杜東威，葉志鋒，許永軍

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基于GOOSE的綜合型智能分布式饋線自動(dòng)化方案

杜東威，葉志鋒，許永軍

(長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司, 廣東 深圳 518057)

在配網(wǎng)自動(dòng)化的饋線自動(dòng)化方案中，智能分布式FA目前相對(duì)是一種最為快速的就地型饋線自動(dòng)化方案，但是配電網(wǎng)網(wǎng)架復(fù)雜多變，F(xiàn)A方案也需要有較好的適用性。提出了一種基于區(qū)域型配電終端和單元型配電終端的綜合型智能分布式FA方案，詳細(xì)闡述了該方案的系統(tǒng)架構(gòu)、故障定位原理、故障隔離和供電恢復(fù)以及工程配置模型等全過(guò)程。從試驗(yàn)檢測(cè)到實(shí)際運(yùn)用證明了該方案具有良好的適應(yīng)性。

智能分布式；GOOSE；故障定位；故障隔離；供電恢復(fù)

0 引言

智能分布式FA(Feeder Automation)是一種就地型的饋線自動(dòng)化方案，它不需要配網(wǎng)主站的參與，只依靠配電終端之間的間隔層通信即可完成。由于它是基于GOOSE的快速通信[1]，配電終端在故障后的十幾毫秒內(nèi)即可完成信息的收集，所以智能分布式FA可以在幾秒到十幾秒的時(shí)間內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域的供電恢復(fù)[2-3]。

目前，國(guó)內(nèi)外有很多文獻(xiàn)提出了智能分布式FA的模式和思路，文獻(xiàn)[4]提出了分區(qū)模型，并建立了開(kāi)環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)下分布式FA的動(dòng)作原理；文獻(xiàn)[5]提出了“子站級(jí)”、“饋線級(jí)”、“開(kāi)關(guān)級(jí)”三種智能分布式FA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建了智能分布式FA的IEC 61850建模思路；文獻(xiàn)[6]介紹了一種實(shí)時(shí)拓?fù)渥R(shí)別的分布式饋線自動(dòng)化控制方法，提出通過(guò)STU的接力查詢，自動(dòng)獲得饋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的理念；文獻(xiàn)[7]闡述了基于GOOSE的配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，突出了此技術(shù)的快速、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。以上研究成果對(duì)實(shí)施智能分布式FA提供了巨大的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)，但是較少文獻(xiàn)從智能分布式的原理、基于裝置的實(shí)際建模到面向工程的實(shí)際配置去詳細(xì)闡述智能分布式FA的實(shí)用化應(yīng)用。

本文介紹了一種基于GOOSE信息的區(qū)域型配電終端和單元型配電終端相結(jié)合的綜合型分布式FA方案，詳細(xì)闡述了故障定位、故障隔離、非故障區(qū)域供電恢復(fù)的原理，并介紹了面向工程的區(qū)域型配電終端獲取配電網(wǎng)拓?fù)涞姆椒ǎ约爸悄芊植际紽A在工程中的GOOSE建模和GOOSE配置過(guò)程，最后結(jié)合試驗(yàn)檢測(cè)的驗(yàn)證，說(shuō)明該方案在智能分布式FA關(guān)鍵技術(shù)上所表現(xiàn)的靈活性和適用性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合型智能分布式FA是基于支持IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能配電終端實(shí)現(xiàn)，配電終端的配置以一次開(kāi)關(guān)為單位，同目前的配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)配置相同，無(wú)需增加控制器等設(shè)備[5]。需要說(shuō)明的是，需實(shí)現(xiàn)分布式FA功能的整個(gè)供電區(qū)域內(nèi)的所有終端需采用光纖以太網(wǎng)或EPON通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，如圖1所示。在物理層上，同現(xiàn)在基于光纖通信的配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)基本上沒(méi)有區(qū)別，但是在邏輯層上具有以下特點(diǎn)：

