智能電網建設下分布式發電繼電保護技術探析

陳愷

摘要：分布式發電具有低成本、低能耗、高效率的優勢，在智能電網中應用能夠實現智能控制，降低發電成本，減少污染排放，符合節能減排的發展目標。本文分析了分布式發電在智能電網中的應用現狀和趨勢，提出了基于智能電網系統的分布式發電控制策略，經技術測試后發現，該技術體系對提高電網運行效率、促進電力企業發展具有重要意義。

關鍵詞：智能電網?電網建設?分布式發電?繼電保護技術

中圖分類號：TM77

Analysis?of?the?Relay?Protection?Technology?of?Distributed?Generation?Under?the?Construction?of?Smart?Grids

CHEN?Kai

College?of?Automotive?Engineering，?Guangxi?Transport?Vocational?and?Technical?College，?Nanning，?Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region，?530033?China

Abstract：?Distributed?generation?has?the?advantages?of?low?costs，?low?energy?consumption?and?high?efficiency，?and?its?application?in?smart?grids?can?achieve?intelligent?control，?reduce?power?generation?costs?and?reduce?pollution?emissions，?which?meets?the?development?goals?of?energy?conservation?and?emission?reduction.?This?article?analyzes?the?application?status?and?trends?of?distributed?generation?in?smart?grids，?and?proposes?control?strategies?for?distributed?generation?based?on?smart?grid?systems.?After?technical?testing，?it?is?found?that?this?technical?system?is?of?great?significance?in?improving?the?operation?efficiency?of?grids?and?promoting?the?development?of?power?enterprises.

Key?Words：?Smart?grid;?Grid?construction;?Distributed?generation;?Relay?protection?technology

智能電網是一個信息高度集成、資源高度共享的電網系統。在智能電網中，電力系統的功能和結構將得到優化，系統運行效率會提高，并且能夠滿足用戶需求。近年來，隨著分布式發電技術的快速發展，對電網運行的穩定性和可靠性提出了更高的要求。然而，傳統電網無法滿足電力系統的發展要求。因此，必須根據智能電網建設的發展趨勢，采用有效的繼電保護技術來提高電力系統的穩定性和可靠性。

1分布式發電繼電保護技術發展趨勢

目前，在電網的繼電保護工作中，繼電保護系統主要包括兩種形式：離線式保護系統和在線式保護系統。

離線保護系統主要是指系統的離線運行，在這一系統中，不管是設置繼電保護裝置參數，又或是搜集一次性設備原件數據，都需要進行人工的操作和錄入，或是提前按照系統中的設定格式來進行數據導入。在給定電網運行模式上，確定繼電保護裝置的動作定值[1]。

在線系統模式主要指的是系統利用網絡拓撲結構，所有的運行資料數據可以通過系統進行自動化獲取，對系統的運行狀態進行自動檢測，隨后結合實際運行情況設定保護定值，并對定值情況進行隨時校核。在確定了設定時限之后，可以通過規定規約的方式實現和主站系統、端站的有效連接，并達成通信目標，對定值進行遠程修改。

基于國內外我國電網的繼電保護裝置發展趨勢來分析，繼電保護裝置系統已經逐步實現了從離線系統向在線系統的升級。但是因為不同地區電力網絡結構存在差異，繼電保護裝置設備型號有所不同，為此，實現在線繼電保護定值系統的推廣仍存在一定的發展空間。

現階段，我國的繼電保護裝置仍有很多地區在使用離線模式，例如Oracle數據庫管理系統以及達夢數據庫系統。目前已有的繼電保護裝置系統，不管是功能還是效率都未達到理想目標。而伴隨著我國電網到智能化建設，電網規模的全面擴大，這類傳統繼電保護裝置系統不足日益凸顯。舉例來說，在目前系統使用過程中，電網圖形和模型都是通過系統本身具有的功能來進行維護的，前期需要投入大量的資源，用于電網拓撲結構模型的建設。與此同時，后期的更新和維護過程也十分艱難，保護裝置定值的修改工作仍然需要通過人工操作。個別具有遠程調整定值功能的系統也在安全、運行等眾多因素的影響下未能獲得廣泛推廣和使用。同時，如果通過人工操作，涉及大量的改參數環節，時間周期較久，很容易出現誤操作，短時間內可能會出現運行方式和運行定值的脫節問題。綜合考量以上缺陷可能會對電網運行帶來的負面影響和安全隱患，再加上近些年我國計算機技術全面發展，需要運用學術領域的最新研究成果，設計出有著更好實用性、頁面更為簡單、操作更為便捷、使用過程更為穩定可靠的繼電保護系統，強化對新技術的合理使用，以滿足我國智能電網的建設發展需求[2]。

