第23屆國際供電會議(CIRED)于2015年6月15-18日在法國里昂召開。CIRED第三分組S3(運行、控制與保護)交流了141篇論文, 并安排了“低短路容量網(wǎng)絡(luò)保護”和“配電網(wǎng)運營商的系統(tǒng)運行服務(wù)責任”與兩個圓桌討論會。論文涉及的內(nèi)容包括配電設(shè)備狀態(tài)檢修與評估、配電網(wǎng)運行管理、預防大停電與應(yīng)急管理、中低壓配電網(wǎng)自動化、高壓配電網(wǎng)自動化、PMU(同步相量測量單元)、配電網(wǎng)通信、SCADA/DMS(數(shù)據(jù)采集監(jiān)控與配電管理系統(tǒng))、孤島運行、故障定位與接地故障、分布式電源故障穿越等。大家關(guān)注的熱點問題是中低壓配電網(wǎng)自動化、配電網(wǎng)故障定位以及有源配電網(wǎng)的保護控制問題。這里介紹會議論文的交流情況。

1、配電網(wǎng)運行

1.1設(shè)備檢修與狀態(tài)評估

中國廣州供電局提交的論文介紹了10 kV XPLE電纜可靠性與經(jīng)濟性綜合評估方法, 以IEC等有關(guān)國際標準為依據(jù), 通過測量導體問題、運行電流以及分析敷設(shè)環(huán)境, 分析電纜的利用率、運行效率以及安全性。

其他主要內(nèi)容:

1) 一種配電變電站設(shè)備的局放、發(fā)熱、電暈的集成監(jiān)視系統(tǒng), 系統(tǒng)具有設(shè)備故障自動告警與老化趨勢分析功能。

2) 中壓設(shè)備的局放測量技術(shù), 通過建立“典型局放源”數(shù)據(jù)庫, 不斷地改進故障識別與定位算法。

3) 配電變壓器預防性檢修技術(shù), 主要通過紅外測溫與局放測量技術(shù)診斷變壓器狀態(tài)。

4) 通過溫度測量與分析診斷變壓器狀態(tài)的方法, 給出了每天的峰值負荷與變壓器壽命損失之間的關(guān)系。

5) 提出了一個配電系統(tǒng)預防性檢測投資效益分析的模型。

6) 一種決定設(shè)備檢修更換時間的資產(chǎn)管理策略。

7) 一種無人機巡線新方法。

1.2配電管理

英國的論文提出了一種降低變電站變壓器損耗的經(jīng)濟運行方法, 根據(jù)負荷情況采用單臺變壓器或雙臺變壓器的運行方式, 自動投切變壓器。

中國清華大學提交的論文介紹了根據(jù)需求的彈性以及可調(diào)負荷, 實現(xiàn)層次化的需求側(cè)集成(HDSI), 使負荷成為電力系統(tǒng)中一個積極、友好的組成部分。

兩篇論文是歐盟資助的智能電網(wǎng)綜合研究計劃(IRP)ELECTRA的研究成果。論文介紹了2030年歐盟未來電網(wǎng)的電壓與頻率控制功能框架, 論述了分布式電源在提供電網(wǎng)輔助服務(wù)方面發(fā)揮的作用, 提出了協(xié)調(diào)與平衡各方面利益的市場機制。ELECTRA提出將電網(wǎng)看成一個由網(wǎng)元(cell)互聯(lián)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)元包含若干個負荷、分布式發(fā)電與儲能裝置, 它有明確的邊界并且分布在一個地理范圍內(nèi), 互相之間通過聯(lián)絡(luò)線交換功率。網(wǎng)元內(nèi)部有足夠的有功備用容量與無功補償容量進行電壓與功率平衡控制, 但網(wǎng)元并不是一個獨立存在的供電孤島, 它與鄰近的網(wǎng)元之間存在基于平衡功率市場機制的功率交換。

三篇論文討論智能電網(wǎng)問題, 包括電力系統(tǒng)事故防御計劃,面向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變、智能電網(wǎng)試點工程以及智能電網(wǎng)評估數(shù)據(jù)庫技術(shù)。還有4篇論文討論作業(yè)隊伍管理問題。其他論文的內(nèi)容包括: 配電網(wǎng)降壓節(jié)能評估模型, 運行計劃日前優(yōu)化算法等配電自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用功能和信息管理問題。

