矿区配电网（精选4篇）
矿区配电网 篇1
矿区配电系统是将电能分配到矿区用户的最终环节, 包括矿区电站、变压器、用电设备以及配电线路。矿区配电网络主要通过外部系统110k V或220k V输变电系统接入, 经过矿区配变系统转化为380V、6k V、10k V、35k V或110k V供给矿区不同作业单位。为保证矿区用电的安全可靠性, 其高压配电网络多采用开环网络联接方式, 并对系统的重点负荷提供双电源供电。为了贯彻中央关于节能减排、坚持可持续性发展的经营理念, 同时满足工矿企业对电力供应的安全性、可靠性以及电能质量的更高要求, 本文将针对矿区配电网络的特点, 探讨系统降损节能的可行性方法[1]。
1 矿区电网的特点
(1) 重点矿区都自备有小型火电厂, 在保证矿区系统稳定电源供应减少外购电量的同时, 综合利用火力发电的系统热能。一般矿区自备电厂容量都在100MW以下。
(2) 矿区配网系统负荷大都属于一二类负荷, 一旦系统供电出现中断, 将造成巨大的人员和财产损失。因而, 矿区对其配网供电的安全稳定、电能质量及故障快速反应能力的要求都较高。
(3) 矿区配电网络主要通过外部系统110k V或220k V输变电系统接入, 经转化为380V、6k V、10k V、35k V或110k V供给矿区不同作业单位。为保证矿区用电的安全可靠性, 其配网结构多采用开环网络联接方式, 并对系统的重点负荷提供双电源供电。
(4) 矿区电厂与负荷中心地理位置较近, 大大降低了电源的供电范围, 因而可以忽略系统暂态稳定性的问题。
(5) 矿区配网的无功功率平衡主要考虑的系统组件为配电变压器与感应电动机, 因而无功补偿的重点在于中低压部分。
(6) 为满足系统对电能质量的要求, 矿区配网的电力系统需要经过详细的分析计算, 并在此基础上对各质量参数进行细致分析。针对配网系统的分析及监测结构, 制定合理的电网稳定方案。
2 矿区配网降损的措施
(1) 线路的经济运行。矿区配电网的经济运行是指通过合理调整用电负荷布局调整系统运行的电压水平等方式, 在现有电网结构及布局下实现系统负荷的优化分配及布局, 达到节能降损的目的。另一方面, 由于矿区配网多采用的开环环网运行方式, 因而线路负荷的布局应该尽量符合自然分布的规则[2]。
(2) 合理的调整电压。合理调整电压是指为降低配电线路上的电能损耗, 在保证系统供电质量的前提下, 通过对发电机端电压, 变压器分接头以及母线上的调相机、无功补偿器等的调整, 达到调整配网系统电压的目的。一般采用的调压手段有:无功补偿设备的投切, 变压器分接头的调整, 发电机调相等。
(3) 电网的升压改造。调整系统的电压不同, 电网升压改造是指当系统负荷急速增长时, 由于输电线路的能耗不断增长而造成的配电系统的不经济运行。目前相当一批矿区配网仍然在沿用上个世纪80年代末期建设的6k V的配网输电线路, 为有效降低线路网损, 有必要简化配网电压等级, 淘汰非标准以及部分低压输电线路方案。
(4) 降低配电变压器的损耗。变压器是配网系统中的主要设备之一, 降低变压器的功率损耗, 实现变压器的经济运行, 是降低工矿企业配网损耗的重要措施。一般来讲, 目前配网系统使用的变压器系列中, S7、S9、S11按其排列顺序, 功耗依次减少。当变压器工作在80%负荷区间时, 三种变压器的损耗存在明显差别。因而在综合考虑系统经济性的前提下, 尽量选用功耗更低的节能型变压器能够起到一定的降损作用。
