張學(xué)軍,郭文花,田俊梅

(山西大學(xué) a.電力工程系，b.動(dòng)力工程系,太原 030006)

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基于CPS的多源配電網(wǎng)保護(hù)方案

張學(xué)軍a,郭文花b,田俊梅b

(山西大學(xué) a.電力工程系，b.動(dòng)力工程系,太原 030006)

摘要:針對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)方案不能滿足分布式電源接入后配電網(wǎng)繼電保護(hù)要求的問(wèn)題，提出了一種基于信息物理融合系統(tǒng)(CPS)思想的多源配電網(wǎng)區(qū)域保護(hù)方案。方案以CPS保護(hù)終端為界將配電網(wǎng)分區(qū),與同一區(qū)域關(guān)聯(lián)的CPS終端通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)共享信息,使每個(gè)終端都能獲得關(guān)聯(lián)區(qū)域邊界處的運(yùn)行參數(shù)；嵌入在CPS終端中的計(jì)算機(jī)程序?qū)崟r(shí)處理獲得的信息,判斷故障是否在關(guān)聯(lián)區(qū)域的內(nèi)部發(fā)生,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域的保護(hù)。

關(guān)鍵詞:分布式電源;配電網(wǎng);繼電保護(hù);區(qū)域保護(hù);信息物理融合系統(tǒng)

配電網(wǎng)接近終端用戶,其供電可靠性和電能質(zhì)量一直是關(guān)注的重點(diǎn)。分布式電源(DG)直接接入配電網(wǎng)運(yùn)行,在大電網(wǎng)故障時(shí)能維持對(duì)用戶的持續(xù)供電,并具有方便、靈活、清潔、高效的特點(diǎn),其發(fā)展和應(yīng)用得到了各國(guó)強(qiáng)力支持。但DG的接入將傳統(tǒng)單電源配電網(wǎng)變成了多電源配電網(wǎng),潮流和故障電流也由單向變成了雙向[1];DG的間歇性和不確定性還增加了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和故障電流的多變性;逆變型電源的短路電流特性決定于故障時(shí)采用的控制策略[2],與傳統(tǒng)電機(jī)型電源有很大的不同;配電網(wǎng)線路短、截面大,難以通過(guò)短路電流的大小區(qū)分故障發(fā)生的位置。這些都增加了含DG的多源配電網(wǎng)繼電保護(hù)的復(fù)雜性。

傳統(tǒng)的基于單點(diǎn)信息的保護(hù),如電流保護(hù)、距離保護(hù),不能滿足多電源配電網(wǎng)繼電保護(hù)的要求。近年來(lái),在借助通訊設(shè)施,依據(jù)更多故障前后運(yùn)行信息來(lái)提高保護(hù)性能方面做了較多的研究工作。第一類是依據(jù)實(shí)時(shí)獲得的DG投退狀態(tài)、出力及與保護(hù)裝置的拓?fù)潢P(guān)系,通過(guò)仿真計(jì)算來(lái)調(diào)整保護(hù)定值的自適應(yīng)保護(hù)。自適應(yīng)保護(hù)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)算逆變型DG對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)[3-5]將逆變型DG等值為理想恒定電流源,文獻(xiàn)[6]則等值為恒定功率源。逆變型DG提供的短路電流,除了與控制策略有關(guān)外,還與當(dāng)時(shí)的出力、故障的位置及故障的類型有關(guān),將其等值為恒定電流源或恒定功率源是否恰當(dāng)還需經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)。第二類是依據(jù)支路過(guò)流或故障方向進(jìn)行拓?fù)渌阉鞫ㄎ还收系姆椒╗7-9],對(duì)故障計(jì)算的精度要求低,自適應(yīng)性強(qiáng),但通訊和計(jì)算量都較大。

