CN110299709A - 一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法及装置,实现在双电源供电环网分段点无缝切换供电电源,主要适用于交流配电网。本发明的保护控制一体化配置的柔性合环调电方法,其主要包括以下步骤:步骤S1,通过分析配电网络结构,确认配电网络功率截面的截面选择;步骤S2,仿真合环瞬间对供电系统的影响;步骤S3,分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略;步骤S4,为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略;步骤S5,捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种调电方法及装置,更具体地说涉及一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法。
背景技术
配电网规划规程中要求馈线能够满足一定的负荷转供能力,通过“手拉手”方式进行联络,确保馈线发生故障以及检修、施工、倒负荷等情况下,其所带的负荷能够由其他馈线转供。尤其在停电检修时,若采用先停电待转供完成后再送电的方式(简称停电转供,必然会引起负荷短时停电;而在两侧馈线均不停电的情况下先进行转供(简称带电转供),然后再将待检修区段停电的方式,能够消除对负荷的影响,但由于两侧系统内阻抗不同、负荷分布不均、两侧电压差等因素,带电转供合环操作时可能会出现较大冲击电流,甚至引起馈线保护误动;而且在合环运行时可能会出现较大的循环电流,甚至出现逆功率,致使系统无法稳定运行;同时存在事故扩大的可能并增加了人工操作风险。因此需要研制开发一种新型的调电方法及装置以解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题,提供一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法及装置,实现在双电源供电环网分段点无缝切换供电电源,主要适用于交流配电网。
本发明的技术方案如下:
本发明的一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法,其主要包括以下步骤:
步骤S1,通过分析配电网络结构,确认配电网络功率截面的截面选择;
步骤S2,仿真合环瞬间对供电系统的影响;
步骤S3,分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略;
步骤S4,为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略;
步骤S5,捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作。
涉及的设备包括变电站出线断路器、合闸环点分段断路器、UPFC等
本发明上述的方法,其进一步的技术方案是步骤S1中所述的分析配电网络结构主要是结合包括配电网的开关容量、CT规格和线缆线径信息,仿真合环操作后本配电网络中的电流最大点和最小点,选择此处作为柔性合环感控终端的安装点。
本发明上述的方法,其进一步的技术方案还可以是步骤S2中所述的仿真合环瞬间对供电系统的影响,主要包括以下步骤:进行合环仿真计算,按照支路功率为变量,提出基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,计算配电网合环潮流,建立两个网络模型:开环运行的网络模型即纯辖射状网络模型和仅保留环状支路与合环点处电压源的纯环状网络模型;通过两阶段迭代来求解潮流问题,第一阶段迭代计算开环运行的网络潮流,得出合环开关两端电压差,而第二阶段迭代不断修正合环开关两侧负荷功率达到整体收敛,从而得出配电网合环潮流,最终确认合环操作是否会对供电网络造成较大的冲击。
本发明上述的方法,其进一步的技术方案还可以是步骤S3中所述的分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略,主要是配置三段式电流保护:瞬时电流速断保护(即Ⅰ段保护)、限时电流速断保护(即Ⅱ段保护)和过电流保护(即Ⅲ段保护);其中,瞬时电流速断保护按照躲开线路某一点的最大短路电流整定,只要线路上的电流超过整定值保护立即动作,没有延时;限时速断保护作为电流速断保护的后备,延时1个继保配合时差;过电流保护按照躲开最大负荷电流整定,在限时速断保护动作时限的基础上延时1个继保配合时差后动作,以上继保配合时差均可单独设置。
本发明上述的方法,其进一步的技术方案还可以是步骤S4中所述的为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略主要包括调节UPFC的出力,控制串联补偿电压,使得循环电流最小,达到快速平衡功率分布。
本发明上述的方法,其进一步的技术方案还可以是步骤S5中所述的捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作,主要包括以下步骤:保护DSP收到管理CPU的仿真单元仿真通过命令后,开启执行单元,开始做调电工作,同时开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能;当调电工作的需求均满足,保护DSP通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
