智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)分析

龍泉涌

（湖南華晨工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

智能配電網(wǎng)是我國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，是在先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，運(yùn)行安全性高，供電質(zhì)量好。為保證智能配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地減少短時停電、電壓驟降等問題的出現(xiàn)[1]，合理進(jìn)行智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與配置十分關(guān)鍵，也是本文研究的重點(diǎn)。

1 智能配電網(wǎng)概述

為迎接電力行業(yè)由工業(yè)化朝著信息化方向發(fā)展，“智能電網(wǎng)”概念被提出。它以電力系統(tǒng)為對象，集成傳統(tǒng)和現(xiàn)代電力工程技術(shù)、高級傳感與監(jiān)測技術(shù)以及信息與通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸配電至用戶所有環(huán)節(jié)的智能交流，具有自愈、兼容和互動等特點(diǎn)，提供可靠、優(yōu)質(zhì)的電能[2]。

“十二五”以來，智能電網(wǎng)建設(shè)納入國家發(fā)展戰(zhàn)略。智能配電網(wǎng)（SDG）是智能電網(wǎng)的重要組成部分，與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，特點(diǎn)可歸納如下[3]。

（1）安全性高：智能配電網(wǎng)在應(yīng)對各種緊急事件、自然災(zāi)害方面更具優(yōu)勢，可避免出現(xiàn)大面積的停電情況，有效控制外部破壞影響的范圍，確保重要用戶正常供電；

（2）具有自愈功能：自愈是智能配電網(wǎng)的故障檢測與糾正操作，是確保供電連續(xù)性的重要保證；

（3）電能質(zhì)量優(yōu)質(zhì)：智能配電網(wǎng)可實(shí)時監(jiān)測質(zhì)量，為用戶提供定制電力，即嚴(yán)格根據(jù)用戶負(fù)荷要求開展供電工作，如連續(xù)供電、無電壓驟降情況等；

（4）資產(chǎn)利用率高：通過實(shí)時監(jiān)測可有效控制電網(wǎng)設(shè)備溫度、絕緣水平，優(yōu)化潮流分布，減少線損，實(shí)施狀態(tài)檢修工作，延長設(shè)備使用壽命；

（5）支持分布式電源接入：通過保護(hù)控制的自適應(yīng)、系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，智能配電網(wǎng)支持分布式電源的大量接入，促進(jìn)新能源的利用與推廣；

（6）用戶互動性好：智能配電網(wǎng)的互動性主要體現(xiàn)在兩個方面：一是智能電表的應(yīng)用，通過分時計(jì)價和動態(tài)計(jì)價，有利于降低用電高峰負(fù)荷；二是允許分布式電源應(yīng)用，促進(jìn)調(diào)峰平價。

綜上所述，智能配電網(wǎng)的應(yīng)用是我國電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。切實(shí)提高智能配電網(wǎng)的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性，是配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文主要就智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)展開具體分析。

2 智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)分析

2.1 傳統(tǒng)保護(hù)控制系統(tǒng)

配電網(wǎng)保護(hù)及控制系統(tǒng)包括廠站端配置線路保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、頻率控制、無功電壓控制、基于測控單元的監(jiān)控系統(tǒng)、同步相量測量裝置以及安全穩(wěn)定控制裝置。

傳統(tǒng)二次控制系統(tǒng)可分為繼電保護(hù)、調(diào)度自動化、通信以及二次接線專業(yè)。基于不同智能技術(shù)，各個專業(yè)側(cè)重點(diǎn)不同，如EMS、WAMS 分別側(cè)重穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)，各專業(yè)獨(dú)立配置相關(guān)裝置，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，相關(guān)配合不足，無法跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行情況，甚至出現(xiàn)保護(hù)失配等問題，無法滿足智能配電網(wǎng)的運(yùn)行要求。

2.2 智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)

