面向智能配电网的保护与控制方法

田园 于浩然

摘要：智能配电网的出现使配电网的保护和控制技术面临新的机遇和挑战，提出了基于Multi-Agent的面向智能配电网的保护和控制方法。智能配电终端和控制中心分别作为一个Agent，各Agent通过通信网络组成一个Multi-Agent系统。各Agent通过信息交互，实现智能配电网的继电保护、故障定位、故障隔离、网络重构、供电恢复以及故障诊断等功能。详细分析了其中的继电保护和故障定位算法。仿真结果表明，该方法适用于智能配电网，且具有较高的灵敏度和可靠性。

关键词：智能配电网；保护与控制；故障定位；Multi-Agent

1 前言

近年来，世界各国加快了智能电网技术的发展，并有力地促进了电网的智能化。智能电网已成为未来电网发展的新趋势。国家电网公司提出了加快建设以特高压电网为骨干网架，以信息化、自动化、互动化为特征的各级电网协调发展的坚强智能电网。因此，研究适用于智能配电网的智能配电终端（IntelligentDistributionTerminal，IDT）和基于智能配电终端的面向智能配电网的保护和控制技术和具有重要的意义。

2 智能配电网的结构

2.1 面向智能配电网的MAS的结构

将智能配电网的控制中心和每个智能配电终端分别作为一个Agent，通过光纤以太网构成一个MAS。每个Agent的结构如图1所示。整个Agent的结构分为四层：I/O层、计算层、决策层和通讯层，I/O层实现电压、电流和电气设备状态等数据的采集和开关动作、报警的控制；计算层实现电压电流有效值、有功、无功、谐波含量和零序电压电流等值的计算，各种故障特征的提取，进行保护计算以实现速断保护；决策层主要实现原始数据、中间数据和公共信息的存储，实现监控报警、后备保护、故障定位、供电恢复和故障诊断等决策，并协调Agent内各模块的工作；通信模块主要实现与其他Agent的通信和与用户交互。

图2.1Agent结构

2.2 智能配电终端的结构

智能配电终端IDT具有状态监测、故障检测、故障定位、故障诊断、交互信息、控制开关动作的作用，它通过检测线路是否失压、过流，以及暂稳态电流和暂稳态电压来判断故障所在，继而操作开关，隔离故障，恢复供电。IDT模型如图2所示。

图2.2智能配电终端模型

3 保护和控制方法

电流差动保护因为其具有简单可靠和动作速度快且不受电力系统振荡影响等优点，而被广泛应用于输电网。随着光纤以太网和智能配电终端在智能配电网中的成功应用，电流差动保护必将成为智能配电网的最理想保护方法。但是，传统的电流差动保护要求每段线路两侧均安装断路器和电流互感器，使配电网的成本增加。差动保护方法在高阻接地故障时有可能拒动，同时，由于该方法需要传输的信息量较大，当网络出现阻塞时，导致保护时间延长。传统的电流速断保护虽然具有动作速度快的优点，但是具有不能保护线路全长的缺点。为了提高保护的可靠性，主保护采用电流差动保护和电流速断保护，将两个保护输出进行“或”运算，得到最终的保护输出。传统的过电流保护作为后备保护。

传统的电流差动保护规定电流的正方向为母线指向线路的方向，其判据如式（1）：

其中： 、 分别为节点M和N的电流相量；KZ为制动系数；I0为差动门槛定值，其整定原则是躲过节点M和N之间线路的电容电流和不平衡电流。

改进的电流差动保护规定电流的正方向为系统电源指向线路末端的方向，其中的分布式电源也看作线路末端。沿着电流的方向，距离系统电源较远的开关为下游开关，距离系统电源较近的为上游开关，不存在下游开关的开关定义为边界开关。边界开关处的保护采用电流速断保护，保护判据如式（2）：

其他开关处的主保护采用电流速断保护和电流差动保护，电流速断保护判据如式（3）：

电流差动保护判据如式（4）：

图4所示为一含有分布式电源的双电源环形接线的10kV智能配电网，开环点为断路器10，每个断路器或分段开关处均配备一个IDT，并作为一个Agent。电流差动保护的工作过程如下：当线路BC段的k1点发生故障时，Agent1将检测到的流过开关1的电流与通过通信网络由Agent2传输过来的流过开关2的电流进行比较，不满足公式（3）和公式（4）的保护动作判据，因而Agent1的保护不动作；Agent2将流过开关2的电流与Agent3传输过来的流过开关3的电流进行比较，满足保护动作判据，故障位于BC段，Agent2的保護动作。当线路CD段的k2点发生故障时，Agent1～5的保护均不动作，Agent6将流过开关6的电流与流过开关7的电流进行比较，满足保护动作判据，故障位于CD段，但是开关6和7处为分段开关，不能分断故障电流，因而Agent6向Agent4发送直跳命令，断开断路器4，其他保护均不满足保护动作判据，保护均不动作。当线路AH的k3点发生故障时，Agent1～9均不满足保护动作判据，保护均不动作。Agent13的保护满足保护动作判据，保护动作，其下游的Agent14不满足保护动作判据，保护不动作。因此，在含有分布式电源的配电网中，无论是本线路故障还是相邻线路故障，电流差动保护均能正确动作。

保护动作后，经过一段延时，相应的保护启动自动重合闸，使相应的开关闭合。若保护装置没有检测到故障，则为瞬时性故障，配电网恢复正常工作；若仍然检测到故障，则为永久性故障，相应的保护重新动作，跳开相应的断路器，不再执行重合闸。

4 结束语

智能电网的研究方兴未艾，其涉及广度包含了电力系统的各个领域，被认为是未来电力系统发展的最新动向。其中，研究突出自愈功能的自适应保护与控制技术则是实现智能电网的基础性技术支撑。本文在对智能电网介绍的基础上，提出了含微电网的智能配电网保护控制系统设计方案，并对相关保护控制原理与技术的研究进行了原理性阐述与介绍，相关研究成果将对未来智能配电网的安全可靠运行提供更加灵活与可靠的保障能力。

参考文献：

[1]艾芊.智能电网实现的关键技术问题研究[J].电力系统保护与控制，2009（19）：55.

[2]肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2009，33（9）：1-4.