分布式發(fā)電弱同步條件下差動保護研究.pdf

1、能源安全和環(huán)境保護的壓力促使分布式發(fā)電(DG)得到迅猛發(fā)展,然而DG大量接入配電網,形成了多電源、結構復雜、少斷路器配置、少CT/PT配置、微網、孤島、運行方式多變等于一體的復雜網絡,給原有的配電網保護提出了極大的挑戰(zhàn)。城市配電網中存在大量的中壓短線路,采用單端信息保護原理,在整定值、靈敏度和動作時間等方面都難以滿足要求。配電網中存在大量對電能質量影響較大的重要線路,這些重要線路都要求繼電保護能夠全線快速切除故障。并且配電網絡拓撲結構遠

2、比輸電網復雜,會出現(xiàn)眾多的多端網絡。本文提出采用基于以太網信道的弱同步差動保護方案保護DG條件下配電網,對保護的信道傳輸、信息同步、算法以及配網整體保護方案等多方面進行了深入的研究。
　　 配電網廣域測控體系是智能配電網高級配網自動化的關鍵支撐技術之一,除支持常規(guī)SCADA的所有功能外,還要支持同步相量測量。本文采用網絡時間同步技術,建立同步精度為1ms的“弱同步”相量測量系統(tǒng)。弱同步相量測量系統(tǒng)是結合智能配電網特點提出的,其最

3、大的優(yōu)勢是系統(tǒng)成本低、安全性可控,適合大規(guī)模節(jié)點系統(tǒng)。
　　 光纖縱聯(lián)差動保護在高壓輸電線路中廣泛使用,推廣應用到配電網具有成本高的問題。隨著IEC61850標準體系的推廣,以太網技術替代現(xiàn)場總線已經成為未來數字化變電站的主流通信技術；配網自動化的通信系統(tǒng)也已經呈現(xiàn)出由串行光網絡通信向光以太網通信過渡的發(fā)展趨勢,基于以太網信道是未來DG條件下配電網差動保護的自然選擇。然而以太網采用軟交換技術,存儲轉發(fā)和收發(fā)隊列使得時延抖動要比S

4、DH信道大很多,其同步精度較低,只能達到1ms,是一種弱同步。
　　 本文提出兩種基于多電源多端口區(qū)段的電流方向元件新原理:基于電流幅值的故障方向判別原理和基于電流相量標積的故障方向判別原理。并提出了一套基于弱同步相量測量系統(tǒng),以差動保護和過電流保護為主,以基于多電源多端口區(qū)段電流方向元件的故障相關區(qū)域搜索算法為輔的保護方案。
　　 為了構建配電網差動保護所需的以太網信道,本文給出了一種基于彈性分組環(huán)的配電網網絡通信方案

5、。為了評估該配電網通信網絡的實時性能,本文采用網絡演算方法推導出了一種新的網絡傳輸時延上界計算方法。評估結果表明該方案能夠滿足配電網通信網絡實時性要求。并采用OPNET仿真工具對基于RPR的配電網通信網絡采用SNTP作為時間同步技術時的同步精度進行了評估。評估結果表明:該同步方法能達到1ms以內的弱同步。
　　 弱同步環(huán)境必然帶來同步誤差安全性問題,本文采用p平面分析法建立了衡量差動保護算法同步誤差安全性的指標--相移制動能力。

6、并分析了相量和差制動判據、最大值制動判據和三折線制動判據等常見的比率制動判據、相差保護和雙K值差動保護的相移制動能力。為了適應基于以太網信道的弱同步環(huán)境,需要從保護算法的角度尋找更多新的抗同步誤差能力強的差動保護算法。本文提出了三種新的弱同步差動保護算法:(1)對相差保護算法進行了改進,形成了在ρ平面上端點可以調整的扇形制動型判據。(2)根據靈敏度、同步誤差安全性、區(qū)外故障安全性等方面的要求,在ρ平面上構造出了扇環(huán)制動型判據,該判據采用

7、幅值相角分別獨立約束的方法構成,能兼顧區(qū)內故障的靈敏度和同步誤差的安全性。(3)把標積制動的思想引入到扇環(huán)制動型判據的相角判據中,形成了第三種新的判據。本文采用EMTP-ATP建立DG條件下10kV配電網系統(tǒng)仿真模型,仿真得到兩相短路時的故障數據,考察扇形制動型判據和扇環(huán)制動型判據在-2～2毫秒同步誤差環(huán)境下的安全性。然后考察了區(qū)內輕微故障的靈敏度和區(qū)外故障單側電流互感器出現(xiàn)飽和時的安全性。仿真結果表明:扇形制動型判據和扇環(huán)制動型判據都

8、能很好的兼顧同步誤差的安全性、區(qū)內輕微故障的靈敏度和區(qū)外故障的安全性,是能夠適應弱同步環(huán)境的新型差動保護算法。
　　 最后本文給出了配電網弱同步相量測量系統(tǒng)中的弱同步相量測量單元設計方案。同步相量傳輸的通信實現(xiàn)是有關保護速動性的重要影響因素,傳送采樣值的模式可以實現(xiàn)差動保護,然而傳送同步相量的模式則更有效率。本文基于IEC61850-9-2有關采樣值傳輸的設計思想,采用采樣值傳輸所采用的訂閱/發(fā)布服務模式實現(xiàn)同步相量的傳輸,并給