1.3大停電預防與應(yīng)急管理

主要交流內(nèi)容:

1) 一種基于低頻減載的智能大停電管理系統(tǒng)。

2) 荷蘭最大的配電公司Enexis的停電事故處理培訓項目, 專門開發(fā)了一個硬件仿真系統(tǒng)和一個軟件仿真系統(tǒng)。

3) 在雷電、大風、暴雪以及酷熱天氣等惡劣條件下提高事故處理效率的組織措施。

4) 110 kV電網(wǎng)的行為對于計算輸電網(wǎng)絡(luò)有關(guān)潮流以及無功需求的重要性。

5) 斯洛文尼亞2014年2月大范圍冰災引起大停電的情況。

2、配電網(wǎng)控制

2.1低壓配電網(wǎng)自動化

低壓配電網(wǎng)自動化的討論主要集中在電壓控制, 特別是有載調(diào)壓的應(yīng)用方面。

英國的論文介紹了電容器在低壓配電網(wǎng)無功控制中的應(yīng)用, 這些電容器部署在重載線路中, 根據(jù)當?shù)仉妷旱淖兓M行投切控制。研究結(jié)果表明, 將配電變壓器離線調(diào)壓檔位置于電壓最低的位置, 通過無功補償電容的協(xié)調(diào)控制, 能夠?qū)⒕€路電壓控制在合格的范圍內(nèi)。

法國的論文介紹了GreenLys低壓配電網(wǎng)無功控制示范項目, 項目是在里昂實施的, 其中包括CIRED 2015會議中心。低壓配電網(wǎng)中的電壓測量結(jié)果通過無線通信發(fā)送到電壓調(diào)整器(Regulation Box)中, 由電壓調(diào)整器控制有載調(diào)壓配電變壓器與電子無功補償裝置, 將母線電壓控制在一個適當?shù)乃缴稀?/p>

來自法國的論文也討論調(diào)壓問題, 介紹了法國ERDF智能配電網(wǎng)示范計劃, 具體介紹了VENTEEA示范工程采用的兩種智能調(diào)壓方法。

另外兩篇論文分別介紹了MV/LV有載調(diào)壓變壓器在光伏發(fā)電(PV)高度滲透的低壓配電網(wǎng)應(yīng)用的情況與低壓配電網(wǎng)動態(tài)潮流與電壓控制問題。

中國長沙理工大學提交的論文介紹了FACTS在配電網(wǎng)中的應(yīng)用, 提出利用FACTS設(shè)備在中性點注入電流, 控制三相不平衡電壓。

意大利Enel公司的論文介紹了基于RTU和遙控系統(tǒng)的低壓電網(wǎng)智能設(shè)施的設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用情況。瑞士論文則介紹了一個開放式的測控平臺GridBox及其應(yīng)用情況, 它能夠支持各種智能配電網(wǎng)應(yīng)用, 滿足配電網(wǎng)運行監(jiān)視與主動控制應(yīng)用需求。

英國的論文介紹了分布式智能控制系統(tǒng)在低壓配電網(wǎng)的應(yīng)用情況, 系統(tǒng)已在牛津郡的一個2500人口、800座建筑的社區(qū)投運。

其他論文討論配電網(wǎng)狀態(tài)估計問題, 其中有介紹根據(jù)智能電表、光伏系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進行配電網(wǎng)狀態(tài)估計。還有配電網(wǎng)潮流優(yōu)化問題, 智能配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟評估方法, 智能電網(wǎng)與智能電表體系結(jié)構(gòu), 配電網(wǎng)中多個控制器的同步控制方法等。

2.2中壓配電網(wǎng)自動化

上海交通大學提交的論文討論了分布式電源對配電網(wǎng)電壓分布的影響, 提出了配電網(wǎng)電壓控制策略。

韓國的論文介紹了接有3 MW風力發(fā)電機的配電網(wǎng)的當?shù)仉妷嚎刂品桨浮鹘y(tǒng)的步進電壓控制方案無法保證電壓合格, 因此, 開發(fā)了一種主動步進電壓控制管理裝置, 并在實際系統(tǒng)中投入運行。

