智能配电网保护控制的设计分析

龙泉涌

（湖南华晨工程设计咨询有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

智能配电网是我国电力系统发展的必然趋势，是在先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术以及控制技术的基础上发展起来的，运行安全性高，供电质量好。为保证智能配电网稳定运行，最大限度地减少短时停电、电压骤降等问题的出现[1]，合理进行智能配电网保护控制系统设计与配置十分关键，也是本文研究的重点。

1 智能配电网概述

为迎接电力行业由工业化朝着信息化方向发展，“智能电网”概念被提出。它以电力系统为对象，集成传统和现代电力工程技术、高级传感与监测技术以及信息与通信技术，实现输配电至用户所有环节的智能交流，具有自愈、兼容和互动等特点，提供可靠、优质的电能[2]。

“十二五”以来，智能电网建设纳入国家发展战略。智能配电网（SDG）是智能电网的重要组成部分，与传统配电网相比，特点可归纳如下[3]。

（1）安全性高：智能配电网在应对各种紧急事件、自然灾害方面更具优势，可避免出现大面积的停电情况，有效控制外部破坏影响的范围，确保重要用户正常供电；

（2）具有自愈功能：自愈是智能配电网的故障检测与纠正操作，是确保供电连续性的重要保证；

（3）电能质量优质：智能配电网可实时监测质量，为用户提供定制电力，即严格根据用户负荷要求开展供电工作，如连续供电、无电压骤降情况等；

（4）资产利用率高：通过实时监测可有效控制电网设备温度、绝缘水平，优化潮流分布，减少线损，实施状态检修工作，延长设备使用寿命；

（5）支持分布式电源接入：通过保护控制的自适应、系统接口的标准化，智能配电网支持分布式电源的大量接入，促进新能源的利用与推广；

（6）用户互动性好：智能配电网的互动性主要体现在两个方面：一是智能电表的应用，通过分时计价和动态计价，有利于降低用电高峰负荷；二是允许分布式电源应用，促进调峰平价。

综上所述，智能配电网的应用是我国电力系统发展的重要方向。切实提高智能配电网的运行安全性、稳定性，是配电网规划设计的关键。本文主要就智能配电网保护控制系统及其设计展开具体分析。

2 智能配电网保护控制系统分析

2.1 传统保护控制系统

配电网保护及控制系统包括厂站端配置线路保护、母线保护、变压器保护、发电机保护、频率控制、无功电压控制、基于测控单元的监控系统、同步相量测量装置以及安全稳定控制装置。

传统二次控制系统可分为继电保护、调度自动化、通信以及二次接线专业。基于不同智能技术，各个专业侧重点不同，如EMS、WAMS 分别侧重稳态数据、暂态数据，各专业独立配置相关装置，无法进行数据共享，相关配合不足，无法跟踪系统运行情况，甚至出现保护失配等问题，无法满足智能配电网的运行要求。

2.2 智能配电网保护控制系统

智能配电网必须构建完善的保护控制系统。它依赖多种技术，包括通信设备、信息管理系统、决策与控制理论等，以高速网络通信平台为基础，实现信息共享，将保护、控制功能紧密联系在一起（图1）。厂站端自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量与监测等工作，支持配电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动[3]。

图1 智能配电网保护控制系统结构示意图

智能配电网保护控制系统功能如下[4]。

（1）自适应包括自适应系统运行方式和拓扑结构变化，支持微电网并网/孤岛运行；

（2）广域信息测量主要是通过同步测量技术的应用，增强稳态/暂态下的量测性能；不同位置保护单元均可利用量测结果进行自适应；

（3）相互协调为控制中心集中决策与保护控制单元分布自治之间的协调。

综上，智能配电网保护控制系统解决了信息孤岛问题，实现了电力系统信息集成，进一步优化了配电网控制体系，满足了智能配电网稳定运行的需求。

3 智能配电网保护控制的设计分析

3.1 设计要求

智能配电网保护控制设计要求可归纳如下：（1）功能完整；（2）结构合理；（3）具有智能特征。通过保护控制系统构建，真正实现智能配电网的自愈控制，提高电力系统运行的安全性和可靠性。

3.2 设计架构

本文仅以广域智能保护和控制系统设计为例展开分析，主要遵循“分层、分区、就地控制”的设计原则[5]。广域智能保护与控制系统架构如图2 所示。

图2 广域智能保护与控制系统架构

根据图2 可知，此控制系统分为3 层结构：

（1）智能设备层：主要配置相应的数据采集、智能装置与执行装置；

（2）站域保护层：主要实现变电站范围内主保护、后备保护功能；

（3）广域保护层：主要通过网络实现相关监测数据同步、共享，包括变电站电流、电压、断路器状态等，通过综合分析做出决策，实现区域电网保护与控制功能。

3.3 主要功能配置

（1）广域保护层：广域电流差动保护、基于权重的综合方向保护、开关失灵远跳功能；广域自适应备用电源自动投切、故障解列小电源、过载切负荷功能等[6]。

（2）站域保护层：母线保护、变压器保护、冗余线路后备保护功能；就地低频低压减载功能等。

3.4 工程应用实例

本系统用于区域智能配电网，共计包含7 个变电站投入运行，其中220 kV 变电站、110 kV 变电站分别为2 个和1 个。采用串行供电方式，并存小水电上网。因此，该电网保护整定、动作配合难度较大，在远程恢复供电方面存在缺陷。

通过本次设计的广域智能保护和控制系统的应用，可有效改善区域智能配电网运行安全性、可靠性，其未改动变电站原有就地保护，形成“双重化”保护模式。系统主站、子站之间使用区域光传输A 网、B 网，通信通道独立，较好地实现了电网自愈功能，有效避免了网络延时问题影响相关保护功能的实现。

4 结 论

综上所述，智能电网是电力系统发展中的一大重要研究课题。智能配电网保护控制系统的研究基于此背景提出。传统配电网保护控制系统存在“孤岛”问题，分散配置的保护装置配合有限，无法适应智能电网运行安全性和可靠性要求。基于此，必须根据智能电网实际运行要求，合理开展智能配电网保护控制方案设计，实现系统运行及保护控制的全局最优，为智能配电网快速自愈功能实现奠定坚实基础，真正促进区域电力系统的稳定发展。