摘要：随着分布式电源高渗透率接入配电网，在电网发生故障后易在局部形成孤岛效应，从而引发严重的电网安全事故，因此研究孤岛原因与保护原理对保证大规模分布式电源安全接入配电网具有重要意义。

关键词：5G无线通信；广域防孤岛；保护原理

引言

孤岛保护是主动配电网中一类特殊的保护难题。根据GB/T33593—2017《分布式电源并网技术要求》的规定，包含负荷和电源的部分电网，非计划、不受控地从主网脱离后继续孤立运行的状态，称为非计划孤岛。

15G无线通信技术的发展现状

在我国社会的发展和信息传输技术的研究和应用中，5G无线通信技术的出现是非常重要的变革，5G无线通信技术能够提高信息通信的效率和广度，使信息化时代步入了新的发展阶段，人们对信息通信的要求越来越高。

1.1优势

在5G无线通信技术的发展过程中，5G无线通信技术的类型更加多样化，如使用多天线进行数据传输。5G无线通信技术朝着大规模阵列开发和三维方向发展，5G无线通信技术抗干扰能力的提升，能够优化无线通信技术频谱，让5G网络信息传输更加顺畅。应用C-RAN架构，能够加强对网络数据传输成本的控制，还能将信号直接传输到各个远程接收点，实现全覆盖。5G无线通信技术的应用对“万物互联”提供了非常重要的发展空间，结合5G无线通信技术和其他先进技术，能够让互联网真正走入人们的现实生活，为人们提供便捷生活。例如，在教育领域，很多教师利用5G无线通信技术配合全息投影和增强现实技术建设更加真实生动的教学环境，让学生能够更直观地了解和体验所需学习的知识；在汽车技术领域，应用5G无线通信技术能支持汽车无人驾驶和自动泊车等功能，让汽车驾驶更加简单，在5G无线通信技术支持下，汽车系统在紧急情况下反应更快，可以实现无人驾驶；在日常生活方面，应用5G无线通信技术可以打造智能家居，智能控制所有家居设备。5G无线通信技术突破了传统通信技术的局限，提升人们生活的舒适度。5G无线通信技术作为现代信息社会最新的通信技术，在各个方面都比4G无线通信技术更具优越性。5G无线通信技术对现代社会的发展和科学技术的进步起到了非常重要的促进作用。随着5G无线通信技术的蓬勃发展，物联网的发展也在加速。在5G无线通信时代，大多数5G产品都具有更强的感知能力、更快的信息传输速度，5G无线通信技术能够提高信息的传播效率和空间广度，在5G无线通信技术的加持下，很多技术也得到了针对性发展，如更加完善的虚拟现实技术、更加快捷的云计算技术等，都让人们的生活更加方便、更加丰富多彩。

1.2不足

5G无线通信技术的最大特点是能够实现“万物互联”，高速的信息传输网络能够连接人们生活中常见的物品，结合先进的人工智能技术为人们的生活带来便利。5G无线通信技术不是单纯的无线通信技术，而是真正用于人们生活的重要技术，如无人驾驶、智能机器人、网络摄像头等。不过随着5G无线通信技术的应用，人们的隐私安全逐渐缺乏保障，增加了人们对网络安全的担忧。5G无线通信技术作为现代社会最重要的信息技术之一，虽然显著促进了人们的生活和社会的发展，但是由于技术本身存在的问题，有很多不法分子能够找到5G通信网络的漏洞，通过木马病毒、网络攻击等方式获取用户隐私，这对社会的和谐稳定发展不利，会破坏人们对5G无线通信技术的信任。因此，加强对5G无线通信技术中网络安全问题的研究是5G无线通信技术未来发展的重要方向。在技术领域，诸多研究人员正在研究通过科学手段解决网络安全问题。

