面向智能配電網(wǎng)的保護與控制方法

田園 于浩然

摘要：智能配電網(wǎng)的出現(xiàn)使配電網(wǎng)的保護和控制技術(shù)面臨新的機遇和挑戰(zhàn)，提出了基于Multi-Agent的面向智能配電網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)組成一個Multi-Agent系統(tǒng)。各Agent通過信息交互，實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的繼電保護、故障定位、故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、供電恢復(fù)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(jié)果表明，該方法適用于智能配電網(wǎng)，且具有較高的靈敏度和可靠性。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；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(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，并有力地促進了電網(wǎng)的智能化。智能電網(wǎng)已成為未來電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。國家電網(wǎng)公司提出了加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以信息化、自動化、互動化為特征的各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)。因此，研究適用于智能配電網(wǎng)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(wǎng)的保護和控制技術(shù)和具有重要的意義。

2 智能配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

2.1 面向智能配電網(wǎng)的MAS的結(jié)構(gòu)

將智能配電網(wǎng)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(wǎng)構(gòu)成一個MAS。每個Agent的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個Agent的結(jié)構(gòu)分為四層：I/O層、計算層、決策層和通訊層，I/O層實現(xiàn)電壓、電流和電氣設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集和開關(guān)動作、報警的控制；計算層實現(xiàn)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(xiàn)速斷保護；決策層主要實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和公共信息的存儲，實現(xiàn)監(jiān)控報警、后備保護、故障定位、供電恢復(fù)和故障診斷等決策，并協(xié)調(diào)Agent內(nèi)各模塊的工作；通信模塊主要實現(xiàn)與其他Agent的通信和與用戶交互。

圖2.1Agent結(jié)構(gòu)

2.2 智能配電終端的結(jié)構(gòu)

智能配電終端IDT具有狀態(tài)監(jiān)測、故障檢測、故障定位、故障診斷、交互信息、控制開關(guān)動作的作用，它通過檢測線路是否失壓、過流，以及暫穩(wěn)態(tài)電流和暫穩(wěn)態(tài)電壓來判斷故障所在，繼而操作開關(guān)，隔離故障，恢復(fù)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(tǒng)振蕩影響等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于輸電網(wǎng)。隨著光纖以太網(wǎng)和智能配電終端在智能配電網(wǎng)中的成功應(yīng)用，電流差動保護必將成為智能配電網(wǎng)的最理想保護方法。但是，傳統(tǒng)的電流差動保護要求每段線路兩側(cè)均安裝斷路器和電流互感器，使配電網(wǎng)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?shù)男畔⒘枯^大，當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞時，導(dǎo)致保護時間延長。傳統(tǒng)的電流速斷保護雖然具有動作速度快的優(yōu)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(tǒng)的過電流保護作為后備保護。

傳統(tǒng)的電流差動保護規(guī)定電流的正方向為母線指向線路的方向，其判據(jù)如式（1）：

其中： 、 分別為節(jié)點M和N的電流相量；KZ為制動系數(shù)；I0為差動門檻定值，其整定原則是躲過節(jié)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(guī)定電流的正方向為系統(tǒng)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(tǒng)電源較遠的開關(guān)為下游開關(guān)，距離系統(tǒng)電源較近的為上游開關(guān)，不存在下游開關(guān)的開關(guān)定義為邊界開關(guān)。邊界開關(guān)處的保護采用電流速斷保護，保護判據(jù)如式（2）：

其他開關(guān)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(jù)如式（3）：

電流差動保護判據(jù)如式（4）：

圖4所示為一含有分布式電源的雙電源環(huán)形接線的10kV智能配電網(wǎng)，開環(huán)點為斷路器10，每個斷路器或分段開關(guān)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(fā)生故障時，Agent1將檢測到的流過開關(guān)1的電流與通過通信網(wǎng)絡(luò)由Agent2傳輸過來的流過開關(guān)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(jù)，因而Agent1的保護不動作；Agent2將流過開關(guān)2的電流與Agent3傳輸過來的流過開關(guān)3的電流進行比較，滿足保護動作判據(jù)，故障位于BC段，Agent2的保護動作。當線路CD段的k2點發(fā)生故障時，Agent1～5的保護均不動作，Agent6將流過開關(guān)6的電流與流過開關(guān)7的電流進行比較，滿足保護動作判據(jù)，故障位于CD段，但是開關(guān)6和7處為分段開關(guān)，不能分斷故障電流，因而Agent6向Agent4發(fā)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(jù)，保護均不動作。當線路AH的k3點發(fā)生故障時，Agent1～9均不滿足保護動作判據(jù)，保護均不動作。Agent13的保護滿足保護動作判據(jù)，保護動作，其下游的Agent14不滿足保護動作判據(jù)，保護不動作。因此，在含有分布式電源的配電網(wǎng)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(jīng)過一段延時，相應(yīng)的保護啟動自動重合閘，使相應(yīng)的開關(guān)閉合。若保護裝置沒有檢測到故障，則為瞬時性故障，配電網(wǎng)恢復(fù)正常工作；若仍然檢測到故障，則為永久性故障，相應(yīng)的保護重新動作，跳開相應(yīng)的斷路器，不再執(zhí)行重合閘。

4 結(jié)束語

智能電網(wǎng)的研究方興未艾，其涉及廣度包含了電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，被認為是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的最新動向。其中，研究突出自愈功能的自適應(yīng)保護與控制技術(shù)則是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)性技術(shù)支撐。本文在對智能電網(wǎng)介紹的基礎(chǔ)上，提出了含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)保護控制系統(tǒng)設(shè)計方案，并對相關(guān)保護控制原理與技術(shù)的研究進行了原理性闡述與介紹，相關(guān)研究成果將對未來智能配電網(wǎng)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：

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