分布式光伏、储能等电源的大量接入,对配电网继电保护带来更大挑战。在第27届国际供电会议(CIRED2023)上,提出了“绿色、数字、韧性”三个关键词,未来配电网应具有低碳化、数字化、自治运行的韧性能力。
为加强配电网新技术的交流,推动我国新型配电系统的建设以及配电网继电保护新技术、配用电储能技术的应用,值此国际大电网工作组(CIGRE WG B5.83)会议之际,由山东理工大学电气与电子工程学院、CIGRE WG B5.83工作组、山东理工大学智能电网研究院共同主办、山东南宫NG·28电力自动化股份有限公司协办的“配电网继电保护与储能技术讲习班暨CIGRE WG B5.83工作组会议”于8月24—25日在山东理工大学召开,来自全国高校、科研院所、电力企业、设备企业等100多人参与了本次会议。
山东理工大学副校长崔焕勇致辞
会议共有20位专家学者分别就配电网保护、配用电储能技术等方向作了精彩报告。山东理工大学电气与电子工程学院副院长(主持工作)彭克、南京南瑞继保电气有限公司副总工程师兼发展部主任赵希才、山东理工大学电气与电子工程学院教授张新慧、厦门理工学院教授李天友、山东理工大学电气与电子工程学院教授陈羽分别主持了会议。
配电网继电保护讲座
CIGRE WG B5.83工作组召集人唐毅正高级工程师致辞并作会议报告
国网山东省电力公司电力调度控制中心、CIGRE WG B5.83工作组召集人唐毅正高级工程师作了“CIGRE B5.83-现代配电网保护研究内容与工作进展”的报告。唐毅高工介绍了CIGRE B5.83工作组立项的背景、研究内容及工作进展。研究内容主要包括:配网保护总体分析、 配网接地故障保护、有源配电网保护、微网与直流配电网保护。
国网山东省电力公司电力科学研究院继保及自动技术室主管李玉敦作了“配电网多级保护技术以及在山东配电网的推广应用”的报告。李玉敦主管首先介绍了山东配电网自动化整体情况,然后重点分析了配网分级保护技术路线,分别介绍了相间故障技术路线和接地故障技术路线。最后介绍了配网分级保护在山东应用,主要有将管理界面由站内保护延伸至配电终端、将技术体系由故障切除延伸至供电恢复、将防御类型由短路故障延伸至接地故障。
美国西门子公司电力系统研发高级工程师Zheng Ce(郑策)线上作了“Evaluate the Impact of IBR Penetration on Power System Protection using PSS®CAPE”的报告。郑策高工分别介绍了电力系统保护仿真软件PSS®CAPE、基于逆变器电源的短路模型以及稳定性模型、使用PSS®CAPE评估基于逆变器电源对电力系统保护的影响。基于逆变器电源的广泛使用对传统电力系统继电保护造成了冲击。在这种新情况下,使用PSS®CAPE以及逆变器电源的相关模型可以极大地方便对于电力系统保护的重新分析评估。
山东大学电气学院高厚磊教授作了“有源配电网纵联保护”的报告。高厚磊教授针对高比例分布式电源接入给配网保护及自动化带来的严峻挑战,提出了新型纵联保护系列原理及分布式故障恢复技术体系,开发了支持5G/光纤通信的系列智能配电终端装置并应用于国内多地配电系统,为高比例有源配电网提供了高选择性保护方案,解决了配网差动保护实用化技术难题。
山东大学电气学院丛伟教授作了“微电网保护技术及其发展”的报告。丛伟教授分别介绍了微电网结构及运行特点、微电网故障特征、微电网保护技术及其发展。分布式电源接入后的故障特征与传统配电网故障特征差异很大,微电网保护技术应适用于不同的运行方式及不同的故障类型;在一套完整的保护技术中,不同保护方法之间需要很好的协调。对微电网保护发展提出了新的要求:应更好适应网络拓扑变化和运行方式变化;保护性能尽可能不受分布式电源故障特性影响,可适当依赖通信 。
