基于5G通信模式下的配電網(wǎng)自愈保護(hù)應(yīng)用

李文君，段登偉，朱 雨，杜凌翔，羅勁瑭

基于5G通信模式下的配電網(wǎng)自愈保護(hù)應(yīng)用

李文君1，段登偉1，朱 雨1，杜凌翔1，羅勁瑭2

(1.國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610000；2.國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610000)

因配電網(wǎng)線路分段、分支開關(guān)數(shù)量多，導(dǎo)致配電網(wǎng)保護(hù)級(jí)差配合困難，故障切除模糊，故障范圍擴(kuò)大。應(yīng)用配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可解決這一問題并完成配電網(wǎng)自愈。目前，配電自動(dòng)化多采用主站集中式，即收集各節(jié)點(diǎn)電氣量和開關(guān)量信息上送至主站，主站完成邏輯判斷，進(jìn)行策略下發(fā)，實(shí)現(xiàn)故障隔離和電網(wǎng)自愈。但主站式方式數(shù)據(jù)傳輸、校驗(yàn)環(huán)節(jié)多，故障隔離時(shí)間通常在分鐘級(jí)，在配電網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)，需短時(shí)對(duì)主供線路停電。采用基于5G通信技術(shù)的分布式饋線自動(dòng)化，通過下沉計(jì)算及邏輯判別節(jié)點(diǎn)至配電終端，實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)的故障就地隔離及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，故障切除精準(zhǔn)。探索的配網(wǎng)保護(hù)定值優(yōu)化方案，通過配網(wǎng)保護(hù)定值與分布式饋線自動(dòng)化故障判別策略的融合配合，實(shí)現(xiàn)了主供線路不停電情況下的故障隔離和配電網(wǎng)重構(gòu)，做到了用戶停電“零感知”。工程在成都市配電網(wǎng)首次實(shí)施應(yīng)用，取得了良好效果，有效解決了城區(qū)保護(hù)級(jí)差配合困難的問題，為5G通信保護(hù)在配電網(wǎng)及其他電壓等級(jí)電網(wǎng)上的拓展應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

5G；分布式饋線自動(dòng)化；配電網(wǎng)保護(hù)；整定計(jì)算；自愈系統(tǒng)

0 引言

城市配電網(wǎng)地處城市人口密集區(qū)，主要采用電纜連接環(huán)網(wǎng)柜、分支箱的形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)連接，并以手拉手方式提高供電可靠性。由于配網(wǎng)線路上分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分支開關(guān)級(jí)數(shù)多，故障切除時(shí)間要求短，使得保護(hù)級(jí)差配合困難。選取重要分段和分支開關(guān)進(jìn)行保護(hù)配合，故障切除范圍模糊，故障后陪停用戶數(shù)量多，因此，大型城市配電網(wǎng)保護(hù)級(jí)差配合的問題亟待解決[1-4]。

采用專用光纖通道的配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)解決配網(wǎng)級(jí)差的問題，系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維成本高，施工難度大。文獻(xiàn)[5-8]提出基于5G通信的配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)方案。文獻(xiàn)[9]提出一種新的電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)，解決差動(dòng)保護(hù)采樣同步的問題。文獻(xiàn)[10]提出了一種考慮多DG接入配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流主保護(hù)方案。文獻(xiàn)[11]提出一種基于改進(jìn)花授粉算法的繼電保護(hù)定值優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[12]提出了一種基于故障電流幅值比與制動(dòng)系數(shù)相配合的有源配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)方法。文獻(xiàn)[13]提出差動(dòng)保護(hù)還須解決CT飽和造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的問題，差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)采樣的通道時(shí)延、抖動(dòng)造成的精度不足等仍是影響差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的因素。

配電自動(dòng)化是目前大型城市配電網(wǎng)中廣泛使用的故障隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電的系統(tǒng)，主要分為集中式饋線自動(dòng)化和分布式饋線自動(dòng)化。集中式饋線自動(dòng)化，通過光纖進(jìn)行通信，將配電終端收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)上送至主站，進(jìn)行邏輯判斷，以及將主站策略下發(fā)至各運(yùn)行終端，實(shí)現(xiàn)故障隔離，多采用GOOSE模式。集中式控制方式，需要進(jìn)行終端與主站信息的來回返校，其故障判別及恢復(fù)時(shí)間均在分鐘級(jí)，此外，光纖敷設(shè)通道資源占用量大。分布式饋線自動(dòng)化依賴具備“三遙”功能的配電終端，不須依賴主站或子站，實(shí)現(xiàn)了故障就地判別控制，并能及時(shí)響應(yīng)配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化，可精準(zhǔn)、快速地實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障隔離[14-25]。

