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研究生:徐瑞鴻
研究生(外文):Xu, Rui-Hong
論文名稱:運用IEC61850通訊協定模擬含再生能源之配電饋線保護
論文名稱(外文):Simulation of Distribution Feeder Protection with Renewable Energy by Using IEC 61850 Protocol
指導教授:許世哲許世哲引用關係
指導教授(外文):Hsu Shih-Che
口試委員:許世哲廖炯州陳宏良
口試委員(外文):Hsu Shih-CheLIAO,JIONG-ZHOUZHEN,HONG-LIANG
口試日期:2022-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:130
中文關鍵詞:IEC 61850IEDIEC 61850變電所再生能源配電饋線保護
外文關鍵詞:IEC 61850IEDIEC 61850 SubstationRenewable EnergyDistribution Feeder Protection
相關次數:
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IEC 61850是一種針對電力系統的國際通訊標準,運用GOOSE通訊傳輸數據的方式,可以進行變電所內部的數據傳輸及保護控制。本研究嘗試把IEC 61850通訊協定推廣運用至配電饋線保護,朝智慧配電的方向邁進。
本論文使用ABB公司生產的IED,嘗試模擬在含再生能源的配電饋線上,實現應用IEC 61850通訊協定達成保護功能的可能性。本研究最終透過PCM 600規劃軟體,賦予適當的邏輯程序之後,證明以IEC 61850通訊架構可以實現配電系統保護方案。
隨著網路通訊對配電電網控制的重要性逐漸提升,為了解決通訊故障對配電電網控制的影響,本論文進而提出一套在IEC 61850通訊協定規範下,饋線上IED通訊故障之後備保護。亦即配電饋線上有IED 發生通訊故障時,仍然可以透過其他台IED完成饋線保護。本論文的模擬成果,可以作為未來發展更完好的配電控制技術的基礎。

IEC 61850 is an international communication standard of power system. Using GOOSE communication of IEC 61850, we can carry out the data transmission, protection and control within the substation. This thesis attempts to promote the application of IEC 61850 communication protocol to distribution feeder protection, and to move towards the direction of smart distribution.
This thesis uses the IED produced by ABB to simulate the protection function on the distribution feeder with renewable energy by using the IEC 61850 communication protocol. In this research, by using the PCM 600 planning software to give the appropriate logic procedures, it is proved that the IEC 61850 communication framework can realize the protection scheme of the power distribution system.
With the increasing importance of network communication to distribution grid control and in order to solve the impact of communication failure on distribution gird protection, this thesis proposes a set of backup protection methodologies for feeder IED communication failures under IEC 61850 communication protocol environment. That is to say, when there is an feeder IED which communication function is failure, the feeder protection function can still be completed through other IEDs. The simulation results of this research can be used as the basis for the development of better distribution control technology in the future.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 2
