智能电网:配电网（精选12篇）
智能电网:配电网 篇1
0 引言
与传统交流配电网相比,基于柔性直流技术的智能配电网具有供电容量大、线路损耗小、电能质量高、无需无功补偿、有利于新能源和储能装置接入等优点,逐渐成为国内外研究热点[1,2,3,4,5]和能源互联网发展的关键技术之一[6,7,8,9,10]。
基于柔性直流技术的智能配电网尚处于初步研究阶段,还存在许多待解决的问题。目前的研究主要集中在系统控制、保护策略及关键设备研制等方面[9,11,12,13],对其接入交流电网的方式尚未开展专门的研究。传统高压直流输电系统通过换流变压器接入交流电网,换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互转换,以及交直流系统间的电气隔离[14]。柔性直流输电系统一般通过联接变压器与交流系统连接,联接变压器可以对交流系统的电压进行变换,使电压源换流器工作在最佳的电压范围内[15,16]。基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网的连接也可通过联接变压器实现,在交直流系统侧不存在电压匹配问题时,也可以省略联接变压器,直接通过桥臂电抗器与交流母线或线路连接。基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,其研究可为直流配电技术的发展和示范工程的建设提供参考。
本文针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网,考虑其与10kV交流电网之间配置联接变压器和不配置联接变压器两种连接方式,从理论上简要分析了交直流侧故障之间的相互影响,并通过仿真计算定量研究了交直流系统故障之间的相互影响,最后从系统运行可靠性和经济性角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式。
1 系统主回路接线
图1为典型的±10kV基于柔性直流技术的智能配电网主回路结构图。交流侧接入10kV交流配电网,交直流侧不存在电压匹配的问题,交直流系统之间的连接方式存在配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况。
系统主回路接线是理论分析和仿真建模的基础,不同的连接方式下,交直流侧接地方式不同,对应系统主回路接线存在不同的结构,具体分析见附录A。
2 交直流系统相互影响理论分析
配置与不配置联接变压器的情况可能带来交直流系统相互影响程度的差异,进而影响系统设计。本文首先结合交流配电系统的接地方式,从交流侧故障对直流侧电压和电流的影响、直流侧故障对交流侧电压和电流的影响两个方面开展理论分析。交流系统故障考虑最常见的单相接地故障和最严重的三相短路故障。直流系统故障则主要分析单极接地故障和双极短路故障。
2.1 交流系统故障
当10kV交流系统发生单相接地故障时,假设A相发生金属性接地故障,见附录A图A5中K1点。此时交流系统向量图见附录A图A6,则有
式中:分别为交流系统侧三相对地电压;分别为故障点三相对地电压。
根据对称分量法,由上式可得故障处的零序电压,即此时的地电位参考点电压为:
配置独立的联接变压器时,如附录A图A5所示,因交流系统侧采用三角形连接,零序电流不会在变压器中流通,故联接变压器阀侧及直流侧均不会出现零序分量,联接变压器中性点电位不变,即直流侧地电位参考点电位不变,因而直流侧单极对地电压及极间电压均不受影响。
不配置联接变压器时,交流系统产生的零序电流通路见附录A图A7,则直流线路上将流过零序电流。此时,直流系统地电位参考点与交流系统相同,故直流单极对地电压将随着交流系统中性点电位变化而改变,直流正负极对地电压分别如式(3)和式(4)所示。·····
式中:为故障后单极对地电压;为正常运行时单极对地电压。
由此可知,交流系统单相接地故障后直流单极对地电压将会出现基频共模振荡,产生过电压。
当交流系统发生三相短路故障时,交流系统中会出现很大的故障电流。配置联接变压器时,系统故障回路中增加了联接变压器的漏抗,对故障电流有一定的限制作用,故传递到换流阀和直流线路的故障电流小于不配置联接变压器的情况。因此,故障电流对换流阀、桥臂电抗器的冲击也会减弱。
2.2 直流系统故障
直流侧单极接地故障时,故障点见附录A图A5中K2点,此时故障极电位跳变为零,地电位参考点电压跳变为故障极的负值,而非故障极电压将变为正常运行时的两倍。若配置联接变压器,根据系统主回路接线的分析,交直流系统接地点此时相互独立,故直流系统地电位的变化不会对交流系统电压和电流产生大的影响。不配置联接变压器时,交直流系统相当于共用接地点,单极接地时地电位参考点出现持续直流分量,交流母线对地电压也将出现持续直流分量,产生过电压,对交流系统设备绝缘造成较大影响。