2防孤岛保护作用及其分类

防孤岛保护是指在配电网内出现非计划孤岛时解列DER的保护措施，其作用是避免因电压/频率异常损坏设备，并防止配电线路继续带电、威胁检修人员人身安全。配电网中的光伏发电、储能装置都是通过逆变器并网的，这些逆变器类分布式电源（inverterinterfaceddistributedenergyresources，IIDER）在配电网故障时输出的短路电流有限，无法利用电流保护使其及时解列，因此，防孤岛保护还起到在配电网故障时解列DER的作用，从而避免故障点电弧不能熄灭造成的重合闸失败，也防止因非同期重合闸产生冲击电流。DER防孤岛保护功能内置在DER控制系统中或并网点（pointofconnection，POC）开关的监控终端中。在用户配电系统（或DER电站）的进线总开关处，也需配置具有防孤岛功能的监控终端，为DER防孤岛保护提供远后备保护。中国的许多供电公司会在公共连接点（pointofcommoncoupling，PCC）的公共配电网一侧安装分界开关。在分界开关的监控终端里配置防孤岛保护功能，有利于供电公司掌握防止孤岛运行危害的主动权。现有防孤岛保护措施可分为4种：①被动式保护，根据本地电压/频率的变化判断是否出现了孤岛运行状态；②主动式保护，一类是内置于IIDER的主动扰动法，另一类是阻抗测量法；③插入阻抗法，在PCC开关动作时联动投入电容器组或电阻，破坏下游非计划性孤岛平衡运行状态；④远跳（directtransfertrip，DTT）技术，开关跳闸时通过通信通道跳开下游线路上的DER。国际上将以上4种措施统称为anti-islandingprotection或lossofmainsprotection（LoM），即反孤岛保护或脱离主网保护。中国国家标准GB/T33342—2016《户用分布式光伏发电并网接口技术规范》将插入阻抗的设备称为反孤岛装置，而将其他保护措施称为防孤岛保护。根据DL/T584—2017《3kV-110kV电网继电保护装置运行整定规程》等相关标准，在有地区电源接入的终端变电所内安装故障解列装置，当高压进线、变压器保护动作时联切地区电源并网专线，同时配置电压/频率保护作为后备保护，这种故障解列装置同时也是防孤岛保护装置。另外，也可在配电线路开关动作时联切就近接入的DER，或采用前面提到的DTT技术，通过通信通道远跳线路下游的DER。电压/频率保护还用于在配电网故障时解列DER，因此，需要分析其在配电网故障时的行为。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障相电压下降，非故障相电压上升，出现零序电压，但线电压维持不变。系统侧开关跳闸后，其下游的配电网变成一个中性点不接地的配电子网，由线路上的DER供电。这个中性点不接地的配电子网的接地电流最大等于线路本身的电容电流，而线路电容电流一般不会大于10A，因此，接地故障电弧会在系统侧开关跳闸后不久熄灭，形成孤岛运行状态。如果系统侧开关下游的配电子网内DER输出功率与负荷功率不匹配，线路电压/频率将出现变化，因此，可以利用电压/频率保护解列DER。小电阻接地系统发生单相接地故障时，电气量变化特征与小电流接地故障类似，区别在于非故障相电压上升幅度减少，线电压有一定幅度的下降。系统侧开关跳闸后，其下游配电子网的电气量变化特征与小电流接地系统中的情况相同，同样可以利用电压/频率保护解列DER。配电网发生三相短路故障时，故障点上游线路电压下降。故障点下游线路由DER供电。忽略负荷影响，下游DER的供电对象实际上是线路阻抗。假如接入的全是IIDER，因为线路阻抗幅值小、呈感性且可以忽略线路电容的影响，故障点下游电压幅值会比较小，且频率急剧上升。系统侧开关跳闸后，DER的电流流向故障点，故障点一般不会立即熄弧。这时，故障点上游线路也是由DER供电，电压/频率的变化特点与故障点下游线路类似。可见，三相短路时配电线路电压明显下降，故障点后频率会大幅上升，故障点前频率在系统侧开关跳闸后也会大幅上升。因此，电压/频率保护能够可靠地解列DER。

