智能配電網保護控制的設計分析

龍泉涌

（湖南華晨工程設計咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

智能配電網是我國電力系統發展的必然趨勢，是在先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術以及控制技術的基礎上發展起來的，運行安全性高，供電質量好。為保證智能配電網穩定運行，最大限度地減少短時停電、電壓驟降等問題的出現[1]，合理進行智能配電網保護控制系統設計與配置十分關鍵，也是本文研究的重點。

1 智能配電網概述

為迎接電力行業由工業化朝著信息化方向發展，“智能電網”概念被提出。它以電力系統為對象，集成傳統和現代電力工程技術、高級傳感與監測技術以及信息與通信技術，實現輸配電至用戶所有環節的智能交流，具有自愈、兼容和互動等特點，提供可靠、優質的電能[2]。

“十二五”以來，智能電網建設納入國家發展戰略。智能配電網（SDG）是智能電網的重要組成部分，與傳統配電網相比，特點可歸納如下[3]。

（1）安全性高：智能配電網在應對各種緊急事件、自然災害方面更具優勢，可避免出現大面積的停電情況，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：自愈是智能配電網的故障檢測與糾正操作，是確保供電連續性的重要保證；

（3）電能質量優質：智能配電網可實時監測質量，為用戶提供定制電力，即嚴格根據用戶負荷要求開展供電工作，如連續供電、無電壓驟降情況等；

（4）資產利用率高：通過實時監測可有效控制電網設備溫度、絕緣水平，優化潮流分布，減少線損，實施狀態檢修工作，延長設備使用壽命；

（5）支持分布式電源接入：通過保護控制的自適應、系統接口的標準化，智能配電網支持分布式電源的大量接入，促進新能源的利用與推廣；

（6）用戶互動性好：智能配電網的互動性主要體現在兩個方面：一是智能電表的應用，通過分時計價和動態計價，有利于降低用電高峰負荷；二是允許分布式電源應用，促進調峰平價。

綜上所述，智能配電網的應用是我國電力系統發展的重要方向。切實提高智能配電網的運行安全性、穩定性，是配電網規劃設計的關鍵。本文主要就智能配電網保護控制系統及其設計展開具體分析。

2 智能配電網保護控制系統分析

2.1 傳統保護控制系統

配電網保護及控制系統包括廠站端配置線路保護、母線保護、變壓器保護、發電機保護、頻率控制、無功電壓控制、基于測控單元的監控系統、同步相量測量裝置以及安全穩定控制裝置。

傳統二次控制系統可分為繼電保護、調度自動化、通信以及二次接線專業。基于不同智能技術，各個專業側重點不同，如EMS、WAMS 分別側重穩態數據、暫態數據，各專業獨立配置相關裝置，無法進行數據共享，相關配合不足，無法跟蹤系統運行情況，甚至出現保護失配等問題，無法滿足智能配電網的運行要求。

2.2 智能配電網保護控制系統

智能配電網必須構建完善的保護控制系統。它依賴多種技術，包括通信設備、信息管理系統、決策與控制理論等，以高速網絡通信平臺為基礎，實現信息共享，將保護、控制功能緊密聯系在一起（圖1）。廠站端自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量與監測等工作，支持配電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動[3]。

圖1 智能配電網保護控制系統結構示意圖

智能配電網保護控制系統功能如下[4]。

（1）自適應包括自適應系統運行方式和拓撲結構變化，支持微電網并網/孤島運行；

（2）廣域信息測量主要是通過同步測量技術的應用，增強穩態/暫態下的量測性能；不同位置保護單元均可利用量測結果進行自適應；

（3）相互協調為控制中心集中決策與保護控制單元分布自治之間的協調。

綜上，智能配電網保護控制系統解決了信息孤島問題，實現了電力系統信息集成，進一步優化了配電網控制體系，滿足了智能配電網穩定運行的需求。

3 智能配電網保護控制的設計分析

3.1 設計要求

智能配電網保護控制設計要求可歸納如下：（1）功能完整；（2）結構合理；（3）具有智能特征。通過保護控制系統構建，真正實現智能配電網的自愈控制，提高電力系統運行的安全性和可靠性。

3.2 設計架構

本文僅以廣域智能保護和控制系統設計為例展開分析，主要遵循“分層、分區、就地控制”的設計原則[5]。廣域智能保護與控制系統架構如圖2 所示。

圖2 廣域智能保護與控制系統架構

根據圖2 可知，此控制系統分為3 層結構：

（1）智能設備層：主要配置相應的數據采集、智能裝置與執行裝置；

（2）站域保護層：主要實現變電站范圍內主保護、后備保護功能；

（3）廣域保護層：主要通過網絡實現相關監測數據同步、共享，包括變電站電流、電壓、斷路器狀態等，通過綜合分析做出決策，實現區域電網保護與控制功能。

3.3 主要功能配置

（1）廣域保護層：廣域電流差動保護、基于權重的綜合方向保護、開關失靈遠跳功能；廣域自適應備用電源自動投切、故障解列小電源、過載切負荷功能等[6]。

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

3.4 工程應用實例

本系統用于區域智能配電網，共計包含7 個變電站投入運行，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。因此，該電網保護整定、動作配合難度較大，在遠程恢復供電方面存在缺陷。

通過本次設計的廣域智能保護和控制系統的應用，可有效改善區域智能配電網運行安全性、可靠性，其未改動變電站原有就地保護，形成“雙重化”保護模式。系統主站、子站之間使用區域光傳輸A 網、B 網，通信通道獨立，較好地實現了電網自愈功能，有效避免了網絡延時問題影響相關保護功能的實現。

4 結 論

綜上所述，智能電網是電力系統發展中的一大重要研究課題。智能配電網保護控制系統的研究基于此背景提出。傳統配電網保護控制系統存在“孤島”問題，分散配置的保護裝置配合有限，無法適應智能電網運行安全性和可靠性要求。基于此，必須根據智能電網實際運行要求，合理開展智能配電網保護控制方案設計，實現系統運行及保護控制的全局最優，為智能配電網快速自愈功能實現奠定堅實基礎，真正促進區域電力系統的穩定發展。