基于5G通信技术的配电网线路纵差保护研究及应用

随着5G技术的兴起及组网共建共享的深入,电力业务应用对网络延时、带宽、可靠性等指标提出更高需求,5G+业务建设步入快车道。分析了5G配电网线路纵差原理,提出了系统架构、通信组网及调试方案。在试验室环境下,对双套纵差保护装置进行通信系统搭建、参数配置、联机调试,并以10 k V配电网线路为应用实例,新建室内分布式系统以满足5G网络通信要求,横向对比两种不同的5G组网方式。测试结果表明,独立组网方式要优于非独立组网网络,超低网络通道延时,超高网络带宽,可满足5G纵差通道应用条件,整体方案的实施及应用对今后智能分布式配电保护、自愈控制系统的建设有着借鉴作用。     

5G用作配电网差动保护通道的可行性分析

光纤铺设费用高且普及率较低,不利于配网差动保护的大面积推广。5G的高性能和商用化为解决配网差动保护通道问题提供了理想机遇。通过理论分析和计算,提出差动保护对于通信通道的要求,包括通道速率、时延、可靠性以及安全性等方面。介绍并分析了5G差动保护实现的技术基础——网络切片、切片架构以及基于网络切片的电网安全体系。最后,通过分析5G的主要性能指标,得出5G对于配电网差动保护具有良好的适配性,可以取代光纤成为配网差动保护新的数据通道。     

5G环境下差动保护在电力系统中的应用

由于面临业务需求差异化,应用场景多样化,以及网络设备异构化的挑战,电力物联网的构建需要引入网络切片、边缘计算、灵活回传以及低时延技术等5G关键技术来实现灵活、差异化的通信能力。针对这些问题,本文研究了5G网络的关键技术,研究了差动保护业务在5G环境中的应用,并设计了移动边缘计算平台,使信息流无须回传至5G核心网、在网络的边缘就能完成信息的交互与传输,满足配网差动保护对端到端通信通道10～12 ms的时延要求。该方案能够取代光纤通信进行配网差动保护装置之间实时通信,为泛在电力物联网接入网低时延、高可靠应用场景提供解决方案。     

5G独立组网模式下的配网保护配置策略及应用

广覆盖高可靠低延时通信的5G网络,对打通配网终端设备之间的互联互通“最后一公里”问题有着极高的应用价值。为提升5G独立组网模式下配网保护的实用化水平,首先分析了配网保护的通信资源需求,并根据5G配网保护的总体架构,通过时钟信号和数据信号同源传输的方式提出了可靠性更高的对时方案。同时,在城区配网开展了差动保护和区域保护的应用,对比了两种保护方法在架空和电缆线路应用时的差异,结果表明架空线路宜采用区域保护,电缆线路可兼容差动保护和区域保护。     

基于5G技术的配网差动保护应用

差动保护具有良好的可靠性、选择性和速动性,但受制于保护通道的建设,差动保护在配电网中仍未被广泛使用。本文介绍了1种基于5G技术的配网差动保护,利用5G技术实现差动保护数据交互,有效解决了配网差动保护通道建设难题。现场测试表明,差动保护可依托5G网络实现信息交互,但交互时延不稳定是制约实际应用的关键问题。     

基于5G的电力通信终端研制及应用研究

基于通用5G网络解决方案不能很好的支持电力行业应用,存在通信链路不确定、抖动较大等问题,从电力应用需求入手,介绍了一种具备5G网络授时、支持端到端组网应用的电力5G通信终端的实现方案.该方案结合5G配网差动和精准负荷控制两种电力典型应用场景进行组网应用,进而测试IRIG-B码授时精度、链路延时及配网差动和精准负控业务整组延时,指出后续应在安全应用、终端认证等电力通信终端相关方向进一步展开研究.     