本文利用5G通信網(wǎng)絡(luò)的高安全性、高可靠性、低延時(shí)的優(yōu)勢(shì)，將其通道作為安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道[26-28]。以最小化的數(shù)據(jù)交換方式，進(jìn)行配電終端之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的故障隔離，有效解決了配電網(wǎng)保護(hù)級(jí)差配合難的問題。通過優(yōu)化配電網(wǎng)保護(hù)定值與分布式饋線自動(dòng)化(feeder automation, FA)策略定值，構(gòu)建配電網(wǎng)保護(hù)與分布式饋線自動(dòng)化融合方案，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)配電網(wǎng)故障就地隔離及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。構(gòu)建的零感知自愈系統(tǒng)，大幅降低了停電用戶數(shù)量，提高了供電可靠性。此外，本文采用的方案不使用差動(dòng)保護(hù)功能，避免了5G差動(dòng)保護(hù)受CT飽和、延時(shí)抖動(dòng)、多節(jié)點(diǎn)部署時(shí)配電終端CPU資源占用量大等因素導(dǎo)致的不可靠動(dòng)作，以致通信費(fèi)用高昂等[29]。本文提出的改進(jìn)方案，在成都電網(wǎng)中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，有一定的推廣意義。

1 配置5G通信模塊的配電終端通信方案

在城市配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜中配置帶有5G通信模塊的配電終端，可實(shí)現(xiàn)終端與終端之間的通信。以環(huán)網(wǎng)柜為單元，將環(huán)網(wǎng)柜中開關(guān)電流、電壓、開關(guān)量等數(shù)據(jù)傳遞給相鄰終端，并用以邏輯判斷及故障隔離。這種通信方式不依賴主站，通信路徑短。相比傳統(tǒng)的通過配電終端上傳主站模式，邏輯判斷不受其他節(jié)點(diǎn)影響，故障信息收集及判別時(shí)間短，故障隔離快。圖1展示了各配電終端間的通信方案。

圖1 配電網(wǎng)線路環(huán)網(wǎng)柜間通信方案

配電終端上配置的數(shù)據(jù)傳輸單元(data transfer unit, DTU)，可完成間隔模擬量信息、斷路器位置的采集及運(yùn)行數(shù)據(jù)、信號(hào)的上送，同時(shí)具備開斷故障電流的功能?？蛻羟爸媒K端設(shè)備(customer premise equipment, CPE)為客戶前置設(shè)備，將DTU需實(shí)現(xiàn)的功能上送至5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。經(jīng)驗(yàn)證，端到端鏈路延時(shí)，即CPE間通信總延時(shí)小于30 ms。

在配電網(wǎng)線路上，配電終端的通信對(duì)象是與之相鄰的配電終端或預(yù)先配置需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的配電終端。各配電終端間通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過配置唯一屬性的IP地址，保證了身份的唯一性。

對(duì)于當(dāng)配電網(wǎng)改造時(shí)環(huán)網(wǎng)柜位置發(fā)生變更的情況，只需要重新下發(fā)線路各終端的IP配置文件，即可實(shí)現(xiàn)整條線路的故障隔離策略及自愈邏輯更改。邏輯調(diào)試及配置下發(fā)在一次設(shè)備接線方式確定后即可開展，不受土建施工限制及通信通道施工影響，具有較高的運(yùn)行靈活性。各配電終端的5G授時(shí)采用內(nèi)部時(shí)鐘授時(shí)，即5G基站通過GPS或北斗授時(shí)，采用該種方式，對(duì)通道延時(shí)和抖動(dòng)要求低。

2 零感知自愈系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 配網(wǎng)保護(hù)與分布式饋線自動(dòng)化融合方案基本策略

