智能电网建设下分布式发电继电保护技术探析

陈恺

摘要：分布式发电具有低成本、低能耗、高效率的优势，在智能电网中应用能够实现智能控制，降低发电成本，减少污染排放，符合节能减排的发展目标。本文分析了分布式发电在智能电网中的应用现状和趋势，提出了基于智能电网系统的分布式发电控制策略，经技术测试后发现，该技术体系对提高电网运行效率、促进电力企业发展具有重要意义。

关键词：智能电网 电网建设 分布式发电 继电保护技术

中图分类号：TM77

Analysis of the Relay Protection Technology of Distributed Generation Under the Construction of Smart Grids

CHEN Kai

College of Automotive Engineering， Guangxi Transport Vocational and Technical College， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530033 China

Abstract： Distributed generation has the advantages of low costs， low energy consumption and high efficiency， and its application in smart grids can achieve intelligent control， reduce power generation costs and reduce pollution emissions， which meets the development goals of energy conservation and emission reduction. This article analyzes the application status and trends of distributed generation in smart grids， and proposes control strategies for distributed generation based on smart grid systems. After technical testing， it is found that this technical system is of great significance in improving the operation efficiency of grids and promoting the development of power enterprises.

Key Words： Smart grid; Grid construction; Distributed generation; Relay protection technology

智能电网是一个信息高度集成、资源高度共享的电网系统。在智能电网中，电力系统的功能和结构将得到优化，系统运行效率会提高，并且能够满足用户需求。近年来，随着分布式发电技术的快速发展，对电网运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求。然而，傳统电网无法满足电力系统的发展要求。因此，必须根据智能电网建设的发展趋势，采用有效的继电保护技术来提高电力系统的稳定性和可靠性。

1分布式发电继电保护技术发展趋势

目前，在电网的继电保护工作中，继电保护系统主要包括两种形式：离线式保护系统和在线式保护系统。

离线保护系统主要是指系统的离线运行，在这一系统中，不管是设置继电保护装置参数，又或是搜集一次性设备原件数据，都需要进行人工的操作和录入，或是提前按照系统中的设定格式来进行数据导入。在给定电网运行模式上，确定继电保护装置的动作定值[1]。

在线系统模式主要指的是系统利用网络拓扑结构，所有的运行资料数据可以通过系统进行自动化获取，对系统的运行状态进行自动检测，随后结合实际运行情况设定保护定值，并对定值情况进行随时校核。在确定了设定时限之后，可以通过规定规约的方式实现和主站系统、端站的有效连接，并达成通信目标，对定值进行远程修改。

基于国内外我国电网的继电保护装置发展趋势来分析，继电保护装置系统已经逐步实现了从离线系统向在线系统的升级。但是因为不同地区电力网络结构存在差异，继电保护装置设备型号有所不同，为此，实现在线继电保护定值系统的推广仍存在一定的发展空间。

现阶段，我国的继电保护装置仍有很多地区在使用离线模式，例如Oracle数据库管理系统以及达梦数据库系统。目前已有的继电保护装置系统，不管是功能还是效率都未达到理想目标。而伴随着我国电网到智能化建设，电网规模的全面扩大，这类传统继电保护装置系统不足日益凸显。举例来说，在目前系统使用过程中，电网图形和模型都是通过系统本身具有的功能来进行维护的，前期需要投入大量的资源，用于电网拓扑结构模型的建设。与此同时，后期的更新和维护过程也十分艰难，保护装置定值的修改工作仍然需要通过人工操作。个别具有远程调整定值功能的系统也在安全、运行等众多因素的影响下未能获得广泛推广和使用。同时，如果通过人工操作，涉及大量的改参数环节，时间周期较久，很容易出现误操作，短时间内可能会出现运行方式和运行定值的脱节问题。综合考量以上缺陷可能会对电网运行带来的负面影响和安全隐患，再加上近些年我国计算机技术全面发展，需要运用学术领域的最新研究成果，设计出有着更好实用性、页面更为简单、操作更为便捷、使用过程更为稳定可靠的继电保护系统，强化对新技术的合理使用，以满足我国智能电网的建设发展需求[2]。