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展,通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率、性能必將大大提高,各種具有分析控制能力的智能電子設(shè)備也將大量使用,未來(lái)的電網(wǎng)將是集成和融合了先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息通訊技術(shù)、分析決策技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、能源電力技術(shù)及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的信息物理融合系統(tǒng)(CPS,Cyber-Physical System)。在CPS中,通過(guò)物理過(guò)程、通訊過(guò)程和計(jì)算過(guò)程的集成、融合以及相互作用,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、分析計(jì)算和動(dòng)態(tài)控制,能使物理系統(tǒng)具有高度的靈活性、自治性、高效性、精確性、可靠性和安全性[10]。CPS概念一經(jīng)提出就得到了電力科技工作者強(qiáng)力的關(guān)注。文獻(xiàn)[11]將CPS的概念與電力系統(tǒng)的特點(diǎn)相結(jié)合,提出了電力CPS的思路和框架,指出CPS為解決大規(guī)模間歇性可再生能源和分布式電源提供了新的途徑。文獻(xiàn)[12]建立了微電網(wǎng)CPS體系結(jié)構(gòu),提出了“云端計(jì)算”模式,采用了Agent技術(shù)構(gòu)建CPS物理單元。文獻(xiàn)[13]將CPS技術(shù)應(yīng)用到了配電網(wǎng)的繼電保護(hù)中,描述了CPS保護(hù)單元和系統(tǒng)的構(gòu)成,說(shuō)明了CPS保護(hù)較傳統(tǒng)保護(hù)在性能上的優(yōu)越性。

筆者在目前研究成果的基礎(chǔ)上,提出了基于區(qū)域信息,能自適應(yīng)多源配電網(wǎng)運(yùn)行方式、故障特性多變的CPS保護(hù)方案。通過(guò)控制中心與CPS終端以及CPS終端之間的分布協(xié)同,實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、切除和隔離。

1配電網(wǎng)CPS終端

擬采用集測(cè)量、通訊、計(jì)算、控制及開(kāi)合功能為一體的CPS終端取代傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的斷路器、重合器、分段器等開(kāi)關(guān)設(shè)備。在未來(lái)智能配電網(wǎng)中CPS終端的作用將不限于保護(hù),但本文只討論CPS終端的保護(hù)功能。CPS保護(hù)是由CPS終端組成的配電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng),通過(guò)CPS終端的感知、通訊、計(jì)算和控制[10-11]來(lái)完成故障判斷、切除和隔離的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)區(qū)域保護(hù)方案,CPS終端應(yīng)具有如圖1虛線框內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

圖1　CPS終端的結(jié)構(gòu)Fig.1　CPS terminal structure

圖1中CPS終端由信息單元和能量傳輸單元兩部分組成,是信息和物理的融合體。信息單元包括同步、傳感、通訊、計(jì)算和控制等子單元,采用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其中,同步子單元用于接收GPS時(shí)鐘信息或網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)信息,以獲得采樣同步信號(hào);傳感子單元用于檢測(cè)能量傳輸單元的電流、電壓、溫度、壓力和開(kāi)關(guān)狀態(tài)等運(yùn)行信息;通訊子單元用于與其它的CPS終端或控制中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)和控制指令;計(jì)算子單元用于對(duì)傳感子單元采集的數(shù)據(jù)和其它CPS終端交換的數(shù)據(jù)按保護(hù)原理進(jìn)行計(jì)算分析并輸出控制指令;控制子單元用于接收控制中心和計(jì)算子單元輸出的控制指令,對(duì)能量傳輸單元進(jìn)行控制。能量傳輸單元由導(dǎo)電設(shè)備和開(kāi)關(guān)組成,開(kāi)關(guān)可以是普通的斷路器、分段器,也可以是具有柔性控制能力的電力電子設(shè)備,如AC/AC變換器。

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,CPS終端的信息承載和處理能力、能量控制能力將會(huì)不斷增強(qiáng),成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。

2配電網(wǎng)分區(qū)

10 kV配電網(wǎng)多采用通過(guò)斷路器、分段器將饋線分段,在分段上又引出分支,在分支線上又進(jìn)行分段的接線方式。配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)決定了保護(hù)裝置的保護(hù)范圍不是一段輸電導(dǎo)線或一臺(tái)設(shè)備,而是由一段或幾段相連的饋線段組成的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中,斷路器的保護(hù)方向是單向的,保護(hù)范圍是從斷路器的安裝位置開(kāi)始到下游最近的斷路器(或饋線末端)為止,一臺(tái)斷路器負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的保護(hù)。當(dāng)配電網(wǎng)由單電源變?yōu)槎嚯娫春?斷路器的保護(hù)方向也由單向變?yōu)榱穗p向,一臺(tái)斷路器負(fù)責(zé)兩個(gè)區(qū)域的保護(hù),其范圍分別為從斷路器安裝位置開(kāi)始向兩端延伸直到遇到其它斷路器(或饋線末端)為止。

