面向智能配電網(wǎng)的保護(hù)與控制方法

田園 于浩然

摘要：智能配電網(wǎng)的出現(xiàn)使配電網(wǎng)的保護(hù)和控制技術(shù)面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，提出了基于Multi-Agent的面向智能配電網(wǎng)的保護(hù)和控制方法。智能配電終端和控制中心分別作為一個(gè)Agent，各Agent通過通信網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)Multi-Agent系統(tǒng)。各Agent通過信息交互，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的繼電保護(hù)、故障定位、故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、供電恢復(fù)以及故障診斷等功能。詳細(xì)分析了其中的繼電保護(hù)和故障定位算法。仿真結(jié)果表明，該方法適用于智能配電網(wǎng)，且具有較高的靈敏度和可靠性。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；保護(hù)與控制；故障定位；Multi-Agent

1 前言

近年來，世界各國(guó)加快了智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，并有力地促進(jìn)了電網(wǎng)的智能化。智能電網(wǎng)已成為未來電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)。國(guó)家電網(wǎng)公司提出了加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。因此，研究適用于智能配電網(wǎng)的智能配電終端（IntelligentDistributionTerminal，IDT）和基于智能配電終端的面向智能配電網(wǎng)的保護(hù)和控制技術(shù)和具有重要的意義。

2 智能配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

2.1 面向智能配電網(wǎng)的MAS的結(jié)構(gòu)

將智能配電網(wǎng)的控制中心和每個(gè)智能配電終端分別作為一個(gè)Agent，通過光纖以太網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)MAS。每個(gè)Agent的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)Agent的結(jié)構(gòu)分為四層：I/O層、計(jì)算層、決策層和通訊層，I/O層實(shí)現(xiàn)電壓、電流和電氣設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集和開關(guān)動(dòng)作、報(bào)警的控制；計(jì)算層實(shí)現(xiàn)電壓電流有效值、有功、無功、諧波含量和零序電壓電流等值的計(jì)算，各種故障特征的提取，進(jìn)行保護(hù)計(jì)算以實(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)；決策層主要實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和公共信息的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控報(bào)警、后備保護(hù)、故障定位、供電恢復(fù)和故障診斷等決策，并協(xié)調(diào)Agent內(nèi)各模塊的工作；通信模塊主要實(shí)現(xiàn)與其他Agent的通信和與用戶交互。

圖2.1Agent結(jié)構(gòu)

2.2 智能配電終端的結(jié)構(gòu)

智能配電終端IDT具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)、故障定位、故障診斷、交互信息、控制開關(guān)動(dòng)作的作用，它通過檢測(cè)線路是否失壓、過流，以及暫穩(wěn)態(tài)電流和暫穩(wěn)態(tài)電壓來判斷故障所在，繼而操作開關(guān)，隔離故障，恢復(fù)供電。IDT模型如圖2所示。

圖2.2智能配電終端模型

3 保護(hù)和控制方法

電流差動(dòng)保護(hù)因?yàn)槠渚哂泻?jiǎn)單可靠和動(dòng)作速度快且不受電力系統(tǒng)振蕩影響等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于輸電網(wǎng)。隨著光纖以太網(wǎng)和智能配電終端在智能配電網(wǎng)中的成功應(yīng)用，電流差動(dòng)保護(hù)必將成為智能配電網(wǎng)的最理想保護(hù)方法。但是，傳統(tǒng)的電流差動(dòng)保護(hù)要求每段線路兩側(cè)均安裝斷路器和電流互感器，使配電網(wǎng)的成本增加。差動(dòng)保護(hù)方法在高阻接地故障時(shí)有可能拒動(dòng)，同時(shí)，由于該方法需要傳輸?shù)男畔⒘枯^大，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞時(shí)，導(dǎo)致保護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)。傳統(tǒng)的電流速斷保護(hù)雖然具有動(dòng)作速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是具有不能保護(hù)線路全長(zhǎng)的缺點(diǎn)。為了提高保護(hù)的可靠性，主保護(hù)采用電流差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)，將兩個(gè)保護(hù)輸出進(jìn)行“或”運(yùn)算，得到最終的保護(hù)輸出。傳統(tǒng)的過電流保護(hù)作為后備保護(hù)。