1)?整個(gè)供電區(qū)域內(nèi)的所有配電終端之間的GOOSE通信處于間隔層網(wǎng)絡(luò)；

2)?配電終端與配網(wǎng)主站之間的通信屬于站控層網(wǎng)絡(luò)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合型智能分布式FA將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的配電終端劃分為兩類：?jiǎn)卧团潆娊K端和區(qū)域型配電終端。這兩種配電終端僅是邏輯意義上的劃分，在硬件平臺(tái)上沒(méi)有區(qū)別，一般選取安裝場(chǎng)所便于維護(hù)的配電終端完成區(qū)域型配電終端的功能。其中，單元型配電終端主要完成與相鄰單元型終端的GOOSE信息交互[4]，負(fù)責(zé)所在區(qū)段的故障定位和故障隔離，而區(qū)域型配電終端需完成與區(qū)域內(nèi)所有其他單元型配電終端的GOOSE信息交互，負(fù)責(zé)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。整個(gè)饋線自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)，只需要一個(gè)配電終端承擔(dān)起區(qū)域型配電終端的職責(zé)。

2 實(shí)施步驟與關(guān)鍵技術(shù)

以圖2所示的一個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)為例，圖中的3個(gè)變電站開(kāi)關(guān)、7個(gè)分段開(kāi)關(guān)，以及2個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均配置基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能配電終端。在此區(qū)域內(nèi)的12個(gè)配電終端中，我們選取位于變電站的配電終端實(shí)現(xiàn)區(qū)域型配電終端的功能，因?yàn)檎緝?nèi)工作條件相對(duì)優(yōu)越，更加利于設(shè)備的安全運(yùn)行，并且終端還可以配置人機(jī)化界面，方面對(duì)設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)。在本例中，選取位于變電站A的CB1開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的配電終端作為區(qū)域型配電終端。

圖2 智能分布式FA配置

2.1 故障定位

故障定位是實(shí)現(xiàn)智能分布式FA的第一步，也是甚為關(guān)鍵的一步，選取一個(gè)具有廣泛適用性的定位模型至關(guān)重要。考慮到配電網(wǎng)線路的繁冗復(fù)雜，若要使故障定位方案具有最大的兼容性，就要將復(fù)雜的配電網(wǎng)肢解到最小的單體。無(wú)論如何繁雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，均是通過(guò)開(kāi)關(guān)一級(jí)級(jí)的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，而其中的任一個(gè)開(kāi)關(guān)即在其位置發(fā)揮著橋梁的作用，所以，本方案選取以開(kāi)關(guān)接點(diǎn)為單位建立故障定位模型[4]。

如圖3中的開(kāi)關(guān)SW為單個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)模型，在配電網(wǎng)絡(luò)中，開(kāi)關(guān)SW需與兩側(cè)的其他開(kāi)關(guān)相連接，于是定義開(kāi)關(guān)SW兩側(cè)的連接區(qū)域分別為M鄰域和N鄰域，其中每個(gè)鄰域考慮最大有3個(gè)電源方向的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)相連接(可擴(kuò)展)，對(duì)于變電站出口開(kāi)關(guān)，因?yàn)樘幱陴伨€的首級(jí)，所以僅定義1個(gè)M鄰域模型即可。這樣就把復(fù)雜的配電網(wǎng)分解成了一個(gè)個(gè)單體的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)模型，而智能配電終端即可以以開(kāi)關(guān)接點(diǎn)模型為單位去建模。

圖3 故障定位模型示意圖

配電網(wǎng)的任何一個(gè)分段或聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均存在M鄰域和N鄰域，只要這兩個(gè)鄰域內(nèi)任何一處發(fā)生故障，那么該開(kāi)關(guān)即處于故障區(qū)段內(nèi)。目前，多數(shù)配電網(wǎng)還是單電源供電，那么在單電源供電的情況下，判斷某個(gè)開(kāi)關(guān)處于故障區(qū)段內(nèi)的定位判據(jù)為：其M或N鄰域內(nèi)有且只有1個(gè)發(fā)生故障的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。當(dāng)然，隨著分布式電源的逐漸接入及合環(huán)運(yùn)行[8]，故障定位也需要考慮多電源供電的情況。在多電源供電的情況下，需要引入功率方向的判斷，故障定位判據(jù)為：其M或N鄰域內(nèi)有開(kāi)關(guān)接點(diǎn)發(fā)生故障，且故障接點(diǎn)的功率方向均是流入本鄰域[4]。