德國的論文介紹了由歐盟FP7計劃資助的大型中壓配電網(wǎng)自動化示范項目GRID4U。示范系統(tǒng)包括開關(guān)控制單元與測量單元, 支持基于主站的集中式控制以及基于點對點對等通信的分布式自治控制, 控制目標是支持分布式電源的大量接入, 提高供電可靠性、避免過負荷與電壓越限情況、減少線損、避免擴建配電網(wǎng)的投資。還有論文討論了中壓配電網(wǎng)的分布式自治控制問題, 分析了低壓電網(wǎng)對中壓電網(wǎng)運行狀態(tài)識別的影響, 提出分布式控制系統(tǒng)是解決智能配電網(wǎng)控制問題的重要手段。

意大利Cagliari大學Pilo博士等提交的論文介紹了CIGRE/CIRED “未來電網(wǎng)自動化”聯(lián)合工作組C6.25/B5工作進展情況。該工作組的主要任務(wù)是研究分布式電源高度滲透對配電網(wǎng)以及輸電網(wǎng)運行控制與自動化提出的新要求。我國上海交通大學的劉東教授、山東理工大學的徐丙垠教授參加了該工作組的工作。

還有其他論文討論電壓控制、中壓配電網(wǎng)狀態(tài)估計、配電網(wǎng)自愈方案以及示范項目、配電自動化裝置與分布式控制功能的測試、控制中心培訓仿真器的設(shè)計方法等。

2.3高壓電網(wǎng)自動化和PMU

荷蘭的論文介紹了在50kV重載高壓環(huán)網(wǎng)中應(yīng)用PMU的情況, 主要是監(jiān)視功率振蕩、電壓穩(wěn)定性以及潮流, 預計在2015年底就能獲得第一批測量結(jié)果。其他論文的內(nèi)容:

1) 捷克CEZ配電公司十年來在100kV電網(wǎng)中應(yīng)用電壓無功控制(VVC)的經(jīng)驗。

2) 如何將數(shù)量有限的PMU與狀態(tài)估計相結(jié)合, 提高配電網(wǎng)的可觀性。

3) 一種基于最小二乘法的寬范圍精確頻率計算方法。

4) WAMS在110 kV電網(wǎng)中應(yīng)用的情況。

2.4數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)和配電管理系統(tǒng)(DMS)

德國的論文介紹了E.ON公司智能電網(wǎng)控制中心愿景、實施經(jīng)驗, 討論了針對虛擬發(fā)電廠的應(yīng)用的需求側(cè)響應(yīng)、分布式電源管理以及電壓無功控制集成問題。

奧地利的論文討論應(yīng)用雷電監(jiān)測系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、停電管理系統(tǒng)(OMS)以及DMS的實時數(shù)據(jù), 為配電網(wǎng)運行人員提供決策支持。

其他內(nèi)容:

1) 2D與3D圖形技術(shù)在DMS中的應(yīng)用。

2) 介紹了葡萄牙EDP公司實施OMS的情況。

3) 一種滿足低壓配電網(wǎng)運行需求的SCADA系統(tǒng)。

4) 大數(shù)據(jù)技術(shù)在未來電網(wǎng)運行和控制中的應(yīng)用問題。

5) 配電網(wǎng)技術(shù)線損的準確估算。

6) 利用保護裝置的故障信息進行故障定位。

7) 探討改進配電網(wǎng)運行效率與數(shù)據(jù)管理的技術(shù)措施。

8) 不需要變電站以及配電網(wǎng)接線信息的告警信息處理方法。

2.5配電網(wǎng)通信

葡萄牙的論文討論了基于IEC 61850標準與分布式智能控制的中壓配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng), 指出開放的分布式控制饋線自動化系統(tǒng)將使供電企業(yè)的供電可靠性達到一個很高的水平并且優(yōu)化資源的利用。

其他內(nèi)容:

1) 數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用IEC 61850-8-1的優(yōu)點。

2) 變電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用GOOSE技術(shù)的經(jīng)驗。

