智能配电网自愈控制技术研究与开发项目示范工程技术方案

1、1国家高技术研究发展计划国家高技术研究发展计划( 863( 863计划计划 ) )智能电网关键技术研发（一期）重大专项智能电网关键技术研发（一期）重大专项 CSG 2013. All rights reserved.汇报提纲汇报提纲1234789 CSG 2013. All rights reserved.背景介绍背景介绍项目目标项目目标：基于我国配电网现状及智能化发展需求，通过关键技术的研究，建成首个含多种分布式电源及储能系统的智能配电网自愈控制示范区，实现示范区配电网用户供电可靠性指标不低于99.999%，并最终形成标准体系，共分为8个子任务。任务名称承担单位智能配电网自愈控制技术支撑体系

2、研究 南网科研院智能配电网分析、仿真、试验技术及综合评价方法研究天津大学南网科研院智能配电网在线风险评估、安全预警与智能决策技术研究湖南大学智能配电网非正常状态自愈控制关键技术研究 湖南大学智能配电网自愈控制保护测控一体化终端及故障定位指示装置研制北京科锐智能配电网自愈控制统一支撑平台与自愈控制系统研发北京四方智能配电网自愈控制技术集成研究与示范应用 广东电网智能配电网自愈控制技术标准的研究与制定 南网科研院 CSG 2013. All rights reserved.4示范应用示范应用示范区域示范区域项目研究成果将应用于广东金融高新区智能配电网自愈控制技术示范工程，包括4座变电站、44回10

3、kV配电线路，3个开关站，221个配电房，498面环网柜,。技术特点如下： 更短的停电时间 （8.76h 5.2min） 更高的供电可靠性 （99.96% 99.999%） 更短的故障定位时间 （3h 1min） CSG 2013. All rights reserved.5示范区域配网规划示范区域配网规划广东金融高新区中压配电网接线方式应采用“N供1备”接线方式。由于“N供一备”的网架接线方式过渡比较方便，在负荷逐步发展的区域，可先按单环网供电，然后随着负荷的发展逐步向两供一备及三供一备过渡。但需要注意的一点是，在网架构筑的过程中应首先规划建设联络开关站的位置，否则将给网架的过渡带来影响。金

4、融高新区内主干线环网柜进/出线单元采用SF6/真空断路器、分支/用户出线单元采用真空断路器，其余单元采用负荷开关。金融高新区及周边区域110kV电网接线示意图 CSG 2013. All rights reserved.6示范区域配网规划示范区域配网规划中压配电网的目标网架采用“三供一备”接线方式。在具备条件的负荷饱和区域，主干线路采用“三供一备”接线方式；在负荷发展区域，可采用单环网或“两供一备”的接线方式。馈线组主环上的配电房90%以上完全按照智能配电网自愈控制技术要求改造，由于客观原因，确实没有办法满足要求的按普通“三遥”改造。馈线组分支上的配电房、专变、公变和电缆分接箱，这些设备按普通

5、“二遥”改造。即配二遥故障指示器和二遥通信终端。母 线 3母 线 2母 线 1主 供 线 路 1备 用 线 路主 供 线 路 2主 供 线 路 3母 线 4环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜环 网 柜电 源 联 络 柜母线3母线2母线1主供线路1备用线路主供线路2环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜电源联络柜母线1母线2线路2线路1环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜电源联络柜 CSG 2013. All rights reserved.汇报提纲汇报提纲1234789 CSG 2013.

6、All rights reserved.总体要求总体要求供电可靠性故障处理时间一次网架与设备潮流计算的快速性要求时序潮流计算短路计算状态估计信息采集网络重构负荷预测控制手段分布式电源监控在线告警在线预警通讯信息集成要求自愈控制系统可靠性电能质量 CSG 2013. All rights reserved.总体要求总体要求主站集中控制主站集中控制采用基于主站的集中控制模式实施故障隔离和恢复非故障区段供电方案时，故障隔离和恢复供电时间与终端、通道、主站软件计算和系统规模相关，一般不大于1分钟。网络式保护与分布式智能功能网络式保护与分布式智能功能对于具有网络式保护功能的终端，其故障隔离时间应该不大于

7、保护设定时间+60ms配合时间。网络式保护通讯正常情况下，一般故障切除时间小于0.15s，隔离时间2s；通讯不正常，按照分布式智能工作，一般情况下，不超过10s完成隔离和转供；一次网架与设备一次网架与设备1、 要求断路器、负荷开关电动控制，最好是电磁式，断路器动作时间50ms以内；负荷开关动作时间在100ms以内。2、 配置三相CT（含零序）、双侧PT。3、 二次设备预留安装空间，每个电房配置直流电源屏。4、 项目实施应确保变电站设备运行安全，不能对变电站设备进行大的改动，但馈线出口保护应预留有0.2-0.3秒的时长以便配网终端快速处理故障。 CSG 2013. All rights rese