3广域防孤岛保护系统

3.1广域防孤岛保护系统结构

本文提出的广域防孤岛保护系统结构，通过广域防孤岛保护主机、子机构建基于5G无线网络的完整孤岛检测系统。其中，QF为非电源侧断路器，F1～Fn为电源侧短路器。广域防孤岛保护系统主要由5G通信网络和2种保护装置（安装在系统侧变电站的防孤岛保护主机和安装在分布式电源侧的防孤岛保护子机）组成。防孤岛保护主机之间通过变电站原有的光纤电缆进行通信，传输GOOSE格式的报文；防孤岛保护主机与子机基于运营商提供的5G无线网络进行通信，传输R-GOOSE格式的报文。由于本文侧重于保护原理和实现方法的讨论和研究，因此只在应用层面讨论2种报文的区别，GOOSE报文和R-GOOSE报文在报文结构上求同存异，R-GOOSE在保留原有GOOSE报文结构的基础上，增加了装置过程层网口IP，实现在网络传输中的路由功能。基于光纤电缆介质的GOOSE报文传输时延在4ms，根据国内运营商提供的5G电力专网的通信数据，基于5G无线专网传输速度时延可在50ms以内，则上述广域防孤岛保护系统整体的保护动作时间理论上满足100ms以内，相比国标要求2s的防孤岛保护切除时间，广域防孤岛保护在保护的快速性上有了大幅提升。

3.2广域防孤岛保护网络安全接入区

根据国家电网有限公司对于变电站网络安全的要求，变电站生产控制大区与外部公网不允许直接进行通信，需要部署安全接入区，通过隔离装置实现安全隔离来保证变电站内部的数据安全。本文提出的广域防孤岛保护系统，为保证系统侧变电站和分布式电源侧变电站5G通信的安全可靠，在运营商架设的5G电力专网的基础上，部署广域防孤岛保护网络安全接入区，广域防孤岛保护系统在生产控制大区和5G电力专网之间，通过部署广域防孤岛保护安全接入区，利用物理隔离的方式，保证变电站的内网信息安全。广域防孤岛保护安全接入区主要由安全隔离装置组成，装置硬件采用“双机+隔离”的物理隔离硬件架构，软件采用协议栈剥离、反向单比特及多种报文过滤控制技术。广域防孤岛保护系统在生产控制大区通过站控层交换机获取变电站内开关位置，以及上级变电站的孤岛检测信息。防孤岛保护装置对下发送远跳信号则需要通过安全隔离装置与对侧变电站进行5G无线通信，从而实现生产控制大区与5G电力专网的边界保护。同时，本文采用的安全隔离装置能够保证报文传输的时延在5ms以内，从而减小广域防孤岛保护安全接入区对于广域防孤岛保护时延的影响。

3.3后期运维更有保障

传统模式下，低压分布式光伏发电设备生产厂商众多，设备质量参差不齐，缺乏专业的日常运维，运行一定年限后，发电效率降低，发生故障后很难得到及时维修。“集中汇流”模式下，光伏发电设备厂商统一，施工工艺和技术规范完全一致，运维人员专业素质较高，便于后期运维管理。传统模式下，分布式光伏报装申请容量不可控，导致部分公用配电变压器反向重过载，影响村民生活用电。“集中汇流”模式下，光伏发电由开发企业根据村庄可开发容量配备升压变压器，解决了农村分布式光伏超容发电及配电变压器容量不足问题。光伏电站逆变器具备快速检测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力。防孤岛保护与电网侧线路保护、安全自动装置相配合，时间上互相匹配，其动作时间小于公共线路自动重合闸动作时间，当10kV公共线路跳闸后逆变器防孤岛保护首先动作，立即与电网解列；当自动重合闸重合成功后逆变器重新并列运行。

结语

试验表明广域防孤岛保护系统采用拓扑识别算法在线识别孤岛状态，通过5G通信实现分布式电源远程跳闸，有效解决了被动式防孤岛保护动作死区和定值整定困难的问题，大幅提升了孤岛的识别速度和准确度；同时5G无线通信技术解决了新能源场站敷设光纤难、通信困难的问题，提高了工程项目的可实施性。

参考文献：

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［2］王建建，孙媛媛，马钊，等．孤岛直流微电网接地运行方式及接地故障特性研究［J］．供用电，2021，38（1）：3-10，24.

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