2023新型配电网保护控制技术探索报告-国网南京自动化_44页_18mb

新型配电网保护控制技术探索总结

核心内容

随着国家能源战略转型，分布式新能源在配电网中的渗透率逐年上升，给传统配电网保护控制带来了新的挑战。本文围绕新型配电网保护控制技术展开，探讨了单端量保护优化、基于对等通信的快速保护、集中型区域保护控制等关键技术与应用。

主要观点

1. 配电网保护面临的主要挑战

• 分布式电源大规模接入导致故障隔离可靠性、选择性、速动性受到考验；
• 反向故障电流和外汲/助增电流可能引发保护误动或拒动；
• 过流保护动作时间过长，影响分布式电源低穿能力，导致脱网；
• 配电网主站故障定位与隔离功能受到潮流方向不确定性影响；
• 新型电力系统建设要求保护系统具备快速、精准的故障处置能力。

2. 单端量保护优化及新原理

• 现有保护配置：包括变电站出线开关、分支开关、用户分界开关的电流速断和过电流保护，保护动作时间在0.1s~1.0s之间；
• 优化方向：
  • 校验保护定值，降低误动风险；
  • 增加方向元件，提升小电流接地故障的识别能力；
• 新技术—主动探测式保护：
  • 利用分布式电源、储能等可控源注入特征信号，提升保护性能；
  • 支持小电流接地选线、相间短路故障隔离、自适应重合闸等功能；
  • 在多种故障场景下测试正确率达100%。

3. 基于对等通信的快速保护

• 采用5G和自组网通信技术实现终端之间的快速数据交互；
• 关键技术：
  • 无线差动保护数据同步技术：包括序号同步（5G）和乒乓同步（自组网）；
  • 数据变频发送技术：减少通信流量，提升实时性；
  • 弱馈侧快速启动发信技术：在弱馈情况下，终端可快速唤醒并发送报文，缩短保护动作时间；
  • 标准化数据交互：仅需设置IP地址，简化配置；
• 工程应用案例：
  • 无锡惠山示范工程：5G通信延时小于20ms；
  • 无锡太湖星城示范工程：采用5G授时和通信技术；
  • 吉林长春风电场线路：采用闭锁式过流保护；
  • 浙江岱山海上风电场：多端差动保护应用；
  • 无锡方泉开闭所：自组网无线差动保护应用。

4. 集中型区域保护控制

• 借助通信技术，实现主网与配网保护的协同；
• 采用集中型区域保护控制架构，增加边沿计算中间层，优化信息交互与数据处理；
• 主要功能：
  • 故障快速精准隔离；
  • 供电快速可靠恢复；
  • 分布式电源快速切除；
  • 过负荷精准减载；
  • 区域防孤岛保护；
• 技术构想：
  • 划分供区、台区为平衡区，构建协同自治控制系统；
  • 提升配电网运行效率、安全裕度和新能源消纳能力；
  • 遵循IEC 61850标准，采用分层分布式结构；
• 关键技术问题：
  • 网络拓扑自动识别；
  • 通信技术选择与优化；
  • 降低运维复杂度；
  • 功能APP化与数据模型统一。

关键信息

1. 分布式光伏渗透率要求

• 党政机关建筑：不低于50%；
• 学校、医院、村委会等公共建筑：不低于40%；
• 工商业厂房：不低于30%；
• 农村居民屋顶：不低于20%。

2. 新型配电网保护技术发展

• 主动探测式保护：通过注入特征信号提升故障识别与隔离能力；
• 对等通信技术：支持多种通信方式（光纤、5G、无线自组网）；
• 集中型区域保护：主配协同，实现快速隔离与自愈。

3. 通信技术对比

4. 工程应用成果

• 无锡惠山示范工程（2022年1月投运）：5G通信延时小于20ms；
• 无锡太湖星城示范工程（2023年3月投运）：5G授时与通信；
• 浙江岱山海上风电场：多端差动保护；
• 海西变换流站：自组网无线差动保护；
• 江苏科技项目：弹性配电网平衡区控制保护技术研究。

总结

本文系统地分析了新型配电网保护控制技术的发展背景与挑战，提出通过单端量保护优化、对等通信快速保护、集中型区域保护控制等技术手段，提升配电网在分布式电源接入后的保护性能与自愈能力。未来需进一步解决通信同步、方向判别、运维复杂度、数据模型统一等关键技术问题，以支撑新型电力系统的安全、高效运行。