智能配電網自愈控制功能在線動模測試的方案設計

黃紅遠，曹志輝，黃小耘，彭飛進

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，佛山　528000）

智能配電網自愈控制功能在線動模測試的方案設計

黃紅遠，曹志輝，黃小耘，彭飛進

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，佛山528000）

配電網自愈控制功能的動作邏輯正確與否是保證配電網快速隔離故障和快速復電的關鍵，由于配電網現場的復雜環境，目前在現場對其動作邏輯進行測試驗證非常困難。該文提出了配電網自愈控制功能的在線動模測試整體方案，分析和闡述了配電網網絡式保護功能的現場測試特點，利用自主研制的動模測試裝置模擬不同故障情況下整個饋線組的運行過程，實現了配電網自愈控制功能對于故障區域定位、故障隔離、復電過程的分析和測試?，F場實際應用證明，該測試方法不會影響正常供電，其安全性高，測試的可信性高，易于推廣應用。

智能配電網；自愈控制；網絡式保護；在線動模測試

配電網自愈控制功能的動作邏輯正確與否是保證配電網快速隔離故障和快速復電的關鍵，任何一項新的配電網自愈功能的投入，都需要有嚴謹和全面有效的測試驗證。在現有條件下，對配電網自愈功能的測試仍停留在實驗室仿真測試環境下，由于配電網現場的復雜環境，目前在現場對其動作邏輯進行測試驗證非常困難。由于實驗室測試環境與現場實際環境在配電網運行方式、網絡通信、實際接線等方面存在較大區別，若能在現場實際環境下通過模擬發生各種故障前后饋線組的運行狀況，對配電網自愈控制功能的動作邏輯進行測試驗證，對于提高配電自動化的可靠性和可用性具有重大意義?；谏鲜龇矫娴目紤]，提出了配電網自愈控制功能在線動模測試的方案，文中分析和闡述了配電網網絡式保護功能的現場測試的特點，利用動模測試裝置模擬不同故障情況下整個饋線組的運行過程，實現了配電網自愈控制功能對于故障區域定位、故障隔離、復電過程的分析和測試。

1　網絡式保護的基本原理

智能配電網自愈控制技術已成為目前電力系統領域的研究熱點[1-4]，針對傳統的配電系統電流保護只檢測流過所監測開關的電流而決定保護的動作與否及動作延時，而不關心相鄰開關的保護動作情況，從而造成相鄰保護相互配合困難的問題，文獻[5]提出了網絡式保護的概念。網絡式保護的主要原理是：采用對等式的通信網絡，線路上的開關控制器之間互相通信，開關之間可以互相交換信息，從而進行故障定位，并自行判斷是否動作，故障清除、故障區段隔離和供電恢復全是由終端自主完成。

若一個開關的某一相流過了超過整定值的故障電流，則向其相鄰開關發送流過故障電流的信息，綜合共享各開關的信息后進行故障區域定位。例如，對于圖1中的開環配電網，若開關A上報流過了故障電流，而開關B和C均未上報流過故障電流，則可斷定故障發生在開關A和B之間的區域；若開關A和B均上報流過了故障電流，而開關C未上報流過故障電流，則可斷定故障發生在開關B和C之間的區域。

圖1　典型的開環配電網網絡Fig.1　Typical structure of open-loop distribution network

若故障在開關A和B之間區域時，由于開關之間信息交互后，網絡式保護功能判斷后，故障定位在開關A和B之間，A開關啟動保護跳閘，B開關等待A開關故障跳閘后，進行聯鎖動作隔離故障，故障隔離后C開關自動合閘恢復供電。

網絡式保護的基本要求有兩個，一個是選擇適當的通信方式，既要滿足分布式的特點，又要滿足保護的實時性要求；另一個是可靠有效的算法，使每一臺開關能夠利用相關信息準確地定位故障。該保護有以下幾個特征：①適應具有分布式電源、多電源閉環供電的配電網應用，利用局域網絡通信信息實現網絡式保護功能，一組開關組網運行時，在內部故障情況下保證只有離故障點最近的斷路器（開關）跳閘，自動適應網絡變化，網絡重構后，網絡式保護功能不喪失；②在通信通道不正常的情況下，自動轉為分布式智能方式，保證故障隔離和轉供功能不喪失。總的來說，網絡式保護能實現配電網故障的快速隔離及非故障停電區域的快速復電[5-8]。

