為了適應(yīng)分布式電源大量接入的要求, 并提高供電可靠性、保證線路電壓水平, 未來(lái)智能配電網(wǎng)應(yīng)具有閉環(huán)運(yùn)行能力, 并在整體上具有微網(wǎng)運(yùn)行能力。這些對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。首先是對(duì)于含有高滲透率分布式電源的智能配電網(wǎng), 故障電流的單向特性已不復(fù)存在, 故障電流的幅值、諧波、序分量等特征也有別于傳統(tǒng)配電網(wǎng); 其次是智能配電網(wǎng)具有的靈活可變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 為保護(hù)的整定配合帶來(lái)了很大困難。雖然差動(dòng)保護(hù)原理具有絕對(duì)的選擇性, 可以應(yīng)對(duì)智能配電網(wǎng)的上述特點(diǎn), 但由于其對(duì)同步和通信帶寬要求很高, 大量應(yīng)用于配電網(wǎng)并不現(xiàn)實(shí)。
本文旨在針對(duì)未來(lái)智能配電網(wǎng)提出一種基于GOOSE的自適應(yīng)級(jí)聯(lián)方向閉鎖保護(hù)方案。該方案對(duì)于配電網(wǎng)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(環(huán)網(wǎng)和輻射型網(wǎng)絡(luò))、不同運(yùn)行模式(并網(wǎng)和孤島運(yùn)行)以及不同的故障元件(線路和母線等)皆具有良好的適應(yīng)性。
2、技術(shù)路線
2.1基本原理
圖1為本保護(hù)原理示意圖, 圖中每套保護(hù)由方向和過(guò)流元件組成。每套保護(hù)設(shè)置了兩組、四個(gè)GOOSE虛端子。其中, 第一組虛端子IN1、OUT1負(fù)責(zé)逆參考方向閉鎖信號(hào)的接收與發(fā)送; 第二組虛端子IN2、OUT2則負(fù)責(zé)順參考方向閉鎖信號(hào)的收發(fā)。
在圖1中, 保護(hù)的參考方向設(shè)置為保護(hù)3→保護(hù)2→保護(hù)1。當(dāng)F1處發(fā)生故障時(shí), 保護(hù)1、2、3的過(guò)流元件皆起動(dòng), 保護(hù)1判別出故障方向異于參考方向, 而保護(hù)2、3的故障方向同于參考方向。為正確切除故障, 保護(hù)1需要順著參考方向發(fā)送閉鎖信號(hào), 而保護(hù)2、3則需逆參考方向發(fā)送閉鎖信號(hào)。這樣, 保護(hù)1、2就會(huì)由于收不到閉鎖信號(hào)而選擇性切除故障, 而其余保護(hù)則被閉鎖。為了達(dá)到上述目的, 定義了如下規(guī)則:
1) 參考方向的整定規(guī)則
環(huán)網(wǎng)中饋線斷路器的參考方向?yàn)檠丨h(huán)同向, 即同沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较?
分支線斷路器的參考方向?yàn)檫h(yuǎn)離主電網(wǎng)方向;
配電變電站斷路器的參考方向?yàn)橹赶蛑麟娋W(wǎng)方向;
輻射型饋線斷路器的參考方向?yàn)橹赶蛑麟娋W(wǎng)方向。
2) 閉鎖方向規(guī)則
若故障電流與參考方向同向, 則閉鎖方向與參考方向反向。閉鎖信號(hào)由IN1、OUT1收發(fā);
否則, 則閉鎖方向與參考方向同向。閉鎖信號(hào)由IN2、OUT2收發(fā)。
3) 保護(hù)動(dòng)作條件
動(dòng)作條件為本地過(guò)流保護(hù)起動(dòng), 且未收到閉鎖信號(hào)。其中, 過(guò)流保護(hù)起動(dòng)定值按躲最大負(fù)荷整定。為提高靈敏性, 可以附加低電壓起動(dòng)判據(jù)。
2.2IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在配電網(wǎng)保護(hù)中的應(yīng)用
本文將IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于智能配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)。具有如下優(yōu)點(diǎn)。
在配置階段, 可以利用系統(tǒng)配置描述語(yǔ)言(SCL)完整描述配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及保護(hù)配置。通過(guò)解析SCL文件, 可以根據(jù)上述規(guī)則自動(dòng)整定各保護(hù)的參考方向。
在運(yùn)行階段, 利用GOOSE交換閉鎖信號(hào), 可以大量減少控制電纜, 提高保護(hù)之間的互操作性。同時(shí), 還可以充分利用GOOSE的通信自檢機(jī)制, 提高保護(hù)的可靠性。在智能配電網(wǎng)中, 可以根據(jù)不同需要, 選擇光纖、電力線甚至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等多種介質(zhì)完成GOOSE的收發(fā)。
3、保護(hù)分析用例
為了驗(yàn)證本方案的自適應(yīng)性, 利用圖2所示的閉環(huán)配電網(wǎng)分析保護(hù)的動(dòng)作情況。
分析了不同元件故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況, 結(jié)果如表1所示。
表1 不同類型元件故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作情況
論文還詳細(xì)分析了當(dāng)發(fā)生各種異常情況時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況, 如表2所示。
表2 各種異常情況下的保護(hù)動(dòng)作情況
4、方案效果
基于GOOSE的自適應(yīng)級(jí)聯(lián)方向閉鎖保護(hù)方案具有如下特點(diǎn):
1) 對(duì)各種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)都具有適應(yīng)性。能適應(yīng)含多微網(wǎng)的智能配電網(wǎng), 支持開(kāi)環(huán)和閉環(huán)多種運(yùn)行方式, 允許配電網(wǎng)工作于孤島、并網(wǎng)兩種模式。
2) 克服了傳統(tǒng)縱聯(lián)方向保護(hù)不能為相鄰元件和母線提供保護(hù)的缺點(diǎn), 能以統(tǒng)一原理為配電網(wǎng)中多種元件提供快速保護(hù)。對(duì)于配電網(wǎng)饋線和母線故障、微網(wǎng)內(nèi)部母線故障、變電站低壓母線以及配電網(wǎng)PCC等各處故障, 均能快速切除。
3) 在PT斷線、斷路器失靈以及通信失效等異常情況下, 該保護(hù)方案仍具有很高可靠性; 當(dāng)線路保護(hù)拒動(dòng)時(shí), 相鄰保護(hù)能提供后備功能。
4) 利用成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的GOOSE通信技術(shù)交換方向閉鎖信號(hào), 所需通信帶寬較低, 適合配電網(wǎng)的需要, 且易于實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的互操作, 符合配電網(wǎng)保護(hù)量大面廣的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)SCL文件的自動(dòng)解析, 可以自動(dòng)完成保護(hù)參考方向的整定, 易于實(shí)施。
5、進(jìn)一步研究方向
方向元件在本保護(hù)方案中起到關(guān)鍵作用。能夠適應(yīng)分布式電源多樣性的新型方向元件是后續(xù)的重點(diǎn)研究方向。此外, 基于信息物理融合的智能配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)將能夠進(jìn)一步提高保護(hù)的自適應(yīng)性、保證系統(tǒng)的可靠性, 這是作者正在研究的另一個(gè)重點(diǎn)方向。