配电网区域保护控制技术与应用

配电网区域保护控制技术与应用 2015年8月,提 纲,I,概述,III,典型工程案例分析,II,基于广域差动配电网保护控制技术方案,小结与展望,3,保安全、保负荷并适应环保,接轨国际先进电网企业，舆论舆情形势严峻,国务院第599号令,电力监管更加严格,客户提出更高要求,与国际先进企业对标,深圳“4.10”大停电,上海“6.5”大停电,节能环保更受重视,1、社会对电网公司的要求,一、问题的提出,一、问题的提出,4,分布式电源大量接入，电网由辐射结构变为多源结构，系统运行更加复杂,以过流保护为主的传统配网继电保护配置面临难题，逐级整定配合困难,故障定位不准确，故障后复电需人工干预，无法快速实现自愈,2、安全稳定运行面临问题,需求：区域信息实时交互与共享,网络化信息交互,需求：控制保护协调配合,3、电网发展对控制保护的需求,一、问题的提出,6, 基于网络式保护通讯的配电网保护控制技术, 基于广域差动的配电网保护控制技术, 基于光纤差动的配电网保护控制技术,二、解决方案,7,智能终端负责故障发生瞬间的紧急处理（分布智能），主站负责全局监控、故障处理方案的协调和全局优化（集中智能）,智能终端,自愈主站,该方式将分布式智能的快速故障处理优势与主站的集中优化控制优势相融合，适用于大型复杂的含分布式电源的配电网络。,1、基于网络式保护的配电网保护控制技术,二、解决方案,8,1、基于网络式保护的配电网保护控制技术,基于于对等通信网络，将每个保护单元的信息与相邻单元实时共享，解决了分布式电源接入后的配网保护难题，实现了毫秒级的保护协调和配合，自适应于智能配电网各种接线模式,开环网络：J=（SOF LOF ROF） 闭环网络：J=（SOF IOF OOF）,二、解决方案,9,典型应用案例：佛山；配电网区域包括：4座变电站、23条配电线路、89个配电房,雷岗站,金融站,桂城站,叠北站,1、基于网络式保护的配电网保护控制技术,二、解决方案,技术方案概述,花瓣型电网结构示意图（广州中新知识城）,各间隔（包括环网线、联络线、馈出线、配变等）配置相间过流、零序过流保护 【通过一体化配电终端实现】,各开关房的20kV母线配置母线保护，对于单母分段接线的母线，还配置分段相间过流、零序过流保护 【通过一体化配电终端实现】,各20kV环网线路、联络线路配置光纤电流差动保护 【通过独立的光差保护实现】,保护功能配置,2、 基于光纤差动的配电网保护控制技术,二、解决方案,技术方案概述,花瓣型电网结构示意图,以每一对“花瓣”为单位，配置区域备自投功能，当某一花瓣双路电源同时消失，合上联络开关，负荷转由对侧“花瓣”供电 【通过区域控制设备与一体化配电终端配合实现】,配置设备过负荷减载功能，可与区域备自投配合，避免自投动作引起的设备过载 【通过区域控制设备与一体化配电终端配合实现】,自动控制功能配置,2、 基于HSR通讯的配电网保护控制技术,二、解决方案,12,配置配网自动化主站和智能终端，基于网络式保护原理利用终端间的点对点通讯方式，就地完成故障定位隔离和负荷转供，主站进行校验。可适应含分布式电源和微网即插即用的自适应保护，容错能力强 。 网络拓扑自适应，可适用于采用断路器和负荷开关混合的配电网络。,基于网络式保护的配电网保护控制技术（佛山）,基于光纤差动的配电网保护控制技术（广州）,配置区域保护子站和终端，利用光纤HSR通讯方式，利用光差保护，主要由本地隔离故障。 主站配置冗余保护，区域备自投、过负荷减载功能。 能自动识别电网运行方式，适用于采用断路器的配电网络。,二、解决方案,提 纲,I,概述,III,典型工程案例分析,II,基于广域差动配电网保护控制技术方案,小结与展望,一、预期目标,14,二、总体思路,15,构建基于区域信息的电力系统控制保护全息时空协同优化技术体系与架构平台,提出基于二次一体化的区域信息集成技术,提出基于故障隔离、到再并网全过程的控制保护自愈协同优化技术,技术体系与架构,多维信息交互,全过程自愈控制,以提高系统安全稳定及供电可靠性为根本目标,广域层设置主站 站域层设置子站,广域电流差动保护,区域控制保护主站、子站 定制化装置，信息集成,三、系统架构,采用“广域集中”与“站域分布”的“分层分布式”的设计架构，主站与子站以及子站与子站之间通过高速通信网交换信息，形成网络区域控制保护系统。