2　測試方案

現場原有系統中如圖2所示，模塊有配電網自愈控制系統、配網調度數據網、配電站DTU（distri?bution terminal unit）裝置、一次開關和刀閘設備，在測試環境下僅通過動模測試裝置替代原有的一次開關設備（開關、刀閘），配電網自愈控制系統、配網調度數據網、配電站DTU裝置保持不變，另需增加GPS（global positioning system）對時裝置和繼保測試儀。具體的測試系統總體結構如圖3所示。

圖2　原有系統總體結構Fig.2　Original overall structure of the testing system

圖3　現有測試系統總體結構Fig.3　Present overall structure of the testing system

各模塊的功能如下：

（1）動模測試裝置用于模擬原有的一次開關設備（開關、刀閘）；

（2）繼保測試儀用于模擬DTU測控裝置中的電壓、電流遙測；

（3）GPS則用于統一各個配電房的初始時間并設定發生故障的具體時刻。

動模測試裝置是通過單片機技術，自主研制的動模測試儀裝置，裝置原理如圖4所示。

該動模測試裝置包含觸發單元、CPU控制單元及遙信遙測遙控單元，同時能接收GPS信號。當觸發單元收到某開關的遙控命令時，觸發單元將通過觸發CPU控制單元進行開關遙信變化并返回對應的遙信信息。

該動模測試裝置能模擬一次開關設備的遙信狀態，也能模擬各種遙信，并能進行自動化測控裝置性能測試及事故情況下發生大量遙信變位等極限功能測試。

繼保測試儀由DSP板，模擬量輸出通道，開關量輸入/輸出銅套，模擬斷路器，電壓、電流放大器及大功率開關電源燈組成。利用專用測試軟件包，PC機通過RS-232串行口與測試儀內的DSP板通信，傳送控制命令、數據文件，并接受測試儀的反饋信息，以實現測試儀相應的繼電保護測試模塊功能。

圖4　動模測試儀裝置原理Fig.4　Schematic of dynamic model

3　測試方法

通過利用繼保測試儀中的“狀態序列”功能來進行遙測信息的模擬，遙測信息由多個狀態組成，一般分為正常狀態、故障情況下狀態、故障切除隔離后狀態、復電后的狀態，各種狀態下電壓電流遙測值均對應不同數值，正常狀態到故障狀態下的變化通過預先設定的延時ΔT來控制。

對于遙信信息的模擬則是最簡單直接的，當網絡式保護啟動對某個開關進行控制時，動模測試裝置上的開關遙信信息相應變化。

在線動模測試具體方法如下：

（1）預先根據故障類型和出現故障時配電網聯絡線各開關的遙測變化的實際大小和時序設定繼保測試儀上的狀態序列，由多個狀態序列組成一次故障策略；

（2）利用動模測試裝置，并通過GPS信號按設定時間觸發所述故障策略，其中動模測試裝置用于模擬一次開關設備；

（3）根據繼保測試儀的狀態序列模擬開關的遙測變化，根據遙測大小啟動常規式的保護功能，并獲取動模測試儀返回的遙信信息；

（4）根據故障配電網聯絡線中相關的各個開關的遙測、遙信信息啟動配電網自愈控制功能，控制配電網相應的開關將故障隔離在最小范圍，并恢復其它因故障原因而停電區域的供電；

（5）根據故障區域所有開關的遙信信息和遙測信息確定測試結果。

4　現場應用

在進行故障模擬時，電壓電流遙測通過繼保測試儀裝置的狀態序列進行模擬。下面以某地區現場實際的饋線組為例進行說明。該饋線組的運行方式如圖5所示。

圖5　項目示范區某饋線組運行方式Fig.5　Operation mode of feeder group

該饋線組在#4配電房的出線開關S8處開環運行，#1～#4配電站均由#1變電站的10 kV開關供電。測試利用動模測試裝置模擬原有的一次開關設備，遙測值則通過繼保測試儀裝置模擬，其余部分與現場實際運行情況完全一致。

