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智能電網(wǎng)建設(shè)下分布式發(fā)電繼電保護(hù)技術(shù)探析

2024-05-21 01:37:17陳愷
科技資訊 2024年4期
關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電繼電保護(hù)技術(shù)電網(wǎng)建設(shè)

陳愷

摘要:分布式發(fā)電具有低成本、低能耗、高效率的優(yōu)勢,在智能電網(wǎng)中應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制,降低發(fā)電成本,減少污染排放,符合節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。本文分析了分布式發(fā)電在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢,提出了基于智能電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式發(fā)電控制策略,經(jīng)技術(shù)測試后發(fā)現(xiàn),該技術(shù)體系對提高電網(wǎng)運行效率、促進(jìn)電力企業(yè)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng)?電網(wǎng)建設(shè)?分布式發(fā)電?繼電保護(hù)技術(shù)

中圖分類號:TM77

Analysis?of?the?Relay?Protection?Technology?of?Distributed?Generation?Under?the?Construction?of?Smart?Grids

CHEN?Kai

College?of?Automotive?Engineering,?Guangxi?Transport?Vocational?and?Technical?College,?Nanning,?Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region,?530033?China

Abstract:?Distributed?generation?has?the?advantages?of?low?costs,?low?energy?consumption?and?high?efficiency,?and?its?application?in?smart?grids?can?achieve?intelligent?control,?reduce?power?generation?costs?and?reduce?pollution?emissions,?which?meets?the?development?goals?of?energy?conservation?and?emission?reduction.?This?article?analyzes?the?application?status?and?trends?of?distributed?generation?in?smart?grids,?and?proposes?control?strategies?for?distributed?generation?based?on?smart?grid?systems.?After?technical?testing,?it?is?found?that?this?technical?system?is?of?great?significance?in?improving?the?operation?efficiency?of?grids?and?promoting?the?development?of?power?enterprises.

Key?Words:?Smart?grid;?Grid?construction;?Distributed?generation;?Relay?protection?technology

智能電網(wǎng)是一個信息高度集成、資源高度共享的電網(wǎng)系統(tǒng)。在智能電網(wǎng)中,電力系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)將得到優(yōu)化,系統(tǒng)運行效率會提高,并且能夠滿足用戶需求。近年來,隨著分布式發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展,對電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。然而,傳統(tǒng)電網(wǎng)無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。因此,必須根據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展趨勢,采用有效的繼電保護(hù)技術(shù)來提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1分布式發(fā)電繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢

目前,在電網(wǎng)的繼電保護(hù)工作中,繼電保護(hù)系統(tǒng)主要包括兩種形式:離線式保護(hù)系統(tǒng)和在線式保護(hù)系統(tǒng)。

離線保護(hù)系統(tǒng)主要是指系統(tǒng)的離線運行,在這一系統(tǒng)中,不管是設(shè)置繼電保護(hù)裝置參數(shù),又或是搜集一次性設(shè)備原件數(shù)據(jù),都需要進(jìn)行人工的操作和錄入,或是提前按照系統(tǒng)中的設(shè)定格式來進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。在給定電網(wǎng)運行模式上,確定繼電保護(hù)裝置的動作定值[1]。

在線系統(tǒng)模式主要指的是系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所有的運行資料數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)進(jìn)行自動化獲取,對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行自動檢測,隨后結(jié)合實際運行情況設(shè)定保護(hù)定值,并對定值情況進(jìn)行隨時校核。在確定了設(shè)定時限之后,可以通過規(guī)定規(guī)約的方式實現(xiàn)和主站系統(tǒng)、端站的有效連接,并達(dá)成通信目標(biāo),對定值進(jìn)行遠(yuǎn)程修改。

基于國內(nèi)外我國電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置發(fā)展趨勢來分析,繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)已經(jīng)逐步實現(xiàn)了從離線系統(tǒng)向在線系統(tǒng)的升級。但是因為不同地區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在差異,繼電保護(hù)裝置設(shè)備型號有所不同,為此,實現(xiàn)在線繼電保護(hù)定值系統(tǒng)的推廣仍存在一定的發(fā)展空間。