,空间维度,四、技术要点：时空协同优化,毫秒级,百毫秒级,秒级,时间维度,四、技术要点：时空协同优化,19,接入分布式电源/合环运行,过流保护、常规馈线自动化都无法适用。 电流差动保护具备良好的选择性和灵敏度，在主网内得到了广泛应用。 基于PTN高精度地面时间同步，可保证区域内所有站点的同步采样（40点采样，24点插值上送），实现了任意站点间的电流比较。,基于广域电流差动保护的故障定位,四、技术要点：故障定位、隔离和恢复,广域电流差动保护技术,拟解决问题： 开关拒动，故障无法切除,F,广域差动保护（广域层）,区域各站点时间同步，实现 I=I1-I2,四、技术要点：故障定位、隔离和恢复,区域电网多维度信息交互,四、技术要点：故障定位、隔离和恢复,1、电流差动保护动作（不出口） 2、F18过流保护动作跳开断路器 3、主站检测到F18在分位且线路无流，跳开庆泰公寓#1和天发大厦#2开关 实现故障隔离,基于多维信息交互故障隔离,四、技术要点：故障定位、隔离和恢复,受制于一次设备的现状（变电站出口断路器，环网柜内负荷开关为主），无法就地快速故障隔离，依赖与主站的信息交互实现故障隔离,基于多维信息交互故障恢复 随着分布式电源的接入，原有通过无压判据的备自投无法满足需求,四、技术要点：故障定位、隔离和恢复,主站完成区域备 自投的控制策略,状态信息,合闸命令,子站进行检同期或者 检无压条件判别，合 上天经大厦#2开关。,过载联切 频率稳定,五、技术要点：PTN通信技术,PTN (Packet Transport Network)，分组传送网络，是一种以分组作为传送单位，承载TDM、ATM和ETH等业务的综合传送技术。 PTN 技术基于分组的架构，融合了Ethernet和MPLS的优点，继承了MSTP的理念， 是下一代电信/工业级分组承载的技术。,PTN,PTN,分组技术 （MPLS/增强以太网）,SDH 传输体验,PTN （分组传送网）,L2/L3分组转发技术,统计复用与QOS,业务隔离与安全,E2E业务提供与管理,精确时钟同步,OAM与保护,PTN通信技术可实现：区域电网高精度时间同步功能 分组数据高可靠组播通信功能,完成多厂家联合测试 验证所选技术的可行性 并在深圳福田展开工程示范,基于E-Tree组播实现一发多收,基于1588V2实现地面时间同步,110kV区域电网,多重保护实现50ms自愈,站间、站与区域子站PTN对等通信 - 具有即插即用，易扩展等优点,五、技术要点：PTN通信技术,提 纲,I,概述,III,典型工程案例分析,II,基于广域保护配电网保护控制技术方案,小结与展望,配电网区域包括： 3个变电站， 7个配电站,一、工程概况及配置,二、系统架构,控制保护系统结构：1台主站控制保护、3台10kV过流保护、7台配电保护终端,二、系统架构,通信结构：区域保护主站与配网终端子站之间采用PTN环网通信；与3个110kV站的过流保护子站之间采用交换机通信；与配网自动化主站之间采用以太网104规约通信,与配网终端子站通信（PTN），实时采集区域内线路电流，配有线路电流差动保护功能（可处理30回线路） 与10kV保护子站通信（GOOSE），接收保护动作及10kV开关状态信息，发送合闸命令 智能识别电网运行方式，实施灵活的自愈措施 支持1588网络对时，采样同步不依赖GPS 与配网自动化主站之间采用以太网104规约通信，上送动作报文，可受配网主站投退,三、功能实现,区域保护控制主站,三、功能实现,区域控制子站,具备10kV线路保护标准功能； 与区域主站通信，上送保护动作和开关状态信息，接收主站合闸,三、功能实现,配网终端,与区域主站通信，上送线路电流采样及开关状态 执行主站故障隔离命令，跳开负荷开关 执行主站合开关命令，实施系统自愈 可接收配网自动化的强控命令； 具备配网馈线终端功能。