黃瑞雯

(國(guó)網(wǎng)武漢供電公司漢陽(yáng)供電中心,武漢 430000)

0 引言

目前,可再生能源中應(yīng)用最廣泛的是風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電[1]。分布式發(fā)電并入電網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定,與變電站繼電保護(hù)配合會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的問(wèn)題[2-5],因此當(dāng)分布式發(fā)電在配電網(wǎng)層面并入電網(wǎng)時(shí),短路點(diǎn)的多側(cè)饋入可能造成緊急模式和機(jī)電暫態(tài)的出現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)外已有大量針對(duì)分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)與繼電保護(hù)相關(guān)配合方面的研究。文獻(xiàn)[6]考慮了主動(dòng)配電網(wǎng)中具有相對(duì)選擇性的分步保護(hù)的實(shí)施特點(diǎn),指出傳統(tǒng)的最大電流保護(hù)及距離保護(hù)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。在某些情況下,當(dāng)電源為弱電源時(shí),最大電流保護(hù)的靈敏度最高可降低1.7倍,距離保護(hù)后備段的動(dòng)作范圍最高可增大2倍。

可再生能源具有間歇性。文獻(xiàn)[6-7]中提出了使用差動(dòng)保護(hù)和自適應(yīng)后備保護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)可再生能源配電網(wǎng)的保護(hù),文獻(xiàn)[8]提出了一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)保護(hù)方案,該方案包括離線和在線兩個(gè)階段。在離線模式下確定可能的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理(斷開(kāi)線路、斷開(kāi)發(fā)電機(jī)),使用差分搜索算法和非線性優(yōu)化方法優(yōu)化繼電保護(hù)定值,按組順序存儲(chǔ)?；谀：壿嫷淖赃m應(yīng)方法識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M,將相應(yīng)的激活參數(shù)報(bào)告給各個(gè)保護(hù)裝置。

目前有兩種方法來(lái)自動(dòng)修改定值。第一種是軟、硬件配合對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式和繼電保護(hù)裝置運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行離線計(jì)算,根據(jù)開(kāi)關(guān)矩陣對(duì)先前計(jì)算的定值進(jìn)行切換。第二種是軟硬件綜合體對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行模式進(jìn)行計(jì)算,實(shí)時(shí)計(jì)算和更改參數(shù)。

對(duì)于電壓等級(jí)為6～35 kV的中壓電網(wǎng),由于采用了更復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置,電流型情況的可變性更大,保護(hù)計(jì)算可能更為復(fù)雜。本研究考慮開(kāi)發(fā)第二種類型的軟件和硬件綜合體,用于自動(dòng)計(jì)算和改變配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行參數(shù)。開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于計(jì)算和協(xié)調(diào)繼電保護(hù)設(shè)置變化服務(wù)的微服務(wù)軟件包和一個(gè)用于計(jì)算繼電保護(hù)裝置設(shè)置的軟件模塊原型,使得以CIM模型格式表示的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)定值的自動(dòng)計(jì)算成為可能。

1 微服務(wù)架構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)

設(shè)定值計(jì)算和協(xié)調(diào)服務(wù)是基于Java編程語(yǔ)言編寫(xiě)的幾個(gè)獨(dú)立的服務(wù)操作,這些服務(wù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算和協(xié)調(diào)設(shè)定值所必需的邏輯運(yùn)算。

自動(dòng)計(jì)算設(shè)定值的微服務(wù)架構(gòu)由若干模塊(服務(wù))組成:①計(jì)算和協(xié)調(diào)設(shè)定值變化的中心服務(wù)(CCS)是執(zhí)行腳本生成服務(wù)、模式計(jì)算服務(wù)、聚類服務(wù)及腳本啟動(dòng)模塊的順序啟動(dòng)服務(wù),屬于中心CSS服務(wù)的一部分。②場(chǎng)景生成服務(wù)。它開(kāi)發(fā)了方案的幾種變體,進(jìn)一步確定了最大和最小模式。③模式計(jì)算服務(wù)。計(jì)算正常和緊急模式下支路中的電流和電路節(jié)點(diǎn)中的電壓服務(wù)。④聚類服務(wù)。一種確定保護(hù)計(jì)算順序的服務(wù)。⑤腳本啟動(dòng)模塊。運(yùn)行繼電保護(hù)定值計(jì)算腳本并將結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)模塊。