當(dāng)用CPS終端取代傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)時(shí),按是否有分?jǐn)喙收想娏鞯哪芰PS終端分為斷路器CPS終端和分段器CPS終端2類,分別簡(jiǎn)稱為斷路器終端和分段器終端。在故障情況下,斷路器終端斷開(kāi)其開(kāi)關(guān)切除故障,分段器終端斷開(kāi)其開(kāi)關(guān)隔離故障。圖2中,B1～B5為斷路器終端、D1～D4為分段器終端、L1～L8為饋線段。

為了描述CPS終端與切除或隔離的故障區(qū)域的關(guān)系,將配電網(wǎng)做如下分區(qū):

以斷路器終端為界,可從配電網(wǎng)中分隔出1個(gè)由饋線段和分段器終端組成的子網(wǎng),這樣的子網(wǎng)稱為配電區(qū)。作為界的斷路器終端為配電區(qū)的關(guān)聯(lián)終端，與同一配電區(qū)關(guān)聯(lián)的終端互為鄰接終端。1個(gè)配電區(qū)有多個(gè)關(guān)聯(lián)終端,1個(gè)斷路器終端可與1或2個(gè)配電區(qū)關(guān)聯(lián)。如圖2所示,(L1，L2，L5，L6，D1，D3)為一個(gè)配電區(qū),記為A1;(L3，L4，L7，L8，D2，D4)為另一個(gè)配電區(qū),記為A2；(B1，B3，B5)是A1的關(guān)聯(lián)終端;(B2，B4，B5)是A2的關(guān)聯(lián)終端。B5與2個(gè)配電區(qū)關(guān)聯(lián),而B(niǎo)1～B4只與1個(gè)配電區(qū)關(guān)聯(lián)。

配電區(qū)子網(wǎng)的連通性取決于其中分段器終端的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。稱配電區(qū)內(nèi)的連通子網(wǎng)為被保護(hù)區(qū)，被保護(hù)區(qū)是發(fā)生故障時(shí)被切除的最小區(qū)域。當(dāng)一個(gè)被保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí),將由它的關(guān)聯(lián)斷路器終端的開(kāi)關(guān)跳閘來(lái)切除。與同一被保護(hù)區(qū)關(guān)聯(lián)的斷路器終端之間為實(shí)時(shí)鄰接關(guān)系，如圖2所示,當(dāng)分段器終端D1的開(kāi)關(guān)處于開(kāi)斷狀態(tài)時(shí),配電區(qū)A1被分為2個(gè)被保護(hù)區(qū),(L1，L5，L6，D3)和(L2).(L1，L5，L6，D3)內(nèi)的故障由它的關(guān)聯(lián)斷路器終端B1和B3開(kāi)關(guān)跳閘切除;(L2)內(nèi)的故障由它的關(guān)聯(lián)斷路器終端B5開(kāi)關(guān)跳閘切除。

以CPS終端(無(wú)論是斷路器還是分段器)為界,可以分隔出一個(gè)僅由饋線段組成的子網(wǎng),這樣的子網(wǎng)稱為隔離區(qū)。隔離區(qū)是故障切除后,恢復(fù)供電前被隔離的最小區(qū)域。作為隔離區(qū)界的CPS終端稱為隔離區(qū)的關(guān)聯(lián)終端，1個(gè)隔離區(qū)有多個(gè)關(guān)聯(lián)的終端;1個(gè)終端可與1或2個(gè)隔離區(qū)關(guān)聯(lián)。與同一隔離區(qū)關(guān)聯(lián)的終端互為鄰接終端，如圖2所示,(L1，L5)為一個(gè)隔離區(qū),它的關(guān)聯(lián)終端為(B1，D1，D3),當(dāng)(L1，L5)內(nèi)故障時(shí),可以斷開(kāi)(B1，D1，D3)的開(kāi)關(guān)將故障隔離。

圖2　配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2　Diagram of distribution network

3保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

本文所述保護(hù)方案采用鄰接終端間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換各自檢測(cè)到的和經(jīng)過(guò)計(jì)算的信息,依據(jù)判據(jù)確定故障是否在關(guān)聯(lián)的被保護(hù)區(qū)和隔離區(qū)內(nèi)發(fā)生,從而完成故障切除和隔離。由于可以得到區(qū)域邊界完整的運(yùn)行信息,采用差動(dòng)、功率方向、相位比較等方法可以快速、準(zhǔn)確定位故障區(qū)域。下面分4個(gè)方面,介紹保護(hù)的主要環(huán)節(jié)。