直流双极短路时,子模块电容上的电压会通过子模块电容、线路对地电容、直流电抗器及线路等值电阻和电抗构成的回路放电,系统中将出现很大的故障电流。在实际运行中,如此大的电流会对换流阀的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)造成严重影响,甚至使IGBT烧毁,给系统运行带来严重损失。因此双极短路时换流阀往往会闭锁,但是故障电流仍可以通过换流阀中的反并联二极管传到交流侧,对交流系统造成影响。
3 建模与仿真分析
3.1 系统建模
本文根据系统配置联接变压器和不配置联接变压器时的系统主回路接线图,在PSCAD中搭建了±10kV基于柔性直流技术的智能配电网仿真模型。两端交流电源采用110kV理想电压源模拟。通过110kV/10kV电力变压器引出10kV交流母线。两端换流器采用模块化多电平换流器(MMC)结构,上下桥臂分别串联25个子模块,IGBT选择CM2400HC-34H,桥臂电抗器为2.5mH,子模块电容为30 000μF,直流电抗器为8mH。线路总长度为6km,采用10kV电缆。两端换流器分别采用定直流电压、定无功功率控制方式,以及功率协调控制、定无功功率控制方式。直流电压为±10kV,无功功率整定值为0 Mvar,能够传输的最大有功功率值为23 MW。交流微电网采用6 MW等效负荷代替;直流微电网采用受控电源等效,有功功率值设为5 MW。
3.2 计算条件
针对配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况,仿真计算交流侧单相接地故障、三相短路故障、直流侧单极接地故障和直流双极短路故障4种故障工况下,直流配电系统关键位置的过电压和过电流。
仿真时,设定引入故障的时刻均为1.0s,交流侧故障持续时间为0.05s,直流单极故障持续1.0s,双极短路故障持续0.005s,考虑到线路长度,仿真步长取为3μs。
因系统初步设计暂不考虑系统的保护策略,故本文各种故障工况仿真分析中均采取自清除的方式。
3.3 仿真结果与分析
基于不同连接方式下的仿真模型,开展了典型故障工况下的过电压和过电流仿真计算。配置联接变压器时的仿真结果如表1所示,表中数据除标明单位的以外,均为正常运行条件下电压和电流的倍数。
由表1可知,配置联接变压器时,交流系统单相接地故障下,交流系统中出现零序分量,接地电阻两端最大电压为5kV,在联接变压器的隔离作用下,直流侧电压和电流几乎不受影响,电压和电流倍数均为1。交流系统三相短路故障时,交流母线上流过很大的短路电流,电流最大值为11.22kA,该电流通过联接变压器传递到桥臂电抗器、换流阀和直流线路,在桥臂电抗器两端均产生较大的过电压,为正常运行时的5.7倍。
直流侧单极接地故障下交流母线对地电压如图2所示,可知单极故障对交流母线电压影响较小。直流侧双极短路故障下,由于未考虑保护策略,系统中流过很大的短路电流,在直流电抗器和桥臂电抗器上会产生很大的过电压,交流母线电压也上升到较高水平。
不配置联接变压器、交流系统侧经小电阻接地时,典型故障工况下的仿真结果如表2所示。
交流系统单相接地故障产生的零序分量,会通过换流阀传递到直流侧,引起直流线路电压波动,如图3所示,单极对地电压最大值为正常运行水平的2.98倍。交流系统三相短路故障产生较大的短路电流,直接通过换流阀和桥臂电抗器,对其造成巨大冲击,桥臂电抗器两端过电压倍数达7.9,明显大于配置联接变压器的情况。
由表2中的数据可知,直流单极接地故障下,交流系统侧出现持续的直流分量,交流母线和接地电阻两端的电压较高,接地电阻两端电压最大值为9.7kV。交流母线电压波形如图4所示,最大过电压倍数为2.53。由此可知,直流侧故障在交流系统设备上产生了较大的过电压。
不配置联接变压器、交流系统侧经消弧线圈接地时,仿真计算结果如表3所示。交流系统单相接地故障时在消弧线圈两端产生较大的过电压,最大过电压为42.8kV。
直流侧单极接地故障时,接地变压器中性点电压跳变到9.8kV,消弧线圈通过故障点与接地点形成的回路放电,其两端电压降低,故直流极间电压将持续下降而无法维持稳定。因此,在这种接线情况下,无法保证直流单极接地故障下直流配电系统的持续运行,即连接在正负直流线路间设备电压达不到20kV。
表4中的数据为不配置联接变压器、交流侧不接地时过电压和过电流的计算结果。此种接线形式下,交流配电系统相当于经直流侧的高阻接地。