在矿区配网系统中, 由于今年来不断增长的矿区规模以及产量目标的压力, 作业区的负载设备不断增加, 在给配网负荷带来一定压力的同时, 其负荷在时间上也表现出一定的不平衡性[3]。部分变压器有时候接近满载, 而在作业空闲时段常处于空载或轻载状态, 而空载变压器在轻载时的损耗最大, 因而有必要对配网负荷进行合理分配, 或考虑停用空载状态的配电变压器。
三相负载的不平衡运行也会造成变压器的损耗的大幅上升, 由于其中一相负荷的增长, 造成单相线路电流过大, 线路损耗急剧增加。因而在配网运行中, 要加强对测量线路主干线路和配电变压器的三相电流的监测, 做好各相负荷的平衡工作以减少电能损耗。
一般来讲, 空载变压器的功率损耗大小与其功率因数并无关联, 但处于负载状态的变压器损耗与其功率因素的平法成反比, 与负载成正比。因而对变压器功率因素的调节也会影响到变压器的功率损耗, 实际操作中可以通过加装电容器, 提高负载端电压等手段来调节变压器的功率因素。
(5) 线路的定期巡检, 防止漏电。考虑到矿区负载对供电稳定性的要求, 有必要加强对配网设备的巡检工作, 为设备的检修以及系统的安全工作提供保障。当配网设备检修时, 矿区的正常作业可能受到影响, 为减少设备故障造成的经济损失, 巡检及设备的检修要有高度的计划性, 在提高检修质量的同时, 减少不必要的系统临时检修, 减少系统检修的停电事件。同时考虑到矿区的自然环境, 巡检人员要做好绝缘子等外绝缘设备的外部清理, 减少树木对线路的威胁, 注意检测接头电阻等, 防止漏电事故的发生。
(6) 推广应用新技术。利用技术手段合理降低系统损耗, 提高系统的符合率, 要注意做好系统负荷的检测与数据的整理与分析, 利用电力系统及自动化领域的新技术结合现代管理手段达到有效降损的目的。
3 展望与思考
这里对矿区配电网的局部性优化提出了部分建议, 但仅仅考虑在原有系统基础上的优化布局, 而没有兼顾矿区配电网络的改造。未来随着配网系统规划技术的升入发展以及电力电子技术的不断深入, 将对矿区配电网络节能降耗带来积极地影响。
文章对矿区配网节能降耗的可行措施进行简要介绍, 相关问题, 已有众多论著, 在此不做赘述, 如优化措施集合的建立、程序算法的实现以及对实际地区的配网接线方式的改进措施的研究应用等。
4 结语
电力系统的配电网络的节能降损问题是建立在对系统线损的计算分析基础上的, 我们通过将电力系统的一般分析方法与矿区配电网络的特点相结合, 针对性的提出了矿区配电网的降损节能方法, 包括合理调整运行电压, 进行电网的升压改造, 合理调整网络的布局以及对变压器的经济调整方式。
摘要：为了贯彻中央关于节能减排、坚持可持续性发展的经营理念, 同时满足工矿企业对电力供应的安全性、可靠性以及电能质量的更高要求, 本文将针对矿区配电网络的特点, 探讨系统降损节能的可行性方法。
关键词：矿区配电网,节能降损
参考文献
[1]钱清泉.铁路配电网自动化发展与展望[D].中国科协2004年学术年会铁道分会场论文集, 2004.
[2]赵询传、秦仁伟.铁路配电自动化的发展与建议[J].铁道标准设计, 2000 (6-7) .
[3]颜昊博.铁路信号电源监测系统的研究与开发[D].天津工业大学, 2007.