一种利用上述的保护控制一体化配置的柔性合环调电方法的装置,其包括两个子单元,分别为柔性合环调电终端和柔性合环感控终端,柔性合环调电终端,用于采集配电网潮流功率截面信息实时传送给柔性合环感控终端,配备充电保护,当合环故障电流过大时,跳开分段开关,当确认合环仿真结果可行后捕捉合环操作时刻;柔性合环感控终端,接收配电网潮流功率截面信息并加以分析,仿真合环操作前后的网络潮流,并快速调节UPFC的出力,确保合环冲击最小。
本发明上述的调电装置,其进一步的技术方案是所述的调电装置采用FPGA作为内部总线通讯裁决器,管理CPU+保护DSP+FPGA实现功能,大量计算、核对、仿真工作由管理CPU和FPGA完成,从而减轻了DSP和局部总线的运行载荷,提高了装置的效率和安全性。更进一步的技术方案是所述的FPGA按照支路功率为变量,基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,实时分析计算配电网合环潮流,管理CPU根据实时采集的配电网络功率截面信息,在原有配电网络上进行仿真模拟操作,并按照模拟操作结果,快速调节UPFC的出力;保护DSP除了开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能同时当调电工作的需求均满足,保护DSP还通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
本发明上述的调电装置,其更一步的技术方案还可以是所述的DSP与管理CPU均通过本地总线连接FPGA,FPGA对外提供8个百兆网络接口,每个百兆网络接口连接一个以太网控制器;其中4个以太网控制器各自独立连接到一个光纤收发器,光纤收发器连接到外部的以太网光纤;另外4个以太网控制器均独立连接到各自的RJ45网络连接器,RJ45网络连接器连接到外部以太网。
本发明的装置运行过程如下:FPGA的采集单元接收到配电网络功率截面信息,将相关有效信息发送至RxRAM里。管理CPU从RxRAM里读取相关有效信息进行提取,管理CPU根据实时采集的配电网络功率截面信息,在原有配电网络上进行仿真模拟操作,并按照模拟操作结果进行重新仿真计算,将计算的结果发送至SRAM里,通知管理CPU的仿真单元进行仿真比对验证;如果验证通过则通过保护DSP接口给保护DSP发调电命令,如果验证不通过,通过与FPGA的通讯接口,告诉FPGA验证不通过,由FPGA告警并提醒运维人员。
保护DSP收到管理CPU的仿真单元仿真通过命令后,开启执行单元,开始做调电工作,同时开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能。当调电工作的需求均满足,保护DSP通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
本发明具有以下有益效果:
本发明能在不影响供电可靠性的前提下完成电源切换,从而增加电力公司售电量、减少用户损失、提高客户满意度。
附图说明
图1是本发明的一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法的处理流程示意图;
图2为一种保护控制一体化配置的柔性合环调电装置硬件架构示意图。
图3为一种保护控制一体化配置的柔性合环调电装置软件架构示意图。
图4为一种保护控制一体化配置的柔性合环调电装置流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术内容作说明,如图1所示的一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法,包括以下步骤:
步骤S1,通过分析配电网络结构,确认配电网络功率截面的截面选择;
步骤S2,仿真合环瞬间对供电系统的影响;
步骤S3,分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略;
步骤S4,为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略;
步骤S5,捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作。
涉及的设备包括变电站出线断路器、合闸环点分段断路器、UPFC等
