變電站繼電保護運行參數(shù)自動控制系統(tǒng)研究

黃瑞雯

(國網(wǎng)武漢供電公司漢陽供電中心,武漢 430000)

0 引言

目前,可再生能源中應(yīng)用最廣泛的是風力發(fā)電與太陽能發(fā)電[1]。分布式發(fā)電并入電網(wǎng)會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定,與變電站繼電保護配合會出現(xiàn)復(fù)雜的問題[2-5],因此當分布式發(fā)電在配電網(wǎng)層面并入電網(wǎng)時,短路點的多側(cè)饋入可能造成緊急模式和機電暫態(tài)的出現(xiàn)。

國內(nèi)外已有大量針對分布式電源接入電網(wǎng)時與繼電保護相關(guān)配合方面的研究。文獻[6]考慮了主動配電網(wǎng)中具有相對選擇性的分步保護的實施特點,指出傳統(tǒng)的最大電流保護及距離保護設(shè)計存在的問題。在某些情況下,當電源為弱電源時,最大電流保護的靈敏度最高可降低1.7倍,距離保護后備段的動作范圍最高可增大2倍。

可再生能源具有間歇性。文獻[6-7]中提出了使用差動保護和自適應(yīng)后備保護。為了實現(xiàn)可再生能源配電網(wǎng)的保護,文獻[8]提出了一種動態(tài)自適應(yīng)保護方案,該方案包括離線和在線兩個階段。在離線模式下確定可能的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),包括主動網(wǎng)絡(luò)管理(斷開線路、斷開發(fā)電機),使用差分搜索算法和非線性優(yōu)化方法優(yōu)化繼電保護定值,按組順序存儲?；谀：壿嫷淖赃m應(yīng)方法識別網(wǎng)絡(luò)拓撲組,將相應(yīng)的激活參數(shù)報告給各個保護裝置。

目前有兩種方法來自動修改定值。第一種是軟、硬件配合對網(wǎng)絡(luò)運行方式和繼電保護裝置運行參數(shù)進行離線計算,根據(jù)開關(guān)矩陣對先前計算的定值進行切換。第二種是軟硬件綜合體對繼電保護裝置運行模式進行計算,實時計算和更改參數(shù)。

對于電壓等級為6～35 kV的中壓電網(wǎng),由于采用了更復(fù)雜的繼電保護裝置,電流型情況的可變性更大,保護計算可能更為復(fù)雜。本研究考慮開發(fā)第二種類型的軟件和硬件綜合體,用于自動計算和改變配電網(wǎng)繼電保護裝置的運行參數(shù)。開發(fā)了一個用于計算和協(xié)調(diào)繼電保護設(shè)置變化服務(wù)的微服務(wù)軟件包和一個用于計算繼電保護裝置設(shè)置的軟件模塊原型,使得以CIM模型格式表示的電力系統(tǒng)繼電保護定值的自動計算成為可能。

1 微服務(wù)架構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)

設(shè)定值計算和協(xié)調(diào)服務(wù)是基于Java編程語言編寫的幾個獨立的服務(wù)操作,這些服務(wù)實現(xiàn)了計算和協(xié)調(diào)設(shè)定值所必需的邏輯運算。

自動計算設(shè)定值的微服務(wù)架構(gòu)由若干模塊(服務(wù))組成:①計算和協(xié)調(diào)設(shè)定值變化的中心服務(wù)(CCS)是執(zhí)行腳本生成服務(wù)、模式計算服務(wù)、聚類服務(wù)及腳本啟動模塊的順序啟動服務(wù),屬于中心CSS服務(wù)的一部分。②場景生成服務(wù)。它開發(fā)了方案的幾種變體,進一步確定了最大和最小模式。③模式計算服務(wù)。計算正常和緊急模式下支路中的電流和電路節(jié)點中的電壓服務(wù)。④聚類服務(wù)。一種確定保護計算順序的服務(wù)。⑤腳本啟動模塊。運行繼電保護定值計算腳本并將結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)庫(DB)模塊。