第二章 IEC 61850通訊協定 4
2.1 IEC 61850標準說明 5
2.2 IEC 61850系統架構 7
2.3 IEC 61850通訊模型 8
2.3.1實體設備 9
2.3.2邏輯設備 9
2.3.3邏輯節點 10
2.4通用物件導向變電站狀態事件(GOOSE) 11
2.5 IEC 61850系統配置語言 14
2.5.1 SCL配置流程 15
第三章 模擬以IEC 61850進行含大量再生能源的配電饋線之保護 17
3.1配電系統之再生能源併網保護說明 17
3.2以ABB IED模擬含大量再生能源的配電饋線保護 17
3.2.1配電饋線模擬單線圖及IED位置說明 17
3.2.2配電故障模擬之故障類型 18
3.2.3配電饋線模擬之邏輯設計 21
3.2.4配電饋線模擬之軟硬體架構 24
3.2.5配電饋線模擬之ABB IED PCM600配置 25
3.2.6配電饋線保護模擬結果 31
3.3以ABB IED模擬含大量再生能源的配電分歧線保護 33
3.3.1配電分歧線模擬單線圖及IED位置說明 33
3.3.2配電分歧線模擬之故障類型 34
3.3.3配電分歧線模擬之邏輯設計 36
3.3.4配電分歧線模擬之軟硬體架構 39
3.3.5配電分歧線模擬之ABB IED PCM 600配置 40
3.3.6配電分歧線模擬結果 46
3.4以ABB IED模擬含大量再生能源之配電饋線後備保護 47
3.4.1 IED斷訊之配電饋線保護單線圖及IED位置說明 47
3.4.2配電饋線IED保護範圍設計 48
3.4.3配電饋線IED保護邏輯說明 49
3.4.4 配電饋線斷訊保護模擬之保護邏輯設計 54
3.4.5 IED斷訊配電饋線保護模擬之軟硬體規劃 60
3.4.6 IED斷訊配電饋線保護模擬之ABB IED PC M600配置 62
3.4.7配電饋線斷訊保護模擬結果 71
第四章 模擬以IEC 61850進行含少量再生能源的配電饋線之保護 80
4.1再生能源發電系統產生的故障電流 80
4.2以ABB IED模擬含少量再生能源的配電饋線保護 81
4.2.1配電饋線模擬之單線圖及IED位置說明 81
4.2.2配電故障模擬之故障類型 82
4.2.3配電饋線模擬之邏輯設計 84
4.2.4配電饋線模擬之軟硬體架構 87
4.2.5配電饋線模擬之ABB IED PCM600配置 88
4.2.6配電饋線模擬結果 95
4.3以ABB IED模擬配電分歧線保護 97
4.3.1配電分歧線模擬之故障類型 98
4.3.2配電分歧線模擬之邏輯設計 100
4.3.3配電分歧線模擬之軟硬體架構 103
4.3.4配電分歧線模擬之ABB IED PCM600配置 105
4.3.5配電分歧線模擬結果 111
第五章 結論與未來研究方向 113
5.1結論 113
5.2未來研究方向 114
參考文獻 115

圖目錄
圖2.1 IEC 60870-5-103通訊協定之標準整合 4
圖2.3.1 IEC 61850資料模型 8
圖2.3.2 邏輯設備結構 9
圖2.4.1 GOOSE訊息傳送機制 12
圖2.4.2 GOOSE重複發送封包及封包內容 13
圖2.5.1變電站SCL文件配置流程 15
圖3.2.1模擬含大量再生能源之配電饋線單線圖 18
圖3.2.2饋線CB與開關SA1之間發生故障 18
圖3.2.3開關SA1與開關SA2之間發生故障 19
圖3.2.4開關SA2與再生能源CB之間發生故障 19
圖3.2.5配電饋線模擬之邏輯設計 23
圖3.2.6配電饋線模擬之設備架構圖 24
圖3.2.7配電饋線模擬之專案架構 25
圖3.2.8控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)邏輯規劃 26
圖3.2.9開關SW1之IED2(REF615_11)邏輯規劃 26
圖3.2.10開關SW2之IED3(REF615_15)邏輯規劃 27
圖3.2.11再生能源CB之IED4(REF615_16)邏輯規劃 27
圖3.2.12控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)數據集配置 28
圖3.2.13開關SW1之IED2(REF615_11)數據集配置 28
圖3.2.14開關SW2之IED3(REF615_15)數據集配置 28
圖3.2.15再生能源CB之IED4(REF615_16)數據集配置 29
