黃紅遠(yuǎn)，曹志輝，黃小耘，彭飛進(jìn)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，佛山　528000）

智能配電網(wǎng)自愈控制功能在線動(dòng)模測試的方案設(shè)計(jì)

黃紅遠(yuǎn)，曹志輝，黃小耘，彭飛進(jìn)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，佛山528000）

配電網(wǎng)自愈控制功能的動(dòng)作邏輯正確與否是保證配電網(wǎng)快速隔離故障和快速復(fù)電的關(guān)鍵，由于配電網(wǎng)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，目前在現(xiàn)場對其動(dòng)作邏輯進(jìn)行測試驗(yàn)證非常困難。該文提出了配電網(wǎng)自愈控制功能的在線動(dòng)模測試整體方案，分析和闡述了配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能的現(xiàn)場測試特點(diǎn)，利用自主研制的動(dòng)模測試裝置模擬不同故障情況下整個(gè)饋線組的運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自愈控制功能對于故障區(qū)域定位、故障隔離、復(fù)電過程的分析和測試?，F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用證明，該測試方法不會(huì)影響正常供電，其安全性高，測試的可信性高，易于推廣應(yīng)用。

智能配電網(wǎng)；自愈控制；網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)；在線動(dòng)模測試

配電網(wǎng)自愈控制功能的動(dòng)作邏輯正確與否是保證配電網(wǎng)快速隔離故障和快速復(fù)電的關(guān)鍵，任何一項(xiàng)新的配電網(wǎng)自愈功能的投入，都需要有嚴(yán)謹(jǐn)和全面有效的測試驗(yàn)證。在現(xiàn)有條件下，對配電網(wǎng)自愈功能的測試仍停留在實(shí)驗(yàn)室仿真測試環(huán)境下，由于配電網(wǎng)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，目前在現(xiàn)場對其動(dòng)作邏輯進(jìn)行測試驗(yàn)證非常困難。由于實(shí)驗(yàn)室測試環(huán)境與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境在配電網(wǎng)運(yùn)行方式、網(wǎng)絡(luò)通信、實(shí)際接線等方面存在較大區(qū)別，若能在現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境下通過模擬發(fā)生各種故障前后饋線組的運(yùn)行狀況，對配電網(wǎng)自愈控制功能的動(dòng)作邏輯進(jìn)行測試驗(yàn)證，對于提高配電自動(dòng)化的可靠性和可用性具有重大意義?；谏鲜龇矫娴目紤]，提出了配電網(wǎng)自愈控制功能在線動(dòng)模測試的方案，文中分析和闡述了配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能的現(xiàn)場測試的特點(diǎn)，利用動(dòng)模測試裝置模擬不同故障情況下整個(gè)饋線組的運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自愈控制功能對于故障區(qū)域定位、故障隔離、復(fù)電過程的分析和測試。

1　網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)的基本原理

智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)已成為目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-4]，針對傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)電流保護(hù)只檢測流過所監(jiān)測開關(guān)的電流而決定保護(hù)的動(dòng)作與否及動(dòng)作延時(shí)，而不關(guān)心相鄰開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作情況，從而造成相鄰保護(hù)相互配合困難的問題，文獻(xiàn)[5]提出了網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)的概念。網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)的主要原理是：采用對等式的通信網(wǎng)絡(luò)，線路上的開關(guān)控制器之間互相通信，開關(guān)之間可以互相交換信息，從而進(jìn)行故障定位，并自行判斷是否動(dòng)作，故障清除、故障區(qū)段隔離和供電恢復(fù)全是由終端自主完成。

若一個(gè)開關(guān)的某一相流過了超過整定值的故障電流，則向其相鄰開關(guān)發(fā)送流過故障電流的信息，綜合共享各開關(guān)的信息后進(jìn)行故障區(qū)域定位。例如，對于圖1中的開環(huán)配電網(wǎng)，若開關(guān)A上報(bào)流過了故障電流，而開關(guān)B和C均未上報(bào)流過故障電流，則可斷定故障發(fā)生在開關(guān)A和B之間的區(qū)域；若開關(guān)A和B均上報(bào)流過了故障電流，而開關(guān)C未上報(bào)流過故障電流，則可斷定故障發(fā)生在開關(guān)B和C之間的區(qū)域。

