2024-02-22-国家电网-2023新型配电网保护控制技术探索报告_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升高，对配电网保护控制技术提出了新的挑战。本文主要探讨了新型配电网保护控制技术的优化方案和应用实例，包括单端量保护优化、基于对等通信的快速保护以及集中型区域保护控制。

主要观点

1. 面临的挑战

• 分布式电源接入带来的问题：故障隔离的可靠性、选择性、速动性面临考验，反向故障电流、外汲或助增电流可能导致保护误动或拒动。
• 过流保护问题：过流保护动作时间过长，超过分布式电源低穿能力，导致大规模脱网。
• 小电流接地故障识别：潮流方向不确定性影响小电流接地故障的判别与区段定位。
• 新型电力系统要求：需要实现故障隔离快速、精准，提升配电网的智能化水平。

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。
• 优化方向：需研究适用于分布式光伏短路电流的方向元件，提升保护灵敏度和避免误动。
• 主动探测式保护：
  • 智能重合闸：利用变流器注入特征信号，提升电缆线路重合闸成功率。
  • 故障隔离与自愈：通过注入信号实现精准隔离与快速恢复供电。
  • 小电流接地选线选段：通过谐波信号注入，提升选线与选段的可靠性。
• 工程示范：浙江平阳交直流混合配电网示范工程，2023年8月投运，采用信号注入控制器，简化控制策略。

3. 基于对等通信的快速保护

• 通信技术选择：
  • 5G通信：延时较小，支持网络切片，但需基站支持。
  • 自组网通信：延时可控，无需基站，适用于偏远地区。
• 关键技术：
  • 无线差动保护数据同步技术：包括序号同步和乒乓同步。
  • 数据变频发送技术：减少通信流量，提升效率。
  • 弱馈侧快速启动发信技术：通过电压突变快速唤醒，提升差动保护动作速度。
• 标准化数据交互：仅需设置IP地址和识别码，实现装置间通信。
• 工程应用：
  • 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，采用闭锁式不完全差动保护。
  • 吉林长春风电场线路：2022年5月投运，采用闭锁式过流保护。

4. 集中型区域保护控制

• 虚拟保护系统：由变电站馈线虚拟保护和DER虚拟保护构成，通过GOOSE协议实现信息交换。
• 广东电网公司系统：采用IEC 61850标准，分层分布式结构，实现集中控制和快速故障隔离。
• 江苏科技项目：构建平衡区协同自治控制系统，实现电量平衡控制、故障自愈及极灾孤岛运行控制。
• 集中型区域保护控制架构：在主站+保护终端的基础上，增加边沿计算中间层，解决信息量与数据处理问题。
• 主要功能：
  • 分布式电源快速切除
  • 过负荷精准减载
  • 快速负荷转供
  • 区域防孤岛保护
• 关键技术问题：
  • 网络拓扑自动识别
  • 通信技术选择与优化
  • 运维技术提升
  • 功能APP化与统一数据模型

关键信息

• 分布式电源接入比例要求：

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

• 新技术应用成果：

  • 主动探测式保护：在不同中性点接地方式下，实现小电流接地故障识别与隔离，正确率100%。
  • 无线自组网差动保护：2020年1月在无锡投运，通信延时12ms。
  • 5G差动保护：延时小于20ms，实现毫秒级故障隔离。

• 通信参数管理：采用文件化管理，确保装置间通信参数远方设置的可靠性。

结论

本文系统分析了新型配电网保护控制技术面临的挑战，并提出了单端量保护优化、基于对等通信的快速保护以及集中型区域保护控制等解决方案，旨在提升配电网在高比例分布式电源接入情况下的安全性和可靠性，为新型电力系统建设提供技术支撑。