大容量电动机配电研究（精选4篇）
大容量电动机配电研究 篇1
1 大容量变频器对电动机继电保护的影响
目前, 我国的继电保护的方案一般都是围绕着变频器的自带保护和开关柜的综合保护装置这两方面进行设定的。其中, 变频器的自带保护功能一般是使用在需要调频运行的时候, 而开关柜的综合保护装置则一般使用在工频运行工作的时候。当需要采用大容量变频器对电动机继电保护的时候, 由于在经过大容量变频器对电动机继电保护的过程中, 电动机的电源需要经过频率、电力电子的整流逆变、工频等变化。因此, 在大容量变频器对电动机继电保护的过程中就会对电动机传统的接线比率的保护功能, 以及相角和变频器之间电源产生影响。对于这样的一个继电保护方案来说, 他还是存在着一些问题。
1.1 大容量变频器对电动机继电保护的灵敏度不足
大容量变频器对电动机继电保护的系统都只是运行自带的保护系统进行对电动机电流速断的保护, 虽然说大容量变频器所使用的电流速断的方法, 是可以很好的、有效的使变频器和电动机, 以及电动机的电缆的短路灵敏度达到要求。可是, 这些保护都不能够符合现状的要求, 这种方法也不能达到对定子线圈的短路灵敏度的要求, 一般来说, 电动机所需的继电保护是属于差动形式的, 而且, 如果后备的保护出现了问题, 也会因为这种大容量变频器对电动机继电保护的形式, 而无法能够快速的切除这种故障。
1.2 大容量变频器对电动机继电保护中开关柜综合保护装置的问题
由于, 在变频器工作的时候, 差动保护是需要被退出的, 但是, 变频器的控制系统自带了保护的功能, 而这一功能又不包括变频器电缆和开关柜的运行, 如要把差动保护功能退出, 那么, 整个大容量变频器的运行也会同时退出。
1.3 大容量变频器对电动机继电保护中隔离变压器的问题
上面我们已经说了对于现代变频器的控制系统自带的保护功能是不包括变频器电缆和开关柜的, 变频器控制系统自带的保护功能还不包括输入隔离变压器。
2 大容量变频器对电动机继电保护的对策
2.1 对于大容量变频器对电动机继电保护的综合保护装置的对策
学这方面专业的人都应该知道, 在电动机变频工作的时候, 电动机的保护定位和差动的比例是需要根据CT的具体配置情况而定的。因此, 大容量变频器对电动机继电保护的综合保护装置来说, 应该适当的输出接点给变频器的控制系统联动, 使在电动机变频工作的时候, 综合保护装置的自动定位的传统保护功能能够有效的实施, 这样不仅能够将原来比较麻烦的工作换成自动化, 还能提高工作的可靠性。
2.2 对于大容量变频器对电动机继电保护中的电流和差动对策
可以将差动、电流比例、磁平和零序电流这三种主保护功能, 以及现有的后背保护功能组合成一种能够有效的适应大容量变频器工作的电动机继电保护的综合保护装置。从而实现了保护装置的可靠性运作, 以及保证了保护装置在不同的范围内都可以时时达到可靠、有效的精度。这一项电流和差动的对策, 对大容量变频器对电动机继电保护的工作过程起到了有效的作用。
2.3 对于大容量变频器对电动机继电保护中大容量变频器中硬件的对策
应该适时的将对于大容量变频器对电动机继电保护中综合保护装置的硬件进行更新换代, 只有采用最新型、最科学、最有效的技术, 才能使综合保护装置的硬件不断的适应各种工作, 还能使综合保护装置的硬件能够实行多任务的操作。这样就离我们高精度、快速、大容量、实时的信息处理等目标越来越近, 在此同时还可以采用高分辨的A/D转换器技术来实现高速采样、并行计算等要求。
2.4 对于大容量变频器对电动机继电保护中电动机开关柜和两侧电流的对策
要想大容量变频器对电动机继电保护的有效实施, 还要保护这些所需要的重要点, 例如:电动机的两侧电流、开关柜、断路器, 以及旁路的开关辅助接点等所有需要接入综合保护装置的电流。要做到很好的保护这些重要点, 则需要从以下几点做起: (1) 对工频变频的分设差动进行有效的保护。 (2) 具有勇于创新的能力, 根据现有的科技技术不断的研发、更新工频变频运行的保护装置。 (3) 不断的增加电动机的磁平衡保护。只有好好的保护好这些重要点, 才能使变频和工频的模式, 他们之间的切换不再是从保护出口、电流回路等接线的地方实现, 而是可以在综合保护装置的软件部分就可以自动实现自动对位等功能。
2.5 对于大容量变频器对电动机继电保护中电动机接地保护的对策