2.2 故障隔離

依據(jù)上一節(jié)的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)模型，圖2中的開(kāi)關(guān)SW1的M鄰域包括自身和CB1接點(diǎn)，N鄰域包括自身和SW2接點(diǎn)，將CB1定義為SW1的M鄰域內(nèi)的M1開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，將SW2定義為SW1的N鄰域內(nèi)的N1開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。同理，SW2的M1接點(diǎn)為SW1，SW2的N1接點(diǎn)為SW3，N2接點(diǎn)為SW8，其中M鄰域和N鄰域僅是開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的兩側(cè)，并無(wú)從屬關(guān)系。

當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1和SW2之間發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于開(kāi)關(guān)SW1來(lái)說(shuō)，它的M鄰域內(nèi)有自身和CB1開(kāi)關(guān)，共2個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)檢測(cè)到故障，而它的N鄰域內(nèi)只有自身1個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)檢測(cè)到故障[4]，所以，N鄰域滿足故障定位判據(jù)，于是確定開(kāi)關(guān)SW1位于故障區(qū)段；對(duì)于開(kāi)關(guān)SW2，其M鄰域滿足故障定位判據(jù)，確定開(kāi)關(guān)SW2位于故障區(qū)段。

一旦配電終端確定了自身所屬的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)處于故障區(qū)段，接下來(lái)只需根據(jù)所屬的開(kāi)關(guān)類型(斷路器或負(fù)荷開(kāi)關(guān))選擇不同的動(dòng)作機(jī)制即可。

從故障定位到故障隔離這一過(guò)程具有以下特點(diǎn)：

1)?每臺(tái)配電終端只需要與相鄰的配電終端進(jìn)行GOOSE信息交互；

2)?每臺(tái)配電終端只確定自身是否處于故障區(qū)段；

3)?每一個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，只聽(tīng)從自身所屬的配電終端的跳閘指令；

4)?從故障定位到故障隔離，僅通過(guò)相鄰配電終端之間的相互通信即可完成。

2.3 供電恢復(fù)

恢復(fù)非故障區(qū)段供電是實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，它涉及到故障隔離結(jié)果的檢測(cè)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的偵查與切換、負(fù)荷轉(zhuǎn)供的預(yù)判以及轉(zhuǎn)供后的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)等，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立，但是又全局性很強(qiáng)的過(guò)程，所以，將供電恢復(fù)功能交給區(qū)域型配電終端來(lái)完成，不僅方便進(jìn)行全局性的邏輯處理，而且在邏輯層次上也相對(duì)清晰。區(qū)域型配電終端需獲得所有單元型配電終端的相關(guān)GOOSE信息，在正常工況下，即判斷聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置、統(tǒng)計(jì)全區(qū)域的負(fù)荷狀況，在故障發(fā)生后，實(shí)時(shí)檢測(cè)故障的完成情況(成功隔離、拒跳、誤動(dòng)、閉鎖等)[2]，等待故障區(qū)段內(nèi)的開(kāi)關(guān)全部跳開(kāi)之后，正確地選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，并啟動(dòng)變電站開(kāi)關(guān)合閘，恢復(fù)非故障區(qū)段的供電，并在供電恢復(fù)之后進(jìn)一步監(jiān)測(cè)負(fù)荷的運(yùn)行狀況[9-10]。

在整個(gè)供電恢復(fù)過(guò)程中，正確地選擇聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)至關(guān)重要，如果建立的模型不合理，特別是線路拓?fù)鋸?fù)雜時(shí)比較容易出錯(cuò)。本方案提出了“找電源”的建模原理。因?yàn)槁?lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)是在電源站之間起到負(fù)荷轉(zhuǎn)供、聯(lián)絡(luò)備用的作用，那么不管網(wǎng)架多復(fù)雜，只要鎖定到電源站之間的供電路徑[11-12]，即可準(zhǔn)確地找到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的位置。網(wǎng)絡(luò)中的電源站是一個(gè)電源集，每?jī)蓚€(gè)電源站之間即是一條電源路徑，而每一條電源路徑上可以有多條供電路徑。以圖2中線路為例，其中的電源站個(gè)數(shù)=3，首先根據(jù)式(1)計(jì)算出電源路徑個(gè)數(shù)，計(jì)算后的結(jié)果等于3。

