智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)與研究

覃榮山

【摘要】伴隨用電需求量的日益提升，在配電網(wǎng)上的供電質(zhì)量也提出了更高的要求。所以，在電力系統(tǒng)的發(fā)展當(dāng)中，智能化就是配電網(wǎng)的必然趨勢(shì)。從智能配電網(wǎng)上看，通過(guò)保護(hù)、控制電力系統(tǒng)，可及時(shí)處理好間歇性電源的不利影響，加快電力業(yè)發(fā)展的腳步。為此，本文從智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)出發(fā)，主要就保護(hù)控制展開(kāi)了研究，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】保護(hù)控制;智能配電網(wǎng);規(guī)劃設(shè)計(jì)

在當(dāng)今社會(huì)下，人類正面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的環(huán)境、能源、氣候問(wèn)題。在新世紀(jì)下，國(guó)內(nèi)外就“高效、低碳”經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)成廣泛的共識(shí)。作為二次能源最廣泛的供應(yīng)方式之一，電力在“高效、低碳”經(jīng)濟(jì)中起到了很重要的作用。其中的“智能電網(wǎng)”更是優(yōu)點(diǎn)眾多，如兼容、可靠、高效、優(yōu)質(zhì)、互動(dòng)等，并且逐步變成電網(wǎng)的新發(fā)展方向。但唯有加強(qiáng)保護(hù)控制，方才能提供給電力用戶真正可靠、安全、優(yōu)質(zhì)的供給服務(wù)。

一、智能配電網(wǎng)概述

在智能電網(wǎng)當(dāng)中，作為關(guān)鍵性的組成部分之一，智能配電網(wǎng)擁有很高效、可靠、靈活的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其中的通信網(wǎng)絡(luò)更是極為安全可靠，還可妥善處理在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行之中出現(xiàn)的故障，并達(dá)到現(xiàn)階段分布式高滲透率電源與接入儲(chǔ)能元件上的需要，從而充足供給用戶足夠的優(yōu)質(zhì)電量。在智能配電網(wǎng)上，主要存在以下的幾種特性：①高效、堅(jiān)強(qiáng)、靈活、科學(xué)的配電網(wǎng)絡(luò)，可靈活重新構(gòu)建、優(yōu)化、接納可再生能源、及時(shí)自愈等。②可兼容。通過(guò)集中、分散之類的儲(chǔ)能器，可兼容接入分布式電源，并統(tǒng)一控制好。③可自愈?？蛇B續(xù)不斷、實(shí)時(shí)在線地分析、評(píng)估安全能力，預(yù)警、預(yù)防控綜合能力強(qiáng)大，可自動(dòng)診斷、隔離故障及自我恢復(fù)系統(tǒng)。④可集成。在電網(wǎng)上，能高度集成、一起共享信息，統(tǒng)一規(guī)范平臺(tái)及模型，提升管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精益化水平。同時(shí)還可以通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)，來(lái)集中采集、輸入輸出、集中遠(yuǎn)程控制信息并聯(lián)動(dòng)等。⑤可實(shí)現(xiàn)故障定位。在智能配電網(wǎng)中，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、檢測(cè)故障，并及時(shí)響應(yīng)、定位故障，來(lái)避免大面積停電，又或針對(duì)嚴(yán)重事故，自動(dòng)定位并重構(gòu)、修復(fù)。

二、在智能配電網(wǎng)中設(shè)計(jì)保護(hù)控制

按照智能配電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電網(wǎng)運(yùn)行目標(biāo)可知，自愈能力屬于智能配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制必備的一種功能。其中自愈主要是指自我預(yù)防與恢復(fù)方面的能力，具體涉及以下方面：

一方面，預(yù)防控制作為主要控制方法之一，可第一時(shí)間診斷、找出、解決故障隱患。另一方面，基于故障條件，保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)一步運(yùn)行的綜合能力，在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，不引起巨大損失，可通過(guò)自治修復(fù)基礎(chǔ)功能，快速修復(fù)故障、及時(shí)恢復(fù)正常供電。針對(duì)智能配電網(wǎng)，以自愈為最關(guān)鍵特點(diǎn)。一般而言，智能配電網(wǎng)還有自愈電網(wǎng)這種說(shuō)法。就微網(wǎng)基礎(chǔ)下的智能配電網(wǎng)，在分布式電源中，均有配備控制器。尤其是通過(guò)逆變型電力電子電源接口，還可進(jìn)一步提升分布式電源整體運(yùn)行的智能化水平?；诒镜匦畔?，還可控制好輸出電壓與頻率，并在相當(dāng)大的程度上，改善微電網(wǎng)的供電整體質(zhì)量。此外，從微電網(wǎng)角度上看，也需基于保護(hù)控制體系，來(lái)緊密監(jiān)測(cè)分布式電源實(shí)際的有無(wú)功輸出。在這個(gè)過(guò)程中，還需直接控制好分布式電源和負(fù)荷，進(jìn)而最優(yōu)化微、配電網(wǎng)的日常孤島或并網(wǎng)運(yùn)作模式。但卻還會(huì)牽涉到孤島運(yùn)行下微、配電網(wǎng)的并網(wǎng)專業(yè)技術(shù)與同步控制等。

三、智能配電網(wǎng)繼電保護(hù)控制研究

1、智能配電網(wǎng)判據(jù)保護(hù)控制的有效方式

判據(jù)的具體方式：|M+N節(jié)點(diǎn)下的電流向量|-電網(wǎng)制動(dòng)系數(shù)|M-N節(jié)點(diǎn)下的電流向量|≥定值門檻差動(dòng)。|M+N節(jié)點(diǎn)下的電流向量|≥定值差動(dòng)門檻。在以上判據(jù)方式內(nèi)，存在差動(dòng)定值門檻的參照值。

