智能配電網(wǎng)分布式控制技術(shù)及其應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高,用戶對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)潮流與電壓的波動性增加,給配電網(wǎng)的保護控制和運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、易于實現(xiàn),動作速度快,但是由于其利用的信息有限,控制性能不完善?;谥髡镜募锌刂品绞娇梢岳萌中畔?,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等通信的分布式控制方式,這種方式既可以利用多個站點的測控信息來提高保護控制的性能,又可以避免主站集中控制方式帶來的通信和數(shù)據(jù)處理延時長的問題。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)自動識別配電網(wǎng)絡(luò)實時拓撲的方法和采用UDP協(xié)議傳輸GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event,面向通用對象變電站事件)報文的實時數(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現(xiàn)的2個關(guān)鍵技術(shù)問題。作為分布式控制在配電網(wǎng)保護中應(yīng)用的一個例子,提出了廣域閉鎖分布式電流保護算法,解決了傳統(tǒng)配電網(wǎng)電流保護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)的啟動方式分為周期性調(diào)用、事件觸發(fā)與遠方命令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)啟動方式與控制工作方式的特點及其適用場合,為分布式控制的研究打下了理論基礎(chǔ)。
  (2)提出了STU通過逐級查詢自主識別智能配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用拓撲的方法。配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用的實現(xiàn)要求STU存有饋線實時拓撲,但一個具體的分布式控制應(yīng)用涉及站點少,功能的實現(xiàn)不需要掌握全站的拓撲信息。由主站集中獲取拓撲信息再將相關(guān)拓撲信息下發(fā)給STU的方式,對主站依賴度高,存在安全性和可靠性風(fēng)險,且拓撲識別和更新的速度慢。為此,分

6、析了智能終端獲取拓撲的方法和自主查詢拓撲的實現(xiàn)機制,提出了STU自主識別并保存拓撲的逐級查詢方法。為STU配置局部拓撲信息和相鄰STU的通信地址,通過查詢其它STU存儲的局部拓撲信息,獲取其控制應(yīng)用所需的靜態(tài)饋線拓撲信息,并根據(jù)控制域內(nèi)開關(guān)的實時狀態(tài)信息建立應(yīng)用拓撲,在饋線拓撲發(fā)生變化時可自動更新STU存儲的拓撲。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,解決了分布式控制實用化的一個關(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)對饋線拓撲進行建模,有利于實現(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)報協(xié)議),用GOOSE通信機制傳輸實時性報文(GOOSE over UDP)的傳輸方式。將實時性報文映射到傳輸層的UDP協(xié)議,基于IP對等通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速報文在廣域網(wǎng)內(nèi)傳輸,可滿足報文傳輸實時性的要

8、求。分析了影響端到端應(yīng)用通信實時性的主要因素,給出了配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用對通信實時性的要求。對現(xiàn)有的快速報文傳輸方式進行了比較,提出采用GOOSE over UDP傳輸方式來實現(xiàn)配電網(wǎng)分布式控制應(yīng)用實時數(shù)據(jù)的傳輸,通過GOOSE重傳機制、設(shè)置進程優(yōu)先級和IP層優(yōu)先級等措施來保證報文的可靠、實時傳輸。分析了傳輸時延的構(gòu)成,提出了將報文傳輸時延的STU內(nèi)部處理時延和鏈路傳輸時延分離的原理及測試實現(xiàn)方法,設(shè)計應(yīng)用層報文并修改STU操作系統(tǒng)底層

9、程序完成了傳輸方式實時性的測試,該方法可通過編程來實現(xiàn),不需要終端裝置的精確對時,經(jīng)濟性好。搭建了可以跨局域網(wǎng)傳輸快速報文的GOOSE over UDP傳輸方式的實時性測試系統(tǒng),對影響報文傳輸實時性的各種因素進行了測試,測得STU之間傳輸時延最大不超過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算法。由檢測到故障電流的STU啟動廣域閉鎖分布式電流保護算法,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)出保護閉鎖信號(若所監(jiān)控的開關(guān)失靈,則停止發(fā)送保護閉鎖信號)。若該開關(guān)不是終端開關(guān),且在整定時間內(nèi)沒有收到保護閉鎖信號則保護動作;若該開關(guān)是終端開關(guān),則檢測到故障電流后直接跳閘。算法考慮了鏈路故障、單點通信故障及斷路器失靈等異常情況,整定配置簡單,能夠很好地適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化,有選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試驗系統(tǒng)。STU利用所提出的應(yīng)用

11、拓撲自主識別方法獲得廣域閉鎖分布式電流保護應(yīng)用拓撲,通過GOOSE over UDP傳輸方式來傳輸故障電流檢測結(jié)果和閉鎖信號等保護、控制命令。試驗結(jié)果表明,在通信正常、線路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化及單點網(wǎng)絡(luò)故障等情況下,均可以實現(xiàn)廣域閉鎖分布式電流保護,使停電范圍最小,保護動作可在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,是實現(xiàn)配電網(wǎng)保護、控制應(yīng)用的發(fā)展趨勢。STU自主識別配電網(wǎng)絡(luò)拓撲的方法可支持分布式自治控制的實現(xiàn)

12、,靈活性好,既可以保證拓撲信息的實時性,又可以與主站拓撲信息進行核對。用GOOSE over UDP傳輸方式實現(xiàn)開關(guān)跳閘、閉鎖等實時數(shù)據(jù)的傳輸,滿足分布式控制應(yīng)用對快速報文在廣域網(wǎng)內(nèi)快速、可靠傳輸?shù)囊?,這種方式配置簡單,通用性好。作為分布式控制在配電網(wǎng)中應(yīng)用的一個例子,廣域閉鎖分布式電流保護算法能夠適應(yīng)配電線路結(jié)構(gòu)的變化,在100ms內(nèi)實現(xiàn)保護動作,解決傳統(tǒng)電流保護選擇性和快速性難以兼顧的問題。論文的研究成果對推動分布式控制的研究與應(yīng)

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