然后根據(jù)電源路徑個(gè)數(shù)逐一確定每條電源路徑上的供電路徑。在本例中有：j1={變電站A、SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、變電站B}；j2={變電站A、SW1、SW2、SW8、SW9、變電站C}；j3={變電站B、SW7、SW6、SW5、SW4、SW3、SW8、SW9、變電站C}。再根據(jù)各供電路徑中的開(kāi)關(guān)位置，篩選有效供電路徑，確定聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置。本例中的j3路徑上有兩個(gè)開(kāi)關(guān)處于分位，不滿足聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的條件，只有路徑j(luò)1、j2有效，其聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分別為SW4和SW8。最后，區(qū)域型配電終端根據(jù)發(fā)生故障的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)所處的供電路徑，選擇所在供電路徑上的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘。

如圖2中故障發(fā)生后，CB1所對(duì)應(yīng)的區(qū)域型配電終端通過(guò)匯總?cè)珔^(qū)域所有單元型配電終端的信息，等待開(kāi)關(guān)SW1、SW2的成功隔離，一旦檢測(cè)到這兩個(gè)開(kāi)關(guān)的跳位信號(hào)之后，即啟動(dòng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘邏輯。因?yàn)镾W1、SW2不但處于有效供電路徑j(luò)1，還處于有效供電路徑j(luò)2，那么路徑j(luò)1和j2中的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均可以啟動(dòng)合閘。然后區(qū)域型配電終端結(jié)合需轉(zhuǎn)供的新增負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷預(yù)判[9]，確定聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)SW4、SW8的合閘優(yōu)先級(jí)，在滿足負(fù)荷轉(zhuǎn)供的條件后，經(jīng)延時(shí)啟動(dòng)高優(yōu)先級(jí)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，與此同時(shí)，啟動(dòng)此前因故障跳開(kāi)的變電站開(kāi)關(guān)CB1合閘，實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的供電恢復(fù)，之后進(jìn)一步監(jiān)測(cè)合閘后的負(fù)荷狀況，最終確定本次饋線自動(dòng)化功能的徹底完成。

2.4 異常情況處理

智能分布式FA是一種系統(tǒng)性的FA技術(shù)，它不僅依賴于可靠的算法，還依賴于強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異?；蛑袛鄷r(shí)，會(huì)造成信息的缺失，直接影響分布式FA邏輯判別的準(zhǔn)確性。所以，出于配電網(wǎng)安全可靠的考慮，當(dāng)區(qū)域內(nèi)的任一臺(tái)配電終端檢測(cè)到通信異常時(shí)，該配電終端及時(shí)上送通信異常信號(hào)給區(qū)域型配電終端，區(qū)域型配電終端通過(guò)“FA總閉鎖開(kāi)出”信號(hào)廣播至全區(qū)域單元型終端，以終止當(dāng)前的FA進(jìn)程。

另外，F(xiàn)A處理過(guò)程中出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、誤動(dòng)情況也直接影響著供電的可靠性，所以在出現(xiàn)此異常情況時(shí)，必須及時(shí)作出有效的應(yīng)對(duì)措施，比如在開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)可以選擇擴(kuò)大故障切除范圍[2]，在本方案中，出于安全性的考慮，當(dāng)區(qū)域型配電終端判斷出需跳閘的開(kāi)關(guān)出現(xiàn)拒跳或者非相關(guān)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)誤動(dòng)，則終止全部FA進(jìn)程，若聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)拒合，在存在次優(yōu)先級(jí)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的情況下，則啟動(dòng)次優(yōu)先級(jí)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，否則，只啟動(dòng)變電站出口開(kāi)關(guān)合閘，并終止FA進(jìn)程。