圖3.2.16控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)信號矩陣 29
圖3.2.17開關SW1之IED2(REF615_11)信號矩陣 29
圖3.2.18開關SW2之IED3(REF615_15)信號矩陣 30
圖3.2.19再生能源CB之IED4(REF615_16)信號矩陣 30
圖3.2.20模擬配電饋線無故障正常運行 31
圖3.2.21模擬出口斷路器饋線CB與開關SA1之間發生故障 31
圖3.2.22模擬開關SA1與開關SA2之間發生故障 32
圖3.2.23模擬開關SA2與再生能源CB之間發生故障 32
圖3.3.1含大量再生能源之分歧線模擬單線圖 33
圖3.3.2幹線開關SA12與再生能源CB之間發生故障 34
圖3.3.3分歧斷路器SA11與開關SB1之間發生故障 34
圖3.3.4配電分歧線模擬之邏輯設計 38
圖3.3.5配電分歧線模擬之設備架構 39
圖3.3.6分歧配電模擬之專案架構 40
圖3.3.7控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)邏輯規劃 41
圖3.3.8主幹線開關SW A1之IED2(REF615_11)邏輯規劃 41
圖3.3.9分歧線開關SW B1之IED3(REF615_15)邏輯規劃 42
圖3.3.10再生能源CB之IED4(REF615_16)邏輯規劃 42
圖3.3.11控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)數據集配置 43
圖3.3.12主幹線開關SW A1之IED2(REF615_11)數據集配置 43
圖3.3.13分歧線開關SW B1之IED3(REF615_15)數據集配置 43
圖3.3.14再生能源CB之IED4(REF615_16)數據集配置 44
圖3.3.15控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)信號矩陣 44
圖3.3.16主幹線開關SW A1之IED2(REF615_11)信號矩陣 45
圖3.3.17分歧線開關SW B1之IED3(REF615_15)信號矩陣 45
圖3.3.18再生能源CB之IED4(REF615_16)信號矩陣 45
圖3.3.19配電模擬分歧線無故障正常運行 46
圖3.3.20模擬再生能源CB與幹線開關SA12之間發生事故 46
圖3.3.21模擬分歧線斷路器SA11與分歧線開關SB1之間發生事故 47
圖3.4.1模擬配電饋線的單線圖 48
圖3.4.2配電饋線IED正常保護範圍 48
圖3.4.3配電饋線IED後備保護範圍 49
圖3.4.4 IED位於饋線最前端或最末端的正常保護邏輯 49
圖3.4.5 IED位於饋線中間的正常保護邏輯 49
圖3.4.6 IED位於饋線最前端或最末端的後備保護邏輯 51
圖3.4.7 IED位於饋線中間的後備保護邏輯 51
圖3.4.8 IED配電饋線斷訊保護模擬之設備架構圖 61
圖3.4.9配電饋線斷訊保護之專案架構 62
圖3.4.10開關SW1之IED1(REF615_10)邏輯規劃 63
圖3.4.11開關SW2之IED2(REF615_11)邏輯規劃 64
圖3.4.12開關SW3之IED3(REF615_16)邏輯規劃 65
圖3.4.13開關SW4之IED4(REF615_15)邏輯規劃 66
圖3.4.14開關SW1之IED1(REF615_10)數據集配置 67
圖3.4.15開關SW2之IED2(REF615_11)數據集配置 68
圖3.4.16開關SW3之IED3(REF615_16)數據集配置 68
圖3.4.17開關SW4之IED4(REF615_15)數據集配置 69
圖3.4.18開關SW1之IED1(REF615_10)信號矩陣 69
圖3.4.19開關SW2之IED2(REF615_11)信號矩陣 70
圖3.4.20開關SW3之IED3(REF615_16)信號矩陣 70
圖3.4.21開關SW4之IED4(REF615_15)信號矩陣 71
圖3.4.22配電饋線斷訊保護結果(A) 73
圖3.4.23配電饋線斷訊保護結果(A1) 73
圖3.4.24配電饋線斷訊保護結果(A2) 74
圖3.4.25配電饋線斷訊保護結果(A3) 74
圖3.4.26配電饋線斷訊保護結果(B) 75
圖3.4.27配電饋線斷訊保護結果(B1) 75
圖3.4.28配電饋線斷訊保護結果(B3) 76
圖3.4.29配電饋線斷訊保護結果(C) 76
圖3.4.30配電饋線斷訊保護結果(C1) 77
圖3.4.31配電饋線斷訊保護結果(C2) 77
圖3.4.32配電饋線斷訊保護結果(C3) 78
圖3.4.33配電饋線斷訊保護結果(D) 78
圖3.4.34配電饋線斷訊保護結果(D2) 79
圖3.4.35配電饋線斷訊保護結果(D3) 79
圖4.2.1含少量再生能源之配電饋線模擬單線圖 81
