基于IEC61850的主动配电网拓扑识别和动态分区技术研究

作     者：张怡静 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘东

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：主动配电网 IEC61850 模型转换 拓扑识别 动态分区 

摘      要：近年来,随着大量分布式能源的接入,主动配电网中无功控制变量数量大大增加,沿用传统的支路自然分区法对配网进行区域划分将导致诸如无功协调控制上的困难,而系统负荷数据、网络拓扑图和DG出力的频繁变动,也都将导致分区结果的改变和分区算法的复杂化。采用分层分布控制模式可以较好的规避上述问题,在合理简化含分布式能源配网分区规则的同时,减轻主站的数据处理负担。然而,目前大部分主动配电网分层分布管理系统,在面临拓扑更新和分区变化时,仍然需要人工配置存储于主站的配网全局拓扑和区域划分信息,大大降低了主站的运行效率,也越来越难以满足网架结构频繁变动的智能电网的要求。实现主动配电网分区自动化已成为主站管理系统迫切希望解决的关键问题。实现这一目标的主要困难在于大多数基于CIM公共信息模型的主站控制管理系统缺乏识别局部拓扑信息变更的能力。IEC61850标准是未来配电网信息集成的核心标准,具备完备的设备自描述规则。按照IEC61850标准的建模规则构建区域协调控制器的拓扑自描述模型,主站就能够从中获取新增区域的拓扑信息,从而自动更新局部拓扑连接和分区状态。本文基于IEC61850标准,分析了主动配电网的信息集成流程,设计了主动配电网的动态分区机制的总体架构,并对几个关键问题进行了探讨。首先是主动配电网的IEC61850信息建模问题。本文分析了IEC61850的建模规则,结合主动配电网分层分布特性,抽象出包含自治控制区域拓扑信息的逻辑节点,构建区域协调控制器的IEC61850设备自描述模型,并以包含可控光伏、储能电站的自治控制区域为例,分析了其功能需求,并加以扩展。其次是配网拓扑模型转换平台的构建。本文在上述IEC61850模型的基础上,分析了其与已有的CIM全网拓扑静态模型间的差异,构建了一套IEC61850/IEC61968元模型映射规则,并以此为基础开发了基于XSLT的拓扑模型转换软件,可在线将基于IEC61850的SCD配置文件中有关配网拓扑的信息自动提取并转化为主站可识别的IEC61968静态拓扑消息。引入该平台的目的是为了保证基于IEC61850的动态分区机制输出结果可以与某些配电网主站的CIM公共信息模型相兼容。本文同样以包含上述自治控制区域的馈线段为例,来验证所构建的模型转换软件的效果。最终是主动配电网拓扑识别和动态分区过程的具体实现,也是本文的研究重点。在上述IEC61850模型的基础之上,还需要实现主站对该类对象配置文件的处理和识别,并将从模型配置文件中提取的信息用于主站局部拓扑的更新和区域的重新划分。本文引入区域拓扑的DFS算法遍历主站全局拓扑的子节点,并对原有算法进行改进,使其能在不同的场景下确认拓扑变更方式,识别待更新的局部拓扑范围。提出基于IEC61850-80-1的主动配电网“发现/注册通信机制,支撑IEC61850动态分区机制在主动配电网中的信息集成过程,并以实例验证结果的有效性。