2智能电网下分布式发电继电保护系统设计

在智能电网继电和发电保护装置的设计过程中，要求其本身具有一定的在线交互性功能，可以从不同的能量管理系统中获取电网运行数据，明确电网元件模型情况，掌握拓扑架构，并对参数进行实时化分析，将其作为后续对系统进行整定及计算的参考依据。目前，在我国的智能电网建设过程中，EMS/SCADA 系统已经获得了广泛使用，其技术水平也变得愈发成熟。与此同时，这一系统在从EMS数据接口获得实时数据时，其数据结果也较为精准和可靠。通过这一系统的使用，可以进一步减少模型录入和维护工作总量，实现了整个系统的智能化建设。有关工作人员也可以从复杂的电网绘制工作中真正的解放出来，将其时间和精力放在继电保护、定值配合、最优化配置等重点问题上，优化电网运行的安全可靠水平。

2.1 220kV母线保护

在调研和分析变电站220kV母线电气线路主接线时，可采用双母线接技术，按照直接采样，直接跳闸，集中布置的新思路，通过对母线保护的研究与分析，掌握母线保护在实际应用中应注意的问题。

（1）母线保护可以完成差动保护、故障保护、母联死区保护、PT断线判断等功能。

（2）在双母线接线的母线差动保护装置中，应采用组合电压闭锁元件，使故障保护和母联死区保护功能得到充分发挥。双母线接线和PT母线断开都会导致母线电压的锁定，另外，在故障后工作中，还应有相关报警装置，以便工作人员能够快速地找到故障问题。

（3）在双母线接线保护中，采用大差与小差元件，发挥各自作用。其中，大差元件用于母线区内和区外故障的分析，小差元件则用于故障节点的选取。

（4）应当单独设有多个故障保护装置，各组线路及部件都能得到相应的保护，母差保护与故障保护应能各自单独工作。

2.2元件保护及自动装置

在设置主保护装置和220kV保护设备时，要做到独立设计。在110kV母线的保护中，要采用测量与监测集成设备，使其更好地发挥作用。在选用时，必须依据DL/T860规范，以保证其完整性。各设备间的闭锁情况及跳闸情况的传送，均需采用GOOSE报文形式，Q/GDW441-2010技术标准适用于GOOSE报文信息的传送。主变保护：220kV变压器的容量保护应当采用双重配置模式，另外还可以将其运用到互感器合并装置、开关智能终端等的配置中，采用直接取样的方法。该系统能够实现对变压器保护跳母线和分区开关等信息的传送。

（1）在變压器中，主要采用纵向差动的方法，能较好地解决多条相路之间的短路问题[3]。

（2）在变压器的高压、中压一侧，配置组合电压锁定过流保护设备。另外，在变压器的低压一侧，配置快速开断和组合电压闭锁过流保护设备，能够使主保护相间短路故障和对备用保护功能得到高效发挥。

（3）对变压器的高、中、低压部位采用零序电流保护。在保护装置运行中，采取两个时间周期，即本侧和对侧的母联分段，要求在第一个周期之内进行。将所有的断路器都断开，以第二周期为主。

（4）在变压器的高、中、低压中间点，采用零序和零序两种保护装置，可以在每一台断路器都跳闸时，产生延迟效应[4]。

2.3一体化监控系统

按照DL/T860规范，变电站综合监测系统应当按照DL/T860规范要求，在建设时应当采取三级架构，即三层结构两层网络。站控、层间、隔层是三层结构，站控层与流程层，是两层网络。根据《智能变电站一体化监控系统功能规范》和《中国银行业监督管理委员会关于国核财务有限公司新增业务范围的批复》银监复[2013]185号的规定，全站应当分别设置两台主机和操作台，综合应用服务器一台，五台数据通信终端设备，如正反向隔离设备，防火墙和打印机等设备，构成全站监视和管理中心，实现与远程监视/调度中心的通讯，其修改单如表1所示。