由于, 在大容量变频器对电动机继电保护的运行中, 变频器的输出并不是接地的, 变频器对于电动机的间电缆也很短, 电容的电流也小, 所以在使用传统的零序CT方法来检测电动机的话, 就会显得非常的困难, 而且, 对于变频器本身带有的保护功能在此时此刻也不能起到任何有效的作用, 因此, 在设计变频器的时候, 要尽量将电动机和变频器设计为接地。
3 结语
随着我国科技技术的不断进步, 大容量变频器也在电厂中得到了广泛的应用不论是技术人员, 还是设计人员, 在使用这一高科技节能的设备的同时, 都要积极的从中探索、研究此变频器的缺陷, 然后从现有的科学技术中, 发现、创新更有效的大容量变频器。唯有如此, 才能使大容量变频器在电动机继电保护的运行中能够达到可靠、有效等目的, 从而发挥了大容量变频器在电动机继电保护的运行中节能性和调节性的作用。
摘要：继电保护就是指对电力系统中发生的故障或者是异常的情况下进行检测, 从而发出报警的信号, 或者直接将故障部分隔离、切除的一种重要的措施。本文旨是从大容量变频器对电动机继电保护的影响, 以及大容量变频器对电动机继电保护的对策进行探讨。
关键词：大容量变压器,影响,电动机,继电保护,对策
参考文献
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大容量电动机配电研究 篇2
关键词：配电网,剩余容量,分析算法,N-1校验
0 引言
配电网的建设过程大部分不是全新建设,基本上是在现有电网的基础上进行逐渐扩大和改造。在配电网接入新的负荷前,需要知道目前配电网各个环节还有多少剩余容量可以利用,才能为下一步安排用户负荷接入提供科学的方案。
配电网剩余容量分析对于下一步制定电网规划、电网改造计划都将是第一手的宝贵资料,对于充分利用现有配电网容量有很大的指导意义。配电网馈线一般分成若干段,在馈线末端与其他馈线实现手拉手联络。
配电网剩余容量的分析就是分析配电网从变电站主变压器、间隔、馈线到馈线分段各个环节的剩余容量。剩余容量是在考虑设备额定容量的情况下,满足馈线及馈线分段N-1校验前提下还可以利用的容量[1]。
1 剩余供电容量分析思路
本文描述的配电网剩余容量是指一定供电区域的供电设备满足N-[2,3]原则下的供电设备的剩余容量。由于配电网是辐射状供电的,在某个时刻下级电网的剩余容量是受到上级电网制约的。在满足上级电网制约的前提下,剩余容量的利用不能影响配电网运行方式调度的灵活性,即还需要保证各个环节满足N-1校验的要求[4]。
剩余容量研究的步骤从上级电网开始,逐级进行分析,上级电网的分析结果作为下级电网的输入条件,当下级电网在不考虑制约时的容量大于上级剩余容量时,下级电网的剩余容量就取上级剩余容量。如果下级剩余容量小于上级剩余容量,则本级剩余容量就取自己的剩余容量。
剩余容量分析的首要工作是建立配电网模型,模型需要满足配电网设备属性、拓扑、量测及图形描述的要求。在建立模型的基础上分析各个环节,包括变电站主变压器、变电站间隔、馈线和馈线分段。
在分析过程中首先计算不考虑N-1及上下级制约的最大容量。由最高电源(220 kV变电站)开始分析主变压器满足N-1条件下的剩余容量,将剩余容量值作为间隔阶段的制约,依次类推,直至完成所有环节的计算。典型配电网如图1所示。
2 电气模型
配电网分析中,首先要建立配电网模型,模型中需要包括的主要设备有电源、母线、线路、配电变压器、开关、电容器、负荷等。按照电力系统元件特性分析,这些元件可以分为串联设备和并联设备,串联设备的作用是输送功率,并联设备的作用是产生或消耗功率,串联设备和并联设备的统一设备模型如图2所示。对于3圈变压器,模型抽象为3个双圈变压器模型[6,7,8,9]。
3 剩余容量分析方法
对于单独供电的变电站i,由于不存在变电站间负荷转移,所以电网的剩余容量是考虑N-1原则下该变电站所能提供的剩余负荷:
式中:Pmax为变电站最大剩余容量:Ni、PTi,k、PTMi、Lmax分别为i变电站的主变压器台数、单台主变压器容量、单台主变压器容量的最大值、变电站最大负荷[8]。
2个变电站的剩余容量是指N-1[9]条件下仍由本站供电的负荷与转移到相邻变电站供电的负荷之和的最大值减去所带的最大负荷值,即:
式中:PL1和PI2分别为1站和2站无法实现站间转移的负荷,这些负荷所在馈线在同一变电站成环,只能在变电站的不同段母线间进行负荷转移;P1,2,k和P2,1,k分别为正常情况下站间联络馈线k上由1站和2站供电的负荷;m12和m21分别为1站与2站站间可联络馈线的回数,通常m12=m21。
