随着城市规模的不断扩大，城市能源消耗随之提升。为实现“碳达峰、碳中和”目标，大型城市电网必须加快新型电力系统建设。
来源：北极星电力网 作者：晋龙兴（深圳市供电局）
目前，大型城市电网新型电力系统建设主要面临如下局面：1）能源结构改变，超高压换流站落点不断增加，分布式电源比例不断提升，形成复杂的高比例电力电子交直流混合受端电网；2）交通电气化程度越来越高，轨道交通逐渐成为主要的交通能源介质，城市电网杂散电流显著增加；3）电网弹性降低，电网故障可能导致停电范围扩大。这些电网运行新形态对传统继电保护的原理和智能化水平都提出了严峻挑战，需要研究新型继电保护技术，保障电网安全稳定运行和可靠供电。
大型城市电网继电保护面临的挑战主要包括以下3个方面：
缺乏电网实测数据来验证电网运行新形态对继电保护的影响。目前，学术界已开展大量的新型电力系统仿真研究，基于仿真数据分析谐波、直流偏磁等对继电保护的影响。电网是高度复杂的实时运行系统，难以用仿真模型对其精准刻画，需要实测数量来验证仿真是否有效。由于缺乏有效采集实际数据的技术手段，超高压换流站周边的谐波潮流和直流偏磁、轨道交通产生的杂散电流、STATCOM装置的故障穿越电流、分布式能源并网故障电流等电网运行新特性数据无法在变电站内实现集中准确采集。
缺乏在轨道交通杂散电流、分布式能源接入电网情形下对继电保护动作行为影响的定量分析。目前，轨道交通杂散电流和分布式能源规模还较小，对继电保护的影响可忽略。但随着地铁建设加快和虚拟电厂大规模推广，若不分析清楚其对继电保护产生的定量影响，无法保证继电保护灵敏性和快速性的要求。
缺乏能够提升继电保护隐患主动预警水平的智能化继电保护技术。目前，继电保护装置及主子站系统数字化水平已有较大提升，可以做到运维人员发现已出现的继电保护装置缺陷，即能满足事中处置的要求。但在电网弹性降低的形势下，我们更需要继电保护具备隐患预测能力，运维人员可以提前发现继电保护装置缺陷并及时处置，防止电网故障和继电保护装置异常同时发生导致的大面积停电事件。
针对以上难题，有以下解决对策：
研究基于智能录波器的电网新特性集中监测技术和边缘计算技术，突破宽频监测、自适应启动、多事件联动分析等技术难点，实现各项电网运行新特性实时采集和分析。
研究轨道交通杂散电流和分布式能源对继电保护的影响，突破杂散电流谐波源建模、杂散电流分布和隔直装置交互影响、分布式电源的整定计算模型和含分布式电源的电网整定计算方法等技术难点，实现对继电保护动作行为的定量影响分析。
研究继电保护数字孪生技术，突破二次系统多维建模、自动成图、小微传感器集成、基于概率图模型的预测算法等技术难点，实现继电保护装置隐患提前预警。
目前，深圳供电局在以上研究方面已取得初步成效。例如，500kV鹏城站实现谐波潮流、STATCOM故障穿越电流监视实时集中监测；基于深圳电网实际模型，完成地铁杂散电流对距离保护的定量分析研究，完成含分布式电源的110kV高压电网中性点接地方案研究；提出全国首个双向互动的数字孪生二次系统示范站建设方案。后续，深圳电网将持续推进继电保护新技术研究，为大型城市电网新型电力系统建设提供样本。