其中步骤S1客户所述的分析配电网络结构主要是结合包括配电网的开关容量、CT规格和线缆线径信息,仿真合环操作后本配电网络中的电流最大点和最小点,选择此处作为柔性合环感控终端的安装点。步骤S2中所述的仿真合环瞬间对供电系统的影响,主要包括以下步骤:进行合环仿真计算,按照支路功率为变量,提出基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,计算配电网合环潮流,建立两个网络模型:开环运行的网络模型即纯辖射状网络模型和仅保留环状支路与合环点处电压源的纯环状网络模型;通过两阶段迭代来求解潮流问题,第一阶段迭代计算开环运行的网络潮流,得出合环开关两端电压差,而第二阶段迭代不断修正合环开关两侧负荷功率达到整体收敛,从而得出配电网合环潮流,最终确认合环操作是否会对供电网络造成较大的冲击。步骤S3中所述的分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略,主要是配置三段式电流保护:瞬时电流速断保护(即Ⅰ段保护)、限时电流速断保护(即Ⅱ段保护)和过电流保护(即Ⅲ段保护);其中,瞬时电流速断保护按照躲开线路某一点的最大短路电流整定,只要线路上的电流超过整定值保护立即动作,没有延时;限时速断保护作为电流速断保护的后备,延时1个继保配合时差;过电流保护按照躲开最大负荷电流整定,在限时速断保护动作时限的基础上再延时1个继保配合时差动作,以上继保配合时差均可以单独设置。步骤S4中所述的为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略主要包括调节UPFC的出力,控制串联补偿电压,使得循环电流最小,达到快速平衡功率分布。步骤S5中所述的捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作,主要包括以下步骤:保护DSP收到管理CPU的仿真单元仿真通过命令后,开启执行单元,开始做调电工作,同时开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能;当调电工作的需求均满足,保护DSP通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
如图2-4所示的一种利用上述的一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法的调电装置,其所述装置包括分为两个子单元,分别为柔性合环调电终端和柔性合环感控终端,柔性合环调电终端,用于采集配电网潮流功率截面信息实时传送给柔性合环感控终端,配备充电保护,当合环故障电流过大时,跳开分段开关,当确认合环仿真结果可行后捕捉合环操作时刻;柔性合环感控终端,接收配电网潮流功率截面信息并加以分析,仿真合环操作前后的网络潮流,并快速调节UPFC的出力,确保合环冲击最小。
其中所述的调电装置采用FPGA作为内部总线通讯裁决器,管理CPU+保护DSP+FPGA实现功能,大量计算、核对、仿真工作由管理CPU和FPGA完成,从而减轻了DSP和局部总线的运行载荷,提高了装置的效率和安全性。更进一步的技术方案是所述的FPGA按照支路功率为变量,基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,实时分析计算配电网合环潮流,管理CPU根据实时采集的配电网络功率截面信息,在原有配电网络上进行仿真模拟操作,并按照模拟操作结果,快速调节UPFC的出力;保护DSP除了开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能同时当调电工作的需求均满足,保护DSP还通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。所述的DSP与管理CPU均通过本地总线连接FPGA,FPGA对外提供8个百兆网络接口,每个百兆网络接口连接一个以太网控制器;其中4个以太网控制器各自独立连接到一个光纤收发器,光纤收发器连接到外部的以太网光纤;另外4个以太网控制器均独立连接到各自的RJ45网络连接器,RJ45网络连接器连接到外部以太网。
DSP芯片采用亚德诺半导体(Analog Devices)公司的专用的DSP处理芯片Blackfin系列的ADSP-BF548,FPGA芯片采用英特尔(Intel)公司的Cyclone 10GX系列FPGA芯片10CX220,管理CPU采用飞思卡尔(freescale)公司PowerPC架构的MPC8313芯片,以太网控制(PHY)芯片采用德州仪器公司(Texas Instruments)的DP83640,光纤收发器采用安华高科技(AVAGO)公司的AFBR-5803,RJ45网络连接器采用泰科电子(TE Connectivity)的TE-8P8C。连接方式是由FPGA(10CX220)构建10个MII接口,其中接口1通过内部总线与管理CPU相连,接口2与保护DSP相连,剩余的8个MII接口为外部通讯接口,每个MII接口连接一个PHY(DP83640),接口3至6的PHY(DP83640)分别连接一个光纤收发器(AFBR-5803),光纤收发器连接至外部以太网光纤。接口7至10的PHY(DP83640)分别连接一个,RJ45网络连接器(TE-8P8C),RJ45网络连接器连接至外部电以太网。
FPGA的采集单元接收到配电网络功率截面信息,将相关有效信息发送至RxRAM里。管理CPU从RxRAM里读取相关有效信息进行提取,管理CPU根据实时采集的配电网络功率截面信息,在原有配电网络上进行仿真模拟操作,并按照模拟操作结果进行重新仿真计算,将计算的结果发送至SRAM里,通知管理CPU的仿真单元进行仿真比对验证;如果验证通过则通过保护DSP接口给保护DSP发调电命令,如果验证不通过,通过与FPGA的通讯接口,告诉FPGA验证不通过,由FPGA告警并提醒运维人员。
保护DSP收到管理CPU的仿真单元仿真通过命令后,开启执行单元,开始做调电工作,同时开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能。当调电工作的需求均满足,保护DSP通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
