黄红远，曹志辉，黄小耘，彭飞进

（广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山　528000）

智能配电网自愈控制功能在线动模测试的方案设计

黄红远，曹志辉，黄小耘，彭飞进

（广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山528000）

配电网自愈控制功能的动作逻辑正确与否是保证配电网快速隔离故障和快速复电的关键，由于配电网现场的复杂环境，目前在现场对其动作逻辑进行测试验证非常困难。该文提出了配电网自愈控制功能的在线动模测试整体方案，分析和阐述了配电网网络式保护功能的现场测试特点，利用自主研制的动模测试装置模拟不同故障情况下整个馈线组的运行过程，实现了配电网自愈控制功能对于故障区域定位、故障隔离、复电过程的分析和测试。现场实际应用证明，该测试方法不会影响正常供电，其安全性高，测试的可信性高，易于推广应用。

智能配电网；自愈控制；网络式保护；在线动模测试

配电网自愈控制功能的动作逻辑正确与否是保证配电网快速隔离故障和快速复电的关键，任何一项新的配电网自愈功能的投入，都需要有严谨和全面有效的测试验证。在现有条件下，对配电网自愈功能的测试仍停留在实验室仿真测试环境下，由于配电网现场的复杂环境，目前在现场对其动作逻辑进行测试验证非常困难。由于实验室测试环境与现场实际环境在配电网运行方式、网络通信、实际接线等方面存在较大区别，若能在现场实际环境下通过模拟发生各种故障前后馈线组的运行状况，对配电网自愈控制功能的动作逻辑进行测试验证，对于提高配电自动化的可靠性和可用性具有重大意义。基于上述方面的考虑，提出了配电网自愈控制功能在线动模测试的方案，文中分析和阐述了配电网网络式保护功能的现场测试的特点，利用动模测试装置模拟不同故障情况下整个馈线组的运行过程，实现了配电网自愈控制功能对于故障区域定位、故障隔离、复电过程的分析和测试。

1　网络式保护的基本原理

智能配电网自愈控制技术已成为目前电力系统领域的研究热点[1-4]，针对传统的配电系统电流保护只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，从而造成相邻保护相互配合困难的问题，文献[5]提出了网络式保护的概念。网络式保护的主要原理是：采用对等式的通信网络，线路上的开关控制器之间互相通信，开关之间可以互相交换信息，从而进行故障定位，并自行判断是否动作，故障清除、故障区段隔离和供电恢复全是由终端自主完成。

若一个开关的某一相流过了超过整定值的故障电流，则向其相邻开关发送流过故障电流的信息，综合共享各开关的信息后进行故障区域定位。例如，对于图1中的开环配电网，若开关A上报流过了故障电流，而开关B和C均未上报流过故障电流，则可断定故障发生在开关A和B之间的区域；若开关A和B均上报流过了故障电流，而开关C未上报流过故障电流，则可断定故障发生在开关B和C之间的区域。

图1　典型的开环配电网网络Fig.1　Typical structure of open-loop distribution network

若故障在开关A和B之间区域时，由于开关之间信息交互后，网络式保护功能判断后，故障定位在开关A和B之间，A开关启动保护跳闸，B开关等待A开关故障跳闸后，进行联锁动作隔离故障，故障隔离后C开关自动合闸恢复供电。

网络式保护的基本要求有两个，一个是选择适当的通信方式，既要满足分布式的特点，又要满足保护的实时性要求；另一个是可靠有效的算法，使每一台开关能够利用相关信息准确地定位故障。该保护有以下几个特征：①适应具有分布式电源、多电源闭环供电的配电网应用，利用局域网络通信信息实现网络式保护功能，一组开关组网运行时，在内部故障情况下保证只有离故障点最近的断路器（开关）跳闸，自动适应网络变化，网络重构后，网络式保护功能不丧失；②在通信通道不正常的情况下，自动转为分布式智能方式，保证故障隔离和转供功能不丧失。总的来说，网络式保护能实现配电网故障的快速隔离及非故障停电区域的快速复电[5-8]。

