电力系统保护控制一体化技术路径与智能化发展趋势研究

引言

随着“西电东送”“北电南供”战略的实施，我国电网已成为全球能源资源配置能力最强、新能源装机规模最大的复杂大电网。高比例、高密度的可再生能源接入，导致电力系统需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现能量的供需平衡，电力系统结构、运行控制方式更为复杂，源、网、荷之间的协调控制成为常态。传统的分散式保护与控制模式在复杂环境下暴露出响应滞后、协调不足等问题，已难以适应新型电力系统的稳定性与灵活性要求。为此，推进保护控制一体化，借助先进的信息通信技术与智能化手段，实现多维度、多层次的实时感知与智能决策，成为提升电网安全性和优化运行效率的关键方向，具有重要的理论与实践意义。

一、电力系统保护控制一体化的内涵

一体化的电力系统保护控制就是在集成的信息管理系统和操作的基础上对保护功能和控制功能进行深度融合和同步运作。其中保护的核心是针对电气设备异常工况的识别以及异常情况下的故障隔离，而控制的功能包括电压控制、无功控制以及调频等等。传统模式下保护功能和控制功能各自独立运行，造成了信息封闭、效率低下以及资源浪费等不良后果，不能适应当前电力电网愈发复杂的工作需求。借助物联网上网、大数据、人工智能等新型信息技术手段，在实践中实现保护控制一体化，有助于推动电力系统向更高智能化水平以及自适应能力方向迈进，有助于保证系统的安全性和经济性。

二、电力系统保护控制一体化的技术路径

（一）分层分区一体化技术路径

分层分区一体化技术是为使得保护控制更加合理提高其可控性，可以结合空间大小及功能位置进行分类，建立分布式自主和全局协同的保护控制系统。一般每一个变电站站点会设置站点级保护控制单元，整个分区会设置分区级保护控制中心，有总控中心，这就形成了分级的分布式协调结构。在各个环节的联动中主要靠信息的相互交换及协调控制，使得在最底层互相保护自愈的能力加强并提高整体系统的抵御能力。如在深圳某大型城市配网改造项目中应用分层分区一体化系统，使得当某局部区域发生故障时，快速切除区域，且整体协调恢复，故障处置时间能降低 30% ，极大地增加了供电稳定性和电网的稳定性，为城市智能电网建设提供了示范。

（二）通信与信息融合技术路径

通信与信息融合技术是实现保护与控制一体化的核心技术之一。通过建设高效可靠的智能通信网络，实现保护与控制系统之间的信息实时互通与共享，从而解决传统的保护、监测、控制信息壁垒。应用光缆通讯、5G技术、边缘计算等技术，将电力系统实现海量、低时间延迟的数据交互，增强电力系统感知与反应能力。如国网江苏电力一个特高压直流输电工程，就使用了全部光缆通讯网络与现场终端通信集成的方式，达到线路故障信息、调度指令信息和当前工况同步的信息交互，强化线路潮流稳定运输与控制准确度，将保护与控制系统信息实现无缝互联，全力支撑大规模电网安全稳定运行。

（三）设备智能化与协同控制技术路径

设备智能化与协同控制是推动保护控制一体化迈向高级阶段的重要方向。智能化、自我感应、自主决策和独立作业的设备能够提升整体控制的准确性和稳定性，通过协同从而发挥更好的作用。例如，运用在新一代智能变电站当中的智能断路器、智能继电保护、智能调度终端等，在电网一次设备上增加避雷器在线监测、SF6 微水密度在线监测、铁芯 / 夹件接地电流在线监测、变压器局放在线监测、开关柜的局放及无线测温等智能化监测设备，实现设备层面上的实时监控和动态调整。比如南网珠三角地区智能变电站建设全面引入了智能设备和协调控制系统，当发生故障时可以瞬时自动完成故障识别、切除与负荷转移，不涉及人为因素，且其动作的反应时间可达 50 毫秒以内，大幅提升了供电网络的可靠度和恢复能力，彰显出设备智能化和协同控制对现代化供电网络的实用性。

三、电力系统保护控制智能化的发展趋势

（一）智能化技术在保护控制中的应用趋势

随着人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展，智能化技术在电力系统保护和控制领域的影响力还将持续扩大，不久的将来智能化技术将从辅助决策向自主控制转变，并利用深度学习、模式识别和专家系统准确掌握电力系统的各种复杂状态，从而迅速地做出决策。智能故障诊断系统可以根据已有的数据和实时的数据进行深入分析，预测可能发生的故障从而避免错误操作或拒绝执行的操作行为。智能巡检机器人、无人机巡检和智能监测仪也将继续扩大系统检测范围，提高运作监视的完整性和准确性。比如智能变压器的使用可以在线收集数据并自动地进行决策，有效减少故障查找和修复的时间，说明未来的保护控制很有可能会向着更具有自主性、智能性、高效性的趋势发展。加强电力系统的安全自动控制和继电保护不仅能够确保电力系统的安全稳定运行, 还有助于提高电气化水平。

（二）数据驱动与人工智能协同趋势

电力系统保护控制智能化离不开数据驱动与人工智能协同发展。通过大数据平台，电网各节点运行数据、设备状态数据、环境信息等得以实时采集与深度挖掘，为智能决策提供丰富支撑。人工智能技术在数据处理与模式识别上的优势，能够有效应对电力系统数据量大、维度高、变化快的特点，提升故障预警与自适应控制能力。未来，基于数据驱动的预测性维护、主动防护和全局优化控制将成为主流，进一步提升系统运行的安全性与经济性。

（三）电力系统综合自适应发展趋势

未来电力系统保护控制将朝着综合自适应方向发展，适应新能源大量接入、负荷波动频繁和运行环境多变的复杂局面。综合自适应系统能够根据系统实时状态变化，动态调整保护定值、控制策略和调度计划，实现高度灵活、智能的自适应运行。通过构建分布式协同控制网络，保护与控制功能在局部自治基础上实现全局协调，提升系统抗扰动能力与恢复能力。

结语：电力系统保护控制一体化是应对电网复杂化、智能化发展趋势的重要技术路径。通过分层分区一体化、通信与信息融合、设备智能化与协同控制等技术手段，提升了系统的可靠性、灵活性和智能化水平。未来，随着人工智能、大数据等新兴技术的深度应用，电力系统保护控制将更加智能、高效与自适应。实现保护与控制的深度融合，不仅有助于提高系统的故障预警与快速响应能力，也为构建安全、绿色、高效的智能电网奠定了坚实基础。继续深化技术创新与应用推广，将是电力系统高质量发展的必由之路。

参考文献：

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