Claims (10)
1.一种保护控制一体化配置的柔性合环调电方法,其特征在于主要包括以下步骤:
步骤S1,通过分析配电网络结构,确认配电网络功率截面的截面选择;
步骤S2,仿真合环瞬间对供电系统的影响;
步骤S3,分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略;
步骤S4,为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略;
步骤S5,捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S1中所述的分析配电网络结构主要是结合包括配电网的开关容量、CT规格和线缆线径信息,仿真合环操作后本配电网络中的电流最大点和最小点,选择此处作为柔性合环感控终端的安装点。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S2中所述的仿真合环瞬间对供电系统的影响,主要包括以下步骤:进行合环仿真计算,按照支路功率为变量,提出基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,计算配电网合环潮流,建立两个网络模型:开环运行的网络模型即纯辖射状网络模型和仅保留环状支路与合环点处电压源的纯环状网络模型;通过两阶段迭代来求解潮流问题,第一阶段迭代计算开环运行的网络潮流,得出合环开关两端电压差,而第二阶段迭代不断修正合环开关两侧负荷功率达到整体收敛,从而得出配电网合环潮流,最终确认合环操作是否会对供电网络造成较大的冲击。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S3中所述的分析调电过程中各种故障发生的可能并提出应对策略,主要是配置三段式电流保护:瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护;其中,瞬时电流速断保护按照躲开线路某一点的最大短路电流整定,只要线路上的电流超过整定值保护立即动作,没有延时;限时速断保护作为电流速断保护的后备,延时1个继保配合时差;过电流保护按照躲开最大负荷电流整定,在限时速断保护动作时限的基础上再延迟延时1个继保配合时差,继保配合时差可配置。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S4中所述的为保证合环最小冲击,进行UPFC的控制策略主要包括调节UPFC的出力,控制串联补偿电压,使得循环电流最小,达到快速平衡功率分布。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S5中所述的捕捉合环操作时刻,并在系统合闸最优时刻完成合环操作,主要包括以下步骤:保护DSP收到管理CPU的仿真单元仿真通过命令后,开启执行单元,开始做调电工作,同时开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能;当调电工作的需求均满足,保护DSP通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
7.一种如权利要求1-6任一所述保护控制一体化配置的柔性合环调电方法的装置,其特征在于所述装置包括两个子单元,分别为柔性合环调电终端和柔性合环感控终端,柔性合环调电终端,用于采集配电网潮流功率截面信息实时传送给柔性合环感控终端,配备充电保护,当合环故障电流过大时,跳开分段开关,当确认合环仿真结果可行后捕捉合环操作时刻;柔性合环感控终端,接收配电网潮流功率截面信息并加以分析,仿真合环操作前后的网络潮流,并快速调节UPFC的出力,确保合环冲击最小。
8.根据权利要求7所述的调电装置,其特征在于所述的调电装置采用FPGA作为内部总线通讯裁决器,管理CPU+保护DSP+FPGA实现功能,大量计算、核对、仿真工作由管理CPU和FPGA完成,从而减轻了DSP和局部总线的运行载荷,提高了装置的效率和安全性。
9.根据权利要求8所述的调电装置,其特征在于所述的FPGA按照支路功率为变量,基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法,实时分析计算配电网合环潮流,管理CPU根据实时采集的配电网络功率截面信息,在原有配电网络上进行仿真模拟操作,并按照模拟操作结果,快速调节UPFC的出力;保护DSP除了开启保护计算程序,对电网安全提供保护功能同时当调电工作的需求均满足,保护DSP还通过CPLD操作相应的出口继电器,完成调电工作。
10.根据权利要求8所述的调电装置,其特征在于所述的DSP与管理CPU均通过本地总线连接FPGA,FPGA对外提供8个百兆网络接口,每个百兆网络接口连接一个以太网控制器;其中4个以太网控制器各自独立连接到一个光纤收发器,光纤收发器连接到外部的以太网光纤;另外4个以太网控制器均独立连接到各自的RJ45网络连接器,RJ45网络连接器连接到外部以太网。
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