为保证装置的智能化，在一次装置中采用智能终端与合并装置[5]。一、二次装置要实现高效互联，必须引进智能终端。利用GOOSE报文进行一次装置的遥控操作，是一种高效的方法。在将合并装置与传统互感器相连时，一般都是通过电缆将采集到的数据进行数字处理。

2.4算法设计

2.4.1电网不对称故障条件DFIG数学模型

在双馈系统中，转子侧采用电动机惯例，定子侧则使用发电机惯例。在正负（dq）+、逆（dq）-转（dq）的同步转动座标系中，电压和磁链的计算公式：

（1）

（2）

式（1）、式（2）中，U是电压、i是电流、R是电阻、L是电感、ψ是磁链。d与q代表了电气量在d和q轴上的部分。下方符号s、r代表的是定子、转子部分。Lm代表定子线圈和转子线圈的自电感。ω1代表的是同步角速率。在正转角dq座标系中，ωri=-（ω1-ωr）代表转子的角度频率。下标“+”为正负向部分，“?”为负向部分。P=d/dt代表了一个微分算子[5]。

2.4.2基于正、反转同步速旋转坐标系中RSC的模型

由式（1）、式（2）可知，在正、反向同步转动座标系下，转子磁链的d、q轴成分可以被表达为：

3技术测试

测试是整个系统开发和使用的关键步骤，能及时发现软件弱点，并在实际使用前对其进行校正，从而提升系统的工作可靠性。然而，整个试验流程必须完备，在调试完毕以后，才能进一步细化，使整个体系更加完美，满足智能电网的使用需求。

3.1功能组件的检验测试

这个系统根据下面的功能进行了测试，表2中概述了测试的结果。

可以进行单相和两相接地短路、两相短路和三相相间短路的运算，并能准确地将每一种短路电流的大小，分别输入到系统中。通过本系统的计算，可以看到每个用户的电量，也可以看到整个电网的电量

经过对该智能电网中的继电保护在线整定计算系统进行了功能试验，结果表明该方法能够达到预期效果。并对其进行了建模和参数处理，使其达到了原设计目的。在完成继电保护整定运算之后，还可以实现遥控修正。该软件具有良好的人机接口，便于使用者使用，为继电保护整定工作发挥了一定的作用。

3.2系统压力测试

如表3所示，通过对智能电网中的继电保护在线整定计算系统进行压力试验，重点是对其对应的速度体系的稳定性和可靠性等各方面的压力进行了多项试验，并结合实例进行了反复测试。其中，登录服务端的事件响应处理时间为6.9次/s，登录压力试验反应时间为3.1次/s。

4结论

综上所述，分布式发电是指在电网中以用户为中心，按照特定的设计和要求，通过接入系统的方式将电能进行优化整合，最终满足用户用电需求的一种发电技术。分布式发电的广泛应用，将对电网系统运行带来较大影响。尤其是在智能电网建设背景下，传统的继电保护技术已经不能满足实际需求，对分布式发电运行质量及效益产生严重影响。因此，应当加大对智能电网建设下分布式发电继电保护技术的研究力度，有效提高继电保护技術水平及工作效率，减少供电故障发生次数，提升供电安全性及可靠性，为用户提供更加优质、安全、可靠的电力服务。本文通过对分布式发电技术的发展及其对智能电网建设的影响进行分析和研究，并在此基础上提出了相关建议，希望能为智能电网建设提供参考。

参考文献

[1] 鲁俊勇，张建文，张超等.风力发电并联网络的继电保护定值问题与校正技术分析[J].集成电路应用，2023，40（9）：118-119.

[2] 石毅.电力工程中的智能电网技术研究[J].科技创新导报，2020，17（14）：16，18.

[3] 梁营玉，张志，李武林.光伏电站送出线路继电保护虚拟实验平台设计[J].科教文汇，2023（12）：103-109.

[4] 谷文超.基于低功耗与可靠性的传感器网络中的继电保护研究[J].自动化应用，2023，64（3）：149-151.

[5] 刘军.高校教学信息化发展前景探究[J].文化创新比较研究，2020，4（29）：140-142.

[6] 秦富宝，马生翼.发电企业继电保护技术监督发现的若干问题探讨[J].中国设备工程，2022（10）：138-140.