5G无线通信承载差动保护业务的应用探讨

5G承载差动保护业务是通信与控制保护技术融合发展的需求。通过对比分析不同对时原理差动保护的通道需求,比较高低压网络差动保护通道延时的需求差异,分析了5G无线通信中确定性传输时延技术和精准授时技术的可行性,提出了基于5G精准时标的配网差动技术。外场5G基站实测验证了授时精度及传输延时均能满足差动保护业务需求。     

基于EPON的配网自动化通信技术研究

文章基于EPON网络的结构特点,提出了EPON与电力线载波通信结合以及EPON与无线通信结合的配网自动化通信技术方案。通过采用多种通信手段组网,在光纤无法铺设到的区域内实现了配网通信全覆盖,提高了配网通信的实时性和可靠性。     

混合组网通信在配电网故障自愈中的应用

提出一种混合组网通信在配电网故障自愈中的应用方法。首先分析了当前智能配电网中的通讯技术及通讯技术组网方案。然后对现阶段配网自动化采用的有线和无线通讯方式进行了探讨和总结,分析出混合组网通信方式在智能配电网中应用的优势,并结合混合组网通信方式对智能配电网的通信组网方案进行适应性研究,通过通信方式的多样化特点,构建出智能配电网多通信方式的自组网方案。最后,提出一种基于EPON和GPRS无线通信的智能配电网故障自愈系统并进行了总结。     

基于5G通信的有源配电网多点同步保护方案

基于遥信数据的线性区段定位方法没有考虑通信时延和可靠性的影响，且仅适用于大电流故障和单重故障，对此，提出一种基于5G通信的有源配电网多点同步保护方案。首先，建立基于5G通信的区段定位通信架构，并分析其通信时延和可靠性；其次，在分析暂态零序电流方向分布特点的基础上，对开关函数重新进行定义，提出一种适用于小电流故障的逻辑关系定位模型；然后，采用左右逼近方法，将根据逻辑关系建立的开关函数线性化，最终使得线性化后的逻辑关系定位模型不仅适用于单重故障，而且适用于多重故障；最后，基于不同拓扑结构和5G通信的有源配电网算例对所提保护方案进行了验证，结果表明所提方案不仅能够实现多点同步保护，而且适用于小电流故障和多重故障。     

基于5G通信的继电保护技术研究

为应对电力系统现有通信信道故障定位困难和长距离通信可靠性不足等难题,基于继电保护通信性能要求,从报文格式、带宽需求、传输延时、通信架构、安全性和数据同步技术等方面探讨了5G通信在继电保护中应用的可行性。进一步地,明确基于5G通信的纵联保护在配电系统中应用的优越性和在中高压电力系统中应用时基于网络结构和转发协议的优化方向。最后,针对误码、丢帧、通信中断、延时异常、授时异常等异常情况,提出了基于5G通信的纵联保护的保护策略,为5G通信技术在电力系统继电保护领域的工程应用提供参考。     

基于RTDS的光伏接入配电网故障特征研究

随着光伏在配电网渗透率的不断提高,光伏电源故障特征的研究对于配电网的保护控制尤为重要。通过建立光伏并网系统的暂态模型,研究了分布式光伏电源的暂态特性并给出了其电磁暂态全电流方程。利用实际光伏并网控制器,搭建了基于RTDS仿真平台的实时混合仿真系统,通过该系统验证了具有低电压穿越能力的单极式光伏在不同故障情况下的暂态全过程,分析了不对称故障下分布式光伏电源低电压穿越期间的谐波特性。通过理论分析和实验验证全面阐述了光伏电源的故障特征,为光伏接入配电网的故障电流计算及保护整定提供了参考依据。     

计及5G通信异常工况的有源配电网快速综合保护方案

随着分布式电源的高比例接入,传统三段式电流保护已难以适应日益复杂的配电网故障形态。在5G通信不断兴起的背景下,性能完备的电流相量差动保护在配电网中应用前景广阔,可不再受制于光纤铺设等附加的高额费用。但是,一旦出现5G通信信号失去同步甚至中断的极端情况,电流相量差动保护将无法正常工作。对此,针对5G通信异常场景,提出一套有源配电网综合快速保护方案,即适应5G通信失去同步但未中断场景的电流幅值差动保护判据、适应5G通信完全中断场景的相继速动保护判据,通过实时监测信道环境实现判据自适应切换。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV有源配电网模型。仿真结果表明,所提保护判据在不同故障场景下均能可靠动作。     