由表中数据可知,交流系统单相接地故障时,接地电阻两端电压为10.3kV,直流侧单极对地电压出现较大波动,过电压倍数为2.04。直流侧单极接地故障时,交流母线电压波形与图4类似,交流系统中也会出现持续直流分量,交流母线过电压上升到正常运行时的2.2倍,交流系统母线过电压保护将动作,对交直流系统的持续运行都造成影响。
换流阀和桥臂电抗器均为直流配电系统中的核心设备[17],故障时其电压和电流需重点关注。交流系统侧发生三相短路时,不同接线形式下通过换流阀的电流和桥臂电抗器两端的电压波形分别见图5和图6。其中,曲线1为配置联接变压器的情况,曲线2,3,4分别为不配置联接变压器交流系统经小电阻接地、经消弧线圈接地、不接地时的情况。
由图5和图6可知,配置联接变压器时,故障下流过换流阀的电流明显低于不配置联接变压器的情况,且对桥臂电抗器绝缘的冲击要比不配置联接变压器时小得多,与理论分析结果一致。因此,配置联接变压器时,可以选择通流能力更小的换流阀和绝缘水平较低的桥臂电抗器,从而大大提高系统运行可靠性,并节约成本。
上述理论及仿真分析结果均表明,配置联接变压器能有效隔离交直流系统间的故障,减小交直流侧故障对彼此关键设备的冲击,提高交直流配电系统运行可靠性。因此,建议±10kV柔性直流配电系统通过联接变压器与10kV交流配电网连接。
4 结论
通过理论分析和仿真计算,从交直流配电系统故障对系统交直流侧过电压和过电流的影响、系统可靠性和经济性的角度,分析了±10kV柔性直流配电系统与10kV交流电网连接方式,结论如下。
1)配置联接变压器时,交流系统单相接地故障下,直流侧电压和电流基本不受影响;直流单极接地故障下,交流母线电压几乎不受影响,系统可持续运行,大大提高了直流配电系统的可靠性。
2)不配置联接变压器的3种接线方式下,交流系统单相接地故障时,均会引起直流侧电压的较大波动;交流系统经小电阻接地和不接地时,直流单极接地故障下,交流系统中均会出现持续的直流分量,影响交直流系统的持续运行;交流系统经消弧线圈接地时,交流侧单相接地故障下,直流极间电压下降,直流配电系统无法持续运行。
3)配置联接变压器时,交流侧三相短路故障对换流阀电流冲击和对桥臂电抗器的电压冲击,明显小于不配置联接变压器的情况,可降低对关键设备的要求,从而大大节约成本。
综上,建议基于柔性直流技术的智能配电网通过联接变压器与交流配电网连接。同时,本文的研究思路可为不同电压等级的直流配电网与交流电网的连接方式的研究提供借鉴和参考。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
智能电网:配电网 篇2
江苏省电力公司 二〇〇九年六月
目 录
一、现有工作情况汇报.............................................1 智能电网建设工作方面的总体安排.........................................1 2 已开展和拟开展的研究和建设工作总结.....................................1
2.1 发电...........................................................................................................................1 2.2 调度...........................................................................................................................1 2.3 输变电.......................................................................................................................2 2.4 配电...........................................................................................................................3 2.5 用电...........................................................................................................................4 2.6 信息...........................................................................................................................4
