具体描述
本书《电力系统继电保护技术》课程，为高等学校“电气工程及其自动化”专业继续教育(函授)专升本系列教材之一。
本书除了在绪论中对全书必须用到的从常规保护到微机保护中最基本的概念、最基本的原理等进行了叙述外，从第二章至第九章的内容对包括从输配电线路各种保护、自动重合闸到同步发电机、电动机、变压器、母线、电容器组等元件的各类短路及异常运行的保护原理、整定计算、逻辑设计等做了较详细的介绍和举例。书中内容尽可能地与继电保护相关规程接口，并结合适当的举例以加强其实践性。
本书可作为普通高等学校“电气工程及其自动化”专业方向函授本科教学的教材，也可作为电类学校和职业培训的参考教材，并可供从事继电保护技术工作的工程技术人员参考。
现代电力系统中的保护策略与应用 本书聚焦于现代电力系统运行的基石——保护技术。随着电力系统的规模不断扩大，结构日益复杂，故障的发生不仅会造成巨大的经济损失，更可能威胁到人身安全与社会稳定。因此，高效、可靠的保护系统是保障电力系统安全稳定运行的生命线。本书旨在系统阐述当前电力系统保护技术的研究现状、发展趋势，并深入探讨各种保护策略在实际工程中的应用。 第一章 现代电力系统概览与保护需求分析 本章首先对当前世界范围内电力系统的发展趋势进行梳理，包括大规模可再生能源接入、特高压输电网络的扩展、直流输电技术的广泛应用以及智能电网的建设等。我们将分析这些新技术、新结构对传统保护策略提出的挑战，例如分布式电源的渗透导致故障电流方向和大小的变化，对传统的过流保护构成威胁；大容量、高电压等级的输电线路以及交联电缆的应用，使得故障类型更加多样化，对保护的灵敏度和选择性提出了更高要求；柔性交流输电系统（FACTS）和高压直流输电（HVDC）等先进技术的引入，使得系统动态特性更加复杂，对保护的实时性和自适应性提出了严峻考验。 在此基础上，我们将深入剖析电力系统发生故障时的典型现象，包括短路、接地、振荡、失步等，并详细阐述这些故障可能带来的严重后果，例如设备损坏、电网崩溃、大面积停电等。通过对典型故障场景的分析，旨在让读者深刻认识到实施精确、快速、可靠的保护措施的极端重要性，为后续章节的保护原理和技术介绍奠定坚实的基础。本章还将简要介绍电力系统保护的基本功能，包括故障检测、故障隔离、非故障部分的正常运行保障以及系统恢复等，从而为读者构建一个完整的保护系统框架认知。 第二章 传统保护技术原理与局限性 本章将回顾并深入讲解电力系统中广泛应用的传统保护技术，并对其内在的局限性进行客观评价。我们将重点介绍以下几种经典的保护方式： 过流保护 (Overcurrent Protection): 详细阐述其工作原理，包括时间-电流特性曲线的设定、瞬时过流保护、定时限过流保护和反时限过流保护的优缺点。我们将通过实际算例，分析其在简单网络中的应用，并着重探讨其在复杂电网中由于故障电流方向不确定、故障电流大小受系统运行方式影响较大等因素所导致的误动和拒动问题。 距离保护 (Distance Protection): 深入解析其基于故障阻抗原理的工作方式，介绍不同类型阻性元件（如欧姆、姆欧、安培）的特性，并分析其在输电线路保护中的优势。同时，我们将讨论其在接地故障保护中的适用性，以及在大容量、低阻抗系统的应用中可能出现的灵敏度不足等问题。 差动保护 (Differential Protection): 阐述其基于基尔霍夫电流定律的原理，详细介绍其在变压器、发电机、线路和母线保护中的应用。我们将分析零序差动、高次谐波闭锁等差动保护技术的改进，并探讨其在直流输电系统等特殊场景下的适用性及面临的挑战。 零序保护 (Zero-sequence Protection): 讲解其原理，以及在单相接地故障保护中的作用。我们将讨论零序电流互感器（ZCT）的选择与安装，并分析其在不同接地方式系统中的应用效果。 在介绍这些传统保护技术的同时，本章将重点分析它们在现代电力系统中所面临的挑战。例如，分布式发电的接入导致故障电流的来源多样化，使得传统的基于故障电流大小的判断方法失效；高阻抗接地故障的检测难度；故障暂态过程的复杂性对保护的实时性要求；以及系统互联程度的提高导致故障传播范围扩大，对保护的选择性提出了更高要求。通过对比分析，为读者理解和掌握更先进的保护技术打下基础。 