3 工程配置

3.1 網(wǎng)架拓?fù)錁?gòu)建

單元型配電終端是以線路拓?fù)涞淖钚挝?開(kāi)關(guān)接點(diǎn))為模型，其作為獨(dú)立的單元，不需要獲知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌轻槍?duì)區(qū)域型配電終端，在邏輯層面上，它是一個(gè)全域的概念，準(zhǔn)確地獲得該區(qū)域的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。2.3章節(jié)提出了“找電源”的建模方案，即將復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)肢解成不同的供電路徑。在工程上，可以通過(guò)圖模、文本轉(zhuǎn)換的方式實(shí)現(xiàn)。

1) 圖模轉(zhuǎn)換

首先將需實(shí)現(xiàn)智能分布式FA的配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ突?，在圖模中僅需定義變電站開(kāi)關(guān)圖元及編號(hào)、分段開(kāi)關(guān)圖元及編號(hào)、鏈接線即可。如圖2中示例，繪制后的圖形化網(wǎng)架如圖4所示，然后將圖模文件以*.pic格式保存。

圖4 圖模轉(zhuǎn)換示意圖

2) 文本轉(zhuǎn)換

在完成圖模轉(zhuǎn)換之后，生成裝置易讀取的*.cfg格式的配置文件。配置文件要求用戶通過(guò)特殊口令可查看、可編輯，一方面可供用戶了解當(dāng)前的拓?fù)湫畔?，另一方面不排除在轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的情況下，配置人員進(jìn)行必要的人工修正。針對(duì)圖2中示例，生成的配置文件內(nèi)容如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑渲梦募?/p>

至此，即完成了由實(shí)際的區(qū)域配電網(wǎng)拓?fù)涞侥Ｐ图拔谋九渲玫霓D(zhuǎn)化。區(qū)域型配電終端根據(jù)生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑渲梦募M(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)化，另外，圖模和配置文件還供工程備份及后續(xù)的拓?fù)鋽U(kuò)展與調(diào)整使用。

3.2 GOOSE配置

基于區(qū)域型配電終端和單元型配電終端共同完成的智能分布式FA離不開(kāi)面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?GOOSE)這個(gè)基礎(chǔ)的信息網(wǎng)絡(luò)，并且這個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)需要能夠靈活配置、可靠擴(kuò)展。其工程配置過(guò)程如圖6所示[5]。

圖6 IEC 61850工程配置示意圖

在圖6中，裝置模板ICD文件是實(shí)現(xiàn)智能分布式FA所需要的GOOSE模型的載體，GOOSE輸入和輸出信號(hào)以GGIO類型的LN存在于ICD文件中。根據(jù)邏輯功能以及安裝位置的不同，共有區(qū)域型終端、變電站單元型終端和分段開(kāi)關(guān)單元型終端三種不同的ICD模板文件。其中，區(qū)域型配電終端的GOOSE模型從功能上可以分為三部分：聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘、變電站合閘和故障隔離；對(duì)于單元型配電終端，不管是位于變電站出線的單元型終端，還是位于分段開(kāi)關(guān)處的單元型終端，其GOOSE模型從功能上均包括故障隔離和供電恢復(fù)兩個(gè)部分，其具體的GOOSE信號(hào)模型如圖7所示[13-16]。

根據(jù)各終端的ICD文件完成全區(qū)域SCD文件的配置是完成智能分布式FA工程應(yīng)用的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)。SCD配置根據(jù)圖模建立全區(qū)域的IED模型[17]，如圖4中拓?fù)?，需建立區(qū)域型終端(變電站CB001)、變電站單元型終端(CB002、CB003)和分段開(kāi)關(guān)單元型終端(SW001~SW009)共計(jì)12個(gè)IED模型，然后，進(jìn)行邏輯上兩種類型的GOOSE虛端子關(guān)聯(lián)。

1)?區(qū)域型終端與單元型終端之間的配置，根據(jù)圖模中的圖元編號(hào)與區(qū)域型終端的GOOSE信號(hào)一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

2)?單元型終端之間的配置，自定義各單元型終端的M鄰域和N鄰域位置，按順序進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