3.1拓?fù)浞治?/p>

拓?fù)浞治鍪歉鶕?jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和終端開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài),分析終端與被保護(hù)區(qū)、隔離區(qū)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以確定故障時(shí)哪些終端間應(yīng)交互信息。

在每一個(gè)斷路器終端內(nèi)存儲(chǔ)2張拓?fù)湫畔⒈?記為T(mén)P1和TP2.TP1和TP2中分別保存與斷路器終端關(guān)聯(lián)的2個(gè)配電區(qū)內(nèi)的饋線段、分段器終端、關(guān)聯(lián)的斷路器終端以及它們之間的拓?fù)潢P(guān)系。如果斷路器僅與1個(gè)配電區(qū)關(guān)聯(lián),則TP2為空。TP1和TP2是靜態(tài)的,只與配電網(wǎng)的構(gòu)造結(jié)構(gòu)有關(guān),其內(nèi)容不隨配電網(wǎng)的運(yùn)行方式而變化。在系統(tǒng)初始化時(shí),由配電網(wǎng)控制中心執(zhí)行全網(wǎng)的拓?fù)浞治?生成每個(gè)斷路器的TP1和TP2表,并將結(jié)果發(fā)送到相應(yīng)的終端。當(dāng)電網(wǎng)的構(gòu)造結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),控制中心重新填充TP1和TP2內(nèi)容。

每個(gè)斷路器終端還維護(hù)2張實(shí)時(shí)鄰接表,記為BL1和BL2.BL1和BL2分別保存TP1和TP2中與當(dāng)前終端為實(shí)時(shí)鄰接關(guān)系的斷路器終端。屬于同一實(shí)時(shí)鄰接表中的斷路器終端在故障時(shí)交換各自檢測(cè)到的故障信息,以判斷故障是否發(fā)生在共同關(guān)聯(lián)的被保護(hù)區(qū)內(nèi)。BL1和BL2是動(dòng)態(tài)的,其內(nèi)容根據(jù)配電區(qū)內(nèi)分段器終端開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及TP1或TP2中的信息經(jīng)拓?fù)浞治龅玫?。為了使斷路器終端能及時(shí)更新BL表中的內(nèi)容,終端開(kāi)關(guān)變位時(shí),應(yīng)立即將變位信息發(fā)送至同一配電區(qū)的所有關(guān)聯(lián)終端。

為了實(shí)現(xiàn)故障隔離,每個(gè)CPS終端還需保存2張隔離區(qū)鄰接終端表,記為DL1和DL2 .故障發(fā)生時(shí),同一鄰接表中的終端也要交換信息以確定故障發(fā)生的準(zhǔn)確區(qū)域。DL1和DL2也是靜態(tài)的,其內(nèi)容由控制中心維護(hù)。

拓?fù)浞治龉δ苡蛇\(yùn)行于控制中心和斷路器終端中的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),其流程如圖3所示。

a-控制中心拓?fù)浞治隽鞒?；b-斷路器終端拓?fù)浞治隽鞒虉D3　拓?fù)浞治隽鞒蘁ig.3　Process for topology analysis

3.2保護(hù)啟動(dòng)

為了保證保護(hù)在正常運(yùn)行時(shí)可靠不動(dòng)作,應(yīng)設(shè)置保護(hù)啟動(dòng)環(huán)節(jié)?？刹捎枚氵^(guò)正常運(yùn)行最大工作電流、低電壓、負(fù)序電壓、零序電壓或它們組合的啟動(dòng)方式。為了避免逆變型電源短路電流小,某些終端不能可靠啟動(dòng)的問(wèn)題,可采用已啟動(dòng)的終端向鄰接終端發(fā)送強(qiáng)制啟動(dòng)信號(hào)的方式。

3.3主保護(hù)算法

在斷路器終端中嵌入被保護(hù)區(qū)故障判別算法,實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)被保護(hù)區(qū)的主保護(hù)。在獲得區(qū)域邊界信息的基礎(chǔ)上,采用如下方法進(jìn)行故障判斷:

1) 差動(dòng)電流法，通過(guò)計(jì)算BL1和BL2中具有實(shí)時(shí)鄰接關(guān)系的終端發(fā)送的以指向被保護(hù)區(qū)為正方向的實(shí)時(shí)電流的和得到區(qū)域差動(dòng)電流。當(dāng)差動(dòng)電流大于定值時(shí)判斷為區(qū)內(nèi)故障。