矿区地面测量的高程控制网 篇2
矿区基本控制网是为满足煤矿矿区生产和建设对空间位置的精确需要而设立的平面和高程控制网,即近井网。它是将整个矿区纳入统一的平面坐标系统和高程系统中。它可成为国家等级控制网的一部分,或单独布设。
矿区应运用统一的坐标和高程系统。在特殊情况下,可应用中央子午线或矿区平均高程面的矿区坐标系统。
矿区地面平面控制网可采用三角网、边角网、导线网,CPS定位等布网方法建立。矿区首级平面控制网应考虑矿区长期发展的需要。在国家一、二等平面控制网基础上布设,它的等级依矿区井田大小及贯通距离和精度要求而确定。
矿区地面高程首级控制网,通常用水准测量方法建立,它的布设范围和等级选择根据矿区长度来确定。矿区地面高程首级控制网应布设环形网,加密时应布设成附合路线和结点网,在山区和丘陵地带,可布设水准支线。各等水准网中最弱点的高程中误差必须小于±2cm。
2 近井点和井口高程基点的作用
在矿山建设过程中,必须按设计和工程要求进行各种矿山工程测量,如:井口位置、十字中线点,井下基本控制导线的施测以及井口之间井巷贯通。此类矿区工程测量一定要在井口附近的平面控制点和高程控制点进行。此控制点即近井点和井口高程基点。它们是矿山测量的基准点。
近井点可在矿区三、四等三角网、测边网或边角网的基础上,用插网、插点、敷设经纬仪导线或GPS定位等方法测设。近井点的精度对测设它的起算点,点位误差不许超过±7cm,后视边方位角中误差可控制在±10。近井网的布设可根据矿区平面控制网的布设规格和精度要求测设。
井口高程基点的高程精度要满足两相邻井口间主要巷道贯通的要求。井口高程基点的高程测量,要按四等水准测量的精度要求测设。在起伏大的山区难以布设水准路线时,使用三角高程测量方法测定,然而,要把高程中误差控制在±3cm。近井点和井口水准基点标石的埋设深度,在无冻土地区要大于0.6m,在冻土地区盘石顶面与冻结线间的高度要大于0.3m。为使近井点和井口水准基点免受损坏,在点的周围应设置保护桩和栅栏或刺网。
3 地面工程施工平面控制网
3.1 地面施工平面控制网的形式及选择
地面施工平面控制网一般采用的形式有三角网、GPS网、导线网、建筑基线或建筑方格网。选择平面控制网的形式,要从建筑总平面图、建筑场地的大小、地形、施工方案等因素出发综合考虑。对山区或丘陵地区,应用三角测量、边角测量或GPS方法建立控制网;对于地形平坦而通视困难的地区,可运用导线网或GPS网;对简单的小型建筑场地,布置一条或几条建筑基线,组成简单的图形并作为放样的依据;对建筑物多且分布比较规则和密集的工业场地,通常采用建筑方格网。
3.2 三角网的布设
采用三角网作为施工控制网时,常布设成两级,一是基本网:厂区控制网,以控制整个场地为主;二是厂房控制网,它直接控制建筑物的轴线及细部位置。当场区面积较小时,要使用二级小三角网一次布设。场区平面控制网的等级和精度,应符合下列规定:
较大的建筑场地应建立相当于一级导线精度的平面控制网;建筑场地较小或一般性建筑区,要建立相当于二、三级导线精度的平面控制网;当原有控制网作为场区控制网时,要进行复测检查。
3.3 导线网的布设方法
用导线网作为施工控制网,也要布设成两级,一是基本网,即厂区控制网,多布设成环形,可按城市测量规范的一级或二级导线测量的技术规范建立;二是测设导线网,即厂房控制网,用以测设局部建筑物,要按城市二级或三级导线的技术要求建立。厂房控制网的建立方法是:
一是基线法:依据厂区控制网定出一条边作为基线,然后,在基线的两端精密测设直角,建立矩形的两条短边,沿各边丈量距离,埋设距离指标桩。此类布设形式简单,测设起来也方便可行,然而其三边由基线推算,误差集中在最后一条边上,因此,该条边误差较大,此方式仅可应用中小厂房。
二是主轴线法:根据厂区的控制网定出矩形控制网的主轴线和主轴线在厂房柱基的开挖范围,测设出四条边的控制网。此种布网灵活性大,误差分布比较均匀。不是在于测设工序较多,费时间,可应用大型车间建立控制网。矩形网的主轴线,应与厂房的主轴线或主要设备的基础轴线一致,具体结合现场地形条件及施工情况而定。