山东科技大学讲师樊淑娴作了“配电网集中式虚拟保护系统”的报告。随着电网网络通信及保护与控制二次设备处理能力的提高,基于网络通信平台的配电网保护技术是解决配电网保护问题的一种有效手段。樊淑娴老师介绍了配电网集中式虚拟保护系统的关键技术研究,分别从项目总体技术路线、构建基于快速通信技术的配电网集中式虚拟保护系统、基于IEC 61850的信息交互模型及接口技术、网络拓扑生成与下发技术、网络拓扑模型解析及描述方法等方面作了详细阐述。
山东理工大学智能电网研究院院长徐丙垠分别作了“罗马 27 届 CIRED 会议继电保护技术交流情况介绍”、“配电网防孤岛保护技术及其发展”两个报告。徐丙垠教授首先介绍了在罗马 27 届 CIRED 会议上继电保护方向的议题和内容,在罗马会议上,提出了能源工业发展趋势是“绿色、数字化、韧性”,对电网“韧性”的解释,徐丙垠教授用蚯蚓断臂再生作为形象比喻,配电网也应具备“自愈”能力,配电网可在大电网停运时,以计划孤岛/微电网的形式给当地负荷供电,对于电力系统抵御自然灾害与战争的破坏,提高供电可靠性具有重要的意义。此次会议共有57篇继电保护论文进行了交流,其中3篇综述、6篇虚拟保护、12篇测试、8篇算法、11篇应用、8篇接地故障、9篇故障测距。其中意大利配电公司总经理对8个国家13个配电公司调查后得出,目前8个国家配电网注入的电量比例为22%;2050年将提升至66%,未来电力系统中,配电网或将成为主角。
在“配电网防孤岛保护技术”报告中,徐丙垠教授分析了反孤岛保护的作用、孤岛检测与保护方法、阻抗插入式防孤岛运行措施,分别介绍了美国、德国、英国、法国、中国的反孤岛保护技术应用现状。
格拉茨理工大学电力系教授Lothar Fickert作了“欧洲配电网继电保护实践与发展方向”的报告。Lothar Fickert教授介绍了分布式电网的新进展、配电网的短路保护措施、三相短路录波的故障特征和结果以及今后面临的挑战。
南非国家电力公司配电部总工程师Gert Madonsela 作了“南非配电网保护实践”的报告。Gert Madonsela分别介绍了南非典型的中压配电网线路架构、中压配电网保护技术,并详细介绍了过电流保护、接地保护、高灵敏度接地保护在南非配电网保护中的应用。
Campbell Booth作了“有源配电网继电保护技术及其发展”的报告。Campbell Booth分别从英国配电网保护概述、英国配电网保护的挑战、配电网保护新的方法和技术要求、防孤岛保护、直流配电网保护等方面作了介绍。
爱尔兰 Anseris IQ 公司首席技术官Hugh Borland作了“继电保护面临的挑战与解决方案”的报告。分布式电源的接入对配电网继电保护提出了新的挑战,同时也对接地故障检测提出了新的要求,谐振接地是欧洲主流的中性点接地方式,Hugh Borland分析了不同接地方式故障时的能量释放比较,得出谐振接地系统故障时释放的能量最少。同时介绍了局部区域的有源配网保护方案、导线断线坠地故障保护。
配用电侧电力储能技术讲座
厦门理工学院教授李天友作了“罗马 27 届 CIRED 会议储能技术交流情况介绍”的报告。李天友教授介绍了CIRED2023会议上关于储能技术及应用的议题,本次会议涉及储能技术有30篇, 主要包括德国、法国、巴西、英国、瑞典和挪威等国家,涉及配网侧的有19篇,用户侧的有11篇。在最近两届CIRED会议上,有关提高配电网侧的供电质量、供电安全,以及可再生能源和储能系统集成应用是一个越来越受关注的话题。全球储能增长迅速,2022年,全球储能单年建置量首次突破44GWh,累计至2022年全球储能容量约41GW/98.8GWh,其中表前市场规模最大,占比超过七成。未来储能的应用呈现出将于与电力系统深度融合、协调发展态势, 采用更先进的控制策略、算法和灵活调节特性等关键技术,进一步提高能源系统的效率和可再生能源的发展。配网侧承载的发电量占比不断提升,配网侧分布储能在优化电能利用、提高电网稳定性、可靠性和经济性方面发挥着关键作用。