在圖7中展示的是在SCD配置中，區(qū)域型終端(CB001)、變電站單元型終端(CB002)和分段開(kāi)關(guān)單元型終端(SW001、SW002)之間的GOOSE信號(hào)關(guān)聯(lián)，其中按圖4中圖元的編號(hào)定義，SW001、SW002和CB002分別作為區(qū)域型配電終端GOOSE模型中的“接點(diǎn)01”、“接點(diǎn)02”和“變電站02”；CB001和SW002分別位于SW001的M鄰域和N鄰域，SW001又位于SW002的M鄰域，以此類推，完成整個(gè)區(qū)域的SCD文件配置，最后生成各個(gè)配電終端邏輯使用的CID文件。

圖7 GOOSE模型配置示意圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

圖8是上海電科院針對(duì)架空線智能分布式饋線自動(dòng)化的檢測(cè)拓?fù)鋱D，拓?fù)鋱D中有三條10 kV變電站出線，8個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)和3個(gè)變電站出線開(kāi)關(guān)，針對(duì)這11個(gè)開(kāi)關(guān)各配置1臺(tái)硬件配置完全相同的智能配電終端。

圖8 上海電科院試驗(yàn)檢測(cè)示意圖

第一步，將上述拓?fù)鋱D形進(jìn)行圖模、文本轉(zhuǎn)換，并生成4條供電路徑信息：

j1={開(kāi)關(guān)1，負(fù)1，負(fù)2，負(fù)3，負(fù)4，開(kāi)關(guān)2}；

j2={開(kāi)關(guān)1，負(fù)1，負(fù)2，負(fù)5，負(fù)7，開(kāi)關(guān)3}；

j3={開(kāi)關(guān)1，負(fù)1，負(fù)6，負(fù)8，開(kāi)關(guān)3}；

j4={開(kāi)關(guān)2，負(fù)4，負(fù)3，負(fù)5，負(fù)7，開(kāi)關(guān)3}。

第二步，擬定“開(kāi)關(guān)1”的配電終端承擔(dān)起區(qū)域型配電終端功能，其他開(kāi)關(guān)的配電終端擔(dān)任單元型配電終端，其中“開(kāi)關(guān)2”和“開(kāi)關(guān)3”為變電站單元型終端，其他負(fù)荷開(kāi)關(guān)為分段開(kāi)關(guān)單元型終端。

第三步，擬定圖8中M、N標(biāo)識(shí)為各開(kāi)關(guān)的M、N鄰域，并進(jìn)行GOOSE工程化配置，其中“負(fù)1”的N鄰域有“負(fù)2”和“負(fù)6”兩個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，進(jìn)行GOOSE配置時(shí)，“負(fù)1”的“N側(cè)故障開(kāi)入01”和“N側(cè)故障開(kāi)入02”分別對(duì)應(yīng)“負(fù)2”和“負(fù)6”的“本接點(diǎn)故障開(kāi)出”，同理，“負(fù)2”和“負(fù)6”的M鄰域亦然。

至此，即完成了從實(shí)驗(yàn)拓?fù)涞窖b置工程化配置的轉(zhuǎn)化。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別針對(duì)正常工況和異常工況下各個(gè)位置故障進(jìn)行檢測(cè)，該方案均能靈活、正確地進(jìn)行處理，下面針對(duì)幾種特殊情況進(jìn)行說(shuō)明。

1)?分段開(kāi)關(guān)之間故障

如圖8中F3處故障，在“負(fù)3”的N鄰域和“負(fù)4”的M鄰域內(nèi)有且只有一個(gè)“負(fù)3”檢測(cè)到故障，于是“負(fù)3”和“負(fù)4”發(fā)出“啟動(dòng)故障隔離開(kāi)出”信號(hào)給區(qū)域型配電終端?！伴_(kāi)關(guān)1”的區(qū)域型配電終端結(jié)合整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定故障位置位于供電路徑j(luò)1和j4，區(qū)域型配電終端實(shí)時(shí)檢測(cè)“負(fù)3”和“負(fù)4”的位置變化，只有當(dāng)“負(fù)3”和“負(fù)4”完全跳開(kāi)之后，才啟動(dòng)“供電路徑j(luò)1或j4上的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)”和“開(kāi)關(guān)1”合閘，其中j1和j4路徑上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的合閘優(yōu)先級(jí)判斷是區(qū)域型配電終端在故障之后將故障前“負(fù)3”的M鄰域負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)供預(yù)判確定。

