变电站继电保护运行参数自动控制系统研究

黄瑞雯

(国网武汉供电公司汉阳供电中心,武汉 430000)

0 引言

目前,可再生能源中应用最广泛的是风力发电与太阳能发电[1]。分布式发电并入电网会导致电力系统的不稳定,与变电站继电保护配合会出现复杂的问题[2-5],因此当分布式发电在配电网层面并入电网时,短路点的多侧馈入可能造成紧急模式和机电暂态的出现。

国内外已有大量针对分布式电源接入电网时与继电保护相关配合方面的研究。文献[6]考虑了主动配电网中具有相对选择性的分步保护的实施特点,指出传统的最大电流保护及距离保护设计存在的问题。在某些情况下,当电源为弱电源时,最大电流保护的灵敏度最高可降低1.7倍,距离保护后备段的动作范围最高可增大2倍。

可再生能源具有间歇性。文献[6-7]中提出了使用差动保护和自适应后备保护。为了实现可再生能源配电网的保护,文献[8]提出了一种动态自适应保护方案,该方案包括离线和在线两个阶段。在离线模式下确定可能的网络拓扑结构,包括主动网络管理(断开线路、断开发电机),使用差分搜索算法和非线性优化方法优化继电保护定值,按组顺序存储。基于模糊逻辑的自适应方法识别网络拓扑组,将相应的激活参数报告给各个保护装置。

目前有两种方法来自动修改定值。第一种是软、硬件配合对网络运行方式和继电保护装置运行参数进行离线计算,根据开关矩阵对先前计算的定值进行切换。第二种是软硬件综合体对继电保护装置运行模式进行计算,实时计算和更改参数。

对于电压等级为6～35 kV的中压电网,由于采用了更复杂的继电保护装置,电流型情况的可变性更大,保护计算可能更为复杂。本研究考虑开发第二种类型的软件和硬件综合体,用于自动计算和改变配电网继电保护装置的运行参数。开发了一个用于计算和协调继电保护设置变化服务的微服务软件包和一个用于计算继电保护装置设置的软件模块原型,使得以CIM模型格式表示的电力系统继电保护定值的自动计算成为可能。

1 微服务架构的主体结构

设定值计算和协调服务是基于Java编程语言编写的几个独立的服务操作,这些服务实现了计算和协调设定值所必需的逻辑运算。

自动计算设定值的微服务架构由若干模块(服务)组成:①计算和协调设定值变化的中心服务(CCS)是执行脚本生成服务、模式计算服务、聚类服务及脚本启动模块的顺序启动服务,属于中心CSS服务的一部分。②场景生成服务。它开发了方案的几种变体,进一步确定了最大和最小模式。③模式计算服务。计算正常和紧急模式下支路中的电流和电路节点中的电压服务。④聚类服务。一种确定保护计算顺序的服务。⑤脚本启动模块。运行继电保护定值计算脚本并将结果上传到数据库(DB)模块。

微服务架构如图1所示。

如在计算出整定值后需确定正确的整定值装入保护端子的顺序,这种情况下,经典的从负荷到发电源的顺序是不合适的,因为在模式变化情况下,通过保护安装地点的电流可以工作,从而断开所有的消费者,而定值协调和更改服务从靠近消费者的终端开始装载定值,可能没有时间将定值装载到头部保护,因此采用了这样的假设:将设置点加载到终端,从靠近发电源的保护开始,队列中的第一个是与更强大的发电源相邻的保护。

在直接分配发送保护定值的序列号之前,从数据库中加载具有计算序列的保护。要了解哪种保护与更强大的发电源相邻,就需要比较具体的保护与发电源的发电量价值。为此,创建了一个字典,其关键是保护的名称,价值是生成源的功率价值。创建了一个列表,在算法的最后将填充发送保护设置到终端的序列编号。

由于计算保护的顺序是以1,2,2,2,3 ……N的格式表示,其中第一个序列号为距离发电源(最后对它们的设置进行计算)最近的保护,N为距离发电源(先计算它们的设置)最远的保护编号,因此保护的枚举将从最后一次计算设置开始。考虑具有相同计算次数的保护,如果其中存在与生成源相邻的保护,则将该保护的名称和与之相邻的生成源的功率记录在字典中。如果所考虑的保护组中没有与源相邻的保护,那么保护的名称和零功率值将被记录在字典中。经过相同序号的所有防御之后,该字典按照生成源的能量降序排列,防御也将被排序。保护的名称按排序顺序添加到列表中,所描述的动作序列将一直持续到所有的保护都通过为止。

当所有保护都通过时,按照(其中记录了从字典中得到的保护排序名称)列表中保护条目的编号顺序将每个保护的定值发送到终端的顺序编号中,记录在数据库中。图2为所开发算法的程序。

图2 算法的操作Fig.2 Operation of the algorithm

2 实际验证

为了验证微服务架构计算设置的正确性,选择IEEE 14节点系统作为测试模型。在PSCAD软件包中开发了测试网络模型,如图3所示。

图3 IEEE14在PSCAD中的建模Fig.3 IEEE14 in PSCAD modeling

对位于网络(开关BRK1_16,BR2_35,BR39_5)3个区段的保护级进行建模。为了检查保护的动作情况,在6个点检查计算的保护定值,即K1、K2、K3、K4、K5、K6对短路的反应。

表1、表2、表3显示了通过微服务架构计算输入的设置对网络中各点短路的保护动作结果。

表1 保护动作结果(零序电流保护)

表2 产品参数

表2 保护动作结果(最大电流保护)

表3 保护动作结果(距离保护)

根据PSCAD软件包中微服务架构计算的定值对分步保护进行建模的结果可以判断满足继电保护的选择性及灵敏性要求。

3 结论

创建了一个能根据当前网络运行模式自动计算及调整继电保护与自动化响应参数的自适应继电保护综合体,使用微服务架构可在以下模式中使用该功能:个人电脑在离线模式下由操作员自动计算继电保护运行参数;微服务架构安装在设备端,用于在线模式下继电保护运行参数的自动计算和更改。