计算2个联络变电站最大剩余容量时,当前变电站的最大剩余容量等于当前站的安装容量减去为相邻站预留的备用容量,再减去当前变电站正常方式所带的最大负荷。
对于有多个联络变电站的情况,在分析时不考虑相邻变电站同时停运的状况,只计算相邻变电站中需要备用容量最大的1种情况。
4 系统模块划分
系统设计是实现配电网剩余容量分析的关键,为了使研究成果接近实际工作,项目研究分析系统的技术方案设计采用模块化、平台化设计思路。
系统模块包括:1)用户界面:用于表现配电网模型,是系统的用户界面;2)标准设备库:包含配电网主要设备的标准参数;3)算法库:包括拓扑分析、剩余供电容量计算库等。系统结构如图3所示。
为了完成配电网剩余容量系统的开发,将系统分解成不同的功能模块,模块包括典型设备库、配电网负荷模型库、配电网典型负荷曲线库、变电站主变压器N-1校验模块、馈线及分段N-1校验模块、配电网多级“拓扑分析”模块、系统用户界面、配电网图形、数据编辑模块、电网基础数据接口、电网量测数据接口、报表及饼图模块等。
5 实例分析
为了验证配电网剩余容量分析系统的准确性及效率,采用了某市约300条馈线的配电网进行了分析计算,实际配电网如图4所示。
在分析结果中选择了1个变电站的2台主变压器和1条馈线的剩余容量分析数据,如表1所示。
由于变电站之间存在联络关系,变电站本身的容量要留一部分作为其他变电站的备用容量,对于110 kV线路和10 kV线路同时有联络备用的情况,本文只考虑110 kV线路备用的需求。
通过采用本文开发的软件分析,可以量化直观地看到剩余容量分析的结果,从分析结果可以看出具体每一个环节的剩余容量,对于实际新增配电变压器选择接入点有非常重要的指导意义。
6 结语
在负荷高速发展的背景下,充分安全地利用现有电网输电潜能,能够推迟电网投资,提升设备利用率,最大限度地发挥配电网负荷的输送能力,对电网建设投资具有非常重要的意义。配电网作为输电网的下级,在发展过程中必然受到上级电网的制约,在配电网中合理安全地接入新负荷,是开展配电网用户报装的日常工作。经过分析与实际验证,本文提出的配电网剩余容量分析方法及系统能够满足实际工作的需要。
参考文献
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大容量电动机配电研究 篇3
智能配电网[1](Smart Distribution Grid,SDG)就是将现代电力电子技术、通信技术、计算机及网络技术、高级传感和测控技术与电力设备相结合,使配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计算等与供电部门的工作管理有机融合在一起,支持分布式电源(Distributed Energy Resource,DER)的大量接入,为用户提供更加安全、可靠、优质、高效的电能,并提供择时用电、分时计费的互动型服务。
智能配电网主要由配电主站、配电子站、远方终端以及通信传输网络等部分组成。智能配电网需要建立开放的通信架构和统一技术标准的高速、双向、集成的通信网络。智能配电网具有分层、分布、终端节点多的网架拓扑结构特点,大容量以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network,EPON)由于网络拓扑与智能配电网一次网架结构完全吻合,而成为配电网通信接入的首要选择。大容量EPON网络承载着配电自动化系统的遥测、遥控、遥信数据,其可用性影响配电自动化系统的可用率指标。因此,研究大容量EPON高可用性技术显得十分必要。
1 以太网无源光网络技术
EPON是一种采用MAC多点控制协议(MultiPoint Control Protocol,MPCP)和波分复用技术实现单纤双向数据传输的宽带光接入技术。如图1所示,EPON由局侧的光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)、用户侧的光网络单元(Optical Network Unit,ONU)和光分配网络(Optical Distribution Network,ODN)组成。在数据链路的下行方向,采用广播发送选择接受的方式,OLT将封装的以太网数据帧以广播方式向每个ONU发送,ONU通过地址匹配,对下行数据帧进行选择性接受。上行方向上,采用时分复用多址(Time Division Multiple Access,TDMA)技术,每个ONU在OLT分配的固定时隙内发送数据。