在配網(wǎng)重構(gòu)方式上，集中式配電自動(dòng)化采用子站上送電氣量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)至主站，再由主站統(tǒng)一進(jìn)行策略分析，判斷故障后，通過斷開變電站側(cè)開關(guān)、跳開故障點(diǎn)最近的配電網(wǎng)開關(guān)隔離故障。故障隔離成功后，再由主站下發(fā)故障恢復(fù)方案至各遙控終端，完成配電網(wǎng)恢復(fù)供電及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[30]。這種研判手段，需主站反復(fù)確認(rèn)子站上送或接收的信息及執(zhí)行反饋的正確性，因此故障隔離及恢復(fù)供電通常需要數(shù)分鐘，甚至采取人工研判的方式。因此，集中式配電自動(dòng)化方案雖然相較于點(diǎn)熄法，查找故障已大大節(jié)省了故障隔離時(shí)間及用戶停電數(shù)量，但是仍不滿足故障線路上的非故障用戶停電時(shí)間。

根據(jù)邊緣計(jì)算的思想，采用分布式饋線自動(dòng)化，將計(jì)算節(jié)點(diǎn)下沉至每個(gè)配電終端上，并通過5G通信實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)信息交互、故障就地判別與隔離，不需要反復(fù)與主站確認(rèn)信息。故障隔離成功后，通過預(yù)先配置的重構(gòu)點(diǎn)終端，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，恢復(fù)無故障線路供電，最后再將故障信息及動(dòng)作信號(hào)上送至主站，作為動(dòng)作依據(jù)供調(diào)度人員進(jìn)行信息查詢。

具體實(shí)施方案為：構(gòu)建的自愈系統(tǒng)采用以FA優(yōu)先切除故障及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保護(hù)作為配電自動(dòng)化故障或通信失效等異常情況下的最后一道防線，盡可能地防止故障越級(jí)。在線路或用戶側(cè)故障后，由配電終端直接收集、計(jì)算、判別故障后，斷開與故障最近的開關(guān)，故障隔離成功后，發(fā)送隔離成功信號(hào)，再自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自愈。

2.2 配電終端判斷邏輯及故障隔離策略

以典型的城市配電網(wǎng)中手拉手式接線方式為例，如圖2所示，負(fù)荷由電源1或電源2進(jìn)行主供，其中，任意環(huán)網(wǎng)柜中的進(jìn)出線開關(guān)均可作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)為D2-1。D1環(huán)網(wǎng)柜中，進(jìn)出線開關(guān)為D1-1和D1-2，饋線開關(guān)為D1-3、D1-4。饋線開關(guān)直接接入用戶側(cè)高配或通過分支箱接入用戶側(cè)高壓配電室。環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)出線開關(guān)首位相連構(gòu)成了配電網(wǎng)的主線開關(guān)，對(duì)于用戶側(cè)故障，不越級(jí)至主線開關(guān)或變電站側(cè)開關(guān)可以大幅縮小停電范圍。

對(duì)于環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)出線開關(guān)，可通過與之相鄰開關(guān)進(jìn)行通信，進(jìn)行柜內(nèi)母線故障或下游出線故障的判別依據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)為：從變電站側(cè)向線路側(cè)供電為正方向，靠近電源側(cè)的開關(guān)為上游開關(guān)，靠近負(fù)荷側(cè)的開關(guān)為下游開關(guān)。如D3環(huán)網(wǎng)柜中開關(guān)D3-2，其上游開關(guān)為D4-2，下游開關(guān)為D3-1。

對(duì)于母線故障，如圖2中K8故障，D4-1、D4-2、D3-2均流過故障電流，D4環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)出線均流過故障電流，D4環(huán)網(wǎng)柜判斷故障不在本柜內(nèi)，且D4-2開關(guān)判斷其上下游開關(guān)均有故障電流，判斷故障在D3-2下游，因此，可有效閉鎖不動(dòng)作。對(duì)于D3-2，其上游開關(guān)D4-2有故障電流，但下游開關(guān)D3-1無故障電流，D3環(huán)網(wǎng)柜可判斷故障在本環(huán)網(wǎng)柜母線上，因此跳開D3-2開關(guān)。

對(duì)于當(dāng)主線上K9發(fā)生故障時(shí)，故障電流由電源2流向故障點(diǎn)，開關(guān)D4-1、D4-2流過故障電流，對(duì)于D4環(huán)網(wǎng)柜，通過判斷本身進(jìn)出線開關(guān)流過穿越性故障判斷故障在區(qū)外，由于D3-2未流過故障電流且D4-1流過故障電流判斷故障發(fā)生在開關(guān)D4-2下游，D4-2跳開后，故障切除。具體邏輯框圖如圖3所示。

