分布式發(fā)電弱同步條件下差動(dòng)保護(hù)研究.pdf

1、能源安全和環(huán)境保護(hù)的壓力促使分布式發(fā)電(DG)得到迅猛發(fā)展,然而DG大量接入配電網(wǎng),形成了多電源、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、少斷路器配置、少CT/PT配置、微網(wǎng)、孤島、運(yùn)行方式多變等于一體的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),給原有的配電網(wǎng)保護(hù)提出了極大的挑戰(zhàn)。城市配電網(wǎng)中存在大量的中壓短線路,采用單端信息保護(hù)原理,在整定值、靈敏度和動(dòng)作時(shí)間等方面都難以滿足要求。配電網(wǎng)中存在大量對(duì)電能質(zhì)量影響較大的重要線路,這些重要線路都要求繼電保護(hù)能夠全線快速切除故障。并且配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)遠(yuǎn)

2、比輸電網(wǎng)復(fù)雜,會(huì)出現(xiàn)眾多的多端網(wǎng)絡(luò)。本文提出采用基于以太網(wǎng)信道的弱同步差動(dòng)保護(hù)方案保護(hù)DG條件下配電網(wǎng),對(duì)保護(hù)的信道傳輸、信息同步、算法以及配網(wǎng)整體保護(hù)方案等多方面進(jìn)行了深入的研究。
　　 配電網(wǎng)廣域測(cè)控體系是智能配電網(wǎng)高級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一,除支持常規(guī)SCADA的所有功能外,還要支持同步相量測(cè)量。本文采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù),建立同步精度為1ms的“弱同步”相量測(cè)量系統(tǒng)。弱同步相量測(cè)量系統(tǒng)是結(jié)合智能配電網(wǎng)特點(diǎn)提出的,其最

3、大的優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)成本低、安全性可控,適合大規(guī)模節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。
　　 光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在高壓輸電線路中廣泛使用,推廣應(yīng)用到配電網(wǎng)具有成本高的問(wèn)題。隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的推廣,以太網(wǎng)技術(shù)替代現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)成為未來(lái)數(shù)字化變電站的主流通信技術(shù)；配網(wǎng)自動(dòng)化的通信系統(tǒng)也已經(jīng)呈現(xiàn)出由串行光網(wǎng)絡(luò)通信向光以太網(wǎng)通信過(guò)渡的發(fā)展趨勢(shì),基于以太網(wǎng)信道是未來(lái)DG條件下配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)的自然選擇。然而以太網(wǎng)采用軟交換技術(shù),存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和收發(fā)隊(duì)列使得時(shí)延抖動(dòng)要比S

4、DH信道大很多,其同步精度較低,只能達(dá)到1ms,是一種弱同步。
　　 本文提出兩種基于多電源多端口區(qū)段的電流方向元件新原理:基于電流幅值的故障方向判別原理和基于電流相量標(biāo)積的故障方向判別原理。并提出了一套基于弱同步相量測(cè)量系統(tǒng),以差動(dòng)保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)為主,以基于多電源多端口區(qū)段電流方向元件的故障相關(guān)區(qū)域搜索算法為輔的保護(hù)方案。
　　 為了構(gòu)建配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)所需的以太網(wǎng)信道,本文給出了一種基于彈性分組環(huán)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信方案

5、。為了評(píng)估該配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能,本文采用網(wǎng)絡(luò)演算方法推導(dǎo)出了一種新的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延上界計(jì)算方法。評(píng)估結(jié)果表明該方案能夠滿足配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求。并采用OPNET仿真工具對(duì)基于RPR的配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)采用SNTP作為時(shí)間同步技術(shù)時(shí)的同步精度進(jìn)行了評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明:該同步方法能達(dá)到1ms以內(nèi)的弱同步。
　　 弱同步環(huán)境必然帶來(lái)同步誤差安全性問(wèn)題,本文采用p平面分析法建立了衡量差動(dòng)保護(hù)算法同步誤差安全性的指標(biāo)--相移制動(dòng)能力。

6、并分析了相量和差制動(dòng)判據(jù)、最大值制動(dòng)判據(jù)和三折線制動(dòng)判據(jù)等常見(jiàn)的比率制動(dòng)判據(jù)、相差保護(hù)和雙K值差動(dòng)保護(hù)的相移制動(dòng)能力。為了適應(yīng)基于以太網(wǎng)信道的弱同步環(huán)境,需要從保護(hù)算法的角度尋找更多新的抗同步誤差能力強(qiáng)的差動(dòng)保護(hù)算法。本文提出了三種新的弱同步差動(dòng)保護(hù)算法:(1)對(duì)相差保護(hù)算法進(jìn)行了改進(jìn),形成了在ρ平面上端點(diǎn)可以調(diào)整的扇形制動(dòng)型判據(jù)。(2)根據(jù)靈敏度、同步誤差安全性、區(qū)外故障安全性等方面的要求,在ρ平面上構(gòu)造出了扇環(huán)制動(dòng)型判據(jù),該判據(jù)采用

7、幅值相角分別獨(dú)立約束的方法構(gòu)成,能兼顧區(qū)內(nèi)故障的靈敏度和同步誤差的安全性。(3)把標(biāo)積制動(dòng)的思想引入到扇環(huán)制動(dòng)型判據(jù)的相角判據(jù)中,形成了第三種新的判據(jù)。本文采用EMTP-ATP建立DG條件下10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型,仿真得到兩相短路時(shí)的故障數(shù)據(jù),考察扇形制動(dòng)型判據(jù)和扇環(huán)制動(dòng)型判據(jù)在-2～2毫秒同步誤差環(huán)境下的安全性。然后考察了區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度和區(qū)外故障單側(cè)電流互感器出現(xiàn)飽和時(shí)的安全性。仿真結(jié)果表明:扇形制動(dòng)型判據(jù)和扇環(huán)制動(dòng)型判據(jù)都

8、能很好的兼顧同步誤差的安全性、區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度和區(qū)外故障的安全性,是能夠適應(yīng)弱同步環(huán)境的新型差動(dòng)保護(hù)算法。
　　 最后本文給出了配電網(wǎng)弱同步相量測(cè)量系統(tǒng)中的弱同步相量測(cè)量單元設(shè)計(jì)方案。同步相量傳輸?shù)耐ㄐ艑?shí)現(xiàn)是有關(guān)保護(hù)速動(dòng)性的重要影響因素,傳送采樣值的模式可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù),然而傳送同步相量的模式則更有效率。本文基于IEC61850-9-2有關(guān)采樣值傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)思想,采用采樣值傳輸所采用的訂閱/發(fā)布服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)同步相量的傳輸,并給