二、智能电网建设工作的思路和建议.................................5
1美国的智能电网.........................................................5 1.1 美国智能电网提出的背景.......................................................................................5 1.2 美国智能电网主要特征...........................................................................................6 2 国内对智能电网的认识...................................................7 3 江苏公司对智能电网的认识...............................................8
3.1 坚决服从国家电网战略构想...................................................................................8 3.2 “坚强“是智能电网的基础.....................................................................................8 3.3电力工业生产和服务环节存在层次性....................................................................9 3.4电力生产和服务环节的统一协调发展..................................................................10 3.5电力生产和服务环节的主要任务..........................................................................11 3.6 有待研究的新技术.................................................................................................12 4 智能电网所需的政策支持................................................12 5 相关建议和工作计划....................................................13
5.1 相关建议.................................................................................................................13 5.2 工作计划.................................................................................................................14
I
一、现有工作情况汇报 智能电网建设工作方面的总体安排
根据国家电网公司智能电网工作的统一部署，我公司成立了由公司领导牵头，发展策划部、营销部、调度通信中心、生产技术部、基建部、科技信息部、省电力设计院、省电力试验研究院组成的工作小组，经过分头调研、集思广益，工作小组编制了工作计划并明确了各部门的职责分工，目前智能电网的相关工作正在有序开展。2 已开展和拟开展的研究和建设工作总结
截至目前为止，我公司智能电网的研究和试点工作已经取得了一定的进展。2.1 发电
已经完成了沿海大型风电接入研究、新能源发电特性及对电网公司影响研究等工作，拟开展低风速风力发电技术研究、新型可替代能源接入电网技术、分布式发电的智能监控技术等研究工作。2.2 调度
我公司一直在跟踪国内外“智能电网”的建设和研究，并按照国网公司的统一部署和江苏电网的生产运行需求，统一规划，分步实施，建成投运了在国际和国内具有先进水平的灵活稳定的数据平台、坚强的高速宽带省市县主干光纤通信网和先进的高级应用系统，为江苏智能电网的建设打下了坚实的基础。