8、rved.总体要求总体要求状态估计对信息采集的要求状态估计对信息采集的要求：智能配电网状态估计需要以下三种类型的量测：节点（母线）量测数据、支路量测数据和分布式电源量测数据。而这些量测量能否获取与终端布点密切相关。终端布点以及量测配置的一般要求如下：1、 尽可能各相分别配置量测；2、 每条馈线段始端都配置各相的电流量测或者功率量测；3、 每条馈线分支线（支路）都配置各相的电流量测或者功率量测；4、 每条母线都配置各相电压量测；5、 每个配变都配置各相功率或电流量测；6、 每组分布式电源所在母线都配置各相有功和无功功率量测、电流量测和电压量测；7、 断路器和负荷开关的状态信息量测；8、 并联电容

9、器组的开断信息和接入组数信息量测；9、 有载调压变压器的分接头信息量测。 CSG 2013. All rights reserved.总体要求总体要求控制手段控制手段1、 调节变压器抽头；2、 投切电容器；3、 投切电抗器4、 开合开关；5、 改变分布式电源输出功率；分布式电源监控分布式电源监控1、 系统支持分布式电源/储能/微网的灵活接入，能够大量接入分布式电源/储能/微网。2、 具备对各分布式电源/储能/微网的接入、运行、退出等状态的监视功能。3、 具备对各分布式电源/储能/微网接入、运行、退出控制功能。4、 具备对各分部是电源/储能/微网处理调节功能。5、 具备对各分布式电源/储能/微网

10、中关键设备当前功率、电流、电压监测功能。 CSG 2013. All rights reserved.总体要求总体要求以典型馈线组线路一为例进行说明智能配电网状态估计最低量测需求。若需要得到实时状态信息的节点包括环网柜的入端节点（即左侧开关）、环网柜的出端节点（即右侧开关）、环网柜的负荷出线节点（开关）共12个节点的信息，则需要采集线路一上任意环网柜2条负荷出线开关的三相电压和三相电流共12个量测量。若在条件允许的情况下，建议采集以下信息作为冗余量测，用于保证状态估计的精度 （1）环网柜的入端节点（即左侧开关）、环网柜的左侧负荷出线开关、环网柜右侧负荷出现开关的电压量测 ；（2）环网柜的入端节

11、点（即左侧开关）的电流量测。母线1母线2线路2线路1环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜电源联络柜 CSG 2013. All rights reserved.汇报提纲汇报提纲1234789 CSG 2013. All rights reserved.示范工程自愈控制方案示范工程自愈控制方案配电网自愈控制以不间断供电为控配电网自愈控制以不间断供电为控制原则制原则。从不间断供电角度看，自愈控制有4种结果：（1）避免故障发生；（2）故障后不失去负荷；（3）故障后失去部分负荷；（4）故障后电网瘫痪。配电网自愈控制的目标是：首先避免故障的发生；其次，如果故障发生，故障后不失去负荷；以故障后失去部分负荷

12、为基本的控制底线；如果发生了电网瘫痪事故，则意味着电网自愈控制失败。 CSG 2013. All rights reserved.15示范工程自愈控制方案示范工程自愈控制方案自愈控制故障前的预防故障后的优化故障中的控制故障隔离区域的复电优化 CSG 2013. All rights reserved.16示范工程自愈控制方案示范工程自愈控制方案故障前预防故障前预防指的是为了提高示范区的安全可靠供电裕度，利用预防性评估、实时评估以及基于断面潮流脆弱点评估结果，计算得到预警指标，确定配电网当前的运行状态，判断是否进行报警、是否启动预防性控制。当利用评估结果计算出的预警指标大于设定的报警限值时，则进

13、行报警；若预警指标大于设定的预防性控制限值时，则进行重构计算，生成重构方案（必要时切除部分负荷），并由调度员综合判断后确定是否执行。k(n-1+1)是指放射状的配网故障后，实现对非故障区域的供电，必须先切除故障线路(即n-1)，然后再闭合一条常开的联络线路(即n-1+1)，最终方能实现对非故障区域的恢复供电。 CSG 2013. All rights reserved.17故障前的预防故障前的预防 CSG 2013. All rights reserved.18示范工程自愈控制方案示范工程自愈控制方案结合示范区的接线方式、一次设备建设改造原则及通信模式，金融高新区采用基于分布式智能终端与主站的