2智能電網下分布式發電繼電保護系統設計

在智能電網繼電和發電保護裝置的設計過程中，要求其本身具有一定的在線交互性功能，可以從不同的能量管理系統中獲取電網運行數據，明確電網元件模型情況，掌握拓撲架構，并對參數進行實時化分析，將其作為后續對系統進行整定及計算的參考依據。目前，在我國的智能電網建設過程中，EMS/SCADA?系統已經獲得了廣泛使用，其技術水平也變得愈發成熟。與此同時，這一系統在從EMS數據接口獲得實時數據時，其數據結果也較為精準和可靠。通過這一系統的使用，可以進一步減少模型錄入和維護工作總量，實現了整個系統的智能化建設。有關工作人員也可以從復雜的電網繪制工作中真正的解放出來，將其時間和精力放在繼電保護、定值配合、最優化配置等重點問題上，優化電網運行的安全可靠水平。

2.1?220kV母線保護

在調研和分析變電站220kV母線電氣線路主接線時，可采用雙母線接技術，按照直接采樣，直接跳閘，集中布置的新思路，通過對母線保護的研究與分析，掌握母線保護在實際應用中應注意的問題。

（1）母線保護可以完成差動保護、故障保護、母聯死區保護、PT斷線判斷等功能。

（2）在雙母線接線的母線差動保護裝置中，應采用組合電壓閉鎖元件，使故障保護和母聯死區保護功能得到充分發揮。雙母線接線和PT母線斷開都會導致母線電壓的鎖定，另外，在故障后工作中，還應有相關報警裝置，以便工作人員能夠快速地找到故障問題。

（3）在雙母線接線保護中，采用大差與小差元件，發揮各自作用。其中，大差元件用于母線區內和區外故障的分析，小差元件則用于故障節點的選取。

（4）應當單獨設有多個故障保護裝置，各組線路及部件都能得到相應的保護，母差保護與故障保護應能各自單獨工作。

2.2元件保護及自動裝置

在設置主保護裝置和220kV保護設備時，要做到獨立設計。在110kV母線的保護中，要采用測量與監測集成設備，使其更好地發揮作用。在選用時，必須依據DL/T860規范，以保證其完整性。各設備間的閉鎖情況及跳閘情況的傳送，均需采用GOOSE報文形式，Q/GDW441-2010技術標準適用于GOOSE報文信息的傳送。主變保護：220kV變壓器的容量保護應當采用雙重配置模式，另外還可以將其運用到互感器合并裝置、開關智能終端等的配置中，采用直接取樣的方法。該系統能夠實現對變壓器保護跳母線和分區開關等信息的傳送。

（1）在變壓器中，主要采用縱向差動的方法，能較好地解決多條相路之間的短路問題[3]。

（2）在變壓器的高壓、中壓一側，配置組合電壓鎖定過流保護設備。另外，在變壓器的低壓一側，配置快速開斷和組合電壓閉鎖過流保護設備，能夠使主保護相間短路故障和對備用保護功能得到高效發揮。

（3）對變壓器的高、中、低壓部位采用零序電流保護。在保護裝置運行中，采取兩個時間周期，即本側和對側的母聯分段，要求在第一個周期之內進行。將所有的斷路器都斷開，以第二周期為主。

（4）在變壓器的高、中、低壓中間點，采用零序和零序兩種保護裝置，可以在每一臺斷路器都跳閘時，產生延遲效應[4]。

2.3一體化監控系統

按照DL/T860規范，變電站綜合監測系統應當按照DL/T860規范要求，在建設時應當采取三級架構，即三層結構兩層網絡。站控、層間、隔層是三層結構，站控層與流程層，是兩層網絡。根據《智能變電站一體化監控系統功能規范》和《中國銀行業監督管理委員會關于國核財務有限公司新增業務范圍的批復》銀監復[2013]185號的規定，全站應當分別設置兩臺主機和操作臺，綜合應用服務器一臺，五臺數據通信終端設備，如正反向隔離設備，防火墻和打印機等設備，構成全站監視和管理中心，實現與遠程監視/調度中心的通訊，其修改單如表1所示。