第三章 现代电力系统保护新理论与新方法 本章将聚焦于近年来在电力系统保护领域取得突破性进展的新理论和新方法，重点介绍能够适应现代电力系统特点的先进保护技术。 故障定位技术 (Fault Location Techniques): 详细介绍基于行波的故障定位原理，分析其在高压大长度输电线路上的应用优势，包括高精度和不受系统参数变化影响的特点。同时，还将探讨基于电阻和电抗参数计算的传统故障定位方法及其改进，并结合实际工程案例分析不同方法的优劣。 故障诊断与辨识技术 (Fault Diagnosis and Identification): 深入研究基于人工智能（AI）和机器学习（ML）的故障诊断方法，例如支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）、决策树等在故障类型、故障性质（如接地、短路、接地短路）的辨识中的应用。我们将分析如何提取故障特征量，并利用这些特征进行模型训练和故障识别，以实现更精确的故障类型判断，从而为保护装置提供更准确的决策依据。 小波变换在故障分析中的应用 (Wavelet Transform in Fault Analysis): 阐述小波变换的原理，以及其在提取故障信号中的瞬态特征方面的优势，例如用于故障暂态分量（如瞬态高频分量）的提取，以提高保护的灵敏度和抗干扰能力。我们将分析小波变换在故障检测、故障类型识别以及故障定位等方面的应用案例。 相量测量单元 (PMU) 与全电力系统同步监测 (Phasor Measurement Units (PMU) and Wide-Area Synchronous Monitoring): 深入介绍PMU的技术原理，以及其在实时获取系统相量信息方面的关键作用。我们将阐述如何利用PMU数据构建全电力系统同步监测网络，以实现对系统运行状态的实时感知，并在此基础上发展面向整个电力系统的分布式保护和控制策略，从而提高系统的整体鲁棒性和抗扰能力。 第四章 保护装置的硬件设计与软件实现 本章将从工程实践的角度，深入探讨现代保护装置的硬件设计原理与软件实现技术。 采样与量化技术 (Sampling and Quantization Technologies): 详细介绍模拟信号到数字信号的转换过程，包括采样定理、采样频率的选择、量化误差的分析与抑制。我们将讨论不同类型的模数转换器（ADC）的性能特点及其在保护装置中的应用。 数字信号处理 (Digital Signal Processing - DSP): 重点介绍数字信号处理器（DSP）在保护装置中的核心作用，包括其强大的运算能力和高效率。我们将阐述常用的数字滤波算法（如Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器）在去除噪声、提取有用信号方面的应用，以及傅里叶变换（FFT）和离散余弦变换（DCT）等在频率分析和故障特征提取中的作用。 通信技术在保护系统中的应用 (Communication Technologies in Protection Systems): 阐述IEC 61850标准在智能变电站通信中的重要性，包括其面向对象的数据模型、网络模型和通信协议。我们将讨论基于IEC 60870-5-101/104、DNP3等通信协议在保护信息交换、远程监控和控制方面的应用，以及光纤通信、无线通信等在提高通信速率和可靠性方面的优势。 微机保护装置的结构与功能 (Microprocessor-based Relays - Structure and Functions): 详细介绍微机保护装置的硬件组成（CPU、存储器、输入输出接口、电源模块等）和软件体系结构。我们将讲解主控程序、功能模块、人机接口等各部分的协同工作方式，并分析如何通过软件配置实现多种保护功能的集成和灵活调整。 第五章 特殊电力系统保护技术 本章将针对不同类型的特殊电力系统，介绍其独特的保护需求和相应的保护技术。 新能源发电系统保护 (Protection of Renewable Energy Generation Systems): 重点关注风力发电和光伏发电系统接入对电网保护的影响。我们将分析其固有的波动性和间歇性特点，以及对传统保护配置的影响。详细介绍针对风力发电机组和光伏电站的过电压、欠电压、频率偏差、谐波等保护措施，以及如何与电网保护协调配合。 