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随着用户对供电可靠性要求的逐步提高和分布式能源(DER)的大量接入,配电网的运行方式变得更加灵活复杂,采用传统的保护与控制技术已经无法适应高供电可靠性和高占比DER接入的要求。大量的研究成果表明,在配电自动化系统中应用基于智能终端对等通信的分布式控制技术是解决上述难题的有效途径之一。分布式控制技术既可以利用多个站点的量测信息以提高保护控制性能,又可以避免主站集中式架构所带来的通信和数据处理延时长的问题,是配电网保护与控制技术的发展方向。目前,已有一些配电自动化系统分布式控制应用方面的研究,但存在关键技术问题尚未解决,其中包括智能终端的互操作与“即插即用”以及智能终端对配电网拓扑的实时识别。首先,目前的配电自动化通信规约只解决了数据传输问题,数据的来源和含义不明,终端缺乏自描述能力。在主站集中式控制架构下,终端与主站通信之前必须通过人工核对信息点表的方式来说明数据的实际含义,已经存在配置和调试工作量大、繁琐易错等问题。而分布式控制不仅涉及到终端与主站的信息交互,还涉及终端之间的通信协作。如果采用现行的通信规约,则大量终端之间也要进行人工核对信息点表的配置和调试工作,这是异常困难甚至不可行的。其次,配电网的负荷转供、网络重构等操作会使网络拓扑发生变化并导致终端参与分布式控制的角色变化。所以,智能终端必须实时获取与分布式控制应用相关的拓扑信息并随之动态调整终端之间的通信数据流。如果通过主站进行拓扑处理并下发实时拓扑信息给终端使用,一则不符合分布式控制自治性的基本要求;二则由于中间过程较多,实时性较差。所以,很有必要研究智能终端自主识别网络实时拓扑的方法,从而使分布式控制的应用更加自治、灵活。针对上述问题,本文提出应用IEC 61850标准对配电自动化系统的分布式控制进行信息建模、通信服务映射和系统配置,以减少终端配置和调试的工作量,进而实现终端的互操作和“即插即用”;在IEC 61850标准化配置的基础上提出终端自主识别配电网拓扑的算法,使终端能够实时识别网络拓扑并动态设定通信数据流,从而实现了分布式控制应用对配电网拓扑动态变化的自动适应。本文的主要工作和创新成果如下:(1)总结了 IEC 61850在配电自动系统中的应用基础,分析了分布式控制应用IEC 61850标准的技术路线,提出了分布式控制应用IEC 61850标准的必要性:建立面向对象的信息模型、特定通信服务映射和统一语法的配置描述方法,从而实现终端到主站的“即插即用”以及终端之间的互操作。(2)提出了配电自动化系统的分布式控制应用IEC 61850进行信息建模和通信服务映射的方法。新建了基于IEC 61850的分布式故障定位,隔离与供电恢复(FLISR)功能和直接转移跳闸式(DTT)反孤岛保护功能的逻辑节点类:故障区段定位(AFSL)、故障区段隔离(AFSI)、供电恢复控制(ASRC)和DER孤岛管理(DISM)逻辑节点,扩展了断路器逻辑节点(XCBR)关于通信数据流的数据对象。根据不同控制过程的通信模式和实时性要求提出相应的通信服务映射,给出了这些逻辑节点在分布式控制系统中的应用示例。这些逻辑节点提供了分布式FLISR和DTT反孤岛保护功能所需要的通信数据模型和数据流描述对象以支持分布式控制应用中复杂的数据交互。(3)分析了分布式控制应用IEC 61850进行系统配置的特殊要求,扩展了IEC 61850关于配电网拓扑的系统配置语言(SCL)模型以描述配电网的一次拓扑和功能规范。定义了新型结构的智能终端配置文件,该文件包含了分布式控制所需要的一次拓扑、通信网络、数据模型和通信数据流连接等描述信息。基于SCL配置文件提出了智能终端的自动注册、识别和配置方法。结合文章所提出的逻辑节点类和SCL定义的外部数据引用元素(ExtRef),提出了智能终端之间动态设定通信数据流的方法。这些研究内容为配电自动化及其分布式控制应用IEC 61850的信息模型、通信服务映射和数据流连接等提供了基于SCL语法的标准化配置方法,进而实现了终端的“即插即用”。(4)利用智能终端的拓扑配置信息,提出了终端自主识别配电网拓扑的方法,包括基于环网区域拓扑和基于邻域拓扑的两种方法。这两种方法将配电网的拓扑抽象为无向图模型和邻接链表的数据结构,先采用广度优先搜索(BFS)确定连通范围,再利用深度优先搜索(DFS)的方法求得连通路径,有效的提高了拓扑搜索的效率且适合于终端使用。其中,基于邻域的分布式拓扑处理方法将无向图模型按照终端的邻域范围进行分割,然后利用相邻终端之间的通信来完成拓扑识别。它仅需要对终端配置极小量的静态拓扑信息,有利于终端的即插即用和配置管理;且运行灵活,适用于分布式控制或保护配合比较复杂的线路。(5)通过试验验证了终端的自动注册、识别与配置功能。然后,以DTT反孤岛保护为用例测试了基于邻域的分布式拓扑处理和动态设定数据流的方法。试验结果表明,分布式拓扑处理方法在多种拓扑变化和故障的情况下均可确保DTT反孤岛保护的正确动作。所以,该方法能够实现智能终端对网络拓扑的实时识别和通信数据流的动态设定,从而使分布式控制应用能够自动适应配电网拓扑的动态变化。本文将IEC 61850的标准体系扩展到配电自动化系统的分布式控制技术,扩展了 IEC 61850关于分布式控制应用的语义空间、信息模型和模型描述规范。而且,能够促进配电终端信息模型的标准化,通信接口的规范化和系统配置描述的统一化,提高设备之间的互操作性,实现即插即用。以SCL配置信息为基础的智能终端自主进行拓扑处理的方法,可以使终端实时识别网络拓扑并自动适应配电网拓扑的动态变化,从而提高了分布式控制应用的自治性与灵活性。所以,论文的研究成果对于推动配电自动化和分布式控制技术的研究与应用以及智能配电网的发展具有较高的实用价值。