圖2 手拉手式城市配電網(wǎng)典型接線方式

圖3 分布式饋線自動(dòng)化故障隔離邏輯圖

2.3 自愈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案

配電網(wǎng)主干線連接電纜線路，相較于饋線線路(如饋線開關(guān)D1-3)所帶用戶線路及高壓配電房，故障發(fā)生概率低。另外，考慮主線故障時(shí)，即便有時(shí)間級(jí)差配合，也不能避免其下游所帶負(fù)荷停電的情況，因此在主干線上實(shí)現(xiàn)快速隔離故障并快速恢復(fù)供電對(duì)減少用戶停電范圍具有重要意義。

由此，在圖2中K9發(fā)生故障后，系統(tǒng)需要D2-1能夠迅速合閘，恢復(fù)對(duì)失壓環(huán)網(wǎng)柜D3的供電。在邏輯設(shè)置上，考慮D3-2收到D4環(huán)網(wǎng)柜發(fā)來的D4-2故障判斷及動(dòng)作信號(hào)，D3-2跳開隔離故障，同時(shí)發(fā)送故障隔離成功信號(hào)給具有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的環(huán)網(wǎng)柜，如圖2中的D2環(huán)網(wǎng)柜，D2環(huán)網(wǎng)柜收到故障隔離成功信息，合上D2-1，恢復(fù)D3環(huán)網(wǎng)柜供電。具體邏輯如圖4所示。

圖4 分布式饋線自動(dòng)化重構(gòu)邏輯圖

若配電網(wǎng)中有分布式電源接入，故障隔離后，合閘轉(zhuǎn)供之前，先切除小電源上網(wǎng)開關(guān)。

根據(jù)上述分析，在主線上配置分布式饋線自動(dòng)化完成主線自愈，主線開關(guān)的保護(hù)可投入發(fā)信功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其故障隔離時(shí)間小于50 ms，自愈時(shí)間受通信的環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量影響，仍可控制在毫秒級(jí)以內(nèi)。由此，主線上可退出保護(hù)，將保護(hù)級(jí)差留給用戶側(cè)開關(guān)。在環(huán)網(wǎng)柜型手拉手方式的配電網(wǎng)線路上，可以采用FA對(duì)主線故障重構(gòu)的方案進(jìn)行融合配置。

2.4 首級(jí)開關(guān)跳閘優(yōu)化方案

由于變電站側(cè)開關(guān)S1、S2暫時(shí)未配置5G通信裝置，在K1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，變電站側(cè)開關(guān)跳閘，導(dǎo)致線路上故障點(diǎn)下游環(huán)網(wǎng)柜D1失壓，此時(shí)，若要進(jìn)行線路自愈，需D1-1跳閘，D2-1合閘來恢復(fù)供電。因此，方案考慮優(yōu)化D1-1邏輯，設(shè)置為與變電站相連的首級(jí)開關(guān)，其跳閘邏輯需判斷本環(huán)網(wǎng)柜無故障且本環(huán)網(wǎng)柜出線無故障，但環(huán)網(wǎng)柜失壓，則首級(jí)開關(guān)動(dòng)作跳閘。邏輯如圖5所示。

圖5 首級(jí)開關(guān)跳閘優(yōu)化邏輯圖

此外，通過開關(guān)分位(如D2-1)且判斷兩側(cè)環(huán)網(wǎng)柜(D1與D3)有電壓，自適應(yīng)識(shí)別該開關(guān)為網(wǎng)絡(luò)上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。從而，在整條線的故障判斷上，不需要進(jìn)行方向判別。拓?fù)鋵ふ曳较颍詣?dòng)識(shí)別為電源側(cè)開關(guān)向聯(lián)絡(luò)開關(guān)方向。

2.5 饋線開關(guān)保護(hù)配置及整定原則

由于主線上采用FA與保護(hù)融合配置已經(jīng)大幅縮短故障隔離及自愈時(shí)間，則饋線開關(guān)可采用傳統(tǒng)的過流保護(hù)或一起納入FA進(jìn)行判斷。對(duì)于饋線開關(guān)納入FA的模式，只增加上下游開關(guān)配置即可實(shí)現(xiàn)。若饋線開關(guān)只配置過流保護(hù)，其過流I段和過流II段分別按照按躲過變壓器勵(lì)磁涌流及負(fù)荷電流整定，過流II段時(shí)間與變電站過流II段時(shí)間配合。