2 提高网络可用性的途径
评估系统在任意时刻可正常工作的概率就是可用性的最好度量。工程上通常用平均无故障时间(Mean Time Between Failures,MTBF)来度量系统的可靠性,用平均修复时间(Mean Time to Repair,MTTR)来度量系统的可维护性。可用性(Availability)指标是通过系统的可靠性和可维护性来度量的。可用性被定义为:
可用性=MTBF/(MTBF+MTTR)×100%
对可用性的度量允许系统出错,但是要求系统能够立即恢复服务。一方面通过增大MTBF,使用具有高可用性的网络部件,减少系统故障的概率;另一方面通过减少MTTR可以提高系统的可用性。MTBF取决于网络设备硬件和软件本身的质量,其数值受制于制造成本而无法无限提高。因此实现网络高可用性应当首先从减小MTTR入手。减小MTTR的途径可以从2个方面考虑:一是缩短故障发生到被发现的时间,二是尽快排除故障,缩短从故障状态恢复过来的时间。本文从网络组件和网络架构2个方面研究提高电力大容量EPON通信网络可用性的技术。
3 网络组件高可用性技术
3.1 高可用性硬件体系架构
本文介绍的大容量OLT设备采用先进通信计算架构(Advanced Telecom Computing Architecture,ATCA),具有结构模块化、可兼容、可扩展等特点,满足PICMG3.0/3.1技术规范[2,3],涵盖多种数据传输(即:提供数据平面、控制平面、管理平面的数据交换)。ATCA的所有传输模式架构在高可用性的系统之上,不会因为单点故障导致传输的瘫痪。大容量OLT系统硬件架构由背板、业务板、主控板组成。
3.1.1 数据平面
数据交换平面由多达15个交换接口通道(Fabric Interface Channel)提供板到板的大流量数据通信。如图2所示,这些通道被配置成双星形连接,主控板为业务汇聚端,不同业务板之间通过10 G背板总线(10Gigabit Attachment Unit Interface,XAUI)与主控板连接进行数据交换,2块主控板之间也有一个XAUI通道。每个XAUI通道由4个端口组成,每个端口又由2对3.125 GHz的差分对形成全双工数据链路。
3.1.2 控制平面和管理平面
控制平面的功能是通过控制管理报文以TCP/UDP连接方式实现数据平面交换芯片的配置管理。如图3所示,控制平面由双星形结构的100BASE-T以太网组成,提供ATCA机框内的IP传输。每个基本接口通过4对差分线实现主控板和不同业务板数据通信。
管理平面通过机框管理控制器(Shell Management Controller,Sh MC)执行系统监控管理。Sh MC负责读取各槽位信息、配置参数、监测环境变量(电压,温度等)以及管理风扇。系统管理架构由基于I2C(Inter-Integrated Circuit)接口的系统管理总线(System Management Bus,SMBus)承载。I2C是一种具备数据和时钟的双串行信号线,使用100 k Hz时钟和3.3 V工作电平。系统管理架构采用双总线,保证了系统管理子系统的可靠性。
3.2 主控冗余
主控冗余[4]是一种软硬件相结合的高容错性应用方案。主控冗余是指设备在控制平面上同时配置两块互为备份的主控板:主板和备板。正常状态下,主板负责控制平面的处理,形成转发表项。备板虽然映像文件已启动,配置信息也从主板得到实时备份,但处于备用状态,并不参与实际控制。主板数据平面的各种配置信息和实时运行数据会以增量备份或增量备份与定时完整备份相结合的方式备份到备板上。
主控冗余采用心跳报文的方法来识别主控板的软、硬件故障。主板和备板之间定时相互发送心跳报文进行心跳探测。备板一旦收不到对端的心跳报文,会立即启动主备倒换,接管主板的工作。主板即使故障恢复后仍将处于备用状态,以防止出现控制震荡。
受心跳报文间隔的影响,主板出现故障但没有被检测到时,由于控制平面处于瘫痪状态,会发生控制报文丢失的现象。因此,将数据平面设计在背板上,在一定程度上可以避免业务转发中断。
3.3 单板热插拔
热插拔技术是指带电插入或拔出电路板时不影响系统的正常工作。它能有效减少系统的停电检修时间,快速恢复系统故障,提高系统的可用性。单板热插拔过程中需要采用3种保护技术。
3.3.1 总线保护
