智能配電室系統(tǒng)應(yīng)用
當(dāng)前,單一的配電室供電逐漸被配電室集群供電所取代,城市綜合體的供電系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)出由一個或多個10kV 開閉所帶幾個甚至幾十個配電室的方式,形成了區(qū)域性的用戶配電網(wǎng)絡(luò),單純的微機(jī)綜自系統(tǒng)和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)難以保障配電室集群的安全、 可靠、高效運(yùn)行。
由于用戶配電室集群的運(yùn)行控制具有統(tǒng)一的電源、統(tǒng)一的運(yùn)行方式和控制策略、統(tǒng)一的保護(hù)體系的特征,從而需要基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)體系的新型智能電網(wǎng)技 術(shù),將智能變電站技術(shù)和智能配網(wǎng)技術(shù)有機(jī)整合,構(gòu)成智能配電室的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備,實(shí)現(xiàn)配電室的智能化,才能滿足不斷提高的供電可靠性和供電效率的要求。未 來各類新能源的應(yīng)用,如分布于社區(qū)的微型太陽能發(fā)電、微型風(fēng)力發(fā)電、以及電動汽車充電等等,都對配電室智能化提出了更高的要求,配電室的智能化不僅是現(xiàn)實(shí) 的需要,也將成為未來發(fā)展的方向。
智能配電室定義為: 建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備,以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求, 自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能,并可通過先進(jìn)的控制方法和決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,根據(jù)需要支持配電室集群實(shí)時自動控制、智 能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的配電室。以實(shí)現(xiàn)配電室集群的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好的目標(biāo),其主要特征包括自愈、兼容、集成、優(yōu) 化,提供滿足未來用戶需求的電能質(zhì)量、支持各種新能源的接入和應(yīng)用。
2 配電室集群的功能要求
配電室集群對智能化功能的要求主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)備自投、故障定位及分析三個方面。
2. 1 智能化的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)
配電室是電網(wǎng)的末端,基本沒有用于實(shí)現(xiàn)多級串聯(lián)保護(hù)選擇性的延時,開閉所進(jìn)線/出線、配電室進(jìn)線/出線4 級串聯(lián)保護(hù)之間沒有延時的區(qū)隔,電流保護(hù)間難以配置和整定,越級跳閘難以從根本上避免,這時配電室集群首先面臨的技術(shù)難題。
2. 2 智能化的網(wǎng)絡(luò)備自投
隨著負(fù)荷容量的不斷增大,單回主供線路已不能滿足用電要求, 多回主供線路已越來越普遍,取消35kV 電壓等級之后,受通道和場地限制,城區(qū)110kV 供電變電站難以密集布設(shè),10kV 出線間隔日趨緊缺,傳統(tǒng)的1: 1 全供全備供電方式已難以為繼,更多的采用1: N 備供方式,甚至沒有備供電源,由主供電源之間互備。即便是1: N 備供方式,如常用的“一備二”方式,兩回主供電源通常源自同一變電站的不同母線,變電站故障時,兩回主供電源盡失,備供電源難以實(shí)現(xiàn)全額備供,智能備自投 聯(lián)切就成為必然。
遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)聯(lián)切: 為保障一、二級負(fù)荷的可靠供電,電源進(jìn)線故障時,對分布于各配電室的相關(guān)三級負(fù)荷出線實(shí)施快速遠(yuǎn)程聯(lián)切,需基于GOOSE 的網(wǎng)絡(luò)通信才能實(shí)現(xiàn)。
按需智能聯(lián)切: 并非每次備自投都要聯(lián)切負(fù)荷,在實(shí)際運(yùn)行中,可實(shí)現(xiàn)備自投時僅切除超過備供容量的三級負(fù)荷。
2. 3 故障定位及分析
得益于IEC 61850-9-2 通信的實(shí)時性和可靠性均較高,數(shù)據(jù)量較大,因而可使得各回路智能裝置的故障錄波數(shù)據(jù)能夠及時傳輸和匯總,快速實(shí)現(xiàn)故障定位。
2. 4 網(wǎng)內(nèi)故障的故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)
供電系統(tǒng)內(nèi)部故障時,如開閉所到配電室的電纜故障,智能系統(tǒng)需自動根據(jù)預(yù)案實(shí)現(xiàn)故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供,快速恢復(fù)供電。高壓熔斷器保護(hù)的配變,引發(fā)進(jìn)線斷路 器越級跳閘時,智能系統(tǒng)自動快速分?jǐn)嘣摶芈返某鼍€開關(guān),隔離故障配變,之后自動合上越級跳閘的進(jìn)線斷路器,快速恢復(fù)該段母線所連接的其它配變供電。
3 智能配電室的架構(gòu)
