面向智能电网输电线路继电保护装置设计开题报告

1. 研究目的与意义

现代电力系统在输电电压、输电距离、输电功率等方面均有了质的飞跃，电力系统的规模也越来越庞大与复杂。现代电力系统不仅具有以大机组、大电网、超高压、交直流联合输电为主体的结构特征，主体运行安全、优质、经济且实现了高度的自动化、数字化、网络化和智能化，还是由电力系统主体、信息通信系统和电网监测、控制系统组成的统一整体。

随着市场化改革的推进、气候变化的加剧,环境监管要求日趋严格,可再生能源等分布式发电资源数量不断增加,智能电网概念应运而生,其目标是利用先进的技术容许绿色可再生能源顺利接入电网,提高电力系统的能源转换和传输效率,确保供电质量和更高的可靠性。智能电网通常具有如下特点: ①自愈和自适应; ②安全稳定和可靠; ③兼容性; ④经济协调,优质高效; ⑤与用户友好互动。其中自愈和自适应是要求可以实时掌控电网运行状态,在尽量少的人为干预下实现快速隔离故障、自我恢复,避免大面积停电事故的发生。对继电保护系统而言,就要求其能够自动适应一次系统因分布式能源接入而出现的多变的运行方式,更要求继电保护系统自身出现隐藏故障时也能做到自诊断及自愈,以避免连锁故障的发生。

事实上,为适应电力系统的发展要求,继电保护在提高自身适应能力方面已进行了大量研究。自适应保护在20 世纪80 年代被提出,其主要目标是根据电力系统运行方式、拓扑结构和故障类型的变化而实时改变保护动作特性或定值,以使继电保护系统尽可能地适应电力系统的各种变化,具有期望的动作灵敏性和可靠性。但已有的关于自适应保护的研究局限于根据实际系统反馈回来的信息,重新计算和调整保护定值,只能达到有限的自适应,也不能满足分布式能源接入电网的要求。近年来提出了广域保护的理论和技术,利用电力系统多点的信息,对故障进行快速、可靠、精确的切除,同时分析故障切除前后电网潮流分布和拓扑结构的变化对系统安全稳定运行的影响,并采取相应的控制措施,提高输电线可用容量或系统可靠性,因此可同时实现继电保护和控制功能。由于其作用的范围更广,因此广域保护系统自身的可靠性将对系统产生更大影响。

2. 研究内容和预期目标

本课题以110kv输电线路继电保护为例，设计一种基于单片机的输电线路继电保护装置，利用交流电压和电流互感器检测电力系统电力信号，通过a/d转换器进行信号的变换，经由微处理器基于变换的方法计算电力系统的电力参数，通过相应的保护算法实现对输电线路的保护，主要实现输电线路的过流保护和欠压保护功能，并通过远程控制中心基于rs-485总线（或其他通信方式）将现场的输电线路参数传输给远程控制中心，实现输电线路的远程保护和监控。

研究内容一：了解和学习目前输电线路继电保护主要采用的保护原理，主要为三段式电流保护、欠压保护、距离保护、纵联差动保护。从理论和实际出发，选择合适的保护方案进行研究。

研究内容二：电流互感器、电压互感器、断路器是继电保护装置的主要组成部分，常采用电流互感器测量，通过电阻得知电压，确定互感器、断路器等等的型号、数量、排布的选择。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：基采用matlab软件开展电路输出特性的仿真分析，基于stm32单片机进行硬件电路设计，采用keil软件进行下位机程序代码编写。用220v的电路模拟高压，然后采用电流电压互感器转换成低电压，后把交流通过整流滤波变成直流并提出高频，中间用光电耦合器隔离，经过直流转换后经ad采集转换送入单片机处理分析，实现电力系统输电线路电流、电压、频率的采集、显示，采用傅里叶变换对信号特征进行仿真分析，观察系统的输出特性。

本课题的目标为实现面向智能电网输电线路继电保护装置设计，课题具体采用的方法及步骤如下：

步骤一：通过查阅文献与资料，了解智能电网中继电保护的发展现状，分析引起输电线路故障的原因，学习输电线路保护理论和保护装置相关的知识；

4. 参考文献

[1] 刘韵. 电力系统继电保护输电线路故障检测与研究[d].沈阳工业大学,2016.

[2] 邓琳. 输电线路继电保护动作行为仿真分析系统[d]. 湖南大学, 2012.

[3] 张保会,尹项根. 电力系统继电保护.第2版[m]. 中国电力出版社, 2010.

5. 计划与进度安排

（1）2022-03-01～2022-03-14查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；

（2）2022-03-15～2022-03-28结合总体架构，完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计；

（3）2022-03-29～2022-04-25设计系统硬件电路，编写系统软件程序；