傳統(tǒng)的電流差動(dòng)保護(hù)規(guī)定電流的正方向?yàn)槟妇€指向線路的方向，其判據(jù)如式（1）：

其中： 、 分別為節(jié)點(diǎn)M和N的電流相量；KZ為制動(dòng)系數(shù)；I0為差動(dòng)門檻定值，其整定原則是躲過節(jié)點(diǎn)M和N之間線路的電容電流和不平衡電流。

改進(jìn)的電流差動(dòng)保護(hù)規(guī)定電流的正方向?yàn)橄到y(tǒng)電源指向線路末端的方向，其中的分布式電源也看作線路末端。沿著電流的方向，距離系統(tǒng)電源較遠(yuǎn)的開關(guān)為下游開關(guān)，距離系統(tǒng)電源較近的為上游開關(guān)，不存在下游開關(guān)的開關(guān)定義為邊界開關(guān)。邊界開關(guān)處的保護(hù)采用電流速斷保護(hù)，保護(hù)判據(jù)如式（2）：

其他開關(guān)處的主保護(hù)采用電流速斷保護(hù)和電流差動(dòng)保護(hù)，電流速斷保護(hù)判據(jù)如式（3）：

電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)如式（4）：

圖4所示為一含有分布式電源的雙電源環(huán)形接線的10kV智能配電網(wǎng)，開環(huán)點(diǎn)為斷路器10，每個(gè)斷路器或分段開關(guān)處均配備一個(gè)IDT，并作為一個(gè)Agent。電流差動(dòng)保護(hù)的工作過程如下：當(dāng)線路BC段的k1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，Agent1將檢測(cè)到的流過開關(guān)1的電流與通過通信網(wǎng)絡(luò)由Agent2傳輸過來的流過開關(guān)2的電流進(jìn)行比較，不滿足公式（3）和公式（4）的保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，因而Agent1的保護(hù)不動(dòng)作；Agent2將流過開關(guān)2的電流與Agent3傳輸過來的流過開關(guān)3的電流進(jìn)行比較，滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，故障位于BC段，Agent2的保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)線路CD段的k2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，Agent1～5的保護(hù)均不動(dòng)作，Agent6將流過開關(guān)6的電流與流過開關(guān)7的電流進(jìn)行比較，滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，故障位于CD段，但是開關(guān)6和7處為分段開關(guān)，不能分?jǐn)喙收想娏?，因而Agent6向Agent4發(fā)送直跳命令，斷開斷路器4，其他保護(hù)均不滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，保護(hù)均不動(dòng)作。當(dāng)線路AH的k3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，Agent1～9均不滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，保護(hù)均不動(dòng)作。Agent13的保護(hù)滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，保護(hù)動(dòng)作，其下游的Agent14不滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，保護(hù)不動(dòng)作。因此，在含有分布式電源的配電網(wǎng)中，無論是本線路故障還是相鄰線路故障，電流差動(dòng)保護(hù)均能正確動(dòng)作。

保護(hù)動(dòng)作后，經(jīng)過一段延時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)啟動(dòng)自動(dòng)重合閘，使相應(yīng)的開關(guān)閉合。若保護(hù)裝置沒有檢測(cè)到故障，則為瞬時(shí)性故障，配電網(wǎng)恢復(fù)正常工作；若仍然檢測(cè)到故障，則為永久性故障，相應(yīng)的保護(hù)重新動(dòng)作，跳開相應(yīng)的斷路器，不再執(zhí)行重合閘。

4 結(jié)束語

智能電網(wǎng)的研究方興未艾，其涉及廣度包含了電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的最新動(dòng)向。其中，研究突出自愈功能的自適應(yīng)保護(hù)與控制技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)性技術(shù)支撐。本文在對(duì)智能電網(wǎng)介紹的基礎(chǔ)上，提出了含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)相關(guān)保護(hù)控制原理與技術(shù)的研究進(jìn)行了原理性闡述與介紹，相關(guān)研究成果將對(duì)未來智能配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供更加靈活與可靠的保障能力。

參考文獻(xiàn)：

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