圖4.2.2饋線CB與開關SA1之間發生故障 82
圖4.2.3開關SA1與開關SA2之間發生故障 82
圖4.2.4開關SA2與開關SA3之間發生故障 83
圖4.2.5開關SA3與聯絡開關SNO之間發生故障 83
圖4.2.6配電饋線模擬之邏輯設計 86
圖4.2.7配電饋線模擬之設備架構圖 87
圖4.2.8配電饋線模擬之專案架構 88
圖4.2.9控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)邏輯規劃 89
圖4.2.10開關SA1之IED2(REF615_11)邏輯規劃 89
圖4.2.11開關SA2之IED3(REF615_16)邏輯規劃 90
圖4.2.12開關SA3之IED4(REF615_15)邏輯規劃 90
圖4.2.13控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)數據集配置 91
圖4.2.14開關SA1之IED2(REF615_11)數據集配置 91
圖4.2.15開關SA2之IED3(REF615_16)數據集配置 92
圖4.2.16開關SA3之IED4(REF615_15)數據集配置 92
圖4.2.17控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)信號矩陣 93
圖4.2.18開關SA1之IED2(REF615_11)信號矩陣 93
圖4.2.19開關SA2之IED3(REF615_16)信號矩陣 94
圖4.2.20開關SA3之IED4(REF615_15)信號矩陣 94
圖4.2.21模擬配電饋線無故障正常運行 95
圖4.2.22模擬出口斷路器饋線CB與開關SA1之間發生故障 95
圖4.2.23模擬開關SA1與開關SA2之間發生故障 96
圖4.2.24模擬開關SA2與開關SA3之間發生故障 96
圖4.2.25模擬開關SA3與聯絡開關SNO之間發生故障 97
圖4.3.1含少量再生能源之分歧線模擬單線圖 98
圖4.3.2饋線CB與幹線開關SA11之間發生故障 98
圖4.3.3分歧斷路器SA12與分歧開關SB1之間發生故障 99
圖4.3.4配電分歧線模擬之邏輯設計 102
圖4.3.5配電分歧線模擬之設備架構 104
圖4.3.6配電分歧線模擬之專案架構 105
圖4.3.7控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)邏輯規劃 106
圖4.3.8主幹線開關SA1之IED2(REF615_11)邏輯規劃 106
圖4.3.9分歧線開關SB1之IED3(REF615_16)邏輯規劃 106
圖4.3.10開關SA2之IED4(REF615_15)邏輯規劃 107
圖4.3.11控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)數據集配置 107
圖4.3.12主幹線開關SA1之IED2(REF615_11)數據集配置 108
圖4.3.13分歧線開關SB1之IED3(REF615_16)數據集配置 108
圖4.3.14主幹線開關SA2之IED4(REF615_15)數據集配置 108
圖4.3.15控制出口斷路器CB之IED1(REF615_10)信號矩陣 109
圖4.3.16主幹線開關SA1之IED2(REF615_11)信號矩陣 109
圖4.3.17分歧線開關SB1之IED3(REF615_16)信號矩陣 110
圖4.3.18主幹線開關SA2之IED4(REF615_15)信號矩陣 110
圖4.3.19配電模擬分歧線無故障正常運行 111
圖4.3.20模擬饋線CB與幹線開關SA11之間發生事故 112
圖4.3.21模擬分歧斷路器SA12與分歧線開關SB1之間發生事故 112

表目錄
表2.1.1 IEC 61850標準部分描述 6
表2.3.1邏輯節點數量及群組分類 10
表2.4.1 GOOSE封包重複發送間隔 13
表3.2.1配電饋線模擬之LED燈配置 25
表3.3.1配電分歧線模擬之LED燈配置 40
表3.4.1 IED位於饋線最前端或最末端的正常保護邏輯表 50
表3.4.2 IED位於饋線中間的正常保護邏輯表 50
表3.4.3 IED位於饋線最前端或最尾端的後備保護邏輯表 52
表3.4.4 IED位於饋線中間的後備保護邏輯表 53
表3.4.5正常保護跳脫邏輯節點BLOCK邏輯表 55
表3.4.6後備保護跳脫邏輯節點BLOCK邏輯表 56
表3.4.7 GOOSE品質檢查邏輯表 57
表3.4.8故障偵測訊息使用邏輯表 58
表3.4.9配電饋線斷訊保護模擬之LED燈配置 61
表3.4.10配電饋線斷訊模擬種類 72
表4.2.1配電饋線模擬之LED燈配置 88
表4.3.1配電分歧線模擬之LED燈配置 104

參考文獻
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