圖1　典型的開環(huán)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)Fig.1　Typical structure of open-loop distribution network

若故障在開關(guān)A和B之間區(qū)域時(shí)，由于開關(guān)之間信息交互后，網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能判斷后，故障定位在開關(guān)A和B之間，A開關(guān)啟動(dòng)保護(hù)跳閘，B開關(guān)等待A開關(guān)故障跳閘后，進(jìn)行聯(lián)鎖動(dòng)作隔離故障，故障隔離后C開關(guān)自動(dòng)合閘恢復(fù)供電。

網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)的基本要求有兩個(gè)，一個(gè)是選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞?，既要滿足分布式的特點(diǎn)，又要滿足保護(hù)的實(shí)時(shí)性要求；另一個(gè)是可靠有效的算法，使每一臺(tái)開關(guān)能夠利用相關(guān)信息準(zhǔn)確地定位故障。該保護(hù)有以下幾個(gè)特征：①適應(yīng)具有分布式電源、多電源閉環(huán)供電的配電網(wǎng)應(yīng)用，利用局域網(wǎng)絡(luò)通信信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能，一組開關(guān)組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，在內(nèi)部故障情況下保證只有離故障點(diǎn)最近的斷路器（開關(guān)）跳閘，自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能不喪失；②在通信通道不正常的情況下，自動(dòng)轉(zhuǎn)為分布式智能方式，保證故障隔離和轉(zhuǎn)供功能不喪失。總的來說，網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)能實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的快速隔離及非故障停電區(qū)域的快速復(fù)電[5-8]。

2　測試方案

現(xiàn)場原有系統(tǒng)中如圖2所示，模塊有配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)、配網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、配電站DTU（distri?bution terminal unit）裝置、一次開關(guān)和刀閘設(shè)備，在測試環(huán)境下僅通過動(dòng)模測試裝置替代原有的一次開關(guān)設(shè)備（開關(guān)、刀閘），配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)、配網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、配電站DTU裝置保持不變，另需增加GPS（global positioning system）對時(shí)裝置和繼保測試儀。具體的測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　原有系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.2　Original overall structure of the testing system

圖3　現(xiàn)有測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.3　Present overall structure of the testing system

各模塊的功能如下：

（1）動(dòng)模測試裝置用于模擬原有的一次開關(guān)設(shè)備（開關(guān)、刀閘）；

（2）繼保測試儀用于模擬DTU測控裝置中的電壓、電流遙測；

（3）GPS則用于統(tǒng)一各個(gè)配電房的初始時(shí)間并設(shè)定發(fā)生故障的具體時(shí)刻。

動(dòng)模測試裝置是通過單片機(jī)技術(shù)，自主研制的動(dòng)模測試儀裝置，裝置原理如圖4所示。

該動(dòng)模測試裝置包含觸發(fā)單元、CPU控制單元及遙信遙測遙控單元，同時(shí)能接收GPS信號(hào)。當(dāng)觸發(fā)單元收到某開關(guān)的遙控命令時(shí)，觸發(fā)單元將通過觸發(fā)CPU控制單元進(jìn)行開關(guān)遙信變化并返回對應(yīng)的遙信信息。

該動(dòng)模測試裝置能模擬一次開關(guān)設(shè)備的遙信狀態(tài)，也能模擬各種遙信，并能進(jìn)行自動(dòng)化測控裝置性能測試及事故情況下發(fā)生大量遙信變位等極限功能測試。

繼保測試儀由DSP板，模擬量輸出通道，開關(guān)量輸入/輸出銅套，模擬斷路器，電壓、電流放大器及大功率開關(guān)電源燈組成。利用專用測試軟件包，PC機(jī)通過RS-232串行口與測試儀內(nèi)的DSP板通信，傳送控制命令、數(shù)據(jù)文件，并接受測試儀的反饋信息，以實(shí)現(xiàn)測試儀相應(yīng)的繼電保護(hù)測試模塊功能。

