智能配電網(wǎng)分布式控制技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求越來越高，作為電力系統(tǒng)中面向終端用戶的最終環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)對(duì)供電質(zhì)量有直接的影響。另一方面，分布式能源(DER)大量接入配電網(wǎng)，使配電網(wǎng)成為能量雙向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)，且DER出力的分散性、間歇性使配電網(wǎng)潮流與電壓的波動(dòng)性增加，給配電網(wǎng)的保護(hù)控制和運(yùn)行管理帶來了新的挑戰(zhàn)，迫切需要新的控制手段。
　　傳統(tǒng)的控制方式包括就地控制和集中控制，就地控制方式只利用裝置安裝處的信息，

2、易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)作速度快，但是由于其利用的信息有限，控制性能不完善。基于主站的集中控制方式可以利用全局信息，能夠獲得優(yōu)化的控制性能，但其涉及環(huán)節(jié)多，使得響應(yīng)的速度較慢。解決問題的途徑是基于終端之間對(duì)等通信的分布式控制方式，這種方式既可以利用多個(gè)站點(diǎn)的測(cè)控信息來提高保護(hù)控制的性能，又可以避免主站集中控制方式帶來的通信和數(shù)據(jù)處理延時(shí)長(zhǎng)的問題。目前，已有一些智能配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用方面的研究，但尚未形成系統(tǒng)的分布式控制技術(shù)體系，缺少適合的控制策略

3、，一些關(guān)鍵技術(shù)問題仍待解決。
　　本文研究智能配電網(wǎng)分布式控制基礎(chǔ)理論及其關(guān)鍵支撐技術(shù)，總結(jié)提出了智能配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用的基本概念。提出了智能配電終端(STU，Smart TerminalUnit.指能夠支持分布式控制應(yīng)用的配電終端)自動(dòng)識(shí)別配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)拓?fù)涞姆椒ê筒捎肬DP協(xié)議傳輸GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用對(duì)象變電站事件)報(bào)文的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式（稱為G

4、OOSE over UDP傳輸方式），解決了分布式控制實(shí)現(xiàn)的2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。作為分布式控制在配電網(wǎng)保護(hù)中應(yīng)用的一個(gè)例子，提出了廣域閉鎖分布式電流保護(hù)算法，解決了傳統(tǒng)配電網(wǎng)電流保護(hù)快速性和選擇性難以兼顧的問題。主要研究工作和創(chuàng)新成果如下:
　　(1)總結(jié)提出了智能配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用的基本概念及控制方法。定義了控制任務(wù)、控制作用域，將控制任務(wù)的啟動(dòng)方式分為周期性調(diào)用、事件觸發(fā)與遠(yuǎn)方命令3種?？刂乒ぷ鞣绞椒譃閰f(xié)同控制、代理控制2種，

5、分析了不同控制任務(wù)啟動(dòng)方式與控制工作方式的特點(diǎn)及其適用場(chǎng)合，為分布式控制的研究打下了理論基礎(chǔ)。
　　(2)提出了STU通過逐級(jí)查詢自主識(shí)別智能配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用拓?fù)涞姆椒?。配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)要求STU存有饋線實(shí)時(shí)拓?fù)?，但一個(gè)具體的分布式控制應(yīng)用涉及站點(diǎn)少，功能的實(shí)現(xiàn)不需要掌握全站的拓?fù)湫畔ⅰＳ芍髡炯蝎@取拓?fù)湫畔⒃賹⑾嚓P(guān)拓?fù)湫畔⑾掳l(fā)給STU的方式，對(duì)主站依賴度高，存在安全性和可靠性風(fēng)險(xiǎn)，且拓?fù)渥R(shí)別和更新的速度慢。為此，分

6、析了智能終端獲取拓?fù)涞姆椒ê妥灾鞑樵兺負(fù)涞膶?shí)現(xiàn)機(jī)制，提出了STU自主識(shí)別并保存拓?fù)涞闹鸺?jí)查詢方法。為STU配置局部拓?fù)湫畔⒑拖噜廠TU的通信地址，通過查詢其它STU存儲(chǔ)的局部拓?fù)湫畔?，獲取其控制應(yīng)用所需的靜態(tài)饋線拓?fù)湫畔ⅲ⒏鶕?jù)控制域內(nèi)開關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息建立應(yīng)用拓?fù)?，在饋線拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)可自動(dòng)更新STU存儲(chǔ)的拓?fù)?。這種方式配置工作量小、靈活性好，便于分布式控制應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，解決了分布式控制實(shí)用化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。定義了智能終端局部網(wǎng)