2.6 5G通信故障、開關(guān)失靈的異常處理

通過實(shí)驗(yàn)室模擬，兩個(gè)配電終端間的通信時(shí)長最短可達(dá)20 ms，多數(shù)情況下小于50 ms，但仍然存在通信短時(shí)中斷繼而恢復(fù)的情況。針對(duì)通信的短時(shí)不正常，配電終端上分布式FA可以經(jīng)短時(shí)閉鎖后自動(dòng)重啟，對(duì)于長時(shí)間的通信異常，F(xiàn)A將退出自動(dòng)判別功能，防止誤動(dòng)導(dǎo)致用戶停電。

當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)失靈時(shí)，可通過跳相鄰開關(guān)或聯(lián)切進(jìn)出線開關(guān)保證故障切除范圍最小。如環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線開關(guān)失靈，依據(jù)故障點(diǎn)位置，跳本環(huán)網(wǎng)柜出線開關(guān)及失靈開關(guān)的上一級(jí)開關(guān)；出線開關(guān)失靈，跳本環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線開關(guān)及失靈開關(guān)的下一級(jí)開關(guān)；饋線開關(guān)失靈，解閉鎖本環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線、出線開關(guān)。

重構(gòu)方案的放電邏輯如圖6所示。

圖6 重構(gòu)功能充放電邏輯圖

3 分布式饋線自動(dòng)化與配電網(wǎng)保護(hù)融合方案的應(yīng)用

3.1 成都電網(wǎng)的配電網(wǎng)保護(hù)配置情況

本工程在成都配電網(wǎng)塔子山片區(qū)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，共在18臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜上配置帶5G通信模塊的配電終端，配電網(wǎng)接線圖如圖7所示，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖8所示，各條線路為典型的手拉手式。

其中，110 kV塔子山變電站、110 kV海椒市變電站、220 kV雙橋子變電站的10 kV出線開關(guān)配置兩段式過流保護(hù)，整定值分別如表1所示，考慮城區(qū)配電網(wǎng)所處地區(qū)人口密集、電纜故障多為永久性故障等，配電網(wǎng)退出重合閘功能。

圖7 塔子片區(qū)配電網(wǎng)接線圖

圖8 自愈系統(tǒng)FA與保護(hù)融合方案整定值配置圖

3.2 分布式饋線自動(dòng)化啟動(dòng)值的優(yōu)化

結(jié)合國網(wǎng)成都供電公司配電網(wǎng)保護(hù)整定值運(yùn)行情況，給出配電網(wǎng)主線開關(guān)和饋線開關(guān)的整定值表，如表2所示。

由于變電站側(cè)開關(guān)投入了速斷保護(hù)，在配電網(wǎng)上發(fā)生故障后，需要FA進(jìn)行一定延時(shí)的故障保持功能，用以在故障消失后(變電站開關(guān)先跳閘情況下)，進(jìn)行邏輯判斷。

表1 變電站側(cè)開關(guān)保護(hù)整定值

表2 配電終端各開關(guān)FA整定值及保護(hù)整定值

3.3 各種故障下的動(dòng)作結(jié)果分析(表3)

表3 各種故障情況下自愈系統(tǒng)動(dòng)作結(jié)果

3.4 應(yīng)用亮點(diǎn)

綜上，本文所提的分布式饋線自動(dòng)化動(dòng)作值與保護(hù)定值的配合整定，在配電網(wǎng)變電站側(cè)開關(guān)投入速斷保護(hù)且停用重合閘的情況下，分布式饋線自動(dòng)化能以最小負(fù)荷損失范圍隔離故障。這是與集中式饋線自動(dòng)化、目前主流分布式饋線自動(dòng)化的不同之處。

對(duì)于饋線故障，利用環(huán)網(wǎng)柜或線路開關(guān)自帶的保護(hù)動(dòng)作跳閘且閉鎖分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，可確保主線路不失壓，并節(jié)約了饋線自動(dòng)化判斷時(shí)間，降低了通道資源的占用量。

