随着社会的发展和人民生活水平的提高,用户对供电可靠性和电能质量的要求越来越高,作为电力系统中面向终端用户的最终环节,配电网对供电质量有直接的影响。另一方面,分布式能源(DER)大量接入配电网,使配电网成为能量双向流动的有源网络,且DER出力的分散性、间歇性使配电网潮流与电压的波动性增加,给配电网的保护控制和运行管理带来了新的挑战,迫切需要新的控制手段。传统的控制方式包括就地控制和集中控制,就地控制方式只利用装置安装处的信息,易于实现,动作速度快,但是由于其利用的信息有限,控制性能不完善。基于主站的集中控制方式可以利用全局信息,能够获得优化的控制性能,但其涉及环节多,使得响应的速度较慢。解决问题的途径是基于终端之间对等通信的分布式控制方式,这种方式既可以利用多个站点的测控信息来提高保护控制的性能,又可以避免主站集中控制方式带来的通信和数据处理延时长的问题。目前,已有一些智能配电网分布式控制应用方面的研究,但尚未形成系统的分布式控制技术体系,缺少适合的控制策略,一些关键技术问题仍待解决。本文研究智能配电网分布式控制基础理论及其关键支撑技术,总结提出了智能配电网分布式控制应用的基本概念。提出了智能配电终端(STU,Smart Terminal Unit.指能够支持分布式控制应用的配电终端)自动识别配电网络实时拓扑的方法和采用UDP协议传输GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event,面向通用对象变电站事件)报文的实时数据传输方式(称为GOOSE over UDP传输方式),解决了分布式控制实现的2个关键技术问题。作为分布式控制在配电网保护中应用的一个例子,提出了广域闭锁分布式电流保护算法,解决了传统配电网电流保护快速性和选择性难以兼顾的问题。主要研究工作和创新成果如下:(1)总结提出了智能配电网分布式控制应用的基本概念及控制方法。定义了控制任务、控制作用域,将控制任务的启动方式分为周期性调用、事件触发与远方命令3种。控制工作方式分为协同控制、代理控制2种,分析了不同控制任务启动方式与控制工作方式的特点及其适用场合,为分布式控制的研究打下了理论基础。(2)提出了STU通过逐级查询自主识别智能配电网分布式控制应用拓扑的方法。配电网分布式控制应用的实现要求STU存有馈线实时拓扑,但一个具体的分布式控制应用涉及站点少,功能的实现不需要掌握全站的拓扑信息。由主站集中获取拓扑信息再将相关拓扑信息下发给STU的方式,对主站依赖度高,存在安全性和可靠性风险,且拓扑识别和更新的速度慢。为此,分析了智能终端获取拓扑的方法和自主查询拓扑的实现机制,提出了STU自主识别并保存拓扑的逐级查询方法。为STU配置局部拓扑信息和相邻STU的通信地址,通过查询其它STU存储的局部拓扑信息,获取其控制应用所需的静态馈线拓扑信息,并根据控制域内开关的实时状态信息建立应用拓扑,在馈线拓扑发生变化时可自动更新STU存储的拓扑。这种方式配置工作量小、灵活性好,便于分布式控制应用软件的设计,解决了分布式控制实用化的一个关键技术问题。定义了智能终端局部网络,采用通用信息模型(CIM,Common Information Model)对馈线拓扑进行建模,有利于实现终端设备之间以及终端与主站之间的互操作性。(3)提出了采用UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议),用GOOSE通信机制传输实时性报文(GOOSE over UDP)的传输方式。将实时性报文映射到传输层的UDP协议,基于IP对等通信网络实现快速报文在广域网内传输,可满足报文传输实时性的要求。分析了影响端到端应用通信实时性的主要因素,给出了配电网分布式控制应用对通信实时性的要求。对现有的快速报文传输方式进行了比较,提出采用GOOSE over UDP传输方式来实现配电网分布式控制应用实时数据的传输,通过GOOSE重传机制、设置进程优先级和IP层优先级等措施来保证报文的可靠、实时传输。分析了传输时延的构成,提出了将报文传输时延的STU内部处理时延和链路传输时延分离的原理及测试实现方法,设计应用层报文并修改STU操作系统底层程序完成了传输方式实时性的测试,该方法可通过编程来实现,不需要终端装置的精确对时,经济性好。搭建了可以跨局域网传输快速报文的GOOSE over UDP传输方式的实时性测试系统,对影响报文传输实时性的各种因素进行了测试,测得STU之间传输时延最大不超过10ms,满足分布式控制在配电网中应用的要求。(4)提出了广域闭锁分布式电流保护算法。由检测到故障电流的STU启动广域闭锁分布式电流保护算法,如果所监控的开关工作状态正常,则向该开关流过故障电流的反方向发出保护闭锁信号(若所监控的开关失灵,则停止发送保护闭锁信号)。若该开关不是终端开
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