圖4　動(dòng)模測試儀裝置原理Fig.4　Schematic of dynamic model

3　測試方法

通過利用繼保測試儀中的“狀態(tài)序列”功能來進(jìn)行遙測信息的模擬，遙測信息由多個(gè)狀態(tài)組成，一般分為正常狀態(tài)、故障情況下狀態(tài)、故障切除隔離后狀態(tài)、復(fù)電后的狀態(tài)，各種狀態(tài)下電壓電流遙測值均對應(yīng)不同數(shù)值，正常狀態(tài)到故障狀態(tài)下的變化通過預(yù)先設(shè)定的延時(shí)ΔT來控制。

對于遙信信息的模擬則是最簡單直接的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)啟動(dòng)對某個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制時(shí)，動(dòng)模測試裝置上的開關(guān)遙信信息相應(yīng)變化。

在線動(dòng)模測試具體方法如下：

（1）預(yù)先根據(jù)故障類型和出現(xiàn)故障時(shí)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線各開關(guān)的遙測變化的實(shí)際大小和時(shí)序設(shè)定繼保測試儀上的狀態(tài)序列，由多個(gè)狀態(tài)序列組成一次故障策略；

（2）利用動(dòng)模測試裝置，并通過GPS信號(hào)按設(shè)定時(shí)間觸發(fā)所述故障策略，其中動(dòng)模測試裝置用于模擬一次開關(guān)設(shè)備；

（3）根據(jù)繼保測試儀的狀態(tài)序列模擬開關(guān)的遙測變化，根據(jù)遙測大小啟動(dòng)常規(guī)式的保護(hù)功能，并獲取動(dòng)模測試儀返回的遙信信息；

（4）根據(jù)故障配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線中相關(guān)的各個(gè)開關(guān)的遙測、遙信信息啟動(dòng)配電網(wǎng)自愈控制功能，控制配電網(wǎng)相應(yīng)的開關(guān)將故障隔離在最小范圍，并恢復(fù)其它因故障原因而停電區(qū)域的供電；

（5）根據(jù)故障區(qū)域所有開關(guān)的遙信信息和遙測信息確定測試結(jié)果。

4　現(xiàn)場應(yīng)用

在進(jìn)行故障模擬時(shí)，電壓電流遙測通過繼保測試儀裝置的狀態(tài)序列進(jìn)行模擬。下面以某地區(qū)現(xiàn)場實(shí)際的饋線組為例進(jìn)行說明。該饋線組的運(yùn)行方式如圖5所示。

圖5　項(xiàng)目示范區(qū)某饋線組運(yùn)行方式Fig.5　Operation mode of feeder group

該饋線組在#4配電房的出線開關(guān)S8處開環(huán)運(yùn)行，#1～#4配電站均由#1變電站的10 kV開關(guān)供電。測試?yán)脛?dòng)模測試裝置模擬原有的一次開關(guān)設(shè)備，遙測值則通過繼保測試儀裝置模擬，其余部分與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況完全一致。

4.1具體遙測信息準(zhǔn)備

對于不同地點(diǎn)不同類型的故障，需提前根據(jù)故障情況下饋線組各開關(guān)的遙測變化的實(shí)際情況設(shè)置繼保測試儀上的狀態(tài)序列。

繼保測試儀裝置的狀態(tài)序列可由多個(gè)狀態(tài)組成，分別表示正常運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)及故障后狀態(tài)。例如當(dāng)模擬圖5中L1線路故障時(shí)，S2、S3、S8開關(guān)的狀態(tài)序列設(shè)置分別如表1、表2和表3所示。狀態(tài)序列從前一個(gè)跳轉(zhuǎn)至后一個(gè)通過繼保測試儀中狀態(tài)序列中的延時(shí)ΔT來控制。

表1　L1故障時(shí)S2開關(guān)的狀態(tài)序列設(shè)置Tab.1　Status sequence of Switch S2 when Line L1 has fault

表2　L1故障時(shí)S3開關(guān)的狀態(tài)序列設(shè)置Tab.2　Status sequence of Switch S3 when Line L1 has fault

