面向智能配電網的保護與控制方法

田園 于浩然

摘要：智能配電網的出現使配電網的保護和控制技術面臨新的機遇和挑戰，提出了基于Multi-Agent的面向智能配電網的保護和控制方法。智能配電終端和控制中心分別作為一個Agent，各Agent通過通信網絡組成一個Multi-Agent系統。各Agent通過信息交互，實現智能配電網的繼電保護、故障定位、故障隔離、網絡重構、供電恢復以及故障診斷等功能。詳細分析了其中的繼電保護和故障定位算法。仿真結果表明，該方法適用于智能配電網，且具有較高的靈敏度和可靠性。

關鍵詞：智能配電網；保護與控制；故障定位；Multi-Agent

1 前言

近年來，世界各國加快了智能電網技術的發展，并有力地促進了電網的智能化。智能電網已成為未來電網發展的新趨勢。國家電網公司提出了加快建設以特高壓電網為骨干網架，以信息化、自動化、互動化為特征的各級電網協調發展的堅強智能電網。因此，研究適用于智能配電網的智能配電終端（IntelligentDistributionTerminal，IDT）和基于智能配電終端的面向智能配電網的保護和控制技術和具有重要的意義。

2 智能配電網的結構

2.1 面向智能配電網的MAS的結構

將智能配電網的控制中心和每個智能配電終端分別作為一個Agent，通過光纖以太網構成一個MAS。每個Agent的結構如圖1所示。整個Agent的結構分為四層：I/O層、計算層、決策層和通訊層，I/O層實現電壓、電流和電氣設備狀態等數據的采集和開關動作、報警的控制；計算層實現電壓電流有效值、有功、無功、諧波含量和零序電壓電流等值的計算，各種故障特征的提取，進行保護計算以實現速斷保護；決策層主要實現原始數據、中間數據和公共信息的存儲，實現監控報警、后備保護、故障定位、供電恢復和故障診斷等決策，并協調Agent內各模塊的工作；通信模塊主要實現與其他Agent的通信和與用戶交互。

圖2.1Agent結構

2.2 智能配電終端的結構

智能配電終端IDT具有狀態監測、故障檢測、故障定位、故障診斷、交互信息、控制開關動作的作用，它通過檢測線路是否失壓、過流，以及暫穩態電流和暫穩態電壓來判斷故障所在，繼而操作開關，隔離故障，恢復供電。IDT模型如圖2所示。

圖2.2智能配電終端模型

3 保護和控制方法

電流差動保護因為其具有簡單可靠和動作速度快且不受電力系統振蕩影響等優點，而被廣泛應用于輸電網。隨著光纖以太網和智能配電終端在智能配電網中的成功應用，電流差動保護必將成為智能配電網的最理想保護方法。但是，傳統的電流差動保護要求每段線路兩側均安裝斷路器和電流互感器，使配電網的成本增加。差動保護方法在高阻接地故障時有可能拒動，同時，由于該方法需要傳輸的信息量較大，當網絡出現阻塞時，導致保護時間延長。傳統的電流速斷保護雖然具有動作速度快的優點，但是具有不能保護線路全長的缺點。為了提高保護的可靠性，主保護采用電流差動保護和電流速斷保護，將兩個保護輸出進行“或”運算，得到最終的保護輸出。傳統的過電流保護作為后備保護。

傳統的電流差動保護規定電流的正方向為母線指向線路的方向，其判據如式（1）：

其中： 、 分別為節點M和N的電流相量；KZ為制動系數；I0為差動門檻定值，其整定原則是躲過節點M和N之間線路的電容電流和不平衡電流。

改進的電流差動保護規定電流的正方向為系統電源指向線路末端的方向，其中的分布式電源也看作線路末端。沿著電流的方向，距離系統電源較遠的開關為下游開關，距離系統電源較近的為上游開關，不存在下游開關的開關定義為邊界開關。邊界開關處的保護采用電流速斷保護，保護判據如式（2）：

其他開關處的主保護采用電流速斷保護和電流差動保護，電流速斷保護判據如式（3）：

電流差動保護判據如式（4）：

圖4所示為一含有分布式電源的雙電源環形接線的10kV智能配電網，開環點為斷路器10，每個斷路器或分段開關處均配備一個IDT，并作為一個Agent。電流差動保護的工作過程如下：當線路BC段的k1點發生故障時，Agent1將檢測到的流過開關1的電流與通過通信網絡由Agent2傳輸過來的流過開關2的電流進行比較，不滿足公式（3）和公式（4）的保護動作判據，因而Agent1的保護不動作；Agent2將流過開關2的電流與Agent3傳輸過來的流過開關3的電流進行比較，滿足保護動作判據，故障位于BC段，Agent2的保護動作。當線路CD段的k2點發生故障時，Agent1～5的保護均不動作，Agent6將流過開關6的電流與流過開關7的電流進行比較，滿足保護動作判據，故障位于CD段，但是開關6和7處為分段開關，不能分斷故障電流，因而Agent6向Agent4發送直跳命令，斷開斷路器4，其他保護均不滿足保護動作判據，保護均不動作。當線路AH的k3點發生故障時，Agent1～9均不滿足保護動作判據，保護均不動作。Agent13的保護滿足保護動作判據，保護動作，其下游的Agent14不滿足保護動作判據，保護不動作。因此，在含有分布式電源的配電網中，無論是本線路故障還是相鄰線路故障，電流差動保護均能正確動作。

保護動作后，經過一段延時，相應的保護啟動自動重合閘，使相應的開關閉合。若保護裝置沒有檢測到故障，則為瞬時性故障，配電網恢復正常工作；若仍然檢測到故障，則為永久性故障，相應的保護重新動作，跳開相應的斷路器，不再執行重合閘。

4 結束語

智能電網的研究方興未艾，其涉及廣度包含了電力系統的各個領域，被認為是未來電力系統發展的最新動向。其中，研究突出自愈功能的自適應保護與控制技術則是實現智能電網的基礎性技術支撐。本文在對智能電網介紹的基礎上，提出了含微電網的智能配電網保護控制系統設計方案，并對相關保護控制原理與技術的研究進行了原理性闡述與介紹，相關研究成果將對未來智能配電網的安全可靠運行提供更加靈活與可靠的保障能力。

參考文獻：

[1]艾芊.智能電網實現的關鍵技術問題研究[J].電力系統保護與控制，2009（19）：55.

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