4 矿区地面工程施工高程控制网
施工高程控制网的布设。布设的施工场地高程控制网要求水准点要有足够的密度,使施工放样时,安置一次仪器就能测设所需要的高程点;在施测阶段保持高程点位置稳定。在场地面积很大时,高程控制网可分为首级网和加密网布设,相应的水准点即基本水准点和施工水准点。
基本水准点是用来检核其他水准点高程有没有变动的首级控制点,其位置要设在施工影响小、无振动、利于施测和可永久保存的地方,并埋设永久性标志。在一般建筑场地上,一般埋设三个基本水准点,将其布设成闭合水准路线,并按城市四等水准测量规范施测。对于为地下管道等测设而设立的基本水准点,需要采用三等水准测量规范进行施测。
施工水准点可用于直接测设建筑物的高程。为测设的方便和减少误差,水准点要靠近建筑物。对中、小型建筑场地,施工水准点应布设成闭合路线或附合路线,基本水准点按城市四等水准或施工水准规范进行测量。
摘要：本文主要阐述了矿区地面平面和高程控制网的布设,近井点和井口高程基点的作用,地面工程施工平面控制网和矿区地面工程施工高程控制网等技术问题。
矿区配电网 篇3
沙曲煤矿井田位于山西省吕梁地区柳林县城以西, 矿区工业广场东距柳林县城5km左右, 面积约135平方公里。矿区地理坐标为:北纬37°18′42″~37°30′05″, 东经110°45′41″~110°56′31″。沙曲矿地处晋西黄土高原, 吕梁山脉中段西侧, 西邻黄河, 侵蚀地貌和堆积地貌是矿区的主要地貌。矿区属暖温带大陆性季风半干旱气候, 昼夜温差较大[1]。
2 平面控制网技术设计要求
布设GPS平面控制网需要满足国家相关测量规范的要求, 根据不同研究区的具体实际合理布设控制网[2]。为了保证必要的精度, GPS各段基线的长度应大致相等, 不能相差太大。在实地选择GPS控制点时, 要使得卫星截止高度角大于等于15°[3]。GPS控制网点虽然不要求点与点之间互相通视, 但考虑到有时会利用常规控制测量的方法进行测图控制点的加密, 故需要保证每个控制点具有至少一个的通视方向。
3 平面控制网基本方案设计
3.1 平面控制网形设计
考虑到整个沙曲矿区的面积不大, GPS平面控制网设计时采用短边、边连式。全网设计点数为7个, 其中前庄小学、北风井、张家湾3个点为转换基准点, 用于坐标转换;卜赖垣、白家坡、主井、龙沟4个点为测图控制点, 用于测图控制。
3.2 平面控制网等级及精度设计
GPS连测网的等级为四等。沙曲矿GPS控制网的设计平均距离为3km左右, 根据《煤矿测量规范》第10条规定:矿区的首级平面控制网一般在国家高等级的一等、二等平面控制网的基础上进行布设。矿区走向长度在5~25km, 首级控制为四等。沙曲矿走向长约22km, 因此GPS连接网采用D级。
3.3 GPS网作业模式
GPS网的作业模式为静态相对定位。GPS定位作业模式有多种, 其中, 静态相对定位模式是当前GPS测量定位中精度最高的一种方法。静态相对定位一般采用载波相位观测值为基本观测量, 这种定位方法可靠性强, 定位精度高, 在大地测量、精密工程测量和精密导航中得到了广泛的应用。
4 内、外业作业方案设计
依据设计说明书、《规范》制定观测技术指标。天线安置、对中、整平、指北、测前测后量天线高、记录气象参数、开机、关机、测站记录等。开机观测时, 观测的有效期为接收机捕获的卫星数大于4颗时直至关机, 观测期间要十分注意卫星数量的变化, 严禁碰动天线, 严禁随意开关机, 意外情况要详细记录。要经常监测或考虑存储器容量, 监测接收机工作状况。
