引言

电气自动化通过各种传感器和控制器等装置实现对整个系统的实时监控以及精确调节；而继电保护是在电力系统出现异常情况时迅速切除故障部分以避免事故进一步蔓延。二者的技术目的是一致的，都是为了确保电力系统的稳定可靠运行，因此它们之间存在着一种内在的一致性有利于两者的融合研究。将电气自动化的良好调控能力与继电保护的良好响应速度结合起来可以形成更加智能化、可靠的电力系统运行保障机制，所以进行两者融合的研究是有必要的。

1电力系统自动化含义

电力系统自动化是通过智能装置、计算机系统以及通信网络实现对电力生产、传输和配送全过程的实时监控、自主决策与闭环控制的技术体系，其本质在于构建一套感知、分析与执行相统一的智能神经网。在运行层面可以进行数据感知，依托远程终端单元、同步向量测量装置和智能电表等终端设备，通过毫米级采集全网电压、电流、频率和开关状态等运行参数;可以进行智能决策，调度中心能量管理系统基于拓扑分析、状态估计和潮流计算等算法自动生成发电计划、网架重构方案或故障隔离指令;可快速执行，继电保护装置在20ms内切断故障线路，馈线自动化系统在秒级完成故障定位、隔离与非故障区恢复供电。在场景延伸方面从传统电网SCADA监控扩展到新能源场站群控、配网自愈，以及用户侧需求响应如自动调节智能空调负荷等新型应用。

2继电保护的技术特征与核心目标

继电保护是当电力系统发生故障或异常运行状态时，能够自动、迅速、有选择性地切除故障元件，或发出报警信号的技术装置与系统的总称。其技术特征体现为快速性、选择性、灵敏性与可靠性。快速性要求继电保护装置在故障发生后迅速动作，缩短故障持续时间，减少故障对设备的损坏与对系统的影响；选择性要求保护装置仅切除故障元件，避免非故障区域停电，保障系统其他部分正常运行；灵敏性要求保护装置能够准确识别最小故障信号，避免漏判；可靠性要求保护装置在正常运行时不误动，在故障发生时不拒动。继电保护的核心目标是保障电力系统安全稳定运行，以故障隔离、故障切除实现对系统设备的保护，降低故障损失，维持系统供电连续性。

3电力系统自动化和继电保护技术的协同应用与优化

3.1统一数据采集与传输技术

统一化的数据采集与传输技术是实现电气自动化与继电保护融合的前提条件，在此之上还需建立一个“全方位、精准、高效、稳定”的数据采集传输系统框架。从数据采集的角度来看，使用智能化传感器代替传统的单一式采集器来获取整个电力系统的各个部分的工作状态信息等；这些传感器的精度等级为0.2级，响应时间小于等于10毫秒，抗干扰性能符合GB/T14598.14-2017的要求，可以满足电气自动化的实时监控以及继电保护快速发现故障信号的需求。而在数据传输方面，则是以工业以太网及光纤通讯为基础构建专用的数据通道，利用5G通信的大带宽（≥100Mbps）、低时延（≤10ms）的特点保证了数据能够及时送达，其中光纤传输误码率≤10⁻⁹，保障了数据传递的正确性与时效性。

3.2智能故障诊断与决策技术

智能型故障诊断及决策技术是融合系统主要组成部分，它打破了传统的继电保护依靠固定的定值来判断故障的方式，在此基础上引入了电气自动化的分析能力，从而实现了对故障的精确判定以及合理的处置。该技术是以人工智能算法为基础，利用机器学习、神经网络等方法，针对电力系统的正常运行状态和故障状态下大量的数据进行训练得到一个故障诊断模型，在系统运行过程中，融合系统会把实时采集到的各种参数送入到这个模型中去进行比对分析，快速地做出是否发生故障及其类型、部位等方面的判断。相比于传统的继电保护而言，智能化的故障诊断技术对于故障的识别准确率可以达到99.2%及以上，能够很好地避免由于系统运行方式的变化或者干扰信号而引起的误动作、拒动作的情况出现，误动次数小于0.03次每年。并且基于电气自动化系统的全局综合分析能力，在完成故障识别之后还会自动生成相应的最优解决方案供继电保护的动作执行以及系统的恢复参考。

3.3协同控制与保护执行技术

协同控制及保护执行技术实现了自动调节与继电保护一体化，主要是建立一个统一的控制中心，把两个系统的调节以及执行部分进行合并。在系统运行良好情况下，由控制中心根据自动化系统采集的信息准确地调节发电机有功功率、变压器分接头位置等设备使整个电网处于最佳状态；当出现异常情况时，智能诊断单元检测到故障立即通知控制中心发出指令让继电器保护动作，动作时间小于等于20ms快速隔离故障区防止事故蔓延；切除故障之后，控制中心利用自动化的全局分析功能改变运行方式尽快恢复非故障区域供电，恢复供电的时间比传统的模式减少60%以上。该监控-调节-保护-恢复的一体化模式大大提高了系统的安全性和响应速度。

3.4信息安全防护技术

由于融合系统对于信息的高度依赖性，因此信息安全防护至关重要，在防护体系中有三个方面的内容：数据安全采用AES-256加密算法、异地备份及实时恢复技术保证采集传输的数据不被篡改、泄露或者丢失，恢复时间小于等于30分钟；网络安全利用防火墙以及入侵检测系统（IDS）形成一道防线来阻止非法访问和网络攻击的发生，拦截率达到99.5%以上；设备安全采取密钥认证以及分级权限控制的方式避免智能化传感器设备以及控制器受到恶意操控，权限认证成功率是100%，另外还设置了安全监控以及应急响应措施及时发现隐患并且迅速处理，全面保护融合系统的安全性。

3.5共性技术支撑二者实现深度融合

计算机、通信等共性技术为二者深度融合提供支撑，实现硬件与软件的一体化设计。在硬件上，基于嵌入式处理器的综合自动化装置成为主流，可同时实现数据采集等自动化功能与故障保护动作，减少设备冗余。在软件上，IEC61850等统一标准的应用，使二者基于相同信息模型传输数据，破除信息“孤岛”。云计算与大数据技术进一步推动数据共享，自动化系统的全域运行数据支撑继电保护智能决策，继电保护的故障数据反哺自动化系统运行优化，形成协同运作体系。

结束语

电气自动化与继电保护相结合的发展趋势是电力系统技术进步的必然方向，在技术目标、信息资源共享和技术特征上具有内在一致性，为二者结合奠定了良好基础。通过统一的数据采集及传输、智能化故障分析判断、联合调控以及联动保护动作等一系列关键技术的应用研究，结合后的系统实现了“监测-分析-控制-保护”的闭环联动方式，有效提高了电力系统的可靠性以及对事故的响应速度。

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