2　测试方案

现场原有系统中如图2所示，模块有配电网自愈控制系统、配网调度数据网、配电站DTU（distri⁃bution terminal unit）装置、一次开关和刀闸设备，在测试环境下仅通过动模测试装置替代原有的一次开关设备（开关、刀闸），配电网自愈控制系统、配网调度数据网、配电站DTU装置保持不变，另需增加GPS（global positioning system）对时装置和继保测试仪。具体的测试系统总体结构如图3所示。

图2　原有系统总体结构Fig.2　Original overall structure of the testing system

图3　现有测试系统总体结构Fig.3　Present overall structure of the testing system

各模块的功能如下：

（1）动模测试装置用于模拟原有的一次开关设备（开关、刀闸）；

（2）继保测试仪用于模拟DTU测控装置中的电压、电流遥测；

（3）GPS则用于统一各个配电房的初始时间并设定发生故障的具体时刻。

动模测试装置是通过单片机技术，自主研制的动模测试仪装置，装置原理如图4所示。

该动模测试装置包含触发单元、CPU控制单元及遥信遥测遥控单元，同时能接收GPS信号。当触发单元收到某开关的遥控命令时，触发单元将通过触发CPU控制单元进行开关遥信变化并返回对应的遥信信息。

该动模测试装置能模拟一次开关设备的遥信状态，也能模拟各种遥信，并能进行自动化测控装置性能测试及事故情况下发生大量遥信变位等极限功能测试。

继保测试仪由DSP板，模拟量输出通道，开关量输入/输出铜套，模拟断路器，电压、电流放大器及大功率开关电源灯组成。利用专用测试软件包，PC机通过RS-232串行口与测试仪内的DSP板通信，传送控制命令、数据文件，并接受测试仪的反馈信息，以实现测试仪相应的继电保护测试模块功能。

图4　动模测试仪装置原理Fig.4　Schematic of dynamic model

3　测试方法

通过利用继保测试仪中的“状态序列”功能来进行遥测信息的模拟，遥测信息由多个状态组成，一般分为正常状态、故障情况下状态、故障切除隔离后状态、复电后的状态，各种状态下电压电流遥测值均对应不同数值，正常状态到故障状态下的变化通过预先设定的延时ΔT来控制。

对于遥信信息的模拟则是最简单直接的，当网络式保护启动对某个开关进行控制时，动模测试装置上的开关遥信信息相应变化。

在线动模测试具体方法如下：

（1）预先根据故障类型和出现故障时配电网联络线各开关的遥测变化的实际大小和时序设定继保测试仪上的状态序列，由多个状态序列组成一次故障策略；

（2）利用动模测试装置，并通过GPS信号按设定时间触发所述故障策略，其中动模测试装置用于模拟一次开关设备；

（3）根据继保测试仪的状态序列模拟开关的遥测变化，根据遥测大小启动常规式的保护功能，并获取动模测试仪返回的遥信信息；

（4）根据故障配电网联络线中相关的各个开关的遥测、遥信信息启动配电网自愈控制功能，控制配电网相应的开关将故障隔离在最小范围，并恢复其它因故障原因而停电区域的供电；

（5）根据故障区域所有开关的遥信信息和遥测信息确定测试结果。

4　现场应用

在进行故障模拟时，电压电流遥测通过继保测试仪装置的状态序列进行模拟。下面以某地区现场实际的馈线组为例进行说明。该馈线组的运行方式如图5所示。

图5　项目示范区某馈线组运行方式Fig.5　Operation mode of feeder group

该馈线组在#4配电房的出线开关S8处开环运行，#1～#4配电站均由#1变电站的10 kV开关供电。测试利用动模测试装置模拟原有的一次开关设备，遥测值则通过继保测试仪装置模拟，其余部分与现场实际运行情况完全一致。

4.1具体遥测信息准备

对于不同地点不同类型的故障，需提前根据故障情况下馈线组各开关的遥测变化的实际情况设置继保测试仪上的状态序列。

继保测试仪装置的状态序列可由多个状态组成，分别表示正常运行状态、故障状态及故障后状态。例如当模拟图5中L1线路故障时，S2、S3、S8开关的状态序列设置分别如表1、表2和表3所示。状态序列从前一个跳转至后一个通过继保测试仪中状态序列中的延时ΔT来控制。