数据采集及技术要求:观测时间段可在一天中任意选取, 但不能跨年积日, 以便于观测数据处理。测量前后应按要求填写观测手簿, 手簿中各项数据一律用铅笔认真填写、记录。天线安置应严格对中、整平, 在各个观测时段前后需各量取一次天线高, 两次量取的误差要求小于等于±3mm, 满足限差要求的情况下, 取其平均值, 将天线高记入观测手簿中。平面控制网布设成边连式, 采用静态相对定位作业模式进行外业数据的采集工作。观测记录时, 由接收机自动进行内容有:历元、载波相位观测值、卫星星历、卫星钟差改正参数、绝对定位结果、测站信息。观测员应记录的内容有:测站点名、编号;开关机时间、天线高、最多与最少卫星数、观测时期、时段数、观测者姓名、观测略图。采用Trimble公司GPS数据处理软件TGO1.63版进行内业计算, 根据GPS测量规范要求, D级网的点位相对精度不得低于1/45000。
5 坐标系及坐标转换方案设计
沙曲矿区的测量坐标系统采用1954北京坐标系, 高斯3°带分带投影方式, 测区的中央子午线经度为112°30′, 高斯投影的基准面为克拉索夫斯基椭球面, 抵偿高程面的高程采用大地高系统, 其值为+600m。
用矿区已有GPS的C等点张家湾、前庄小学、北风井做转换基点 (二维平差约束点) , 用于将GPS网点的WGS-84坐标转换为1954北京坐标系的坐标, 并以直角坐标形式表示。
GPS网点的高程直接由水准测量测定, 不进行高程拟合, 也不使用大地水准面模型求定。
参考文献
[1]武金福.沙曲矿近距离煤层回采巷道布置方式及支护技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济, 2016, 02:104-107.
[2]万永生, 吴吉虎.吴江市D级GPS平面控制网技术设计[J].科技信息, 2013, 04:500-504.
矿区配电网 篇4
智能电网包括智能输电网和智能配电网两个方面的内容, 其中智能配电网具有新技术内容多、与传统配电技术区别大的特点, 在智能电网中具有举足轻重的作用。智能电网内容广泛, 且在不断地发展变化之中。为促进我国配电工程技术人员了解、交流、学习智能配电网技术, 共同致力于我国智能配电网技术的发展, 应《供用电》编辑部之邀, 笔者撰写了本讲座。本讲座拟分4讲, 是依据现阶段对智能配电网的认识和研究成果, 介绍以下智能配电网技术的主要内容:①智能配电网概述;②分布式电源并网技术;③高级配电自动化;④高级量测体系。
第一讲 智能配电网概述
1 智能电网及其发展
1.1 智能电网的定义
“智能电网” (Smart Grid) , 最早出自美国“未来能源联盟智能电网工作组”在2003年6月份发表的报告。报告将智能电网定义为“集成了传统的现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统, 具有更加完善的性能并且能够为用户提供一系列增值服务。”在此之后, 陆续有一些文章、研究报告提出智能电网的定义;此外还有类似的“IntelliGrid”、“Modern Grid (现代电网) ”的称谓。尽管这些定义、称谓在具体的说法上有所不同, 但其基本含义与以上给出的定义是一致的。
“智能”二字, 很容易使人认为智能电网是一个属于二次系统自动化范畴的概念。事实上, 智能电网是未来先进电网的代名词, 我们可从技术组成和功能特征两方面来理解它的含义。
1) 从技术组成方面讲, 智能电网是集计算机、通信、信号传感、自动控制、电力电子、超导材料等领域新技术在输配电系统中应用的总和。这些新技术的应用不是孤立的、单方面的, 不是对传统输配电系统进行简单地改进、提高, 而是从提高电网整体性能、节省总体成本出发, 将各种新技术与传统的输配电技术进行有机地融合, 使电网的结构以及保护与运行控制方式发生革命性的变化。
2) 从功能特征上讲, 智能电网在系统安全性、供电可靠性、电能质量、运行效率、资产管理等方面较传统电网有着实质性的提高;支持各种分布式发电与储能设备的即插即用;支持与用户之间的互动。
1.2 智能电网的发展