智能配電網(wǎng)必須構(gòu)建完善的保護(hù)控制系統(tǒng)。它依賴多種技術(shù)，包括通信設(shè)備、信息管理系統(tǒng)、決策與控制理論等，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息共享，將保護(hù)、控制功能緊密聯(lián)系在一起（圖1）。廠站端自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量與監(jiān)測等工作，支持配電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動[3]。

圖1 智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)功能如下[4]。

（1）自適應(yīng)包括自適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，支持微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤島運(yùn)行；

（2）廣域信息測量主要是通過同步測量技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)下的量測性能；不同位置保護(hù)單元均可利用量測結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)；

（3）相互協(xié)調(diào)為控制中心集中決策與保護(hù)控制單元分布自治之間的協(xié)調(diào)。

綜上，智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)解決了信息孤島問題，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)信息集成，進(jìn)一步優(yōu)化了配電網(wǎng)控制體系，滿足了智能配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

3 智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)要求

智能配電網(wǎng)保護(hù)控制設(shè)計(jì)要求可歸納如下：（1）功能完整；（2）結(jié)構(gòu)合理；（3）具有智能特征。通過保護(hù)控制系統(tǒng)構(gòu)建，真正實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的自愈控制，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

3.2 設(shè)計(jì)架構(gòu)

本文僅以廣域智能保護(hù)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例展開分析，主要遵循“分層、分區(qū)、就地控制”的設(shè)計(jì)原則[5]。廣域智能保護(hù)與控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 廣域智能保護(hù)與控制系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)圖2 可知，此控制系統(tǒng)分為3 層結(jié)構(gòu)：

（1）智能設(shè)備層：主要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、智能裝置與執(zhí)行裝置；

（2）站域保護(hù)層：主要實(shí)現(xiàn)變電站范圍內(nèi)主保護(hù)、后備保護(hù)功能；

（3）廣域保護(hù)層：主要通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)同步、共享，包括變電站電流、電壓、斷路器狀態(tài)等，通過綜合分析做出決策，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)與控制功能。

3.3 主要功能配置

（1）廣域保護(hù)層：廣域電流差動保護(hù)、基于權(quán)重的綜合方向保護(hù)、開關(guān)失靈遠(yuǎn)跳功能；廣域自適應(yīng)備用電源自動投切、故障解列小電源、過載切負(fù)荷功能等[6]。

（2）站域保護(hù)層：母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、冗余線路后備保護(hù)功能；就地低頻低壓減載功能等。

3.4 工程應(yīng)用實(shí)例

本系統(tǒng)用于區(qū)域智能配電網(wǎng)，共計(jì)包含7 個變電站投入運(yùn)行，其中220 kV 變電站、110 kV 變電站分別為2 個和1 個。采用串行供電方式，并存小水電上網(wǎng)。因此，該電網(wǎng)保護(hù)整定、動作配合難度較大，在遠(yuǎn)程恢復(fù)供電方面存在缺陷。

通過本次設(shè)計(jì)的廣域智能保護(hù)和控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可有效改善區(qū)域智能配電網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性，其未改動變電站原有就地保護(hù)，形成“雙重化”保護(hù)模式。系統(tǒng)主站、子站之間使用區(qū)域光傳輸A 網(wǎng)、B 網(wǎng)，通信通道獨(dú)立，較好地實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)自愈功能，有效避免了網(wǎng)絡(luò)延時問題影響相關(guān)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

綜上所述，智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展中的一大重要研究課題。智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)的研究基于此背景提出。傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)存在“孤島”問題，分散配置的保護(hù)裝置配合有限，無法適應(yīng)智能電網(wǎng)運(yùn)行安全性和可靠性要求。基于此，必須根據(jù)智能電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行要求，合理開展智能配電網(wǎng)保護(hù)控制方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行及保護(hù)控制的全局最優(yōu)，為智能配電網(wǎng)快速自愈功能實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，真正促進(jìn)區(qū)域電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。