3) 基于IEC 61850標準的保護與控制系統(tǒng)及其電子智能裝置(IED)的工程配置方案。

4) 應(yīng)用無損卡爾曼濾波(UKF)解決無線通信系統(tǒng)的同步問題。

5) 一種新穎的關(guān)聯(lián)信息通信系統(tǒng)(ICT)服務(wù)等級協(xié)議(SLA)參數(shù)的方法。

6) 網(wǎng)絡(luò)安全問題。

7) 比利時的一個寬帶載波試驗項目。

8) 一種評估過程總線可靠性的方法。

2.6孤島運行

印度和芬蘭的論文提出了一種改進的矢量偏移孤島檢測算法, 算法測量三相電壓以及正序電壓的矢量偏移量, 能夠避免保護在出現(xiàn)其他系統(tǒng)擾動時誤動。法國的論文指出, 盡管頻率偏移是一種有效的孤島檢測方法, 但其大范圍的應(yīng)用可能導致在系統(tǒng)頻率下降時甩掉更多的DER, 危害系統(tǒng)的穩(wěn)定性。意大利的論文介紹了一種用于低壓配電網(wǎng)反孤島保護裝置SmartID, 它能夠反應(yīng)一個較長的時間段(10 s)內(nèi)的電壓與頻率變化, 可以解決傳統(tǒng)的電壓與頻率反孤島保護存在的靈敏度不高的問題。法國的論文討論新的歐洲電網(wǎng)運行導則對反孤島保護的技術(shù)要求, 重點介紹了如何修正反孤島保護死區(qū)檢測標準電路(RLC并聯(lián)電路)。另外2篇論文分別討論非計劃孤島運行的危害與使用Sandia頻率偏移方法和頻率變化率方法的綜合孤島檢測方法。

日本的論文介紹了一種避免系統(tǒng)大停電影響的智能家居獨立供電系統(tǒng), 其中包括PV、儲能、燃料電池與電動車。

其他內(nèi)容:

1) 研究在不同故障條件下的微網(wǎng)下垂控制性能, 討論了可能導致微網(wǎng)不穩(wěn)定的因素。

2) 介紹了在分布式發(fā)電功率遠大于負荷情況下配電網(wǎng)運行面臨的挑戰(zhàn)。

3) 介紹了解決分布式發(fā)電廠對配電網(wǎng)保護影響問題的經(jīng)驗。

4) 一種插電式電動車的充電控制策略。

3、配電網(wǎng)保護

3.1配電網(wǎng)故障定位與接地故障保護

配電網(wǎng)故障定位以及小電流接地故障的檢測問題仍然是大家關(guān)注的熱點問題。

愛爾蘭的論文評估了10 kV配電網(wǎng)故障相接地控制繼電器的現(xiàn)有檢測邏輯, 指出采用新的檢測邏輯可以提高高阻故障檢測的靈敏度。

奧地利的論文指出, 電纜中的接地電弧重燃現(xiàn)象在中性點絕緣與諧振接地系統(tǒng)中是不一樣的; 采用故障相接地技術(shù), 可以顯著地減少故障點接地電流, 并使得消弧線圈在出現(xiàn)接地故障時準確地調(diào)諧。

德國的論文介紹了一種用于諧振接地配電網(wǎng)的暫態(tài)原理數(shù)字式接地方向繼電器, 它通過檢測能量函數(shù)的極性選線, 能量函數(shù)在本線路(正方向)故障時是負值, 而在其他線路(反方向)故障時是正值, 如圖1所示。

圖1 在正、反向故障時的能量函數(shù)曲線

西班牙的論文提出了一種新的配電網(wǎng)行波測距方法, 在配電網(wǎng)故障時注入行波脈沖, 通過檢測故障點反射脈沖返回的時間測定故障距離。

其他內(nèi)容:

1) 智能二次變電站的設(shè)計, 包括改進的電壓控制、故障檢測與定位方法。

2) 一種采用自適應(yīng)信號濾波技術(shù)的高阻故障檢測方法。

3) 一種分析阻抗測距靈敏度的方法。

3.2保護技術(shù)的應(yīng)用

巴西的論文提出了一種新的保護繼電器設(shè)計方法, 測量數(shù)據(jù)與保護邏輯處理功能都采用一個可以并行處理的FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陣列)芯片完成, 其優(yōu)點是具有確定的動作時間。