尽管智能电网的概念是在2003年提出的, 但智能电网技术的发展最早可追溯到20世纪60年代计算机在电力系统的应用。20世纪80年代发展起来的柔性交流输电 (FACTS) 与诞生于20世纪90年代的广域相量测量 (WAMS) 技术, 也都属于智能电网技术的范畴。进入21世纪, 分布式电源 (Distributed Electric Resource, DER, 包括分布式发电与储能) 迅猛发展。人们对DER并网带来的技术与经济问题的关注, 在一定程度上催生了智能电网。
近年来, 国际上对智能电网的研究可谓方兴末艾。2002年, 美国电科院创立了“IntelliGrid”联盟 (原名称为GEIDS) , 开展现代智能电网的研究, 已提出了用于电网数据与设备集成的IntelliGrid通信体系;2003年7月, 美国能源部发表“Grid2030”报告, 提出了美国电网发展的远景设想, 之后美国能源部先后资助了GridWise、GridWorks、MGI (现代电网) 等智能电网研究计划。在实际应用方面, 德克萨斯州的CenterPoint能源公司、圣狄戈水电公司 (SDG & E) 等都在着手智能电网项目的实施或制定发展规划;作为美国盖尔文电力行动计划 (GEI) 的一部分, 伊利诺斯工学院 (IIT) 正在实施“理想电力 (Perfect Power) ”项目。
欧洲国家也在积极推动智能电网技术研发与应用工作。欧盟于2005年成立了“智能电网技术论坛”;以欧洲国家为基础的国际供电会议组织 (CIRED) 于2008年6月召开了“智能电网”专题研讨会。在智能电网建设方面, 意大利电力公司 (ENEL) 在2002年～2005年投资了21亿欧元实施智能读表项目, 使高峰负荷降低约5%, 据报道每年可节省投资近5亿欧元;法国电力公司 (EDF) 以智能电网作为设计方针, 改造其配电自动化系统。
我国对智能电网的研究与讨论起步相对较晚, 但在具体的智能电网技术研发与应用方面基本与世界先进水平同步。我国地区级以上电网都实现了调度自动化, 35 kV以上变电站基本都实现了变电站综合自动化, 有200多个地级城市建设了配电自动化。广域相量测量系统 (WMAS) 、FACTS等技术的研发与应用都有突破性进展。最近, 国家电网公司提出“建设坚强的智能化电网”, 极大地推动了我国智能电网研究的开展。
2 智能配电网的功能特征
智能配电网 (Smart Distribution Grid, SDG) 指智能电网中配电网部分的内容。与传统的配电网相比, SDG具有以下功能特征。
1) 自愈能力。
自愈是指SDG能够及时检测出已发生或正在发生的故障并进行相应的纠正性操作, 使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小。自愈主要是解决“供电不间断”的问题, 是对供电可靠性概念的发展, 其内涵要大于供电可靠性。例如目前的供电可靠性管理不计及一些持续时间较短的断电, 但这些供电短时中断往往都会使一些敏感的高科技设备损坏或长时间停运。
2) 具有更高的安全性。
SDG能够很好地抵御战争攻击、恐怖袭击与自然灾害的破坏, 避免出现大面积停电;能够将外部破坏限制在一定范围内, 保障重要用户的正常供电。
3) 提供更高的电能质量。
SDG实时监测并控制电能质量, 使电压有效值和波形符合用户的要求, 即能够保证用户设备的正常运行并且不影响其使用寿命。
4) 支持DER的大量接入。
这是SDG区别于传统配电网的重要特征。在SDG里, 不再像传统电网那样, 被动地硬性限制DER接入点与容量, 而是从有利于可再生能源足额上网、节省整体投资出发, 积极地接入DER并发挥其作用。通过保护控制的自适应以及系统接口的标准化, 支持DER的“即插即用”。通过DER的优化调度, 实现对各种能源的优化利用。
5) 支持与用户互动。
与用户互动也是SDG区别于传统配电网的重要特征之一。主要体现在两个方面:一是应用智能电表, 实行分时电价、动态实时电价, 让用户自行选择用电时段, 在节省电费的同时, 为降低电网高峰负荷作贡献;二是允许并积极创造条件让拥有DER (包括电动车) 的用户在用电高峰时向电网送电。