在本測(cè)例中，區(qū)域型配電終端具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

a)?自動(dòng)判斷網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄╇娐窂降穆?lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置，無(wú)需遠(yuǎn)程設(shè)置某開(kāi)關(guān)是分段開(kāi)關(guān)還是聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)[4]；

b)?在負(fù)荷轉(zhuǎn)供之前已通過(guò)負(fù)荷預(yù)判確定了不同聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的合閘優(yōu)先級(jí)，無(wú)需通過(guò)整定不同合閘延時(shí)去區(qū)分優(yōu)先級(jí)[4]。

2)?聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)近端故障

如圖8中的F2處故障，在“負(fù)1”判斷出處于故障區(qū)域之后，發(fā)出“本接點(diǎn)閉鎖相鄰開(kāi)出”信號(hào)，若相鄰開(kāi)關(guān)已滿足聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的合閘條件，則收到“本接點(diǎn)相鄰閉鎖開(kāi)入”信號(hào)之后閉鎖本接點(diǎn)本次合閘。在本測(cè)例中，“負(fù)2”和“負(fù)6”被相鄰開(kāi)關(guān)閉鎖合閘。

在本方案中，均不指定某個(gè)開(kāi)關(guān)是否是聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，各個(gè)開(kāi)關(guān)根據(jù)自身開(kāi)關(guān)位置，以及“本接點(diǎn)單側(cè)有壓”和“本接點(diǎn)兩側(cè)有壓”條件去自動(dòng)判斷是否具有聯(lián)絡(luò)合閘條件，當(dāng)不具有聯(lián)絡(luò)合閘條件時(shí)，收到“本接點(diǎn)相鄰閉鎖開(kāi)入”信號(hào)不作處理。

3)?聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)調(diào)整

如圖8中網(wǎng)絡(luò)，在供電路徑j(luò)1中，只有“負(fù)2”開(kāi)關(guān)處于分位，所以，“負(fù)2”是供電路徑j(luò)1的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，在供電路徑j(luò)2中，“負(fù)2”和“負(fù)5”兩個(gè)開(kāi)關(guān)處于分位，則該路徑為非有效供電路徑，該路徑中不存在聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。在本測(cè)例中，通過(guò)將“負(fù)5”開(kāi)關(guān)合上，“負(fù)3”開(kāi)關(guān)斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的調(diào)整。在這種情況下，保證智能分布式FA的正確執(zhí)行，裝置必須能自動(dòng)適應(yīng)新的運(yùn)行方式。區(qū)域型配電終端在正常工況下實(shí)時(shí)檢測(cè)全區(qū)域的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)出開(kāi)關(guān)位置變動(dòng)時(shí)，則重新判斷各個(gè)供電路徑的有效性，當(dāng)“負(fù)5”開(kāi)關(guān)合上，“負(fù)3”開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，則供電路徑j(luò)1出現(xiàn)了兩個(gè)開(kāi)關(guān)分位，供電路徑j(luò)2出現(xiàn)了1個(gè)開(kāi)關(guān)分位，則糾正供電路徑的有效性：j1路徑無(wú)效，j2路徑有效。同時(shí)區(qū)域型配電終端根據(jù)三個(gè)變電站的母線電壓以及供電路徑中的開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)，順序判斷路徑中的每個(gè)開(kāi)關(guān)是單側(cè)有壓，還是兩側(cè)有壓，并將判斷結(jié)果GOOSE開(kāi)出至相關(guān)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。

在本測(cè)例中，區(qū)域型配電終端結(jié)合線路拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)切換，不需要相鄰設(shè)備的接力查詢[6]，并且也解決了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩側(cè)必須安裝PT的問(wèn)題。

4)?看門狗開(kāi)關(guān)故障

如圖8中的F6處故障，因?yàn)榭撮T狗開(kāi)關(guān)與變電站開(kāi)關(guān)合理配合可以將故障分支線單獨(dú)隔離，避免了整條線路停電，所以即便故障發(fā)生在“負(fù)3”和“負(fù)4”的鄰域內(nèi)也不會(huì)造成“負(fù)3”和“負(fù)4”的隔離跳閘。