采用5G通信代替光纖通信，可大幅減少敷設(shè)光纖對(duì)城市建設(shè)的影響，且在運(yùn)行維護(hù)上，只需要對(duì)配電環(huán)網(wǎng)柜或開關(guān)進(jìn)行一次性維護(hù)。此外，在配網(wǎng)改造上，5G通信方式較光纖通信方式更為靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)。

4 結(jié)論及展望

本文提出了一種基于5G通信的配電網(wǎng)保護(hù)定值與分布式饋線自動(dòng)化融合的配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)，通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該方案的可行性。該自愈系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 將故障隔離及恢復(fù)供電時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，做到了用戶停電零感知；2) 通過保護(hù)與分布式饋線自動(dòng)化定值的配合整定，解決了配電網(wǎng)級(jí)差配合的問題，故障定位及隔離更加準(zhǔn)確，大幅縮小配網(wǎng)故障波及范圍；3) 減少了變電站側(cè)開關(guān)跳閘次數(shù)，大幅節(jié)省了運(yùn)維成本；4) 在配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，配電終端可及時(shí)隨一次設(shè)備變化而調(diào)整，節(jié)省了敷設(shè)光纖所需的高昂費(fèi)用；5) 5G通信通過UPF下沉，經(jīng)測算，按照每個(gè)UPF可支撐10G業(yè)務(wù)量，單個(gè)業(yè)務(wù)成本比使用光纖通信成本下降了300～400元；6) 邏輯適應(yīng)性強(qiáng)，僅需要更改本開關(guān)與上下游開關(guān)的配置，即可擴(kuò)展應(yīng)用于有多個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

采用5G通信作為電氣量、信號(hào)的傳輸通道，可以拓展應(yīng)用在需要進(jìn)行信息交互、開關(guān)互控的變電站上，例如需要實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投功能的兩座或多座變電站上，可以徹底解決大型城市內(nèi)通信光纖線纜敷設(shè)不易的問題。此外，若通過5G網(wǎng)絡(luò)傳播方式，在故障自愈基礎(chǔ)上，可更快速地尋找到配電網(wǎng)上的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，更進(jìn)一步提高故障處置效率。

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Application of distribution network protection based on a 5G end-to-end communication mode

LI Wenjun1,DUAN Dengwei1,ZHU Yu1,DU Lingxiang1, LUO Jingtang2

(1. State Grid Chengdu Power Supply Company, Chengdu 610000, China; 2. Economic and Technological Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Company, Chengdu 610000, China)

Because of the large number of line sections and branch switches in a distribution network, it is difficult to coordinate the protection level difference of the network, and fault removal is fuzzy, and the fault range is expanded. The application of a distribution automation system can solve this problem and complete the self-healing of the network. At present, distribution automation is mainly centralized by the master station, that is, the information on electrical and switching quantity of each node is collected and sent to the master station. The master station completes logic judgment and issues strategies to realize fault isolation and power grid self-healing. There are many data transmission and verification links in the master station mode, and the fault isolation time is usually at the minute level. When the distribution network is self-healing, the main power supply line needs to be powered off for a short time. In this paper, distributed feeder automation based on 5G communication technology is adopted, and millisecond level fault local isolation and network reconstruction are realized through sinking calculation and logical discrimination between nodes and distribution terminals, with accurate fault removal. The explored optimization scheme of distribution network protection setting realizes fault isolation and distribution network reconstruction when the main power supply line is not powered off, and achieves the "zero perception" of power failure by users through the integration of distribution network protection setting and distributed feeder automation fault discrimination strategy. The project has been implemented and applied in the Chengdu urban distribution network for the first time, achieving good results, effectively solving the problem of difficult coordination of protection level difference in urban areas, and accumulating experience for the expansion and application of 5G communication protection in distribution networks and other voltage level power grids.

5G; distributed feeder automation; distribution network protection;setting calculation; self-cure

10.19783/j.cnki.pspc.220308

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助“電力網(wǎng)與信息網(wǎng)相依耦合作用下智能電網(wǎng)連鎖故障演化與防控機(jī)理研究”(52190421018Q)

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52190421018Q).

2022-03-08；

2022-08-14

李文君(1983—)，女，通信作者，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)繼電保護(hù)；E-mail: liwenjun911@ sina.com

段登偉(1974—)，男，博士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈貐^(qū)電網(wǎng)調(diào)度管理。

(編輯 姜新麗)