現(xiàn)階段,我國的繼電保護(hù)裝置仍有很多地區(qū)在使用離線模式,例如Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及達(dá)夢數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前已有的繼電保護(hù)裝置系統(tǒng),不管是功能還是效率都未達(dá)到理想目標(biāo)。而伴隨著我國電網(wǎng)到智能化建設(shè),電網(wǎng)規(guī)模的全面擴大,這類傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)不足日益凸顯。舉例來說,在目前系統(tǒng)使用過程中,電網(wǎng)圖形和模型都是通過系統(tǒng)本身具有的功能來進(jìn)行維護(hù)的,前期需要投入大量的資源,用于電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的建設(shè)。與此同時,后期的更新和維護(hù)過程也十分艱難,保護(hù)裝置定值的修改工作仍然需要通過人工操作。個別具有遠(yuǎn)程調(diào)整定值功能的系統(tǒng)也在安全、運行等眾多因素的影響下未能獲得廣泛推廣和使用。同時,如果通過人工操作,涉及大量的改參數(shù)環(huán)節(jié),時間周期較久,很容易出現(xiàn)誤操作,短時間內(nèi)可能會出現(xiàn)運行方式和運行定值的脫節(jié)問題。綜合考量以上缺陷可能會對電網(wǎng)運行帶來的負(fù)面影響和安全隱患,再加上近些年我國計算機技術(shù)全面發(fā)展,需要運用學(xué)術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果,設(shè)計出有著更好實用性、頁面更為簡單、操作更為便捷、使用過程更為穩(wěn)定可靠的繼電保護(hù)系統(tǒng),強化對新技術(shù)的合理使用,以滿足我國智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展需求[2]。

2智能電網(wǎng)下分布式發(fā)電繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

在智能電網(wǎng)繼電和發(fā)電保護(hù)裝置的設(shè)計過程中,要求其本身具有一定的在線交互性功能,可以從不同的能量管理系統(tǒng)中獲取電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),明確電網(wǎng)元件模型情況,掌握拓?fù)浼軜?gòu),并對參數(shù)進(jìn)行實時化分析,將其作為后續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行整定及計算的參考依據(jù)。目前,在我國的智能電網(wǎng)建設(shè)過程中,EMS/SCADA?系統(tǒng)已經(jīng)獲得了廣泛使用,其技術(shù)水平也變得愈發(fā)成熟。與此同時,這一系統(tǒng)在從EMS數(shù)據(jù)接口獲得實時數(shù)據(jù)時,其數(shù)據(jù)結(jié)果也較為精準(zhǔn)和可靠。通過這一系統(tǒng)的使用,可以進(jìn)一步減少模型錄入和維護(hù)工作總量,實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的智能化建設(shè)。有關(guān)工作人員也可以從復(fù)雜的電網(wǎng)繪制工作中真正的解放出來,將其時間和精力放在繼電保護(hù)、定值配合、最優(yōu)化配置等重點問題上,優(yōu)化電網(wǎng)運行的安全可靠水平。

2.1?220kV母線保護(hù)

在調(diào)研和分析變電站220kV母線電氣線路主接線時,可采用雙母線接技術(shù),按照直接采樣,直接跳閘,集中布置的新思路,通過對母線保護(hù)的研究與分析,掌握母線保護(hù)在實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。

(1)母線保護(hù)可以完成差動保護(hù)、故障保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、PT斷線判斷等功能。

(2)在雙母線接線的母線差動保護(hù)裝置中,應(yīng)采用組合電壓閉鎖元件,使故障保護(hù)和母聯(lián)死區(qū)保護(hù)功能得到充分發(fā)揮。雙母線接線和PT母線斷開都會導(dǎo)致母線電壓的鎖定,另外,在故障后工作中,還應(yīng)有相關(guān)報警裝置,以便工作人員能夠快速地找到故障問題。