表1　L1故障时S2开关的状态序列设置Tab.1　Status sequence of Switch S2 when Line L1 has fault

表2　L1故障时S3开关的状态序列设置Tab.2　Status sequence of Switch S3 when Line L1 has fault

目前，示范工程采用基于分布式智能终端与主站协调配合的综合控制方式，通过自愈控制系统，实现示范区配电网用户平均故障停电时间由8.76 h缩短为5.2 min，园区内配电网供电可靠性指标不低于99.999%，达到国际先进水平。

4.2测试结果

通过采用本文提出的测试方法进行模拟不同故障情况下配电网自愈控制功能的测试，表4中为不同故障类型下的测试结果。

表3　L1故障时S8开关的状态序列设置Tab.3　Status sequence of Switch S8 when Line L1 has fault

表4　模拟故障情况下配电网自愈控制功能的测试结果Tab.4　Test results of self-healing control function under different fault conditions

4.3测试结果分析

以F1故障为例，其开关动作情况为：S2分，S3分，S8合。当L1线路故障时，#1配电站S1、S2均有过流信号，#2配电站S3、S4无过流信号。由于终端之间信息交互后进行故障定位判断，故障定位在# 1配电站S2开关右侧，#2配电站S3左侧，S2启动速断保护功能跳闸，切除故障；S3启动“联锁失电延时分闸闭锁”功能分闸，隔离故障；S8启动“检闭锁单侧失压延时合闸”功能合闸，从而恢复#2配电站至#4配电站的供电。

通过上述故障场景测试结果表明，采用本文提出的配网自愈控制功能的在线动模测试方法，不仅仅测试环境与现场实际环境基本一致，仅需通过动模测试装置模拟一次开关设备，而且能观测到各配电站开关间隔的遥信遥测动态变化，同时也能对配电网自愈主站系统中的各项功能进行验证。

5　结语

本文提出了配电网自愈控制功能的在线动模测试整体方案，分析和阐述了配电网网络式保护功能的现场测试原理和特点，仅需利用自主研制的动态模拟装置模拟一次开关，即可模拟不同故障情况下整个馈线组的运行过程，实现了配电网自愈控制功能对于故障区域定位、故障隔离、复电过程的分析和测试。该测试方法不会影响正常的供电，安全性高、测试的可信性高、易于推广应用。

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Scheme Design of Online-dynamic Simulation for Self-healing Control Function in Smart Distribution Grid

HUANG Hongyuan，CAO Zhihui，HUANG Xiaoyun，PENG Feijin
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，Foshan Power Supply Bureau，Foshan 528000，China）

Correct self-healing control action logic of distribution network is the key to guaranteeing-fast fault isolation and power recovery.However，due to the complicated site environment，it is difficult to do field test to verify its action logic.This paper proposes a scheme of online dynamic simulation test，and analyzes the characteristics of distribution network protection function under field testing.The operation states of the whole feeder group in different fault condi⁃tions are able to be simulated by replacing real switch with the developed dynamic simulation unit，which realizes the function of the distribution network self-healing control in analyzing and testing fault area location，fault isolation，and power recovery process.The actual application of the field proves that the test method does not affect the normal power supply，the security is high，the credibility of the test is high，and it is easy to be popularized and applied.

smart distribution grid；self-healing control；network protect；online-dynamic simulation

TM7

A

1003-8930（2016）02-0043-04

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.02.007

黄红远（1963—），男，本科，高工，主要从事电力系统自动化工作。Email：fshhy156@163.com

曹志辉（1983—），男，硕士，工程师，主要从事配电网自动化工作。Email：caozhihui21@163.com

黄小耘（1964—），男，硕士，教授级高工，主要从事电力系统自动化工作。Email：xiaoyunhuang@21cn.com

2015-04-03；

2015-06-05

国家高技术研究发展计划（863计划）（2011AA05A114）