方案被提出不同于传统保护，广域保护获取电网多点信息，利用这些信息对故障进行更 加准确可靠的切除广域保护系统通过通讯技术获得系统小多点的信息，对这些信息进行 综合的分析，提高保护和控制的能力，各个部分相互配合，使整个电网的性能得到很大的 改善因此H前，学术界致力于对满足现代电力系统防护要求的新型继电保护一广域保护 的研究本文介绍了广域保护系统的结构和功能，然后针对省级电力系统实际情况对广域 保护通信系统进行举例，最后探讨一种新型的广域后备保护第1章广域保护的综述1.1继电保护的发展历史随着电力系统的出现，继电保护技术经历了不断发展的过程在19世纪末己经开始 利用熔断器防止在发生短路时损坏设备，建立了过电流保护原理20世纪初叶研制出电 流差动保护，1910年出现了方向性电流保护，20年代距离保护己经在输电线路上得到使 用，30年代快速动作的高频保护大大提高了供电的可靠性在以后的70年保护原理方而 没有出现突破性的进展，但从实现保护的硬件来看1910年出现的感应式继电器至今己经历 了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微机式等发展过程。
继电保护技术的微机化 为继电保护的发展提供了更为广阔的空间从70年代我国就开始了微机式继电保护的研究，各个高等院校和科研院所起着先导 的作用，相继研制了不同原理，不同类型的微机保护装置，为电力系统提供了-•批新一代 性能优良，功能齐全，工作可靠的继电保护装置随着微机保护装置的研究，在微机保护 软件算法等方而也取得了很多理论成果在广大科学工作者、制造商和运行部门的共同努 力下H前我国的微机继电保护技术已居国际先进水平1.2广域保护课题提出背景广域保护是近几年新兴的一个研究课题，它的提出建立在计算机技术和通信技术发展 的基础丄，与大型互联电网的安全性和稳定性要求有密切的关系随着社会经济的发展， 科学技术的进步以及人民生活水平的不断提高，人们对电力的需求和依赖越来越大，对安 全稳定供电的要求越来越高然而，随着互联电网区域的扩大，交换容量的增加，电网电 压等级的提高，由互联电网故障引起的特大停电事故几乎成为社会灾难，停电造成的损失 越来越大，血保障互联电网的运行安全性，避免重大停电事故的发生却变得越来越困难 尤其1996年美国大停电，2003年夏季美加互联电网崩溃爭故和欧洲部分国家大范围停电 事故的相继发生，使人们进一步认识到应该加强从整体或区域电网的角度进行继电保护和 自动控制，这不仅耍加强继电保护本身的可靠性，还要配合继电保护的动作加强对故障后 不稳定系统的安全控制。
广域保护可以解决传统的控制和继电保护小出现的一些问题，更 好的保证电网的安全稳定运行广域保护系统应该具有高的可靠性、选择性、安全性、灵 活性和普遍性等特点，以满足复杂的电力系统网络结构的耍求，充分地利用广域测量与监 控信息，减少大停电等事故的发生，保证社会和用户用电的质量因此广域保护的发展势 在必行，成为当前电力系统的重大前沿研究课题之一1.3广域保护研究现状半前国内外对广域保护系统的研究主要集中在两个领域：一个是利用广域信息，主要 完成安全监视、控制、稳定边界计算及状态估计等功能，其侧重点在广域信息的利用和安 全控制功能的实现，即广域控制系统；另一个则是利用广域信息完成继电保护功能，其侧 重点在与常规主保护配合，快速有效的实现电力系统继电保护，即广域继电保护系统1.3.1广域保护在稳定控制领域的研究广域保护(Wide Area Protection)的概念首次出现在由瑞典学者Bestil Nelson等于1997 年在I EEE Computer Application in Power J2发表的《广域保护应对电床崩溃》一文中该 文所论述的广域保护系统主要用來预防互联电网的长期电丿玉崩溃而非对电气元件的继电 保护，这样的广域保护系统完成的是电床稳定控制功能而非继电保护功能。
该系统的通信 功能是基于数据采集和监测控制系统(SCADA)的，通过RTU获取所需节点的信息，经过 集中式的决策后再由RTU返回诸如甩负荷、无功调节、启动静止式无功补偿装置(SVC)或 同步调相机等控制命令SCADA采集的数据是非实吋的，数据刷新频率较慢，因为用于 长期电压崩溃的预防，不需要进行快速、实吋的交换数据，因此这样的通信系统能够满足 要求此后，Meme Kebab> Jimmy Cain等分别发表了关于广域保护系统应用于稳定控制系 统的研究成果的论文他们所论述的广域保护系统是被定位在常规保护及数据采集和监测 控制系统/ii量管理系统(SCAD〜，EMS)之间的系统保护和控制手段传统上这类保护和 控制系统被称为特殊保护系统(SPS),随着计算机技术和通信技术的发展，借助广域测量系 统(WAMS)及动态安全分析(DAS)技术逐渐发展成为广域保护技术1.3.2广域保护在继电保护领域的研究将广域的概念引入到继电保护系统半中构成广域继电保护系统，国内外许多学者自 1998年开始了广域继电保护系统的研究在国外，日本学者Yoshizumi Serizawa等人将厂 域的概念和继电保护相结合，于1998年提出使用GPS(Global Positioning System)信号进行 精确的吋间同步，通过专用的光纤信道传送多点电流信息，构成广域电流差动后备保护的 观点，该方法克服了现有的两点纵联差动保护方式无法提供快速后备保护功能的问题。
他 所提出的广域差动保护主要完成后备保护功能我国学者在广域继电保护方面的研究也取 得了一些成绩广西大学谭建成教授提出了建立基于专家系统的广域后备保护该系统也 采用集中决策的结构形式，通过采集故障相邻区域四段距离保护(正向三段加上反向一段) 的判断结果，运用专家系统的知识进行决策，判断故障。