葡萄牙的論文介紹了葡萄牙EDP公司采用的評估低頻減載運行效果的方法, 提出了旨在滿足歐洲輸電運營商(ENTSO-E)5號令(Policy 5)以及葡萄牙監(jiān)管機構(gòu)技術(shù)要求的低頻減載改進方案。

其他內(nèi)容:

1) 配電網(wǎng)過電壓保護配合問題。

2) 一種新的在0.2 s內(nèi)將分布式發(fā)電裝置從故障線路切換到非故障線路上的保護方案。

3) 一種新的中壓配電網(wǎng)單相重合器。

4) 選擇合適的熔斷器對防止電弧造成人身傷害的重要性。

5) 一種基于通信網(wǎng)絡(luò)的解決分布式發(fā)電帶來的問題的配電網(wǎng)保護方案。

6) 一種配電網(wǎng)保護性能評估方法。

7) 意大利Enel公司中壓配電網(wǎng)閉環(huán)運行試點項目。

8) 分布式發(fā)電配電網(wǎng)保護的最佳部署方案。

9) 配電網(wǎng)方向電流保護的作用以及替代這種保護的解決方案。

3.3算法與仿真

意大利Enel公司的論文, 介紹了中壓電網(wǎng)閉環(huán)運行智能電網(wǎng)試點項目POI P4的繼電保護解決方案。分段開關(guān)配置電流方向保護, 保護裝置采用IEC 61850標準, 通過光纖通信網(wǎng)與相鄰保護裝置交換故障方向測量信息, 實現(xiàn)選擇性。

捷克的論文提出了一種檢測電壓暫降幅度的接地故障定位方法。在諧振接地配電網(wǎng)中發(fā)生單相永久接地故障時, 在中性點短時投入一個電阻產(chǎn)生較大的接地電流(圖2), 通過比較每個配電變壓器二次側(cè)的單相對地測量電壓來判斷故障點位置。

圖2 中性點短時投入電阻產(chǎn)生較大的接地電流

法國阿爾斯通的論文介紹了一種諧振接地配電網(wǎng)接地故障選線方法, 利用暫態(tài)信號中的220 Hz分量檢測功率方向, 根據(jù)功率方向識別故障線路。

其他論文的內(nèi)容:

1) 電動汽車對配電網(wǎng)故障電流的影響。

2) 應(yīng)用全局靈敏度分析(GSA)方法, 研究輸入?yún)?shù)對多參數(shù)高維電氣模型計算結(jié)果的影響。

3) 利用巴赫悖論現(xiàn)象保證距離保護在特殊情況下正確動作的方法。

4) 繼電器建模方法。

5) 比較電流故障分量的相位角的差動保護方案。

6) 一種不需測量電壓的故障方向檢測方法。

3.4故障穿越

芬蘭的論文介紹了一種滿足低電壓穿越(LVRT)要求的配電網(wǎng)方向保護方案, 根據(jù)測量電壓而不是電流確定保護的動作延時, 從而實現(xiàn)與低電壓穿越曲線的配合。

奧地利的論文分析了不同的LVRT測試設(shè)備本身對分布式發(fā)電機動態(tài)性能的影響?，F(xiàn)場使用的LVRT測試設(shè)備主要有同步發(fā)電機、串聯(lián)阻抗、調(diào)匝變壓器以及逆變器4種, 這些測試設(shè)備本身的內(nèi)阻抗不同, 對發(fā)電機性能測試結(jié)果的影響也不同, 提出可以通過調(diào)整調(diào)壓器的檔位來調(diào)整分布式發(fā)電機的機端電壓, 從而克服測試設(shè)備對發(fā)電機動態(tài)性能的影響。