目前開閉所/配電室普遍采用常規(guī)綜合自動化的方式,各廠商自成體系,給供電設(shè)計、集成、測試、后期維護(hù)、升級帶來了很大的困難。
為了克服現(xiàn)有綜合自動化系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn),滿足不斷提高的技術(shù)要求,智能配電室系統(tǒng)不僅是發(fā)展方向,更是現(xiàn)實(shí)需要。
網(wǎng)絡(luò)保護(hù)基于GOOSE 高速通信,在電路速斷保護(hù)允許的時延內(nèi),先行快速故障定位,閉鎖上游保護(hù),防止越級跳閘,以保障配電室集群中多級串聯(lián)保護(hù)的選擇性。
3. 1 集成保護(hù)
集成保護(hù)就是用一臺計算機(jī)實(shí)現(xiàn)整個變電站的保護(hù),目前國內(nèi)已新建了一 些集成數(shù)字化變電站試點(diǎn)項目,采用集成數(shù)字化變電站的技術(shù),根據(jù)配電室集群的實(shí)際,智能配電室系統(tǒng)完全按照ICE61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)數(shù)字化變電站的要求實(shí) 現(xiàn),達(dá)到了配電室信息在實(shí)時、可靠基礎(chǔ)上信息最大程度共享,過程層、間隔層、站控層均滿足IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)。
3. 2 系統(tǒng)構(gòu)成
智能配電室系統(tǒng)以IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)為核心,采用三層結(jié)構(gòu),根據(jù)計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,針對10kV 電壓等級的開閉所/配電室的實(shí)際,二次系統(tǒng)采用一種全新的一體化、實(shí)用化解決方案,即系統(tǒng)信息及一次設(shè)備( 開關(guān)柜) 信息依IEC 61850 - 9 - 2 和GOOSE 標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)字化、配電室二次功能集成化,構(gòu)建一次監(jiān)測、二次不同專業(yè)要求的信息共享的軟硬件平臺,從而降低二次系統(tǒng)的設(shè)計、施工、使用、維護(hù)、擴(kuò)容整個生 命周期內(nèi)的成本,同時提高系統(tǒng)可靠性和靈活性,為智能配網(wǎng)建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。
集成數(shù)字化的智能配電室系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),分為站控層、間隔層及過程層。各層之間通過光纖以太網(wǎng)交換機(jī)連接構(gòu)成光纖以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)采用就地智能化方案,過程層的10 /0. 4kV 開關(guān)柜均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化,全站光纖通信,全面取消控制電纜。采用IEC61850 - 9 - 2規(guī)約傳輸采樣值,可實(shí)現(xiàn)零丟幀,支持10kV 智能開關(guān)柜的電子式互感器( ECT /EVT) 、小功率互感器的接入,支持0. 4kV 智能開關(guān)柜的常規(guī)互感器接入,具有完備的開關(guān)柜保護(hù)功能、站域保護(hù)功能、跨站群域網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能。一般配電室采用單網(wǎng)通信,重要的開閉所/配電室可選雙網(wǎng)冗 余,可實(shí)現(xiàn)全站“直采直跳”。系統(tǒng)具備SCADA、五防聯(lián)鎖、電量采集、狀態(tài)檢測、電能質(zhì)量監(jiān)測、保護(hù)信息管理等功能,同時和一體化電源、消防系統(tǒng)、安防 系統(tǒng)、視頻設(shè)備等輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同互動。
3. 3 高低壓開關(guān)柜的智能化
為了滿足智能配電室的需要,新型智能化高低壓開關(guān)柜的二次設(shè)備采用電子式互感器和電子式采集設(shè)備,采樣值通過光纖送給測控IED,只需要簡單跳線可以實(shí)現(xiàn)多路信息采集共享一個測控IED。
智能開關(guān)柜包括智能化斷路器、智能化接觸器、智能化熔斷器等開關(guān)設(shè)備,這些智能設(shè)備通過光網(wǎng)與保護(hù)控制主機(jī)進(jìn)行基于IEC61850-9-2、GOOSE 通信的數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)集成保護(hù)和監(jiān)控功能。
3. 4 智能配電室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流
1) 采集數(shù)據(jù): 智能開關(guān)柜經(jīng)IEC61850-9-2 發(fā)送采樣值。
2) 信號和控制: 智能開關(guān)柜的開關(guān)量輸入,經(jīng)GOOSE 傳輸狀態(tài)信號和SOE 報告供保護(hù)、控制邏輯處理。系統(tǒng)主機(jī)的分合控制命令通過GOOSE 發(fā)送到智能開關(guān)柜執(zhí)行。
3) 同步對時: 系統(tǒng)通過GPS 衛(wèi)星鐘實(shí)現(xiàn)同步對時。
4) 與后臺通信: 遠(yuǎn)動服務(wù)器支持主流的針對調(diào)度中心、計量中心的通信規(guī)約。