6) 对配电网及其设备进行可视化管理。
SDG全面采集配电网及其设备的实时运行数据以及电能质量扰动、故障停电等数据, 为运行人员提供高级的图形界面, 使其能够全面掌握电网及其设备的运行状态, 克服目前配电网因“盲管”造成的反应速度慢、效率低下问题。对电网运行状态进行在线诊断与风险分析, 为运行人员进行调度决策提供技术支持。
7) 更高的资产利用率。
SDG实时监测电网设备温度、绝缘水平、安全裕度等, 在保证安全的前提下增加传输功率, 提高系统容量利用率;通过对潮流分布的优化, 减少线损, 进一步提高运行效率;在线监测并诊断设计的运行状态, 实施状态检修, 以延长设备使用寿命。
8) 配电管理与用电管理的信息化。
SDG将配电网实时运行与离线管理数据高度融合、深度集成, 实现设备管理、检修管理、停电管理以及用电管理的信息化。
3 智能配电网的主要技术内容
SDG集现代电力新技术于一体, 具体内容主要有以下几个方面。
1) 配电数据通信网络。这是一个覆盖配电网中所有节点 (控制中心、变电站、分段开关、用户端口等) 的IP通信网, 采用光纤、无线与载波等组网技术, 支持各种配电终端与系统“上网”。它将彻底解决配电网的通信瓶颈问题, 给配电网保护、监控与自动化技术带来革命性的变化, 并影响一次系统技术的发展。
2) 先进的传感测量技术, 如光学或电子互感器、架空线路与电缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量等技术。
3) 先进的保护控制技术, 包括广域保护、自适应保护、配电系统快速模拟仿真、网络重构等技术。
4) 高级配电自动化。目前的配电自动化技术包括配电运行自动化 (安全监控和数据采集、变电所综合自动化、馈线自动化) 、配电管理自动化 (配电地理信息系统、设备管理、检修管理等) 以及用户自动化这3个方面的内容。这些内容都属于SDG技术的范畴。
为与目前大家熟知的配电自动化区分, 美国电科院提出了高级配电自动化 (Advanced Distribution Automation, ADA) 的概念。ADA是传统配电自动化 (DA) 的发展, 也可认为是SDG中的配电自动化。ADA的新内容主要支持DER的“即插即用”, 它采用IP技术, 强调系统接口、数据模型与通信服务的标准化与开放性。
为使SDG技术概念更有针对性, 笔者建议ADA仅包括配电运行自动化与配电管理自动化, 将用户自动化内容列入下面介绍的高级量测体系。
5) 高级量测体系 (Advanced Metering Architecture, AMA) 是一个使用智能电表通过多种通信介质, 按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据的系统。AMA是支持用户互动的关键技术, 是传统AMR技术的新发展, 属于用户自动化的内容。
6) DER并网技术, 包括DER在配电网的“即插即用”以及微网 (Micro Grid) 两部分技术内容。DER的“即插即用”包括DER高度渗透的配电网的规划建设、DER并网保护控制与调度管理、系统与设备接口的标准化等。微网是指接有分布式电源的配电子系统, 它可在主网停电时孤立运行。
DER并网研究内容还包括有源网络 (Active Network) 技术。有源网络指分布式电源大量应用、深度渗透, 潮流双向流动的网络。
7) DFACTS是柔性交流输电 (FACTS) 技术在配电网的延伸, 包括电能质量与动态潮流控制两部分内容。DFACTS设备包括静止无功发生器 (SVC) 、静止同步补偿器 (STATCOM) 、有源电力滤波器 (APF) 、动态不停电电源 (UPS) 、动态电压恢复器 (DVR) 与固态断路器 (SSCB) 、统一潮流控制器 (UPFC) 等。
8) 故障电流限制技术, 指利用电力电子、高温超导技术限制短路电流的技术。
