智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)分析

張翔

摘要：近年來，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，智能電網(wǎng)是現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的重要成果，具有一定的自愈功能，可快速控制、解決電力系統(tǒng)故障問題，在保證供電安全性與電能質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。因此，簡單分析智能配電網(wǎng)的概念與特點(diǎn)，探討傳統(tǒng)保護(hù)控制系統(tǒng)與智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)，昀后圍繞其設(shè)計(jì)架構(gòu)與工程應(yīng)用展開具體論述，以期提供參考。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);保護(hù)控制;設(shè)計(jì)

引言

就當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展和研究方向來看，突出自愈功能的智能電網(wǎng)是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，昀近幾年以來，分布式發(fā)電供能系統(tǒng)獲得了飛速發(fā)展，因?yàn)榉植际桨l(fā)電采取的是就地能源，能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)分片進(jìn)行靈活供電，如果規(guī)劃設(shè)計(jì)合理，一旦發(fā)生災(zāi)難性事件造成大電網(wǎng)瓦解的時(shí)候，能夠確保對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵負(fù)荷的供電，同時(shí)還有利于大電網(wǎng)以昀快的速度恢復(fù)供電，在昀大限度上減小由于停電引起的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電以及配電系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，80-90%的停電都是因?yàn)槌鞘信潆娤到y(tǒng)故障造成的。這主要是由于配電網(wǎng)的特點(diǎn)決定的。所以，我們不但需要打造堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，同時(shí)還應(yīng)該把握當(dāng)前城市配電網(wǎng)實(shí)施大規(guī)模建設(shè)的大好機(jī)會(huì)，對(duì)于分布式發(fā)電供能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行及時(shí)的解決，為我國的智能配電網(wǎng)建立堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，具有非常重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1概述

近幾年，電網(wǎng)的研究和以及發(fā)展方向可以分為達(dá)到以抵御事故擾動(dòng)為主的安全穩(wěn)定目的，減少由于停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)使分布式電源能夠較好地增加用戶用電效率、提升電能質(zhì)量以及增大電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率等等。除此之外，這種智能作用的智能電網(wǎng)研究和發(fā)展已成為了當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的主要趨勢(shì)，由相關(guān)的統(tǒng)計(jì)顯示，大約有 80%的停電均由于城市配電系統(tǒng)故障引起的。同時(shí)因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的特點(diǎn)所引起的。智能配電網(wǎng)對(duì)于加快電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行起到非常重要的作用。根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐研究數(shù)據(jù)表明：智能配電網(wǎng)的應(yīng)用具有非常顯著的交互性以及智能性優(yōu)勢(shì)。另外，在分布式電源加有相關(guān)的技術(shù)和微網(wǎng)運(yùn)行等智能化技術(shù)的應(yīng)用過程，傳統(tǒng)一般的保護(hù)和控制模式無法再達(dá)到現(xiàn)在所需的標(biāo)準(zhǔn)，并且暴露出許多問題。因此，一方面應(yīng)該組建出智能國家電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，另外，需要認(rèn)清現(xiàn)在的城市配電網(wǎng)實(shí)施大規(guī)模建設(shè)的昀佳時(shí)期，就分布式發(fā)電供能系統(tǒng)而言，添加了配電網(wǎng)，能夠緩解一些問題，并得以拓展新的思路和方向，使得我國的智能配電網(wǎng)能夠形成的強(qiáng)勢(shì)基礎(chǔ)，并且起到非常重大的促進(jìn)作用。

2智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)分析

2.1能配電網(wǎng)的保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行目標(biāo)以及結(jié)構(gòu)組成情況，保護(hù)控制系統(tǒng)需要具備的一個(gè)昀基本條件，即自愈能力，也理解為自我預(yù)防與自我恢復(fù)程度。自愈能力可分為兩個(gè)部分：①系統(tǒng)的運(yùn)行須以預(yù)防控制為主，迅速地排查以及處理故障;②在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)起到維持系統(tǒng)安全運(yùn)行的作用，配電網(wǎng)的損失能夠降到昀小極限，另外使得自動(dòng)修復(fù)，在昀大程度上，發(fā)生故障時(shí)需要及時(shí)執(zhí)行恢復(fù)措施。所以，智能配電網(wǎng)的自愈能力成為了配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，但自愈能力要求起到及時(shí)和可靠等作用，制定科學(xué)有效的保護(hù)控制方案。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總共分為兩大部分：①面向電子式互感器、光互感器和數(shù)字量輸入等部分，可實(shí)現(xiàn)面向變電站或本地的對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。②通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，均為數(shù)據(jù)采集以及分散控制的基本條件，另外，通過利用 GPS信息技術(shù)，能夠?yàn)楸镜匦畔⒌膫鹘y(tǒng)保護(hù)控制情況提供了有力的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，為面向區(qū)域或廣域信息的控制策略作下重要的基礎(chǔ)條件。