14、综合控制方案基于分布式智能终端与主站的综合控制方案。该方案的控制原则如下：1、10kV配电网络主干线的开关站和配电站均配置测控保护一体化终端，线路发生故障时，优先采用就地控制方式就地控制方式对故障进行处理。通信正常时，采用基于对等式通信网络的网络式保护技术基于对等式通信网络的网络式保护技术实现故障的定位、隔离和非故障区段的供电恢复。终端间通信故障时，采用电压电压- -电流电流- -时时间型间型方式实现线路故障处理。2、10kV配电网络支线选择关键点安装自组网的故障指示器，当支线发生故障时，可实现故障分支、故障用户的精确定位。3、主站集中控制方式作为就地控制方式的补充主站集中控制方式作为就地控制

15、方式的补充。当终端保护拒动、误动或负荷转供后造成过流时，主站提供校正或优化方案，由运行人员判断后执行。 CSG 2013. All rights reserved.19故障中的控制故障中的控制当终端间通信通道正常时，测控保护一体化终端采用对等式网络保护对故障进行处理。对等式网络保护采用对等式的通信网络，线路上的开关控制器之间互相通信，收集相邻开关的故障信息，自行判断是否动作。对等式网络保护采用了一种全新的分布式保护配合思路，能尽可能地缩小故障影响的用户范围，并避免配网线路中用传统的电流和时间级差配合实现困难的问题。开环模式开环模式合环模式合环模式基于对等式网络基于对等式网络保护的方式保护的方式

16、 CSG 2013. All rights reserved.母线3母线2母线1主供线路1备用线路主供线路2主供线路3母线4环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜电源联络柜20开环模式开环模式对于对等式网络保护的开环模式，主要的判据来源是开关本身及其相邻开关的故障状态，即：故障末端的开关除自身感受过流，其相邻的开关只有一个开关（上游开关）会经历故障电流。 CSG 2013. All rights reserved.母线3母线2母线1主供线路1备用线路主供线路2主供线路3母线4环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜环网柜电源联络柜21

17、合环模式合环模式在某一开关和与其相邻的开关所组成的区域中，当有一个大电流从某一个开关流入该区域时，则必有一个大电流流出该区域，如果未有大电流从另一个开关流出，则必定有故障点在该区域内。 CSG 2013. All rights reserved.22基于网络式保护的容错方案基于网络式保护的容错方案考虑到配电系统的通信网络容易受到外力破坏，而导致通信异常，本方案中针对上述情况，设计了一整套容错方案，当系统中任何节点或装置对外的通信通道丧失或异常后，自动启动容错方案，通过容错方案的一些功能的自动启动执行，确保故障区段最终能够被有效隔离，联络开关自动转移供电。容错方案将使用到以下一些列功能：（1）“

18、得电重合”功能（2）“重合成功短时闭锁保护”功能（3）“合到故障后快速跳闸”功能（4）“失电延时分闸不闭锁”功能（5）“联锁失电延时分闸（闭锁）”功能（6）“残压脉冲分闸闭锁”功能（7）“检闭锁单侧失压延时合闸”功能 CSG 2013. All rights reserved.23基于网络式保护的容错方案基于网络式保护的容错方案CB3、H4的S1、S2感受到由主供电源三供出的故障电流，H4的S1能够接收到两侧开关的信息，认定为通信正常，动作判据向量J=（1,1,1），自动转入后备保护；H4的S2无法接收到相邻开关H6的S1的信息，判定为通讯故障，自身感受到故障电流且一侧开关H4的S1有过流，终

19、端控制其跳闸，“容错跳闸标志”置位；H4的S2跳闸切断故障以后，H4的S1、CB3保护返回；H6的S1通讯异常，无法接收到相邻开关“故障跳闸信息”，但感受到自身失压失流，终端控制其跳闸不闭锁；H4的S2启动得电重合闸功能，重合到故障后立即分闸闭锁；H6的S1感受到残压，保持分闸并闭锁；H0的S3通信正常，检测到一侧失压，自动启动“检闭锁单侧失压延时合闸”功能，由于未收到相邻开关“保护跳闸”信息，确认故障不在开关两侧区域内，终端控制其合闸转移供电， CSG 2013. All rights reserved.24电压电压- -电流电流- -时间型方式时间型方式当终端间的通信发生故障时，测控保护一

20、体化智能终端采用电压-电流-时间型（U-I-T）的故障处理方式。该方案与传统的电压-时间型、电流-时间型处理方式相比，有以下三个优点：1、利用了电压和电流两个信号作为故障段的判据，充分考虑了故障后线路失压和过流次序和规律，制订全面的网络重构方案。2、当利用断路器组网时，能够发挥断路器的开断和重合能力，迅速切断并隔离故障，恢复非故障线路供电。3、采用“残压检测”功能使故障点负荷侧的开关提前分闸闭锁，避免另一侧电源向故障线路转供电时受到短路冲击和不必要的停电。 CSG 2013. All rights reserved.25电压电压- -电流电流- -时间型方式时间型方式U-I-T型方案的主要设计