7、絡(luò)，采用通用信息模型(CIM，Common Information Model)對(duì)饋線拓?fù)溥M(jìn)行建模，有利于實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備之間以及終端與主站之間的互操作性。
　　(3)提出了采用UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)，用GOOSE通信機(jī)制傳輸實(shí)時(shí)性報(bào)文(GOOSE over UDP)的傳輸方式。將實(shí)時(shí)性報(bào)文映射到傳輸層的UDP協(xié)議，基于IP對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)快速報(bào)文在廣域網(wǎng)內(nèi)傳輸，可滿足報(bào)文傳輸實(shí)時(shí)性的要

8、求。分析了影響端到端應(yīng)用通信實(shí)時(shí)性的主要因素，給出了配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用對(duì)通信實(shí)時(shí)性的要求。對(duì)現(xiàn)有的快速報(bào)文傳輸方式進(jìn)行了比較，提出采用GOOSE over UDP傳輸方式來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，通過GOOSE重傳機(jī)制、設(shè)置進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和IP層優(yōu)先級(jí)等措施來保證報(bào)文的可靠、實(shí)時(shí)傳輸。分析了傳輸時(shí)延的構(gòu)成，提出了將報(bào)文傳輸時(shí)延的STU內(nèi)部處理時(shí)延和鏈路傳輸時(shí)延分離的原理及測(cè)試實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)應(yīng)用層報(bào)文并修改STU操作系統(tǒng)底層

9、程序完成了傳輸方式實(shí)時(shí)性的測(cè)試，該方法可通過編程來實(shí)現(xiàn)，不需要終端裝置的精確對(duì)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性好。搭建了可以跨局域網(wǎng)傳輸快速報(bào)文的GOOSE over UDP傳輸方式的實(shí)時(shí)性測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)影響報(bào)文傳輸實(shí)時(shí)性的各種因素進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)得STU之間傳輸時(shí)延最大不超過10ms，滿足分布式控制在配電網(wǎng)中應(yīng)用的要求。
　　(4)提出了廣域閉鎖分布式電流保護(hù)算法。由檢測(cè)到故障電流的STU啟動(dòng)廣域閉鎖分布式電流保護(hù)算法，如果所監(jiān)控的開關(guān)工作狀態(tài)正常，則向

10、該開關(guān)流過故障電流的反方向發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)（若所監(jiān)控的開關(guān)失靈，則停止發(fā)送保護(hù)閉鎖信號(hào)）。若該開關(guān)不是終端開關(guān)，且在整定時(shí)間內(nèi)沒有收到保護(hù)閉鎖信號(hào)則保護(hù)動(dòng)作;若該開關(guān)是終端開關(guān)，則檢測(cè)到故障電流后直接跳閘。算法考慮了鏈路故障、單點(diǎn)通信故障及斷路器失靈等異常情況，整定配置簡(jiǎn)單，能夠很好地適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓羞x擇性的快速將故障切除。
　　(5)在有源配電網(wǎng)靜態(tài)模擬系統(tǒng)上開發(fā)了廣域閉鎖分布式電流保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)。STU利用所提出的應(yīng)用

11、拓?fù)渥灾髯R(shí)別方法獲得廣域閉鎖分布式電流保護(hù)應(yīng)用拓?fù)?，通過GOOSE over UDP傳輸方式來傳輸故障電流檢測(cè)結(jié)果和閉鎖信號(hào)等保護(hù)、控制命令。試驗(yàn)結(jié)果表明，在通信正常、線路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化及單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障等情況下，均可以實(shí)現(xiàn)廣域閉鎖分布式電流保護(hù)，使停電范圍最小，保護(hù)動(dòng)作可在100ms內(nèi)完成。
　　分布式控制具有響應(yīng)速度快，控制性能好的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)、控制應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。STU自主識(shí)別配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒芍С址植际阶灾慰刂频膶?shí)現(xiàn)

12、，靈活性好，既可以保證拓?fù)湫畔⒌膶?shí)時(shí)性，又可以與主站拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行核對(duì)。用GOOSE over UDP傳輸方式實(shí)現(xiàn)開關(guān)跳閘、閉鎖等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，滿足分布式控制應(yīng)用對(duì)快速報(bào)文在廣域網(wǎng)內(nèi)快速、可靠傳輸?shù)囊?，這種方式配置簡(jiǎn)單，通用性好。作為分布式控制在配電網(wǎng)中應(yīng)用的一個(gè)例子，廣域閉鎖分布式電流保護(hù)算法能夠適應(yīng)配電線路結(jié)構(gòu)的變化，在100ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，解決傳統(tǒng)電流保護(hù)選擇性和快速性難以兼顧的問題。論文的研究成果對(duì)推動(dòng)分布式控制的研究與應(yīng)