微服務(wù)架構(gòu)如圖1所示。

如在計(jì)算出整定值后需確定正確的整定值裝入保護(hù)端子的順序,這種情況下,經(jīng)典的從負(fù)荷到發(fā)電源的順序是不合適的,因?yàn)樵谀Ｊ阶兓闆r下,通過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的電流可以工作,從而斷開(kāi)所有的消費(fèi)者,而定值協(xié)調(diào)和更改服務(wù)從靠近消費(fèi)者的終端開(kāi)始裝載定值,可能沒(méi)有時(shí)間將定值裝載到頭部保護(hù),因此采用了這樣的假設(shè):將設(shè)置點(diǎn)加載到終端,從靠近發(fā)電源的保護(hù)開(kāi)始,隊(duì)列中的第一個(gè)是與更強(qiáng)大的發(fā)電源相鄰的保護(hù)。

在直接分配發(fā)送保護(hù)定值的序列號(hào)之前,從數(shù)據(jù)庫(kù)中加載具有計(jì)算序列的保護(hù)。要了解哪種保護(hù)與更強(qiáng)大的發(fā)電源相鄰,就需要比較具體的保護(hù)與發(fā)電源的發(fā)電量?jī)r(jià)值。為此,創(chuàng)建了一個(gè)字典,其關(guān)鍵是保護(hù)的名稱,價(jià)值是生成源的功率價(jià)值。創(chuàng)建了一個(gè)列表,在算法的最后將填充發(fā)送保護(hù)設(shè)置到終端的序列編號(hào)。

由于計(jì)算保護(hù)的順序是以1,2,2,2,3 ……N的格式表示,其中第一個(gè)序列號(hào)為距離發(fā)電源(最后對(duì)它們的設(shè)置進(jìn)行計(jì)算)最近的保護(hù),N為距離發(fā)電源(先計(jì)算它們的設(shè)置)最遠(yuǎn)的保護(hù)編號(hào),因此保護(hù)的枚舉將從最后一次計(jì)算設(shè)置開(kāi)始?？紤]具有相同計(jì)算次數(shù)的保護(hù),如果其中存在與生成源相鄰的保護(hù),則將該保護(hù)的名稱和與之相鄰的生成源的功率記錄在字典中。如果所考慮的保護(hù)組中沒(méi)有與源相鄰的保護(hù),那么保護(hù)的名稱和零功率值將被記錄在字典中。經(jīng)過(guò)相同序號(hào)的所有防御之后,該字典按照生成源的能量降序排列,防御也將被排序。保護(hù)的名稱按排序順序添加到列表中,所描述的動(dòng)作序列將一直持續(xù)到所有的保護(hù)都通過(guò)為止。

當(dāng)所有保護(hù)都通過(guò)時(shí),按照(其中記錄了從字典中得到的保護(hù)排序名稱)列表中保護(hù)條目的編號(hào)順序?qū)⒚總€(gè)保護(hù)的定值發(fā)送到終端的順序編號(hào)中,記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖2為所開(kāi)發(fā)算法的程序。

圖2 算法的操作Fig.2 Operation of the algorithm

2 實(shí)際驗(yàn)證

為了驗(yàn)證微服務(wù)架構(gòu)計(jì)算設(shè)置的正確性,選擇IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為測(cè)試模型。在PSCAD軟件包中開(kāi)發(fā)了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)模型,如圖3所示。

圖3 IEEE14在PSCAD中的建模Fig.3 IEEE14 in PSCAD modeling

對(duì)位于網(wǎng)絡(luò)(開(kāi)關(guān)BRK1_16,BR2_35,BR39_5)3個(gè)區(qū)段的保護(hù)級(jí)進(jìn)行建模。為了檢查保護(hù)的動(dòng)作情況,在6個(gè)點(diǎn)檢查計(jì)算的保護(hù)定值,即K1、K2、K3、K4、K5、K6對(duì)短路的反應(yīng)。

表1、表2、表3顯示了通過(guò)微服務(wù)架構(gòu)計(jì)算輸入的設(shè)置對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)短路的保護(hù)動(dòng)作結(jié)果。

表1 保護(hù)動(dòng)作結(jié)果(零序電流保護(hù))

表2 產(chǎn)品參數(shù)

表2 保護(hù)動(dòng)作結(jié)果(最大電流保護(hù))

表3 保護(hù)動(dòng)作結(jié)果(距離保護(hù))

根據(jù)PSCAD軟件包中微服務(wù)架構(gòu)計(jì)算的定值對(duì)分步保護(hù)進(jìn)行建模的結(jié)果可以判斷滿足繼電保護(hù)的選擇性及靈敏性要求。

3 結(jié)論

創(chuàng)建了一個(gè)能根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式自動(dòng)計(jì)算及調(diào)整繼電保護(hù)與自動(dòng)化響應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)繼電保護(hù)綜合體,使用微服務(wù)架構(gòu)可在以下模式中使用該功能:個(gè)人電腦在離線模式下由操作員自動(dòng)計(jì)算繼電保護(hù)運(yùn)行參數(shù);微服務(wù)架構(gòu)安裝在設(shè)備端,用于在線模式下繼電保護(hù)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算和更改。