21、原则是：1、当线路发生故障时，电源侧断路器保护动作快速切除故障线路，无需变电站出口跳闸。2、电源侧断路器整定一次重合闸，重合成功则短时闭锁保护，线路上的开关得电依次试合。3、若是瞬时性故障，则合闸成功，供电恢复；若是永久性故障，故障点前的开关合闸到故障上，该开关加速跳闸（其他开关重合成功后不再跳闸），故障点后的开关检测到残压脉冲自动分闸闭锁，从而将故障点准确隔离。变电站出口开关的速断保护要增加一级延时，以保证线路上的开关先于出口开关跳闸。4、联络开关单侧失压延时合闸，完成自动转移供电。5、位于分支线上的断路器则整定继电保护功能，检测到分支线发生故障时优先跳闸隔离故障，不影响主干线路供电。 CS

22、G 2013. All rights reserved.26电压电压- -电流电流- -时间型方式时间型方式CB3、H4的S1和S2感受到故障电流；H4的S1延时40ms速断保护跳闸，CB3保护返回；H4的S2，H5-H6的S1、S2失电延时100ms分闸；H4的S1延时1s重合闸，重合成功启动短时15s闭锁保护；H4的S2得电延时2s合闸，合到故障立即跳闸并闭锁，此时H4的S1短时闭锁保护，不动作，CB3保护返回；同时处于分位的H6的S1检测到残压脉冲，闭锁合闸，隔离故障；联络开关H0的S3单侧失压延时15s合闸；H5的S2得电延时2s合闸成功；H5的S1得电延时2s合闸成功；H6的S2得电

23、延时2s合闸成功，转移供电结束。 CSG 2013. All rights reserved.27基于故障指示器的故障定位基于故障指示器的故障定位在电缆线路中，指示器将故障信息传给通信终端，通信终端再将故障指示器的报警信息上传至主站，然后由主站完成分支线路故障区段的精确定位。示范区系统普遍采用电缆线路，为了解决单相接地故障问题，同时针对示范区系统的接地方式，为了给故障线路提供明显特征的判据，在变电站配置信号源设备。发生单相接地故障时，信号源向故障线路注入一连串编码电流信号，该电流流经故障线路和接地点，由大地返回信号源。此回路出线及分支上的故障指示器检测到该电流信号后，自动翻牌和闪光，指示故障区

24、域，与短路故障信息上传及定位逻辑相同，通过自组网通信，也同时可以实现接地故障的远程定位和指示。 CSG 2013. All rights reserved.28主站集中控制方式主站集中控制方式配网线路发生故障后，故障信息和开关变位信息上传至主站。主站可以根据终端上报的故障信息和开关变位信息判断终端层隔离和转供是否完整、准确，并根据故障后网络重构功能给出可能的后续操作方案，由运行人员进行处理。 CSG 2013. All rights reserved.29分布式电源接入对故障处理的影响分布式电源接入对故障处理的影响分布式电源的接入是智能配电网的重要特征，也是配电网未来演变的方向。分布式电源接入

25、配电网后对故障处理的影响主要体现在：1、终端间通信正常时，在网络式保护算法考虑故障电流方向，就地实现故障定位和隔离，但不推荐由测控保护一体化终端就地实现非故但不推荐由测控保护一体化终端就地实现非故障区段的负荷转供障区段的负荷转供。2、电压电压- -电流电流- -时间型方式不再适用于含分布式电源的配电网络时间型方式不再适用于含分布式电源的配电网络。3、非故障区段的负荷转供由主站计算网络重构方案后非故障区段的负荷转供由主站计算网络重构方案后，经运行人员确认执行。当就地故障定位和隔离处理失误，主站提供的故障定位、隔离和转供方案可作为后备补充。 CSG 2013. All rights reserve

26、d.30对网络式保护方式的影响对网络式保护方式的影响有分布式电源接入时，考虑到分布式电源提供的短路电流很小，对分布式电源接入线路上的断路器设置两套保护定值，根据故障电流方向的不同分别自动取用不同的保护定值进行保护动作，对主线路的开关无影响。CB1、H1的S1、S2，DS1感受到千灯湖甲线供出的故障电流，CB1延时保护；H1的S1、S2动作判据向量J=（1,1,1）启动后备保护；DS1动作判据向量J=（1,1,0）终端判断其为故障末端控制其跳闸隔离故障；此时流过DS1故障电流方向指向分布式电源DG1，DS1启用正常的保护定值；DS1跳闸后，CB1、H1的S1、S2的保护自动返回。 CSG 2013. All rights reserved.31对主站集中控制方式的影响对主站集中控制方式的影响主站端的故障定位算法应考虑故障电流方向，支持环网模式及分布式电源接入情况下的故障定位；故障隔离主要根据故障定位方案确定，算法