4.1具體遙測信息準備

對于不同地點不同類型的故障，需提前根據故障情況下饋線組各開關的遙測變化的實際情況設置繼保測試儀上的狀態序列。

繼保測試儀裝置的狀態序列可由多個狀態組成，分別表示正常運行狀態、故障狀態及故障后狀態。例如當模擬圖5中L1線路故障時，S2、S3、S8開關的狀態序列設置分別如表1、表2和表3所示。狀態序列從前一個跳轉至后一個通過繼保測試儀中狀態序列中的延時ΔT來控制。

表1　L1故障時S2開關的狀態序列設置Tab.1　Status sequence of Switch S2 when Line L1 has fault

表2　L1故障時S3開關的狀態序列設置Tab.2　Status sequence of Switch S3 when Line L1 has fault

目前，示范工程采用基于分布式智能終端與主站協調配合的綜合控制方式，通過自愈控制系統，實現示范區配電網用戶平均故障停電時間由8.76 h縮短為5.2 min，園區內配電網供電可靠性指標不低于99.999%，達到國際先進水平。

4.2測試結果

通過采用本文提出的測試方法進行模擬不同故障情況下配電網自愈控制功能的測試，表4中為不同故障類型下的測試結果。

表3　L1故障時S8開關的狀態序列設置Tab.3　Status sequence of Switch S8 when Line L1 has fault

表4　模擬故障情況下配電網自愈控制功能的測試結果Tab.4　Test results of self-healing control function under different fault conditions

4.3測試結果分析

以F1故障為例，其開關動作情況為：S2分，S3分，S8合。當L1線路故障時，#1配電站S1、S2均有過流信號，#2配電站S3、S4無過流信號。由于終端之間信息交互后進行故障定位判斷，故障定位在# 1配電站S2開關右側，#2配電站S3左側，S2啟動速斷保護功能跳閘，切除故障；S3啟動“聯鎖失電延時分閘閉鎖”功能分閘，隔離故障；S8啟動“檢閉鎖單側失壓延時合閘”功能合閘，從而恢復#2配電站至#4配電站的供電。

通過上述故障場景測試結果表明，采用本文提出的配網自愈控制功能的在線動模測試方法，不僅僅測試環境與現場實際環境基本一致，僅需通過動模測試裝置模擬一次開關設備，而且能觀測到各配電站開關間隔的遙信遙測動態變化，同時也能對配電網自愈主站系統中的各項功能進行驗證。

5　結語

本文提出了配電網自愈控制功能的在線動模測試整體方案，分析和闡述了配電網網絡式保護功能的現場測試原理和特點，僅需利用自主研制的動態模擬裝置模擬一次開關，即可模擬不同故障情況下整個饋線組的運行過程，實現了配電網自愈控制功能對于故障區域定位、故障隔離、復電過程的分析和測試。該測試方法不會影響正常的供電，安全性高、測試的可信性高、易于推廣應用。

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Scheme Design of Online-dynamic Simulation for Self-healing Control Function in Smart Distribution Grid

HUANG Hongyuan，CAO Zhihui，HUANG Xiaoyun，PENG Feijin
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，Foshan Power Supply Bureau，Foshan 528000，China）

Correct self-healing control action logic of distribution network is the key to guaranteeing-fast fault isolation and power recovery.However，due to the complicated site environment，it is difficult to do field test to verify its action logic.This paper proposes a scheme of online dynamic simulation test，and analyzes the characteristics of distribution network protection function under field testing.The operation states of the whole feeder group in different fault condi?tions are able to be simulated by replacing real switch with the developed dynamic simulation unit，which realizes the function of the distribution network self-healing control in analyzing and testing fault area location，fault isolation，and power recovery process.The actual application of the field proves that the test method does not affect the normal power supply，the security is high，the credibility of the test is high，and it is easy to be popularized and applied.

smart distribution grid；self-healing control；network protect；online-dynamic simulation

TM7

A

1003-8930（2016）02-0043-04

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.02.007

黃紅遠（1963—），男，本科，高工，主要從事電力系統自動化工作。Email：fshhy156@163.com

曹志輝（1983—），男，碩士，工程師，主要從事配電網自動化工作。Email：caozhihui21@163.com

黃小耘（1964—），男，碩士，教授級高工，主要從事電力系統自動化工作。Email：xiaoyunhuang@21cn.com

2015-04-03；

2015-06-05

國家高技術研究發展計劃（863計劃）（2011AA05A114）