在M→N節(jié)點(diǎn)線路上，避讓整合電容電流和電流不平衡的參數(shù)信息。而針對(duì)改進(jìn)之后保護(hù)電流差動(dòng)的要求，需要指定正向延伸電流方向，并根據(jù)整個(gè)電源系統(tǒng)線路末端指向的方向來(lái)最終確定判定。根據(jù)延伸電流的方向，則可定義電源系統(tǒng)間隔較短距離的開(kāi)關(guān)為上游開(kāi)關(guān)，定義電源系統(tǒng)間隔較長(zhǎng)距離的開(kāi)關(guān)為下游開(kāi)關(guān)。值得注意的是：在以上劃分方式下，也有部分無(wú)下游開(kāi)關(guān)之類的開(kāi)關(guān)，可定義成專門的邊界開(kāi)關(guān)。這些就是在配電網(wǎng)的整體保護(hù)控制中，應(yīng)著重注意的一大問(wèn)題。總體上看，就邊界開(kāi)關(guān)、上/下游開(kāi)關(guān)，在具體的保護(hù)環(huán)節(jié)，需要采取有差異的判據(jù)方式。

針對(duì)繼電保護(hù)，一般會(huì)選擇速斷電流的保護(hù)模式，總的判據(jù)：短路實(shí)際電流≥啟動(dòng)保護(hù)電流=可靠性保護(hù)系數(shù)×運(yùn)行最小態(tài)中末端保護(hù)線路處短路故障下的兩相電流。針對(duì)繼電保護(hù)，需要選擇結(jié)合速斷電流保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的方式，所以在判據(jù)方式上也有一定程度的差異。一方面，針對(duì)速斷電流保護(hù)判據(jù)，判據(jù)方式：短路中實(shí)際電流≥啟動(dòng)保護(hù)電流=安全可靠系數(shù)×運(yùn)行態(tài)最大下末端保護(hù)線路處短路故障下的三相電流。另一方面，針對(duì)差動(dòng)電流保護(hù)判據(jù)，判據(jù)方式： m開(kāi)關(guān)電流相量-以m開(kāi)關(guān)下游序列量為上界，從序列n值一直到上界標(biāo)準(zhǔn)要求×m開(kāi)關(guān)下游序列n開(kāi)關(guān)下的電流相量≥定值門檻差動(dòng)。

2、智能配電網(wǎng)選取繼電保護(hù)控制的方式

從現(xiàn)代意義上看，伴隨配電網(wǎng)光纖化的不斷進(jìn)步、智能化轉(zhuǎn)型的推廣應(yīng)用，在智能配電網(wǎng)上，就繼電保護(hù)，一般選取的是差動(dòng)保護(hù)電流位置。但需要注意的是：從傳統(tǒng)意義上講，就差動(dòng)電流保護(hù)，為了充分發(fā)揮智能配電網(wǎng)上的整體繼電保護(hù)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)，則應(yīng)在各線路段的兩側(cè)，都配備可單獨(dú)運(yùn)行的斷路器和電流互感器。但該舉措在相當(dāng)大的程度上，進(jìn)一步大幅提升了智能配電網(wǎng)的總成本。所以，當(dāng)前就智能配電網(wǎng)，針對(duì)日常的保護(hù)控制，需要著重注意在改進(jìn)電流差動(dòng)傳統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上。此外，在電阻很高的接地故障下，常常會(huì)嚴(yán)重阻滯智能配電網(wǎng)正常發(fā)揮差動(dòng)保護(hù)功能，而觸發(fā)很顯著的拒動(dòng)動(dòng)作。此外，在智能配電網(wǎng)上，使用電流差動(dòng)這種繼電保護(hù)中，往往會(huì)顯著提升傳輸通道下的傳輸保護(hù)數(shù)據(jù)的困難度。尤其是針對(duì)智能配電網(wǎng)內(nèi)部的長(zhǎng)電力線路，盡管電流速斷已經(jīng)將響應(yīng)保護(hù)動(dòng)作的速度上升至最高水平，卻還是很難妥善處理好網(wǎng)絡(luò)不暢通造成的保護(hù)時(shí)延不足。所以，面對(duì)智能配電網(wǎng)，創(chuàng)建的保護(hù)控制，需要充分融合、靈活運(yùn)用電流差動(dòng)基礎(chǔ)保護(hù)模式于速斷電流保護(hù)模式。在智能配電網(wǎng)的整體主保護(hù)配置內(nèi)部，應(yīng)充分發(fā)揮以上保護(hù)模式的作用，并視傳統(tǒng)電流差動(dòng)基礎(chǔ)保護(hù)模式為智能配電網(wǎng)的整體后備保護(hù)。在這樣的保護(hù)模式下，便可基于電流差動(dòng)及電流速度專業(yè)保護(hù)，一起輸出運(yùn)算，并基于此種方式，及時(shí)獲取相應(yīng)的輸出保護(hù)數(shù)值，進(jìn)而盡可能地維護(hù)智能配電網(wǎng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定安全度。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的研究，一般會(huì)牽涉電力系統(tǒng)的方方面面，并且一度被視為電力系統(tǒng)以后發(fā)展的方向?？紤]到配電網(wǎng)領(lǐng)域的智能化發(fā)展就是電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中的主流趨勢(shì)，所以有關(guān)方面應(yīng)高度這種上國(guó)內(nèi)智能配電網(wǎng)，在經(jīng)濟(jì)、綜合、高效、系統(tǒng)方面的發(fā)展。唯有這樣方才能真正保護(hù)好智能配電網(wǎng)得以安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，進(jìn)一步改善保護(hù)控制的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快電力事業(yè)的高效發(fā)展。

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