区域控制保护退出后，可退化为常规配网保护控制元件（类似于保护测控一体化装置）。,配合原则,三、功能实现,正常情况下，采用区域控制保护系统处理故障。T（延时定值，可整定）之后，配网主站可直接操作控制终端子站； 紧急情况下，配网主站可强控终端子站，进行故障隔离及自愈； 在配网主站可投退区域控制保护系统 区域控制保护系统会将动作情况实时上传给配网主站。,故障前运行状态： 景田站与车公庙站为电源； 锦文阁大厦#2断路器跳位,动作过程：,0 ms 25 ms 47 ms 653 ms 695 ms 722 ms 830 ms 1063ms 1175ms,区域控制保护主站,10kV保护（车公庙）,配网终端子站,保护启动 合国A相差动动作 合国A相差动动作 隔离合国线 合锦文阁#2开关,保护启动 过流I段动作 重合闸动作 过流I段动作 合F41断路器,保护启动 实施合闸操作,四、应用场景,配网内部馈线永久故障,备注：差动保护是发出分闸命令的判据之一，同时要看F41是否在分为位，合国线线路路是否有电流,故障前运行状态： 景田站与车公庙站为电源,锦文阁大厦#2断路器跳位,动作过程：,0 ms 45 ms 653 ms 778 ms 890 ms 1056ms 1255ms,区域控制保护主站,10kV保护（车公庙）,配网终端子站,保护启动 隔离车玫线 合玫瑰环开#4开关 合闸成功,保护启动 过流I段动作 重合闸动作 过流I段动作,保护启动 实施隔离操作 实施合闸操作,四、应用场景,变电站出线故障,动作过程：,0 ms 43 ms 648 ms 780 ms 2000ms 2033ms 2314ms 2508ms,区域控制保护主站,10kV保护（景田）,配网终端子站,保护启动 隔离锦业线、鲁金线 合锦文阁#2开关 备自投成功,保护启动 过流I段动作 重合闸动作 过流I段动作 F07断路器合闸,保护启动 实施隔离操作 实施合闸操作,四、应用场景,未覆盖区域故障,动作过程：,0 ms 25 ms 47 ms 653 ms 695 ms 722 ms 830 ms 5840ms 5903ms,区域控制保护主站,10kV保护（车公庙）,配网终端子站,保护启动 东方玫瑰和国泰豪园差动保护A相动作 东方玫瑰和国泰豪园差动保护A相动作 隔离东方玫瑰园#3和国泰豪园#2开关 合F41开关 合锦文阁#2开关,保护启动 过流I段动作 重合闸动作 过流I段动作 合F41开关,保护启动 实施隔离操作 实施合闸操作,四、应用场景,终端异常或通信中断,动作过程：,0 ms 25 ms 47 ms 653 ms 695 ms 722 ms 830 ms 5840ms 5903ms 6153ms 6261ms,区域控制保护主站,10kV保护（车公庙）,配网终端子站,保护启动 合国A相差动动作 合国A相差动动作 隔离合国线 合国线M侧隔离失败 隔离东合线 合F41开关 合锦文阁#2开关,保护启动 过流I段动作 重合闸动作 过流I段动作 合F41开关,保护启动 实施隔离操作 实施合闸操作,四、应用场景,隔离失败（开关失灵）,在配网中，采用差动保护原理，实现了快速、准确的故障定位,采用PTN-1588网络对时技术，不依赖GPS便可实现全网数据同步,与现有配网自动化有机融合，系统退出后不影响原有功能,运行方式智能识别，自动实现故障自愈,五、系统特点,提 纲,I,概述,III,典型工程案例分析,II,基于广域差动配电网保护控制技术方案,小结与展望,小结与展望,各种技术方案都有各自的特点，要充分比较其实用性、经济性、可靠性和可维护性，并综合考虑本地区电网一二设备现状和企业管理现状（供电可靠性要求），选择合适的实施模式，并推动其实用化。 继续深入研究与应用： 区域控制保护主站与DMS主站的融合技术，将其功能融入DMS 主站； 对于采用断路器的网络，直接采用就地隔离技术 配电网控制保护配置的拓扑自适应技术，在网架结构变化后实现 免维护或少维护； 基于无线通信的广域差动保护技术； 研制高性能、低