(3)在雙母線接線保護(hù)中,采用大差與小差元件,發(fā)揮各自作用。其中,大差元件用于母線區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障的分析,小差元件則用于故障節(jié)點的選取。

(4)應(yīng)當(dāng)單獨設(shè)有多個故障保護(hù)裝置,各組線路及部件都能得到相應(yīng)的保護(hù),母差保護(hù)與故障保護(hù)應(yīng)能各自單獨工作。

2.2元件保護(hù)及自動裝置

在設(shè)置主保護(hù)裝置和220kV保護(hù)設(shè)備時,要做到獨立設(shè)計。在110kV母線的保護(hù)中,要采用測量與監(jiān)測集成設(shè)備,使其更好地發(fā)揮作用。在選用時,必須依據(jù)DL/T860規(guī)范,以保證其完整性。各設(shè)備間的閉鎖情況及跳閘情況的傳送,均需采用GOOSE報文形式,Q/GDW441-2010技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適用于GOOSE報文信息的傳送。主變保護(hù):220kV變壓器的容量保護(hù)應(yīng)當(dāng)采用雙重配置模式,另外還可以將其運用到互感器合并裝置、開關(guān)智能終端等的配置中,采用直接取樣的方法。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對變壓器保護(hù)跳母線和分區(qū)開關(guān)等信息的傳送。

(1)在變壓器中,主要采用縱向差動的方法,能較好地解決多條相路之間的短路問題[3]。

(2)在變壓器的高壓、中壓一側(cè),配置組合電壓鎖定過流保護(hù)設(shè)備。另外,在變壓器的低壓一側(cè),配置快速開斷和組合電壓閉鎖過流保護(hù)設(shè)備,能夠使主保護(hù)相間短路故障和對備用保護(hù)功能得到高效發(fā)揮。

(3)對變壓器的高、中、低壓部位采用零序電流保護(hù)。在保護(hù)裝置運行中,采取兩個時間周期,即本側(cè)和對側(cè)的母聯(lián)分段,要求在第一個周期之內(nèi)進(jìn)行。將所有的斷路器都斷開,以第二周期為主。

(4)在變壓器的高、中、低壓中間點,采用零序和零序兩種保護(hù)裝置,可以在每一臺斷路器都跳閘時,產(chǎn)生延遲效應(yīng)[4]。

2.3一體化監(jiān)控系統(tǒng)

按照DL/T860規(guī)范,變電站綜合監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)按照DL/T860規(guī)范要求,在建設(shè)時應(yīng)當(dāng)采取三級架構(gòu),即三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)。站控、層間、隔層是三層結(jié)構(gòu),站控層與流程層,是兩層網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范》和《中國銀行業(yè)監(jiān)督管理委員會關(guān)于國核財務(wù)有限公司新增業(yè)務(wù)范圍的批復(fù)》銀監(jiān)復(fù)[2013]185號的規(guī)定,全站應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置兩臺主機和操作臺,綜合應(yīng)用服務(wù)器一臺,五臺數(shù)據(jù)通信終端設(shè)備,如正反向隔離設(shè)備,防火墻和打印機等設(shè)備,構(gòu)成全站監(jiān)視和管理中心,實現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)視/調(diào)度中心的通訊,其修改單如表1所示。

為保證裝置的智能化,在一次裝置中采用智能終端與合并裝置[5]。一、二次裝置要實現(xiàn)高效互聯(lián),必須引進(jìn)智能終端。利用GOOSE報文進(jìn)行一次裝置的遙控操作,是一種高效的方法。在將合并裝置與傳統(tǒng)互感器相連時,一般都是通過電纜將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理。

2.4算法設(shè)計

2.4.1電網(wǎng)不對稱故障條件DFIG數(shù)學(xué)模型

在雙饋系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)子側(cè)采用電動機慣例,定子側(cè)則使用發(fā)電機慣例。在正負(fù)(dq)+、逆(dq)-轉(zhuǎn)(dq)的同步轉(zhuǎn)動座標(biāo)系中,電壓和磁鏈的計算公式:

(1)

(2)

式(1)、式(2)中,U是電壓、i是電流、R是電阻、L是電感、ψ是磁鏈。d與q代表了電氣量在d和q軸上的部分。下方符號s、r代表的是定子、轉(zhuǎn)子部分。Lm代表定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈的自電感。ω1代表的是同步角速率。在正轉(zhuǎn)角dq座標(biāo)系中,ωri=-(ω1-ωr)代表轉(zhuǎn)子的角度頻率。下標(biāo)“+”為正負(fù)向部分,“?”為負(fù)向部分。P=d/dt代表了一個微分算子[5]。

2.4.2基于正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中RSC的模型

由式(1)、式(2)可知,在正、反向同步轉(zhuǎn)動座標(biāo)系下,轉(zhuǎn)子磁鏈的d、q軸成分可以被表達(dá)為:

3技術(shù)測試

測試是整個系統(tǒng)開發(fā)和使用的關(guān)鍵步驟,能及時發(fā)現(xiàn)軟件弱點,并在實際使用前對其進(jìn)行校正,從而提升系統(tǒng)的工作可靠性。然而,整個試驗流程必須完備,在調(diào)試完畢以后,才能進(jìn)一步細(xì)化,使整個體系更加完美,滿足智能電網(wǎng)的使用需求。

3.1功能組件的檢驗測試

這個系統(tǒng)根據(jù)下面的功能進(jìn)行了測試,表2中概述了測試的結(jié)果。

可以進(jìn)行單相和兩相接地短路、兩相短路和三相相間短路的運算,并能準(zhǔn)確地將每一種短路電流的大小,分別輸入到系統(tǒng)中。通過本系統(tǒng)的計算,可以看到每個用戶的電量,也可以看到整個電網(wǎng)的電量

經(jīng)過對該智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)在線整定計算系統(tǒng)進(jìn)行了功能試驗,結(jié)果表明該方法能夠達(dá)到預(yù)期效果。并對其進(jìn)行了建模和參數(shù)處理,使其達(dá)到了原設(shè)計目的。在完成繼電保護(hù)整定運算之后,還可以實現(xiàn)遙控修正。該軟件具有良好的人機接口,便于使用者使用,為繼電保護(hù)整定工作發(fā)揮了一定的作用。

3.2系統(tǒng)壓力測試

如表3所示,通過對智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)在線整定計算系統(tǒng)進(jìn)行壓力試驗,重點是對其對應(yīng)的速度體系的穩(wěn)定性和可靠性等各方面的壓力進(jìn)行了多項試驗,并結(jié)合實例進(jìn)行了反復(fù)測試。其中,登錄服務(wù)端的事件響應(yīng)處理時間為6.9次/s,登錄壓力試驗反應(yīng)時間為3.1次/s。

4結(jié)論

綜上所述,分布式發(fā)電是指在電網(wǎng)中以用戶為中心,按照特定的設(shè)計和要求,通過接入系統(tǒng)的方式將電能進(jìn)行優(yōu)化整合,最終滿足用戶用電需求的一種發(fā)電技術(shù)。分布式發(fā)電的廣泛應(yīng)用,將對電網(wǎng)系統(tǒng)運行帶來較大影響。尤其是在智能電網(wǎng)建設(shè)背景下,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能滿足實際需求,對分布式發(fā)電運行質(zhì)量及效益產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此,應(yīng)當(dāng)加大對智能電網(wǎng)建設(shè)下分布式發(fā)電繼電保護(hù)技術(shù)的研究力度,有效提高繼電保護(hù)技術(shù)水平及工作效率,減少供電故障發(fā)生次數(shù),提升供電安全性及可靠性,為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、安全、可靠的電力服務(wù)。本文通過對分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及其對智能電網(wǎng)建設(shè)的影響進(jìn)行分析和研究,并在此基礎(chǔ)上提出了相關(guān)建議,希望能為智能電網(wǎng)建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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