高压直流输电（HVDC）保护 (Protection of High Voltage Direct Current (HVDC) Transmission): 阐述HVDC系统特有的故障类型，如直流线路接地、极间短路等，以及其对系统稳定性的影响。我们将介绍适用于HVDC换流站的保护策略，包括阀控保护、直流线路保护、直流滤波器保护等，以及不同类型HVDC（如LCC-HVDC和VSC-HVDC）的保护差异。 柔性交流输电系统（FACTS）保护 (Protection of Flexible AC Transmission Systems (FACTS)): 分析FACTS装置（如SVC、STATCOM、TCSC）在电力系统中扮演的角色，以及其动态特性对电网保护的影响。我们将讲解FACTS装置自身的保护要求，以及如何确保FACTS装置的投入和退出不会对电网的保护造成不利影响，从而保障电网的稳定运行。 第六章 保护系统的协调与可靠性分析 本章将从系统整体的角度，探讨保护系统的协调性、可靠性以及维护策略。 保护的协调配合原则 (Principles of Protection Coordination): 深入讲解保护协调的必要性，即如何避免保护误动和拒动。我们将分析不同类型保护（如过流保护、距离保护、差动保护）之间的协调配合关系，并介绍定值整定（如整定值、时限）的原则与方法。 保护系统的可靠性评估 (Reliability Assessment of Protection Systems): 介绍评估保护系统可靠性的常用方法，如故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）等。我们将分析影响保护系统可靠性的主要因素，例如保护装置的故障率、通信系统的可靠性、维护水平等，并提出提高保护系统可靠性的建议。 保护系统的维护与试验 (Maintenance and Testing of Protection Systems): 详细阐述保护装置的日常维护、定期试验和故障诊断的重要性。我们将介绍常用的保护装置测试方法，如二次回路校验、现场带电测试等，并分析如何通过有效的维护和试验，确保保护系统的长期稳定可靠运行。 第七章 智能电网背景下的保护技术发展趋势 本章将展望智能电网环境下电力系统保护技术的发展方向，为读者提供前瞻性的指导。 分布式保护与控制 (Distributed Protection and Control): 探讨在智能电网环境下，如何将保护和控制功能下沉到配电网甚至用户侧，以实现对分布式能源的有效接入和就地消纳。我们将介绍基于微电网的保护策略，以及如何实现微电网与主电网之间的协调保护。 状态估计与自愈控制 (State Estimation and Self-healing Control): 阐述如何利用大量的实时监测数据，通过状态估计技术全面掌握电网的运行状态，并基于此发展电网的自愈控制能力，即在发生故障时，系统能够自主地进行故障隔离、恢复供电以及优化运行等操作，从而最大限度地减少停电范围和时间。 大数据与人工智能在保护中的深化应用 (Deep Application of Big Data and AI in Protection): 展望大数据分析和人工智能技术在故障预测、异常行为检测、系统优化等方面的更深层次应用。例如，利用历史故障数据训练更鲁棒的故障辨识模型，通过实时数据分析预测潜在的系统风险，从而实现更主动、更智能的保护。 信息安全在保护系统中的重要性 (Importance of Information Security in Protection Systems): 强调在高度信息化的智能电网中，保护系统的网络安全至关重要。我们将讨论潜在的网络攻击威胁，以及如何通过加密、认证、入侵检测等技术，构建安全可靠的保护通信网络，确保保护系统的正常运行。 本书旨在为电力系统工程师、科研人员、高校师生提供一本内容翔实、观点前沿的参考书。通过对现代电力系统保护技术的全面梳理和深入分析，希望能帮助读者更好地理解和掌握保护技术在保障电力系统安全稳定运行中的关键作用，并为推动未来电力系统保护技术的创新与发展贡献一份力量。
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