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配電自動(dòng)化之分布式智能控制的故障處理
【引言】我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展對(duì)供電可靠性提出了更高要求，而智能電網(wǎng)的興起更是極大助推了配電技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司先后在眾多城市開展了配電自動(dòng)化建設(shè)。作為主流設(shè)備供應(yīng)商，公司始終堅(jiān)持開展配電自動(dòng)化研究與技術(shù)應(yīng)用，取得了豐富的研究成果與工程經(jīng)驗(yàn)。自1996年推出國(guó)內(nèi)第yi代功能完善的配電網(wǎng)自動(dòng)化終端以來，已在浙江、福建、山東、四川、廣東、上海、陜西等地的配電自動(dòng)化工程中取得良好業(yè)績(jī);研發(fā)的利用故障暫態(tài)信息小電流接地故障選線產(chǎn)品，在千余廠站獲得應(yīng)用，選線成功率超過95%，為提高供電可靠性作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。近年來，隨著配電自動(dòng)化建設(shè)深入以及分布式電源接入，在配電網(wǎng)小電流接地故障檢測(cè)與定位、短路故障檢測(cè)與處理、繼電保護(hù)以及IEC61850在配電網(wǎng)應(yīng)用等方面，涌現(xiàn)出了一批新技術(shù)。公司結(jié)合近年來新認(rèn)識(shí)、研究成果以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用做此系列講座，拋磚引玉，與廣大配電工程技術(shù)人員共同致力于我國(guó)配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。
本講座分為5講：①配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式探討;②小電流接地故障選線和定位技術(shù);③分布式智能控制的故障處理技術(shù);④配電網(wǎng)廣域保護(hù)技術(shù);⑤即插即用技術(shù)。
傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障處理技術(shù)可分為僅利用裝置安裝處信息的就地控制方式和基于主站的集中控制方式。就地控制方式易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)作速度快，但利用的信息有限，控制性能不完善。集中控制方式利用全局信息，能夠優(yōu)化控制性能，對(duì)通信網(wǎng)的依賴性強(qiáng)，響應(yīng)速度慢。而分布式智能控制技術(shù)，可以利用多個(gè)站點(diǎn)的測(cè)量信息提高控制性能，同時(shí)又能避免主站集中控制響應(yīng)速度慢的問題，是配電網(wǎng)保護(hù)與控制的發(fā)展方向。以配電網(wǎng)短路故障為例，利用就地控制方式難以實(shí)現(xiàn)上下級(jí)配合，無法滿足選擇性和速動(dòng)性要求;采用主站集中控制需要數(shù)十秒甚至數(shù)分鐘的時(shí)間，對(duì)于一些重要的敏感負(fù)荷，如半導(dǎo)體集成電路制造廠、舉行重要活動(dòng)的會(huì)議中心等，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響;而利用分布式智能控制的故障快速處理技術(shù)，能夠不依賴主站控制在數(shù)秒內(nèi)完成故障隔離與恢復(fù)供電，滿足重要用戶對(duì)供電可靠性更高的要求，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
分布式智能控制的基本概念
分布式智能控制是一種相關(guān)智能配網(wǎng)終端(SmartTerminalUnit，STU)站點(diǎn)之間對(duì)等交換實(shí)時(shí)測(cè)控信息進(jìn)行緊密合作的控制技術(shù);所謂相關(guān)站點(diǎn)是指一次具體的控制操作所涉及的站點(diǎn)。分布式智能控制建立在STU對(duì)等交換實(shí)時(shí)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，即可以利 用多個(gè)站點(diǎn)的測(cè)量信息實(shí)現(xiàn)更為豐富、完善的控制功能，又能避免主站集中控制帶來的通信與數(shù)據(jù)處理延時(shí)長(zhǎng)的問題。
配電網(wǎng)的控制應(yīng)用一般都是把一個(gè)獨(dú)立的供電區(qū)域(以變電站中壓母線為邊界，一個(gè)互相有聯(lián)絡(luò)關(guān)系的線路所覆蓋的區(qū)域)作為一個(gè)完整的保護(hù)控制對(duì)象。由于一個(gè)供電區(qū)域覆蓋的范圍較小，可以將其所有的站點(diǎn)(指配電網(wǎng)中開閉所、配電所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、配電變壓器等)設(shè)計(jì)在同一個(gè)以太網(wǎng)內(nèi)，使相關(guān)站點(diǎn)STU之間數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性有保證(傳輸延遲不大于10毫秒)，能夠使基于分布式智能的控制操作在100毫秒內(nèi)發(fā)出跳閘或其他控制命令，而小于100毫秒的響應(yīng)時(shí)間*配電網(wǎng)保護(hù)與控制對(duì)動(dòng)作速度的要求。
分布式智能控制的故障處理基本原理
STU通過對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)相互通信(為提高配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的利用率，減少投資，分布式智能控制利用配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)既有的光纖以太網(wǎng))，相鄰STU之間交換故障檢測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)故障快速處理。故障檢測(cè)信息與控制信息在相關(guān)STU之間傳遞，故障信息的處理與協(xié)調(diào)控制決策由STU自身完成，無需控制主站參與控制。
設(shè)計(jì)分布式智能控制模式的故障快速處理應(yīng)用算法，必須知道控制域內(nèi)相關(guān)站點(diǎn)的 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?(相關(guān)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)連接關(guān)系)。
由于配電網(wǎng)異動(dòng)率較高且運(yùn)行方式多變，進(jìn)行控制決策的STU需要獲取應(yīng)用拓?fù)洳⒃诰W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化時(shí)及時(shí)地予以更新。實(shí)時(shí)應(yīng)用拓?fù)淇赏ㄟ^STU接力查詢的方式獲取。接力查詢的工作原理是：進(jìn)行控制決策的STU首先向相鄰開關(guān)處STU發(fā)出開關(guān)狀態(tài)查詢請(qǐng)求，相鄰開關(guān)處STU返回當(dāng)?shù)亻_關(guān)狀態(tài)信息，并在當(dāng)?shù)亻_關(guān)處于合位時(shí)再向其相鄰STU轉(zhuǎn)發(fā)查詢請(qǐng)求，以此類推，直至查詢到變電站出線開關(guān)。
STU之間的協(xié)調(diào)控制方法有兩種實(shí)現(xiàn)方法
①協(xié)同控制。2個(gè)或以上STU根據(jù)當(dāng)?shù)匾约捌渌嚓P(guān)站點(diǎn)測(cè)量信息，各自獨(dú)立進(jìn)行控制決策，對(duì)當(dāng)?shù)嘏潆娫O(shè)備進(jìn)行操作，共同協(xié)作完成一個(gè)具體的控制任務(wù)。
②代理控制。在一個(gè)控制應(yīng)用的作用域內(nèi)，選擇1個(gè)合適的STU為代理，實(shí)時(shí)獲取相關(guān)站點(diǎn)的測(cè)控信息，進(jìn)行控制決策，對(duì)當(dāng)?shù)嘏c相關(guān)站點(diǎn)配電設(shè)備進(jìn)行控制。前者適用于控制操作涉及的站點(diǎn)較少的場(chǎng)合，后者適用于涉及站點(diǎn)多、控制較為復(fù)雜的場(chǎng)合，在實(shí)際工程中，需要根據(jù)應(yīng)用的條件與性能要求，選擇合適的控制協(xié)調(diào)方式。