2) 功率方向法，由檢測(cè)到的電壓和電流計(jì)算故障功率的方向,然后向鄰接終端發(fā)送故障功率指向。若BL1(或BL2)中所有終端的故障功率指向是一致的,則故障發(fā)生在所關(guān)聯(lián)的被保護(hù)區(qū)內(nèi)。

3) 電流相位比較法，在電壓相位一致的情況下,電流相位就可以反映出功率方向。在沒(méi)有電壓測(cè)量條件,無(wú)法取得功率方向的情況下,可以采用電流相位的比較法。文獻(xiàn)[14]在假定配電饋線阻抗角近似取(70°～80°)的條件下,介紹了一種利用電流相位比較判斷故障方向的方法。但實(shí)際配電網(wǎng)中饋線既有架空線,又有電纜線,電纜的阻抗角一般在(20°～45°)之間。經(jīng)分析,如果在故障后的電源內(nèi)電勢(shì)相位能保持故障前的值不變,在滿足式(1)條件的情況下,式(2)可作為一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障的判據(jù)

(1)

(2)

這些故障判斷方法原理上與故障后逆變型電源的故障電流特性無(wú)關(guān),所以能自適應(yīng)不同的電源類型,與配電網(wǎng)是輻射狀還是網(wǎng)狀也無(wú)關(guān)系。

主保護(hù)算法運(yùn)行于各斷路器終端內(nèi),其流程如圖4所示。

圖4　主保護(hù)流程Fig.4　Process for main protection

3.4后備保護(hù)算法

3.4.1開(kāi)關(guān)失靈后備保護(hù)

因1個(gè)斷路器終端關(guān)聯(lián)2個(gè)被保護(hù)區(qū)域,當(dāng)開(kāi)關(guān)失靈時(shí)應(yīng)由終端關(guān)聯(lián)的另一被保護(hù)區(qū)(非故障區(qū))的關(guān)聯(lián)終端跳閘來(lái)切除故障。如圖2所示,A1區(qū)發(fā)生故障,終端B5開(kāi)關(guān)失靈,應(yīng)由B5關(guān)聯(lián)的區(qū)A2的關(guān)聯(lián)終端B2和B4跳閘將故障切除。為此,在斷路器終端內(nèi)應(yīng)實(shí)現(xiàn)圖5所示的失靈保護(hù)邏輯。

圖5　失靈保護(hù)示邏輯Fig.5　Logic for breaker failure protection

3.4.2保護(hù)拒動(dòng)后備保護(hù)

當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí),故障由控制中心根據(jù)CPS終端上報(bào)的故障方向信息,搜索故障區(qū)域,實(shí)現(xiàn)故障切除[7]。為此,在斷路器終端中嵌入故障方向判別算法,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),先啟動(dòng)主保護(hù)算法,當(dāng)判斷為關(guān)聯(lián)被保護(hù)區(qū)故障時(shí),發(fā)出跳閘指令。當(dāng)判斷為非關(guān)聯(lián)被保護(hù)區(qū)故障時(shí),啟動(dòng)故障方向算法,經(jīng)延時(shí)后保護(hù)仍不返回,將判斷的故障方向上報(bào)控制中心。

故障方向算法如下:

1) 功率方向法。在區(qū)域的關(guān)聯(lián)終端中,功率方向指向區(qū)外的終端的功率方向是故障的方向。

2) 電流幅值法[7]。如果區(qū)域關(guān)聯(lián)終端數(shù)大于3,則電流幅值最大的終端指向區(qū)外的方向是故障的方向。

3) 電流相位法[14]。如果區(qū)域關(guān)聯(lián)終端數(shù)大于3,以指向區(qū)內(nèi)為正方向,則與其它終端的電流相位差都接近180°的終端指向區(qū)外的方向是故障的方向。

在區(qū)域關(guān)聯(lián)終端中,只需經(jīng)過(guò)上述算法判斷為指向區(qū)外的方向與故障方向一致的那個(gè)終端向控制中心上報(bào)故障方向即可。

圖6　后備保護(hù)示意圖Fig.6　Diagram of backup protection

如圖6所示,故障發(fā)生在B5，B6之間,但B5，B6保護(hù)拒動(dòng)。故障發(fā)生時(shí)(B1，B3，B5)和(B2，B4，B6)保護(hù)都啟動(dòng),經(jīng)主保護(hù)算法判斷為區(qū)外故障,啟動(dòng)后備保護(hù)算法,經(jīng)故障方向算法判斷,B5，B6各自指向區(qū)外的方向與故障方向一致。若經(jīng)延時(shí)后保護(hù)仍不返回,B5，B6向控制中心上報(bào)故障方向信息,控制中心根據(jù)上報(bào)的故障方向,經(jīng)搜索將故障定位在B5，B6之間,向B5，B6發(fā)出跳閘指令,切除故障。