将板卡带电插入系统总线时,板卡和高速总线接触的瞬间会产生很大的瞬态电流,可能会破坏系统总线的正常运行状态或导致数据信息出错。防护方法是选择输入/输出管脚具有三态(高电平、低电平、高阻态)的器件。在器件复位期间,器件的缓冲器呈现高阻态,I/O引脚上的最大泄漏电流值能被控制在接口器件热插拔技术规范所限定的范围内。器件复位结束后转为正常输入输出状态。
对背板与单板相连的4种类型信号作热插拔处理。
1)1.25 G/3.125 G Serdes信号:使用0.1μF电容进行AC耦合;
2)100 M以太网信号:信号在单板间使用以太网变压器隔离,可直接热插拔;
3)SMBus信号:采用光耦进行隔离或选择支持热插拔的I2C驱动器;
4)晶体管–晶体管逻辑电平状态信号:采用74HC125等总线驱动器隔离,当出现I/O电平不一致时,应进行电平转换。
3.3.2 电源浪涌保护
通常,单板电源输入端有一个较大的滤波电容。当单板插入到正常供电的背板时,系统电源对这些电容充电的瞬间会产生很大的暂态电流,达到一定程度时,会对单板上的铜线、器件和电源产生损害。防止电源浪涌的保护措施是在单板的电源输入端上添加电源控制器,如LTC1643等。电源控制器能有效控制输出电压的上升速率,抑制浪涌电流的产生以及其对系统内部的损害。
3.3.3 静电放电保护
单板在插入或拔出插槽时,板上积累的静电电荷释放会造成板上元器件的损坏。采取的保护措施如下。
1)设置印制线路板(Printed Circuit Board,PCB)放电端子。在PCB板的两侧设计3根长短不一的放电端子S1、S2及S3,如图4所示。S1和S3跨接10 MΩ电阻,S2经10 MΩ电阻接数字地。单板插入时,S1放电端子最先与背板上的接地放电导辊接触,然后依次是S2、S3插针完成放电。拔出时的放电顺序和插入时的顺序正好相反。
2)选择自身带有静电防护设计的器件。
4 网络架构高可用性技术
4.1 上联双归属保护
当OLT采用单上行链路方式连接到上游设备时,如果出现单点链路故障,就会造成业务中断。上联双归属保护是指将OLT通过2条独立的通信链路同时连接到2台不同的上游设备,以最大限度地消除因单点链路故障造成的网络中断,提高网络可用性。
双归属保护是一种链路备份的通道保护方式,容易引致环路问题。消除环路通常的做法是采用快速生成树协议(Rapid Spanning Tree Protocol,RSTP)或快速环网保护协议(Rapid Ring Protection Protocol,RRPP)。但是,RSTP的收敛速度只能达到秒级,而RRPP虽然在收敛速度上能达到要求,却因组网配置的复杂度较高,主要用于较复杂的环形组网。如果采用灵活链路(Smart Link)双归属保护解决方案,能实现上联链路的主备冗余,并在主链路发生故障后,将网络流量快速切换到备用链路上,具备较高的收敛速度。
灵活链路组每个组内只包含2个端口,其中1个为主端口,另1个为从端口。正常情况下,只有1个端口处于转发状态,所在链路为主链路(Master Link);另1个端口被阻塞,处于待命状态,所在链路为副链路(Slave Link)。图5为灵活链路上联双归属运行机制示意。OLT1、OLT2上联链路双归属到分组传送网(Packet Transport Network,PTN)设备PTN1和PTN2,通过PTN3将数据传送到后台服务器。OLT1和OLT2各自的端口Eth1/1和Eth2/1、Eth1/2和Eth2/2分别组成了一个灵活链路组,其中Eth1/1和Eth1/2处于转发状态,而Eth2/1和Eth2/2处于待命状态。
灵活链路端口需要通过专门的链路检测协议如双向链路探测协议(Bidirectional Forwarding Detection,BFD)来检测端口的链路状态。当检测到链路有故障发生或故障恢复时,BFD就通知灵活链路进行链路切换。以OLT1为例,主链路故障切换时,OLT1从新的主链路上即Eth2/1端口发送刷新广播报文。上游设备PTN2、PTN3接收到刷新报文,判断该刷新报文的发送控制虚拟局域网(Virtual LAN,VLAN)的值是否在接收该报文的端口所配置的接收控制VLAN中。如果不在,对该刷新报文不做处理直接转发;如果在控制VLAN列表中,将刷新MAC地址转发表项和ARP表项。OLT1将端口Eth1/1阻塞,并将原阻塞的处于待命状态的端口Eth2/1切换到转发状态。当主链路故障恢复时,如果灵活链路组配置成非角色抢占,Eth1/1端口将维持在阻塞状态,不进行链路状态切换,从而保持流量稳定。如果该灵活链路组配置允许角色抢占,Ethernet2/1将自动阻塞并切换到待命状态,而Ethernet1/1将切换到转发状态。