综上所述, SDG技术包含一次系统与二次系统两方面的内容。一个具体的SDG功能的实现, 往往涉及多项技术的综合应用。以自愈功能为例, 首先一次网架的设计应该更加灵活、合理, 并应用快速断路器、故障电流限制器等新设备;在二次系统中, 应用广域保护、就地快速故障隔离等新技术, 以及时检测出故障并进行快速自愈操作。
4 建设智能配电网的作用与意义
电力系统已诞生一百多年了, 尽管其电压等级与规模与当年相比已有天壤之别, 但系统的结构与运行原理并没有很大的变化。进入21世纪, 面对当今社会与经济发展对电力系统提出的新要求和计算机、电力电子等新技术的广泛应用, 有必要重新审视过去电网建设的模式, 探讨未来电网的发展新方向, 而智能电网正是人们对这一问题思考、研究的结果。智能电网技术的发展正在给电力系统带来一场深刻的变革。
配电网直接面向用户, 是保证供电质量、提高电网运行效率、创新用户服务的关键环节。在我国, 由于历史的原因, 配电网投资相对不足, 自动化程度比较低, 在供电质量方面与国际先进水平还有一定的差距。目前电力用户遭受的停电时间, 95%以上是由于配电系统原因造成的 (扣除发电不足的原因) ;配电网是造成电能质量恶化的主要因素;电力系统的损耗有近一半产生在配电网;分布式电源接入对电网的影响主要是对配电网的影响;与用户互动、进行需求侧管理的着眼点也在配电网。因此, 建设智能电网, 必须给予配电网足够的关注。结合我国配电网实际, 积极研发应用SDG技术, 对于推动我国配电网的技术革命具有十分重要的意义。
SDG将使配电网从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双向流动、高度自动化的方向转变。随着我国SDG建设的进展, 将产生越来越明显的经济效益与社会效益, 主要以下3个方面。
1) 实现配电网的最优运行, 达到经济高效。
SDG应用先进的监控技术, 对运行状况进行实时监控并优化管理, 降低系统容载比并提高其负荷率, 使系统容量能够获得充分利用, 从而可以延缓或减少电网一次设备的投资, 产生显著的经济效益和社会效益。
2) 提供优质可靠电能, 保障现代社会经济的发展。
SDG在保证供电可靠性的同时, 还能够为用户提供满足其特定需求的电能质量;不仅可以克服以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断, 而且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响, 为各种高科技设备的正常运行、为现代社会与经济的发展提供可靠优质的电力保障。
3) 推动新能源革命, 促进环保与可持续发展。
传统的配电网的规划设计、保护控制与运行管理方式基本上不考虑SER的接入, 而且为不影响配电网的正常运行, 现有的标准或运行导则对接入的DER的容量及其并网点的选择都做出了严格的限制, 制约了分布式发电的推广应用。SDG具有很好地适应性, 能够大量地接入DER并减少并网成本, 极大地推动可再生能源发电的发展, 大大降低化石燃料使用和碳排放量, 在促进环保的同时, 实现电力生产方式与能源结构的转变。
参考文献
[1]帅军庆.瞄准世界前沿, 建设智能电网[J].国家电网, 2008 (2) .
[2]Smart Grid Working Group.Challenge and Oppor-tunity:Charting a New Energy Future, AppendixA:Working Group Reports[R].Energy Future Co-alition.USA, 2003 (6) .
[3]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].国家电网, 2008 (5) .
[4]丁民丞.方兴未艾的智能电网[J].国家电网, 2008 (5) .