4信息缺失情況的討論

本保護(hù)方案的正確性依賴于信息傳輸?shù)目煽啃?當(dāng)由于某些原因使CPS終端不能得到完整的信息時(shí),可能出現(xiàn)錯(cuò)判和誤判。在信息不完整的情況下可以閉鎖保護(hù),故障由后備保護(hù)動(dòng)作切除。下面假定允許在信息不完整情況下動(dòng)作,討論不同故障判斷方法的性能。

1) 差動(dòng)電流法。一個(gè)通訊通道的電流缺失使故障區(qū)域差流減小,而非故障區(qū)域差流增加,因此增加了保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的可能性。逆變器類電源提供的短路電流一般限制為額定電流的1.5～2倍,電機(jī)類電源提供的短路電流可達(dá)額定電流的10～20倍,所以缺失逆變器類電源的電流信息對(duì)差動(dòng)電流法影響較小。

2) 功率方向法除。上面提到的3種情況外,還可能由于故障發(fā)生在終端附近,無(wú)法計(jì)算功率方向而缺失。由于反向的信息實(shí)際對(duì)非故障區(qū)的保護(hù)起閉鎖作用,所以對(duì)故障區(qū)缺失信息不會(huì)造成拒動(dòng);對(duì)非故障區(qū),缺失反向信息將造成誤動(dòng)。

3) 電流相位比較法。在信息缺失情況下的性能與功率方向法相同。

因1個(gè)斷路器關(guān)聯(lián)2個(gè)保護(hù)區(qū)域,當(dāng)斷路器明確判斷為關(guān)聯(lián)的一個(gè)被保護(hù)區(qū)發(fā)生故障后,就向關(guān)聯(lián)的另一被保護(hù)區(qū)組發(fā)送閉鎖信號(hào),可減少由于信息缺失引起的誤動(dòng)。

5結(jié)論

本文提出的多電源配電網(wǎng)CPS保護(hù)方案,能克服目前基于單端信息保護(hù)方案的弊端。故障區(qū)判斷算法即適用于輻射型網(wǎng)絡(luò)也適用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò),而且逆變型電源的故障電流特性不影響故障判斷的正確性。提出的方案在大多數(shù)情況下,只在鄰接終端間交換信息,網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)小,同時(shí)采用分布計(jì)算判斷故障區(qū)域,減小了控制中心的計(jì)算壓力。故障定位和隔離可以在分段器終端中運(yùn)行與斷路器終端中相似的算法來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣就可以將保護(hù)與故障定位和隔離問(wèn)題集成解決,如在終端中擴(kuò)展非故障區(qū)恢復(fù)供電的配電網(wǎng)自愈算法,就可實(shí)現(xiàn)完整的配電網(wǎng)自動(dòng)化。

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(編輯：劉笑達(dá))

Protection Scheme for Distribution Network with Multi-Generators Based on CPS

ZHANG Xuejuna,GUO Wenhuab,TIAN Junmeib

(a.DepartmentofElectricPowerEngineering，b.DepartmentofPowerEngineering，ShanxiUniversity,Taiyuan030006，China)

Abstract:The traditional protection scheme can not meet the requirements of relay protection in distribution network due to the penetration of distributed generators. Based on the ideas of the CPS(Cyber Physical System), an area protection scheme for distribution network with distributed generators is proposed in the paper. The distribution network is split into several areas by CPS protection terminals.The terminals associated with the same area exchange information through the communication network so that each terminal can get related area’s operating parameter at boundaries. The computer program which is embedded in terminals deals with the obtained information in real time and decides whether fault has happened in the area, so as to implement protection for distribution network.

Key words:distributed generators;distribution network;relay protection;regional protection;cyber physical system

文章編號(hào):1007-9432(2016)02-0259-05

*收稿日期：2015-09-16

作者簡(jiǎn)介：張學(xué)軍(1964-)，男，山西平遙人，副教授，主要從事電力系統(tǒng)仿真及智能電網(wǎng)研究，(E-mail)tyzxj6409@126.com

中圖分類號(hào):TM77

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI：10.16355/j.cnki.issn1007-9432tyut.2016.02.026