為保證裝置的智能化，在一次裝置中采用智能終端與合并裝置[5]。一、二次裝置要實現高效互聯，必須引進智能終端。利用GOOSE報文進行一次裝置的遙控操作，是一種高效的方法。在將合并裝置與傳統互感器相連時，一般都是通過電纜將采集到的數據進行數字處理。

2.4算法設計

2.4.1電網不對稱故障條件DFIG數學模型

在雙饋系統中，轉子側采用電動機慣例，定子側則使用發電機慣例。在正負（dq）+、逆（dq）-轉（dq）的同步轉動座標系中，電壓和磁鏈的計算公式：

（1）

（2）

式（1）、式（2）中，U是電壓、i是電流、R是電阻、L是電感、ψ是磁鏈。d與q代表了電氣量在d和q軸上的部分。下方符號s、r代表的是定子、轉子部分。Lm代表定子線圈和轉子線圈的自電感。ω1代表的是同步角速率。在正轉角dq座標系中，ωri=-（ω1-ωr）代表轉子的角度頻率。下標“+”為正負向部分，“?”為負向部分。P=d/dt代表了一個微分算子[5]。

2.4.2基于正、反轉同步速旋轉坐標系中RSC的模型

由式（1）、式（2）可知，在正、反向同步轉動座標系下，轉子磁鏈的d、q軸成分可以被表達為：

3技術測試

測試是整個系統開發和使用的關鍵步驟，能及時發現軟件弱點，并在實際使用前對其進行校正，從而提升系統的工作可靠性。然而，整個試驗流程必須完備，在調試完畢以后，才能進一步細化，使整個體系更加完美，滿足智能電網的使用需求。

3.1功能組件的檢驗測試

這個系統根據下面的功能進行了測試，表2中概述了測試的結果。

可以進行單相和兩相接地短路、兩相短路和三相相間短路的運算，并能準確地將每一種短路電流的大小，分別輸入到系統中。通過本系統的計算，可以看到每個用戶的電量，也可以看到整個電網的電量

經過對該智能電網中的繼電保護在線整定計算系統進行了功能試驗，結果表明該方法能夠達到預期效果。并對其進行了建模和參數處理，使其達到了原設計目的。在完成繼電保護整定運算之后，還可以實現遙控修正。該軟件具有良好的人機接口，便于使用者使用，為繼電保護整定工作發揮了一定的作用。

3.2系統壓力測試

如表3所示，通過對智能電網中的繼電保護在線整定計算系統進行壓力試驗，重點是對其對應的速度體系的穩定性和可靠性等各方面的壓力進行了多項試驗，并結合實例進行了反復測試。其中，登錄服務端的事件響應處理時間為6.9次/s，登錄壓力試驗反應時間為3.1次/s。

4結論

綜上所述，分布式發電是指在電網中以用戶為中心，按照特定的設計和要求，通過接入系統的方式將電能進行優化整合，最終滿足用戶用電需求的一種發電技術。分布式發電的廣泛應用，將對電網系統運行帶來較大影響。尤其是在智能電網建設背景下，傳統的繼電保護技術已經不能滿足實際需求，對分布式發電運行質量及效益產生嚴重影響。因此，應當加大對智能電網建設下分布式發電繼電保護技術的研究力度，有效提高繼電保護技術水平及工作效率，減少供電故障發生次數，提升供電安全性及可靠性，為用戶提供更加優質、安全、可靠的電力服務。本文通過對分布式發電技術的發展及其對智能電網建設的影響進行分析和研究，并在此基礎上提出了相關建議，希望能為智能電網建設提供參考。

參考文獻

[1] 魯俊勇，張建文，張超等.風力發電并聯網絡的繼電保護定值問題與校正技術分析[J].集成電路應用，2023，40（9）：118-119.

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[3] 梁營玉，張志，李武林.光伏電站送出線路繼電保護虛擬實驗平臺設計[J].科教文匯，2023（12）：103-109.

[4] 谷文超.基于低功耗與可靠性的傳感器網絡中的繼電保護研究[J].自動化應用，2023，64（3）：149-151.

[5] 劉軍.高校教學信息化發展前景探究[J].文化創新比較研究，2020，4（29）：140-142.

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