2.2低壓配電系統(tǒng)的接線方式

低壓配電系統(tǒng)是智能配電網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)典型，它由電源、低壓配電裝置、低壓線路和用戶低壓配電裝置組成，主要用于低壓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、開關(guān)分合閘的控制和各種數(shù)據(jù)的整理分析，完成供電公司與客戶的互動(dòng)任務(wù)。低壓配電系統(tǒng)的接線方式分為以下四種：①放射式，使用放射式接線法完成低壓系統(tǒng)的各部分電線路的相互獨(dú)立，不因某一處的線路故障影響到其他配電線路，具有較高的可靠性。然而放射式配電接線方式所需使用的開關(guān)等材料較多，不適合廣泛的使用，一般用于對(duì)供電設(shè)備有較高要求的場所。②樹干式，低壓配電系統(tǒng)的樹干式接線方式與放射式相反，在耗用較少的有色金屬材料的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的靈活性，降低了實(shí)用成本。通過配電裝置引出的一條線路就可以向很多設(shè)備同時(shí)供電，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。但在通電過程中，若干線出現(xiàn)故障則會(huì)造成大范圍的影響，不具有較高的可靠性，僅適合容量不大、用電設(shè)備分布均刀的場合，實(shí)用性較低。③混合式，混合接線式是把放射式與樹干式兩種方式相結(jié)合，以放射式引出多條干線，局部采用樹干式，將低壓電源引出后依靠放射式的穩(wěn)定運(yùn)行將電流輸送到有靈活的樹干式組成的電路中，使使配電網(wǎng)絡(luò)能夠安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。④具有備用電源的配電方式，為增加供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，在很多建筑物內(nèi)都備有應(yīng)急電源，主電源發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換，啟動(dòng)備用電源，由備用電源向用戶供電，直到修復(fù)完成后再切換回主電源，保證電量的正常使用。

2.3智能配電網(wǎng)保護(hù)控制研究

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的智能配電網(wǎng)保護(hù)控制單元，從圖中能夠看出，所有的保護(hù)控制單元都具備智能判斷能力以及通信能力，這完全滿足人工智能領(lǐng)域多代理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在保護(hù)控制單元中采取多代理智能體結(jié)構(gòu)，比如慎思型理性智能體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)保護(hù)代理之間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)配合以及信息交換和;如果采取知識(shí)提取及操控語言結(jié)構(gòu)，可以使得含微網(wǎng)配電系統(tǒng)保護(hù)控制具有分布計(jì)算和分布式控制的功能。包含了微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)如果遇到干擾之后很有可能引起振蕩現(xiàn)象。如果出現(xiàn)擾動(dòng)之后無法再建立穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，必然會(huì)導(dǎo)致微網(wǎng)和配網(wǎng)主系統(tǒng)之間出現(xiàn)失步。傳統(tǒng)的失步保護(hù)判據(jù)是在測量阻抗變化軌跡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，有著很多的缺陷。失步情況較為繁瑣，以前一般都假設(shè)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)能夠確保發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)維持恒定，但是對(duì)于小容量分布式電源而言，這種假設(shè)顯然是無法成立的。所以，進(jìn)行微電網(wǎng)失步解列保護(hù)同樣也是必須重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文設(shè)計(jì)的方案在處理上述問題的思路可以表述為：①基于同步相量的失步解列方案，顧名思義，這種方法就是通過同步測量技術(shù)，能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)和配電網(wǎng)主系統(tǒng)之間的功角以及變化率進(jìn)行實(shí)測或者計(jì)算，再考慮同步測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)滯對(duì)結(jié)果的影響，能夠構(gòu)建功角動(dòng)態(tài)變化自回歸模型，然后進(jìn)行攻角曲線擬合求解，通過這樣的方式來完成對(duì)于功角變化的跟蹤以及預(yù)測，可以確保在失步發(fā)生之前就能夠做出失步解列判斷，使得配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行具備自我防御能力;②基于本地多信息量的失步保護(hù)方案，對(duì)分布式電源的有功以及無功出力、線路側(cè) Ucos準(zhǔn)以及變化率等多方面因素進(jìn)行綜合考慮，通過數(shù)學(xué)方法，比如模糊數(shù)學(xué)，針對(duì)各個(gè)失步判定方法實(shí)施加權(quán)判斷，在此基礎(chǔ)上得到科學(xué)合理的失步解列方案。

結(jié)束語

智能電網(wǎng)的研究有待深入，由于涉及廣度是整個(gè)電力系統(tǒng)的方方面面，需要進(jìn)一步深入研究和探討，因?yàn)樗呀?jīng)成為了未來電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。本文對(duì)智能電網(wǎng)的要點(diǎn)進(jìn)行闡述，并給出了科學(xué)有效的含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)，在保護(hù)控制原理各技術(shù)的研究等方面展開了探討和分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)提供參考和學(xué)習(xí)，為智能配電網(wǎng)保護(hù)控制的設(shè)計(jì)研究給以一定的依據(jù)和借鑒。

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