基于结构熵的电力骨干通信网抗毁性研究

电力骨干通信网抗毁性分析对于评价电力通信网络的生存性能,制定网络的保护策略具有重要的意义。结合复杂网络异构性,基于电力骨干通信网拓扑结构,构建了网络节点差异性矩阵。依据电力通信的业务特点,将链路传输流量作为链路的权重,构建了网络链路差异性矩阵。融合节点及链路差异性定义了节点重要度及电力骨干通信网的结构熵。以一个实例网络对网络的节点重要度及蓄意攻击下以结构熵为指标的网络抗毁性进行了仿真分析,结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

基于绿色无线网络覆盖最优的配电通信网规划方法研究

在配电系统中,终端的高覆盖率和网络的低能耗是配电无线通信网的规划中两个互相矛盾的目标。提出一种基于绿色无线网络覆盖最优的配电无线通信网规划方法。将覆盖率和能耗两个规划因素作为规划模型中的正负相关因素目标,建立多目标优化模型,并利用提出的配电异构规划算法得出最优解。仿真结果表明,该方法能够有效地保证终端的高覆盖率,同时保证了所部署的基站规划方案的网络能耗处于较低的水平。     

含能源互联微网的主动配电网分层分布式协调控制

目前,天然气网络、热力网络和电力网络在主动配电网中的耦合联系加深,共同为用户提供冷、热、电、气等多种不同形式的能源,但相关的协调控制技术仍不成熟。以电网为核心,和热网、天然气网进行互动优化,首先提出了含电力网络、天然气网络和热力网络的综合建模方法,对各能源子系统多能流的约束条件及运行目标进行了综合优化,实现了多能源协调互补和深度融合。然后,设计了多微网和主动配网之间在稳定运行时的分层分布式协调控制策略,将系统分为主动配电网层、能源互联微网层和元件层的三级控制结构,在元件层提出采用改进后的二级功率优化控制来进行分布式设备之间的协调控制。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建主动配网的仿真平台,含3个能源互联微电网来证明智能调控方法的合理性。     

基于动态拓扑分析的配电网自适应保护与自愈控制方法

配电网保护控制亟需提高保护的灵活性并缩减恢复供电时间。基于动态拓扑分析建立配电网保护控制系统图形化描述为提高保护控制自适应能力提供了解决方法。首先研究了关联子图的计算方法,将配电网自适应保护控制系统的故障辨识区域、故障动作区域的自适应动态调整转化为不同类型关联子图求取。在此基础上进行不同运行与配置情况下的保护故障辨识、动作逻辑以及自愈判断动态决策。最后通过案例说明了验证关联子图算法以及保护控制决策的正确性,有效满足配电网保护控制系统自适性需求。     

5G通信自同步配网差动保护研究与应用

随着分布式电源的高度渗透和环网结构的逐步增多,配电网迫切需要电流差动保护应对过流保护面临的挑战。基于5G的商用化契机,研究开发一种基于5G通信的配电网分布式差动保护。该保护采用基于移动边缘计算的切片网络作为数据通道,具有超低延时和超高可靠的特点;采用基于故障时刻的自同步方法解决差动保护两端的数据同步问题,无需增加额外对时装置。在5G智能电网应用示范区,对所开发装置进行了单基站和跨基站环境下的综合测试,并投入10 kV线路试点运行。现场测试结果与试运行数据表明,差动保护性能满足配电网工程应用要求。     

光伏发电系统非计划孤岛问题的研究

被动式反孤岛保护在现场应用广泛,但存在较大的动作死区,无法完全区分孤岛效应与暂态电压跌落,因此反孤岛保护无法与光伏的低电压穿越控制形成有效的配合。针对一起配电网孤岛案例,分析了孤岛产生的机理,对基于电压和频率检测的被动式反孤岛保护的适用性进行了评估。通过建立基于PSCAD的光伏孤岛仿真模型,分析了从故障发生到孤岛产生的过程中电压和频率的暂态特性,揭示了现场保护动作特性与孤岛效应的关系,给出了基于传统配电网的保护应对建议。