中国电力科学研究院资深专家来小康作了“新型储能技术及应用发展现状”的报告。目前我国的储能仍处于由研发示范向商业化过渡的阶段,来小康教授从储能技术的种类、储能产业发展趋势和储能应用场景等方面全面细致地介绍了国内储能发展情况,并就储能安全性和储能电池回收等问题进行了探讨。
香港大学助理教授王毅作了“配用电大数据分析与负荷预测技术”的报告。王毅教授通过采用能源系统的时间序列方法对电力需求响应进行预测,未来数据预测在能源领域有着广泛应用,对提高系统的稳定性和运行效率起着重要的作用,迫切需要有效的方法来更好地模拟电力系统中的不确定性。
美国哥伦比亚大学助理教授徐博伦作了“美国配用电储能技术现状与发展方向”的报告。徐博伦教授介绍了用户侧储能关键技术和国内外储能应用案例,相比于中国电力市场,美国及欧洲用户侧储能有更健全和复杂的电力市场参与机制、更侧重于微电网以及增加系统弹性、家庭储能相对普及。未来用户侧光储技术方向将在分布式储能聚合管理以及商业模型、不确定性电价的套利算法、复杂电池模型的控制算法等方面进行研究。
山东理工大学副教授陈佳佳、山东南宫NG·28电力自动化股份有限公司新技术研发中心主任丛新棚共同作了“用户侧储能部署规划与控制技术”的报告。陈佳佳副教授重点介绍了用户侧储能部署规划与控制关键技术、用户侧储能影响分析,针对园区预测提出基于聚类和动态识别的自动储蓄池神经网络技术、双层迭代的用户侧储能规划技术、基于随机聚类与动态识别的用户侧储能控制技术;针对孤岛控制技术提出了基于时间同步的新能源微电网系统自治运行控制技术。
丛新棚主任介绍了用户侧储能的应用案例,园区安装储能装置时应考虑盈利以及合理配置储能容量与PCS功率问题,在给定条件下(如功率不到送、收益率最大、固定收益率等)规划储能与光伏容量需要考虑可平移负荷(充电桩、空调)的利用。
齐文化研究院学术研究部主任李钟琴作了“齐文化与稷下学宫”的报告。稷下学宫创建于战国时期的齐国故都临淄,是先秦百家争鸣的主要舞台,作为“百家争鸣”的主要园地,它是当时整个中国的文化、学术、教育中心,促进了学术思想的繁荣,形成了中华优秀传统文化的主脉,是中国古代文化史的黄金时代,对后世产生了极为深远的影响。李钟琴主任笑称,淄博因烧烤成为网红城市,但稷下学宫才是淄博特有的宝贵历史文化资源,这才是淄博真正的文化名片。
李钟琴主任的报告非常精彩,生动有趣,2个小时的讲座听者意犹未尽,让大家对淄博的文化底蕴有了更多的了解,这也是此次电力专业会议参会者的额外收获。
CIGRE WG B5.83工作组会议
国际大电网工作组(CIGRE WG B5.83)会议同期召开,主要讨论了“现代配电网继电保护”报告的撰写提纲和下一步工作计划。工作组国外专家线上参会,国内专家和来华国外专家分别在淄博和泰安两个分会场参会。会后,工作组部分国内专家和来华国外专家前往泰安供电公司调研考察山东配电网继电保护创新实践。
针对配电线断线触树、机械设备碰线等故障,国网山东省电力公司与山东理工大学、山东大学以及相关电力设备企业合作,成立了科研团队,依托国家863重大专项、国家自然科学基金等项目平台开展技术攻关,并形成了一系列科研成果。国际供电会议(CIRED)中国国家委员会技术委员、山东理工大学智能电网研究院院长徐丙垠教授与中国石油大学(华东)薛永端教授创造性地提出了暂态接地保护理论和高阻接地故障保护方法,成功实现了配电网故障类型最广域识别、故障隔离范围最小化,极大降低了用户对于配电网故障停电的感知。
针对配电网继电保护面临的复杂情况,IEEE PES电力系统保护控制技术委员会(中国)配电网保护控制分委会主席、山东大学高厚磊教授自主发明了不依赖专用通道与外部时钟的故障自同步差动保护方法,破解了接入大量分布式电源后有源配电网的故障识别难题,实现了有源配电网故障“零秒”消除。
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技术参观
与会专家参观了山东理工大学智能电网研究院特种电机实验室、高电压试验大厅、智能配电网实验室和电力电子实验室,高度评价了研究院近年来取得的一系列高水平科研成果。