假若該分支線是重要敏感線路，需要改造納入到智能分布式FA網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，因?yàn)榉种Ь€為純負(fù)荷線路，不在區(qū)域型配電終端拓?fù)浣r(shí)的電源路徑內(nèi)，所以，只需要修改“負(fù)3”的N鄰域和“負(fù)4”的M鄰域的GOOSE信息關(guān)聯(lián)即可，區(qū)域型配電終端和區(qū)域內(nèi)的其他配電終端均不受影響，所以，該方案能比較好地適應(yīng)FA線路拓?fù)涞母淖僛5]。

5)?異常情況處理

如圖8中F3處故障，當(dāng)故障發(fā)生之后，區(qū)域型配電終端即獲知“負(fù)3”和“負(fù)4”處于故障區(qū)段，并實(shí)時(shí)檢測(cè)其開(kāi)關(guān)位置的狀態(tài)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定時(shí)間，“負(fù)3”和“負(fù)4”仍沒(méi)有全部跳開(kāi)，或者非“負(fù)3”和“負(fù)4”出現(xiàn)了位置變化，則判斷FA過(guò)程中出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)，此時(shí)區(qū)域型配電終端發(fā)出“FA總閉鎖開(kāi)出”信號(hào)，閉鎖全區(qū)域內(nèi)的FA進(jìn)程。

當(dāng)區(qū)域內(nèi)任一配電終端開(kāi)出“本接點(diǎn)通信異常開(kāi)出”時(shí)，區(qū)域型配電終端同樣發(fā)出“FA總閉鎖開(kāi)出”信號(hào)，閉鎖全區(qū)域內(nèi)的FA進(jìn)程。

在異常閉鎖處理方面，綜合型智能分布式FA方案具有以下特點(diǎn)：

a)?無(wú)需相鄰配電終端之間傳遞拒動(dòng)、誤動(dòng)信息[4]，區(qū)域型配電終端可自動(dòng)進(jìn)行判斷，減少了相鄰配電終端之間的信息量；

b) 區(qū)域型配電終端能夠集中進(jìn)行全區(qū)域控制，在異常情況下能及時(shí)終止進(jìn)程，減少事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

饋線自動(dòng)化是配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。本文介紹了一種基于GOOSE的綜合型智能分布式FA方案，從區(qū)域型配電終端和單元型配電終端的系統(tǒng)架構(gòu)，到故障定位、故障隔離、供電恢復(fù)的判斷原理以及面向工程的模型配置，詳細(xì)闡述了智能分布式FA的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并結(jié)合上海電科院智能分布式饋線自動(dòng)化功能專項(xiàng)檢測(cè)案例，驗(yàn)證了該方案的技術(shù)特點(diǎn)。另外，綜合型智能分布式FA的理念在國(guó)網(wǎng)紹興鏡湖新區(qū)項(xiàng)目建設(shè)上也得到了靈活的應(yīng)用，隨著不斷的使用和完善，綜合型智能分布式FA能夠?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)的建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

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(編輯 魏小麗)

A solution of integrated intelligent distributed feeder automation based on GOOSE

DU Dongwei, YE Zhifeng, XU Yongjun

(CYG SUNRUI Co., Ltd., Shenzhen 518057, China)

Among all of the feeder automation methods of the distribution automation system, intelligent distributed feeder automation is the fast local solution, however, the distribution network is complex and changeable, so the FA solution should be have good applicability. This paper proposes a solution of integrated intelligent distributed feeder automation based on area distribution terminal and unit distribution terminal, and states the whole process of system architecture, principle of fault location, fault isolation,service restoration and project configuration model. The experiment and practical application all certify this solution have perfect applicability.

intelligent distribution feeder automation; GOOSE; fault location; fault isolation; service restoration

10.7667/PSPC152152

2015-12-10；

2016-03-12

杜東威(1985-)，男，工程師，主要從事配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)；E-mail：dudw@sznari.com 葉志鋒(1983-)，男，工程師，主要從事配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)；E-mail：yezf@sznari.com 許永軍(1977-)，男，工程師，主要從事配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)。E-mail：xuyj@sznari.com