目前，示范工程采用基于分布式智能終端與主站協(xié)調(diào)配合的綜合控制方式，通過自愈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)示范區(qū)配電網(wǎng)用戶平均故障停電時(shí)間由8.76 h縮短為5.2 min，園區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)不低于99.999%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

4.2測試結(jié)果

通過采用本文提出的測試方法進(jìn)行模擬不同故障情況下配電網(wǎng)自愈控制功能的測試，表4中為不同故障類型下的測試結(jié)果。

表3　L1故障時(shí)S8開關(guān)的狀態(tài)序列設(shè)置Tab.3　Status sequence of Switch S8 when Line L1 has fault

表4　模擬故障情況下配電網(wǎng)自愈控制功能的測試結(jié)果Tab.4　Test results of self-healing control function under different fault conditions

4.3測試結(jié)果分析

以F1故障為例，其開關(guān)動(dòng)作情況為：S2分，S3分，S8合。當(dāng)L1線路故障時(shí)，#1配電站S1、S2均有過流信號(hào)，#2配電站S3、S4無過流信號(hào)。由于終端之間信息交互后進(jìn)行故障定位判斷，故障定位在# 1配電站S2開關(guān)右側(cè)，#2配電站S3左側(cè)，S2啟動(dòng)速斷保護(hù)功能跳閘，切除故障；S3啟動(dòng)“聯(lián)鎖失電延時(shí)分閘閉鎖”功能分閘，隔離故障；S8啟動(dòng)“檢閉鎖單側(cè)失壓延時(shí)合閘”功能合閘，從而恢復(fù)#2配電站至#4配電站的供電。

通過上述故障場景測試結(jié)果表明，采用本文提出的配網(wǎng)自愈控制功能的在線動(dòng)模測試方法，不僅僅測試環(huán)境與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境基本一致，僅需通過動(dòng)模測試裝置模擬一次開關(guān)設(shè)備，而且能觀測到各配電站開關(guān)間隔的遙信遙測動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)也能對配電網(wǎng)自愈主站系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證。

5　結(jié)語

本文提出了配電網(wǎng)自愈控制功能的在線動(dòng)模測試整體方案，分析和闡述了配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能的現(xiàn)場測試原理和特點(diǎn)，僅需利用自主研制的動(dòng)態(tài)模擬裝置模擬一次開關(guān)，即可模擬不同故障情況下整個(gè)饋線組的運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自愈控制功能對于故障區(qū)域定位、故障隔離、復(fù)電過程的分析和測試。該測試方法不會(huì)影響正常的供電，安全性高、測試的可信性高、易于推廣應(yīng)用。

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Scheme Design of Online-dynamic Simulation for Self-healing Control Function in Smart Distribution Grid

HUANG Hongyuan，CAO Zhihui，HUANG Xiaoyun，PENG Feijin
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，F(xiàn)oshan Power Supply Bureau，F(xiàn)oshan 528000，China）

Correct self-healing control action logic of distribution network is the key to guaranteeing-fast fault isolation and power recovery.However，due to the complicated site environment，it is difficult to do field test to verify its action logic.This paper proposes a scheme of online dynamic simulation test，and analyzes the characteristics of distribution network protection function under field testing.The operation states of the whole feeder group in different fault condi?tions are able to be simulated by replacing real switch with the developed dynamic simulation unit，which realizes the function of the distribution network self-healing control in analyzing and testing fault area location，fault isolation，and power recovery process.The actual application of the field proves that the test method does not affect the normal power supply，the security is high，the credibility of the test is high，and it is easy to be popularized and applied.

smart distribution grid；self-healing control；network protect；online-dynamic simulation

TM7

A

1003-8930（2016）02-0043-04

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.02.007

黃紅遠(yuǎn)（1963—），男，本科，高工，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作。Email：fshhy156@163.com

曹志輝（1983—），男，碩士，工程師，主要從事配電網(wǎng)自動(dòng)化工作。Email：caozhihui21@163.com

黃小耘（1964—），男，碩士，教授級(jí)高工，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作。Email：xiaoyunhuang@21cn.com

2015-04-03；

2015-06-05

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2011AA05A114）