关注丨新能源发展正催动继电保护发生深刻变革

继电保护是电网安全的第一道防线，近年来国内外大面积停电事故大多与继电保护不正确动作直接或间接相关。公开资料显示，2016年澳大利亚“9·28”、2019年英国“8·9”大停电事故，均由极端天气诱发新能源大规模脱网导致。

基于此，越来越多的国家重视继电保护在电网稳定运行中的作用，不断加大继电保护系统研究，更新换代继电保护装置，推动继电保护技术更加成熟可靠。然而，随着新能源大规模发展，电网形态发生深刻变化，传统继电保护技术面临新的挑战。

数据显示，今年6月，全国并网风电和太阳能发电合计装机11.8亿千瓦，首次超过煤电装机规模。截至2024年8月底，全国新能源装机占比已超过40%，据中国科学院预测，这一占比将在2060年超过80%。新能源主要通过电力电子装备并网，随着电力系统的电力电子化程度不断提高，在当前电网主配网、交直流、送受端耦合紧密的格局下，电力电子设备承受扰动冲击的能力差，故障传播速度快，影响范围广，局部单一元件继电保护异常就可能引发大面积停电、甚至频率失稳等严重后果。可以说，大电网安全更加依赖继电保护的可靠快速动作，也对继电保护技术提出新要求。

因此，“双碳”目标背景下，随着新能源占比逐渐提高，电网安全稳定运行的重要防线——继电保护，或将面临变革。

传统技术日臻成熟

作为电网“三道防线”的第一道防线，继电保护的重要职责就是确保在电网发生故障时能及时、准确地将故障切除，并将切除范围缩到最小，保障系统中无故障部分继续安全运行。在这个过程中，可靠性、选择性、速动性、灵敏性是关键。

然而大部分人对此并没有多少感知，这是因为继电保护只在电网发生故障或异常时才发挥作用，从而阻止故障进一步扩大，它可以说是电网安全稳定运行的“幕后英雄”。所以，就继电保护而言，“无感”也许是最好的褒奖。

迄今为止，世界上共发生过25次负荷损失不小于800万千瓦的重大停电事故。作为装机容量和电网规模世界第一的中国电网，能够保持较长时间的大电网安全运行记录正是依靠合理的电网架构配以合理的继电保护原则。

中国电网历来重视规范电网结构和继电保护。1981年全国电网稳定会议颁发的《电力系统安全稳定导则》（以下简称《导则》）经过多次完善运行至今。《导则》通过《避免线路过负荷连锁跳闸》等若干规定，为中国电网的安全运行设下了“三道防线”。自上世纪80年代起，全国统一使用全新的继电保护设备，实行“统一调度”，确保了防线的可靠性。

国网浙江电力现有继电保护及安全自动装置约16.8万台，为2007年4.9万台的3.4倍，规模急剧增长。近年来，国网浙江电力加快推进电网二次设备改造，220千伏及以上电网系统微机化率、双重化率、光纤化率实现100%，国产化率稳步提升，自主可控二次设备已全面推广应用。

浙江电网地处东南沿海，台风、冰灾、雷暴等天气频发，继电保护时刻经历严峻考验。2023年浙江220千伏及以上保护动作934次，在华东区域处于高位。国网浙江电力加强继电保护整定运行管理，持续提升运行水平，在迎峰度夏、防冰抗台风等各项大战大考中连战连捷，主电网故障快速切除率为100%，继电保护正确动作率长期保持100%。

何以需要变革？

基于过去数十年的实践，传统电网中继电保护的基本原理和配置技术已经相当成熟，但情况正在急剧变化。数据显示，截至2024年11月底，浙江风电、光伏装机达到5308万千瓦，已超过全省电力总装机的三成，光伏中分布式光伏的占比超过八成。其对电网的诸多影响正日益凸显，也愈发“避无可避”。

可以说，当前电网的电源特性、电源结构以及网架结构发生了根本性转变，配电网有源化程度快速上升，三道防线之间界限越来越不清晰，安全稳定控制、设置安全防线的难度正在加大。

传统基于工频量的继电保护认为故障瞬间电网电源电压、短路阻抗维持恒定，而电力电子器件控制方式和拓扑结构的快速调节，新能源电源运行结构和控制策略的快速变化，都将使得故障瞬间电力系统电源和短路路径发生瞬时改变。在暂态电气量易发生瞬变、畸变的情况下，现有继电保护基础原理将难以完全适应。

传统的配电网特点是单电源供电，供电网络呈辐射型结构，电网中的所有电气设计，包括继电保护的配置均是基于单电源进行的。而由于分布式光伏、储能以及新型负荷的大量接入，当前配电网正逐步向“配电系统”转变。这种变化将影响传统配电网中的短路电流分布，从而影响继电保护的选择性和灵敏性。比如可能出现新能源侧短路电流受限导致差动保护灵敏度下降、电压相位受控突变导致方向元件失效、分布式电源的助增效应导致三段过流保护失配、负荷侧“含源量”上升导致低频减载欠切风险增加等问题。

