2023新型配电网保护控制技术探索报告-国网南京自动化

报告摘要

本文探讨了新型配电网保护控制技术在应对分布式新能源大规模接入带来的挑战中的应用与发展方向，重点分析了单端量保护优化、基于对等通信的快速保护以及集中型区域保护控制等技术方案。

现有保护配置：
- 变电站出线开关：电流速断保护（0.2-0.5s）、过电流保护（0.7-1.0s）
- 分支开关：电流速断保护（0.1-0.2s）、过电流保护（0.3-0.6s）
- 用户分界开关：电流速断保护（0-0.1s）、过电流保护（0.2-0.4s）
优化方案：
- 方案1：提高过流启动定值，躲过分布式电源提供的短路电流，但灵敏度下降。
- 方案2：增加方向元件，提升保护动作的准确性，但需考虑PT配置、电流极性及运行方式变化。
- 方案3：采用就地型FA一重合于加速跳闸方式，适用于电缆线路。
新技术：
- 主动探测式保护：通过分布式电源、储能等可控源注入特征信号，提升故障处置性能。
- 小电流接地保护：采用谐波信号注入，结合谐波参数识别法和功率方向法实现精准选线选段。
技术难点：
- 方向元件不适应分布式电源接入。
- 架空线路电流极性难以确定。
- 运行方式多变，方向自适应调整复杂。
- 缺乏三相PT，影响方向判别。

通信技术：
- 5G通信：通道延时抖动较大，但带宽划分灵活，适合多端差动保护。
- 自组网通信：延时可控，适合无基站的通信场景。
关键技术：
- 无线差动保护数据同步技术：采用序号同步（5G）或乒乓同步（自组网）确保数据一致性。
- 数据变频发送技术：减少通信流量，提高传输效率。
- 弱馈侧快速启动发信技术：弱馈侧在检测到电压突变后快速发送报文，提升保护动作速度。
- 标准化数据交互：仅需设置IP地址，简化通信配置。
工程应用案例：
- 无线自组网差动保护：应用于无锡、太原、大同、长治等地区，实现快速故障隔离。
- 5G通信配电网格保护：无锡惠山和太湖星城示范工程，实现毫秒级故障隔离与恢复。
- 闭锁式不完全差动保护：提升保护选择性与灵敏度。
在研项目：
- 江苏科技项目：基于拓扑的新型电力系统配电网故障快速隔离与自愈研究。
- 国电南自与湖州供电公司项目：弹性配电网平衡区控制保护技术研究，目标实现电量平衡、故障自愈和孤岛运行控制。

技术架构：
- 借助通信技术实现主站与终端的协同，提升保护性能和运维效率。
- 引入边沿计算中间层，解决终端信息量单一与主站数据量过大的问题。
主要功能：
- 故障快速精准隔离：通过主配协同保护装置实现纵联方向保护。
- 供电快速可靠恢复：基于保护动作信号执行自愈策略，恢复供电。
- 分布式电源快速切除：配合备自投实现精准切除。
- 过负荷精准减载：结合安全自动装置进行负荷控制。
- 快速负荷转供：变电站或母线失压时，快速将负荷转移至对侧变电站。
- 区域防孤岛保护：解决就地型防孤岛保护速动性与低穿能力的矛盾。
关键技术问题：
- 网络拓扑自动识别：主配协同保护装置需与主站同步网络拓扑信息。
- 通信技术选择：需根据应用场景选择合适的实时通信方式。
- 运维技术：集中式保护控制装置运维复杂度较高，需优化运维流程。
- 功能APP化：统一数据模型和接口，便于运维管理。