德國的論文討論分布式發(fā)電的高電壓穿越(HVRT)問題, 指出德國已著手制定分布式發(fā)電HVRT技術(shù)要求。

4、圓桌會議討論情況

4.1低短路容量網(wǎng)絡(luò)的保護

對于逆變器型電源為主的交流配電網(wǎng)來說, 由于逆變器輸出的短路電流是其額定電流的1.2～1.6倍, 在以孤島方式運行時系統(tǒng)短路容量低, 給傳統(tǒng)的反應(yīng)大短路電流的保護可靠動作帶來了困難。本圓桌會議有來自奧地利、瑞士與德國的3位專家做報告, 討論了低短路容量網(wǎng)絡(luò)保護問題, 提出的解決措施主要有: 自適應(yīng)調(diào)整保護定值; 采用新的保護方法; 提高逆變器輸出的最大電流;

安裝能夠提供大短路電流的電源儲能裝置。

4.2配電系統(tǒng)運營商的系統(tǒng)服務(wù)責任

本圓桌會議有來自奧地利、德國與法國的3位專家做了報告, 主要討論分布式電源的接入給配電運行商的系統(tǒng)服務(wù)責任提出的新要求及其解決方案。

在分布式電源大量接入的背景下, 配電網(wǎng)運營商的責任主要有:

1) 頻率穩(wěn)定控制責任, 包括提供備用容量與調(diào)頻容量, 低頻減負荷以及高頻減分布式電源出力等。

2) 電壓無功控制責任, 包括電壓穩(wěn)定控制, 提供無功容量、短路電流支撐(低電壓穿越)容量。

3) 運行管理責任, 包括注入功率、網(wǎng)絡(luò)阻塞管理, 運行計劃以及數(shù)據(jù)交換等。

4) 停電恢復責任, 包括具備黑啟動能力、孤島運行能力、停電恢復協(xié)調(diào)能力, 了解負荷冷起動特性、分布式電源運行特性, 保護整定, 解列與并網(wǎng)控制等。

分布式電源大量接入后, 配電運行商系統(tǒng)服務(wù)的核心責任沒有變, 但需要進一步的升級。配電運行商要采取積極的措施, 應(yīng)對分布式電源大量接入給系統(tǒng)服務(wù)帶來的新挑戰(zhàn)。電力監(jiān)管機構(gòu)應(yīng)制定相應(yīng)的法律法規(guī), 建立完善的面向“分布式主體(參與者)”的系統(tǒng)服務(wù)市場機制。

5、結(jié)語

對供電質(zhì)量要求的提高、分布式電源的接入以及通信與計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展, 推動著配電網(wǎng)運行、控制與保護技術(shù)的不斷發(fā)展, 使第三分組成為CIRED大會最受關(guān)注的一個分組。

從CIRED 2015學術(shù)交流情況來看, 國際上配電網(wǎng)運行、控制與保護技術(shù)的主要研究方向與需要解決的問題:

1) 配電設(shè)備的檢修與更換都依賴與對其狀態(tài)的正確評估, 亟待研究總結(jié)出成熟可靠的設(shè)備狀態(tài)評估方法。

2) 未來電力系統(tǒng)中分布式電源的出力將超過集中式發(fā)電廠, 需要研究與之相適應(yīng)的系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制、電壓無功控制、繼電保護以及運行調(diào)度管理方法。

3) 中低壓配電網(wǎng)自動化的水平將不斷提高, 其中一個主要的內(nèi)容是解決分布式電源接入后引起的電壓控制問題, 特別是如何根據(jù)饋線電壓、負荷以及分布式電源出力的變化進行有載調(diào)壓。

4) 中壓配電網(wǎng)采用合環(huán)運行方式可以提高供電質(zhì)量、減少線路損耗, 意大利、荷蘭、德國等國都在進行合環(huán)運行的試點。

5) 小電流接地故障的檢測與配電網(wǎng)故障定位是CIRED會議持續(xù)關(guān)注的熱點, 仍然有一些技術(shù)難題需要解決。

6) 分布式電源的接入帶來了配電網(wǎng)孤島運行的問題, 現(xiàn)有的基于電壓與頻率測量的孤島檢測方法存在盲區(qū), 亟待開發(fā)更加靈敏、可靠的方法。

原標題:【環(huán)球t望】山東理工大學 徐丙垠: 2015年國際供電會議學術(shù)動態(tài)系列報道―運行控制與保護技術(shù)