微服務(wù)架構(gòu)如圖1所示。

如在計算出整定值后需確定正確的整定值裝入保護端子的順序,這種情況下,經(jīng)典的從負荷到發(fā)電源的順序是不合適的,因為在模式變化情況下,通過保護安裝地點的電流可以工作,從而斷開所有的消費者,而定值協(xié)調(diào)和更改服務(wù)從靠近消費者的終端開始裝載定值,可能沒有時間將定值裝載到頭部保護,因此采用了這樣的假設(shè):將設(shè)置點加載到終端,從靠近發(fā)電源的保護開始,隊列中的第一個是與更強大的發(fā)電源相鄰的保護。

在直接分配發(fā)送保護定值的序列號之前,從數(shù)據(jù)庫中加載具有計算序列的保護。要了解哪種保護與更強大的發(fā)電源相鄰,就需要比較具體的保護與發(fā)電源的發(fā)電量價值。為此,創(chuàng)建了一個字典,其關(guān)鍵是保護的名稱,價值是生成源的功率價值。創(chuàng)建了一個列表,在算法的最后將填充發(fā)送保護設(shè)置到終端的序列編號。

由于計算保護的順序是以1,2,2,2,3 ……N的格式表示,其中第一個序列號為距離發(fā)電源(最后對它們的設(shè)置進行計算)最近的保護,N為距離發(fā)電源(先計算它們的設(shè)置)最遠的保護編號,因此保護的枚舉將從最后一次計算設(shè)置開始?？紤]具有相同計算次數(shù)的保護,如果其中存在與生成源相鄰的保護,則將該保護的名稱和與之相鄰的生成源的功率記錄在字典中。如果所考慮的保護組中沒有與源相鄰的保護,那么保護的名稱和零功率值將被記錄在字典中。經(jīng)過相同序號的所有防御之后,該字典按照生成源的能量降序排列,防御也將被排序。保護的名稱按排序順序添加到列表中,所描述的動作序列將一直持續(xù)到所有的保護都通過為止。

當所有保護都通過時,按照(其中記錄了從字典中得到的保護排序名稱)列表中保護條目的編號順序?qū)⒚總€保護的定值發(fā)送到終端的順序編號中,記錄在數(shù)據(jù)庫中。圖2為所開發(fā)算法的程序。

圖2 算法的操作Fig.2 Operation of the algorithm

2 實際驗證

為了驗證微服務(wù)架構(gòu)計算設(shè)置的正確性,選擇IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)作為測試模型。在PSCAD軟件包中開發(fā)了測試網(wǎng)絡(luò)模型,如圖3所示。

圖3 IEEE14在PSCAD中的建模Fig.3 IEEE14 in PSCAD modeling

對位于網(wǎng)絡(luò)(開關(guān)BRK1_16,BR2_35,BR39_5)3個區(qū)段的保護級進行建模。為了檢查保護的動作情況,在6個點檢查計算的保護定值,即K1、K2、K3、K4、K5、K6對短路的反應(yīng)。

表1、表2、表3顯示了通過微服務(wù)架構(gòu)計算輸入的設(shè)置對網(wǎng)絡(luò)中各點短路的保護動作結(jié)果。

表1 保護動作結(jié)果(零序電流保護)

表2 產(chǎn)品參數(shù)

表2 保護動作結(jié)果(最大電流保護)

表3 保護動作結(jié)果(距離保護)

根據(jù)PSCAD軟件包中微服務(wù)架構(gòu)計算的定值對分步保護進行建模的結(jié)果可以判斷滿足繼電保護的選擇性及靈敏性要求。

3 結(jié)論

創(chuàng)建了一個能根據(jù)當前網(wǎng)絡(luò)運行模式自動計算及調(diào)整繼電保護與自動化響應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)繼電保護綜合體,使用微服務(wù)架構(gòu)可在以下模式中使用該功能:個人電腦在離線模式下由操作員自動計算繼電保護運行參數(shù);微服務(wù)架構(gòu)安裝在設(shè)備端,用于在線模式下繼電保護運行參數(shù)的自動計算和更改。