4.2 光纤保护倒换
由于SDG的配电远方终端节点数量庞大,因此通信系统必须具备抗单/多点失效的能力。抗单点失效是指通信网络中某一终端损坏或者一条分支链路中断,不影响其他终端设备的业务运行。抗多点失效是指在通信网络中不少于2台设备损坏,或者不少于2处支路光纤中断的情况下,其他通信终端的业务仍然不受影响继续运行。采用保护倒换技术可以提高网络的生存性。
4.2.1 全光纤保护[5]
OLT和ONU配置为双PON口,主干光纤、光分路器和配线光纤均双路备份,如图6所示。每个ONU到OLT之间均有2条独立的通信链路,形成1+1冗余保护。OLT双PON口可以是同一接口卡上的不同PON口,但不同接口卡PON口的相互保护更有利于避免接口卡损坏造成的单点故障。
OLT的双PON端口同时处于工作状态,备用PON口的业务信息和主用PON口保持同步。ONU配置具有独立MAC地址的2个PON口,分别在不同OLT的PON口上完成MPCP注册和运营管理维护(Operation Administration and Maintenance,OAM)协议发现,OLT的PON故障需要保护倒换时,备用PON口不需要再进行ONU的初始化配置和业务属性配置,以节省倒换时间。
如果OLT的主用PON口检测到上行光链路故障,会自动切换到备用光链路上,并在备用光链路上通过扩展的OAM事件通告将主链路出现故障的消息告知ONU,使ONU做好PON口倒换准备。如果ONU检测到下行光链路故障,ONU自动切换到备用PON口,并通过备用光链路进行扩展OAM事件通告,将ONU的PON端口已经发生切换的消息告知OLT。
4.2.2“手拉手”保护
全光纤保护不能克服由于OLT本身出现单点故障造成的通信中断。解决的办法是每个ONU采用双PON口,分别通过不同的光链路连接到主、备OLT0、OLT1上;主、备OLT的PON接口保持VLAN、服务质量等配置同步。如图7所示,从外形上看,每个ONU通过非均匀分光比的光分配单元和邻近的ONU保持握手状态,这种双链状总线的拓扑保护型式称为“手拉手”保护。“手拉手”光纤保护结构与配电网输电线路结构类似。2个OLT物理上被布放在不同的配电子站中。OLT上行可连接到组成环网的多业务传送平台(Multi-Service Transfer Platform,MSTP)或PTN设备中。“手拉手”光纤保护和全光纤保护的区别主要体现在以下3方面。
1)OLT的配置不同。“手拉手”保护的每个PON口卡被分配在不同的OLT上,通过增加OLT的数量获得比全光纤保护更高的可用性。
2)工作机制不同。“手拉手”保护OLT的2个PON口均处于工作状态,工作链路的选择由ONU完成,出现链路故障时ONU不需要发出OAM事件通告。
3)ODN的分光比不同。“手拉手”保护机制中采用非均匀分光器,全光纤保护采用均匀分光器。由于非均匀分光器的插入损耗大于均匀分光器,因此“手拉手”保护机制中ONU的最大数量小于全光纤保护中ONU的数量,组网成本比较高。
5 结语
本文从网络部件和网络架构两大方面对以太网无源光网络的高可用性技术进行了详细的分析与阐述,重点描述了高可用性的硬件体系架构和光纤保护倒换技术。本文所提出的高可用性技术已经应用到电力大容量EPON设备中,并取得工程实际应用经验。构建高可用性网络的技术涉及的内容极其丰富,未来将在网络协议和配置、软件架构等方面进行深入研究,促进智能配电网通信网络可靠性进一步提高。
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大容量电动机配电研究 篇4
传统配电网为放射形结构并由单电源供电,因此其继电保护也以此为基础进行设计。近年,随着用户多样化的供电需求和越来越高的可靠安全性要求以及清洁能源的提出,分布式发电越来越多地受到关注。配电网中分布式电源(DG)与所有技术一样也存在利弊。其优点是改善电网质量、提高供电可靠性、降低网损;缺点是导致配电网的运行、控制和保护复杂化。DG的接入使传统的单电源辐射状配电网变成了一个遍布电源和负荷的多电源系统,改变了配电网辐射状结构、潮流大小和方向,进而使原有配电保护装置的配合失去协调,其影响程度与其容量、型号和安装位置有关。