如果电力系统仍按照常规方式配置继电保护，可以预见的是，未来传统继电保护原理将逐渐开始出现适应性问题，继电保护误动或拒动将成为常态，导致传统继电保护原理无法完全满足新型电力系统的发展需要。在能源转型浪潮下，新型电力系统建设势不可挡，关于继电保护的变革亦势在必行。

革新之路在何方？

随着新型电力系统建设的持续深入推进，关于继电保护的技术革新也随之进行。

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。比如，针对高比例新能源接入的配电网，通过设置继电保护装置的方向，一定程度上避免了新能源倒送电流导致继电保护误动作的可能。

“随着新型电力系统建设进程的加深，如果只对传统基于工频分量的保护原理进行改进，恐怕将无法完全适应复杂的故障特征。”国网衢州供电公司电力调度控制中心继电保护室主管戚碧云说道。

如何让继电保护更好适应新型电力系统？浙江的应对思路主要有三个方面。

首先，加快“三道防线”适应提升。全面开展存量继电保护适应分析，并对继电保护整定、配置进行针对性补强，推进继电保护新原理新设备落地应用。强化宽频振荡监测部署与振荡机理研究，支撑振荡快速溯源、阻断。提升新型可控设备调控能力，“以调代切”增强第二道防线稳定支撑能力。强化现有频率控制防线，加快第三道防线监视功能部署，前移低频减载配置，实现可切量滚动增补与“切荷留源”。

其次，加强设备本质安全提升。有序推进老旧设备改造，统筹未来三年停电需求，滚动更新老旧继电保护三年规划，采取差异化改造方案，全面提升改造质效。加大资金倾斜力度，加强工程项目全流程管控与现场作业风险管控，力争2027年底前实现220千伏及以上老旧继电保护清零。同时，按照“积极稳妥、能用尽用”原则推进自主可控二次设备规模化应用。

再次，加强有源配电网继电保护管控。坚持主、配电网同质化管理的原则，健全配电网继电保护专业管理，制定配电网继电保护技术应用原则，强化入网检测和动作评价。制定有源配电网整定方案，强化主、配电网继电保护定值配合。强化配电网整定计算技术支持系统建设，试点应用定值自动整定、远程下装、在线校核功能。建设新型配电网保护示范点，促进有源配电网三道防线新型配置体系和控制策略应用。

如在衢州，探索的脚步从未停歇。

近年来，国网衢州供电公司正着手研究高比例源荷储接入的配电网继电保护与控制关键技术，重点研究高比例分布式光伏、储能、可控负荷等电力电子设备的运行特性及其在系统故障后初始暂态阶段、控制响应暂态阶段和稳态阶段的响应特性精确解析计算方法。

好消息是，此次研发的适用于高比例源荷储接入的配电网继电保护装置样机将于近期挂网试点，该装置旨在验证高比例源荷储接入的配电网发生故障时保护与控制高效协同的技术，确保继电保护的选择性和灵敏性，探索将故障隔离在最小范围的可能，从而保障新型配电网的安全稳定运行。

今年以来，国网衢州供电公司将老旧继电保护改造三年规划纳入六年检修规划中，统筹变电站一停多用，加快推进老旧继电保护改造，提升继电保护设备本质安全水平，确保继电保护设备以最佳状态保护电网安全稳定运行。

同时，国网衢州供电公司已建成全省首个山区全电压全电磁数字实时仿真实验室，将重点针对衢州电网高比例光伏渗透现状，开展电网稳定管理相关研究，为探索衢州电网继电保护最优方案提供仿真技术平台。

但继电保护的革新之路并非坦途，还有许多现实问题摆在面前。

比如，当前基于故障暂态电气量频域特征的继电保护、控制与保护协同技术、人工智能算法在继电保护的应用相关研究仍处于起步阶段，所以要研制出适用于新型电力系统的继电保护新装置并非易事，仍有诸多技术难关亟需攻克。

比如，受停电窗口、人员承载力等多因素叠加影响，目前公司系统老旧继电保护问题仍然突出，甚至已经显现出装置性能下降等现实影响，老旧继电保护的改造工作仍需加大力度。

再比如，电网稳定管理对仿真建模和计算的要求很高，模型不准、计算不快、精度不高的问题仍然存在，省市一体仿真平台尚未建立，电磁暂态仿真建模工作还未实现标准化和流程化管理，相关专业核心队伍建设亟待加强。

……

2024年10月17日，国家电网有限公司召开电网稳定工作会议暨2024年四季度工作会议，明确要健全电网稳定管理体系，确保新型电力系统安全稳定运行，以高水平安全保障高质量发展，全力服务经济社会平稳运行。

“安全稳定”将始终是电网发展的主旋律。而安全稳定的“幕后英雄”——继电保护始终是关键一环。

当下，新能源发展始终保持超预期的速度，新型电力系统建设步伐势必加快。如何让继电保护成为新型电力系统的“安全稳定之钥”，而绝不成为新型电力系统的“阿喀琉斯之踵”，是眼下必须未雨绸缪的事情。

供稿 衢州公司 陈运鹏