为此,本文提出建立配电网区域保护方案。该方案将每条线路上接有SCDG的配电变压器、线路出口和入口均作为一个单元,将Agent单元组合为一个区域,在区域内设保护决策中心。其中,Agent单元负责测量安装点处的故障方向,并将方向结果传送至保护主机,同时也负责将保护主机的命令发送给本支路上的SCDG;保护主机在接收到区域内Agent单元的信息后形成故障关联矩阵,然后依据一次设备和Agent单元的对应关系判断故障位置。
1 配电网区域保护系统的结构
在本文所研究的配电网区域保护系统中,故障的判断既可由决策中心系统执行,也可由配置在各测量点的A-gent单元的本地保护来完成,以满足不同运行条件下对保护的不同需求。配电网区域保护系统结构如图1所示。整个区域保护系统由系统监控中心SMC (System Monitor Center)、区域保护决策层RDU(Region Decision Unit)、本地测量单元LMU(Local Measure Unit)三个层次构成。
本地测量单元安装在本区域内接有SCDG的支路上,由Agent单元组成,负责将本处的测量判断结果传送至区域保护主机。Agent单元负责采集本地的电流、电压信息,并利用保护相关算法对其进行运算,将得出的测量点故障的方向信息传送至区域保护主机。
区域决策层指区域保护系统的保护主机,与本区域内的Agent单元联络。正常运行时,保护主机用于监控本区域内Agent单元的运行状态;故障发生后,根据Agent单元上传的故障方向信息形成故障关联矩阵,然后利用故障关联矩阵判断故障元件并做出相应的决策,最后将决策信息下传至区域内的Agent单元,由其通知本支路上的SCDG动作。保护主机收到Agent单元的反馈信息后,通知重合闸,同时也将判断和操作信息上传至顶层的系统监控层。
系统监控层主要负责各区域保护系统的实时协调和监控、各区域电气量的实时显示、故障事件的记录以及各种保护定值的修改等。
2 配电网区域继电保护算法实施步骤
2.1 一次设备及Agent单元的表示
Agent单元设置在被保护区域内的断路器、电流互感器、分段开关和跌落保险处,其中分段开关处的Agent单元的判断结果只判断下游是否存在故障,其分合由保护主机决定。
本文中一次设备及Agent单元按以下格式进行表示:一次设备(ID,设备类型,设备名称,设备状态,对应的Agent单元);Agent单元(ID,类型,状态,对应的SC-DG)。ID是区分不同一次设备和Agent单元的标志。在一次设备中,设备类型即为一次设备类型。设备名称为具体一次设备的名称。设备状态有运行和停运两种。对应的Agent单元为与该设备直接相关的Agent单元。Agent单元根据其作用特点分为三类:主干线路Agent单元,安装于主干线路两侧,能够和相邻的主干线路上的Agent单元相互配合;普通型Agent单元,位于配电变压器的跌落保险处;联络开关Agent单元,安装于母联断路器或分段开关处。Agent单元的状态也分为运行和停运两种。Agent单元对应的SCDG为接入本支路的SCDG。
2.2 关联矩阵的形成
关联矩阵用于描述区域内一次设备和Agent单元的连接关系,分为直接相关、不相关和间接相关。直接相关是指Agent单元与一次设备相连,相关Agent单元的动作情况可直接用于判断相应一次设备是否为故障元件;不相关是指Agent单元与一次设备不相连,不相关Agent单元的动作情况不能作为相应一次设备是否为故障元件的判据;间接相关是除了直接相关和不相关的情况,当直接相关Agent单元拒动或信息丢失时,间接相关Agent单元的动作情况可用于判断相应一次设备是否为故障元件。关联矩阵表述为:
式中,“+”表示直接相关;“”表示间接相关;“×”表示不相关。
关联矩阵为M×N维矩阵,M为区域保护系统保护范围内同类型的一次设备数目,N为区域保护系统保护范围内的Agent单元数目。关联矩阵中每一行代表一个一次设备元件,每一列代表一个Agent单元,矩阵中的具体元素描述了一次设备与Agent单元的连接关系。
2.3 故障定位
在对支路上的Agent单元方向进行定义时,可将划定的保护区域看作一个广义的节点,按流入节点为正、流出节点为负判断;对于与母线相连的Agent单元,按流出母线为正、流入母线为负判断。方向元件状态表示为:
保护主机根据方向元件的输出值对关联矩阵进行赋值,形成故障关联矩阵。在对关联矩阵进行赋值时,若Agent单元与一次设备直接相关,则将其输出值赋给关联矩阵的对应元素;若Agent单元与一次设备是间接相关或不相关,则直接将关联矩阵的对应元素赋值为0。
故障关联矩阵形成后,保护主机根据Agent单元信息的完整性计算各一次设备的故障方向信息综合值;然后将计算值与故障门槛值进行对比,判断一次设备是否有故障。一次设备对应的故障方向信息综合值为:
式中,G(i)第i个一次设备所对应的故障方向信息综合值;n为本区域保护系统范围内与第i个一次设备直接相关的Agent单元数目;Aij为故障关联矩阵第i行第j列元素值。
判断某一次设备元件发生故障,则该一次设备元件的故障方向综合信息值应满足:
式中,M为一次设备;FM(i)为设定的一次设备M的故障门槛值。
所有Agent单元均有输出信息的时候,故障门槛值的设定取决于与该一次设备直接相关的Agent单元数量,但停运的Agent单元不包括在内。
保护主机在确定故障元件后,根据关联矩阵表示的一次设备与Agent单元的连接关系以及Agent单元的描述文件,通知各Agent单元所属的SCDG跳闸,完成对故障元件的隔离。
2.4 关联矩阵的变化
当配电网倒闸操作或其它原因使网络拓扑结构发生变化时,关联矩阵也必须与之相适应才能对故障进行正确判断。
(1)一次设备减少。
确定退出运行的一次设备后,将其直接相关的Agent单元也退出运行。具体措施为:将退出运行的一次设备对应的行从关联矩阵中删除,将退出运行的Agent单元对应的列从关联矩阵中删除,同时更新一次设备和Agent单元在关联矩阵中的位置索引。
(2)一次设备增加。
增加一次设备的同时也需要增加与其对应的Agent单元。修改原则为:在初始关联矩阵中增加新投入支路对应的行Mi,在初始关联矩阵中增加与之对应的列Nj,然后对关联矩阵的第Mi行和第Nj列元素进行初始化,最后更新支路和Agent单元在关联矩阵中的位置索引。
3 算例分析
以图2系统为例,假设L1～L6支路上均接有SC-DG,联络开关A13闭合。若线路L7发生故障,则区域保护系统的故障关联矩阵为:
由式(5)可知各干线的故障方向信息综合值为:
各一次设备的故障门槛值为:
对比式(6)、式(7)可知L7为故障元件。保护主机通知A7和A8将故障元件切除,同时通知A5和A6,让其支路上的SCDG断开与配电网的连接。保护主机在收到A5和A6的反馈信息后,通知A7自动重合闸。若为瞬时性故障,则重合成功,之后通知A5和A6,允许其支路上的SCDG并网;若为永久性故障,则A5、A6、A7和A8退出运行,同时更新关联矩阵。
A7和A8。成功将L7的故障切除后,若L9再发生故障,则故障关联矩阵变为:
由式(8)可知各干线的故障方向信息综合值为:
对比式(6)、式(9)可知L9为故障元件。保护主机通知A11和A12将故障元件切除,同时通知A1、A2、A3和A4,让其支路上的SCDG断开与配电网的连接。保护主机在收到A1、A2、A3和A,的反馈信息后,通知A12自动重合闸,若为瞬时性故障,则重合成功,之后通知A1、A2、A3和A4,允许其支路上的SCDG并网;若为永久性故障,则通知区域内的Agent单元退出运行,同时更新关联矩阵。
4 结束语
本文提出的区域继电保护算法利用通信系统获得A gent单元处的故障方向信息后,在保护主机中形成故障关联矩阵,并通过故障关联矩阵计算保护区域内各元件的故障综合信息值,之后将故障综合信息值与设定的各元件的故障门槛值对比,确定故障元件,最后由保护主机通知相应的Agent单元动作切除故障。通过具体的算例分析表明,该算法不仅原理简单、计算量较小,而且性能良好,可克服传统继电保护的一些不足,能够较好解决SCDG接入给配电网保护带来的问题。
摘要：随着分布式发电(DG)的不断渗入,传统的单电源辐射型网络变成双端甚至多端网络,使得配电网的继电保护变得复杂化,因而提出分布式电源的配电网区域保护方案。首先,获得本区域内配变支路和干线两端设置的测量通信单元(Agent单元)处的故障方向信息;其次,形成故障关联矩阵,并计算故障关联矩阵保护区域内各元件的故障综合信息值;最后,将故障综合信息值和设定的各元件故障门槛值对比确定故障元件。具体算例分析表明,该算法不仅原理简单、计算量较小,而且性能良好,可克服传统继电保护的不足,能够较好地解决小容量分布式电源(SCDG)接入给配电网保护带来的问题。
关键词：分布式发电,配电网,区域保护,故障关联矩阵
参考文献