正在开展和准备开展的研究有：江苏电网风电功率等清洁能源预测系统、广域全景分布式平台、地县一体化调度自动化系统的研究和建设、调度数据网第二平面和安全防护体系建设、适应电网调度精益化管理的OMS系统完善、省、市、县电力通信综合监测资源管理集成一体化应用、OPPC电力特种光缆在江苏电网的应用研究、智能配网中信息传输技术研究、基于综合信息的智能电网安全防御系统、极端外部灾害条件下电网的安全防御、电网在线安全风险评估和闭环控制、基于广域信息的动态解列控制、适应节能减排的智能调度辅助决策。
具体内容详见附件1-1。2.3 输变电
自上个世纪九十年代以来，我公司陆续安装使用了各种输变电设备在线监测系统或装臵，目前现有的在线监测局限于单台设备、个别特征量的在线监测，在扩展性、交互性、运行效率等方面都还比较欠缺，拟开展输变电设备的智能化 在线监测系统研究工作。
江苏新建变电站均配备了变电站综合自动化系统，大部分老站通过技改进行了变电站综合自动化改造。110kV数字化变电站进行了试点，目前正在规划实施更高电压等级数字化变电站建设。但变电站自动化系统信息共享程度还未达到智能电网的要求，拟开展数字化变电站相关技术的研究工作。
具体内容详见附件1-
4、1-
6、1-7。2.4 配电
通过安装在用户侧的电力负荷管理终端实现对用户用电情况的监测与控制，并建立了电力负荷管理系统，公司系统内现已接入156681个用户和105006个终端。
在电能质量方面，建立了覆盖全省大型电能质量污染源的在线监测系统。
在配网自动化方面，江苏开展一些局部试点工作，积累了一些经验，限于当时的自动化技术水平和通信条件，配电自动化的基础薄弱，实用化程度不高，拟进一步开展配网自动化研究和配电监控平台研究工作。
具体内容详见附件1-
3、1-6。
2.5 用电
我公司已经初步形成了以现代电力技术、信息技术为基础的电力营销技术支持体系和多渠道服务接入体系，为构建智能用电服务奠定了一定基础。已经开展的主要工作有：营销信息化系统建设和应用、用电信息采集系统研究和建设、计量表计现代化建设与应用、高级计量管理体系研究与建设。
具体内容详见附件1-2。2.6 信息
经过多年的建设，江苏已经在信息基础设施、信息集成应用以及数据挖掘等方面开展了大量的研究和应用工作。但与坚强智能电网相比，配用电数据传输通道、数据交换、贯穿六个环节的统一信息模型以及信息的综合分析应用等方面存在明显不足。拟开展的主要工作有：多层级、可自愈的一体化网络的建设、统一信息模型和基础信息平台的建设、全方位、一体化企业级应用的深化拓展、高级应用与智能分析、信息安全与维护。
具体内容详见附件1-5。
二、智能电网建设工作的思路和建议 1美国的智能电网
1.1 美国智能电网提出的背景
根据收集的相关资料（附件2-
1、附件2-2），美国提出智能电网主要基于以下背景：
1、电网老化。电网装备老化，电网资产处于全寿命周期末期；电网技术以传统技术为主，现代通信技术、信息技术、控制技术在电力系统中的尚未得到充分应用，电力系统的效率和能力有待进一步提高。
2、电力供应出现短缺，电力发展存在压力。根据预测，2009～2019年，美国电力需求将增长19%，而供电能力（发电装机）仅能增长6%，不足以满足供电需求。
3、电力传输效率有待提高。约有10%～20%的电力在从发电到用户的传输过程中损失。
4、环保压力。提高电力传输的效率来解决供电能力不足相对于增加发电更加环保和符合低碳要求。
5、电力管制的新要求。美国法律对能源的高效利用进行奖励。
6、其他。电网存在瓶颈影响电网市场效率、防止大停电和恐怖袭击保障电网安全、电力行业从业人员的年龄结构 5 老化等
因此，在上述背景下，2003年，在美国布什总体任职期间就提出了智能电网的概念（附件2-1），奥巴马总统执政后，更是将之变成美国国家新的能源国策（附件2-2）。由上述背景可以看出，美国提出智能电网主要目的是为了解决发电和用电的差额，其根本宗旨是（1）在不降低现有供电质量和可靠性的前提下，依靠现代通信和信息技术，进行电力网络的技术升级和更新，以此提升电网运行效率、提高供电能力，实现电力系统的智能化；（2）通过电力系统的智能化，充分接纳和发挥诸如风电、太阳能发电等新能源、可再生能源以及相关分布式能源在电力供应中的作用；（3）通过电力系统的智能化，充分反映电力需求侧的要求，以智能化的需求侧管理来提高电力终端用户的电力使用效率。美国的目标是通过提高电力系统的运行和管理效率，将电力传输层面的损失降低20%，以技术创新为手段，以提高效率为措施，满足电力发展的要求。1.2 美国智能电网主要特征
在美国对智能电网的定义中，智能电网有七大特征：
1、优化电网资产提高运营效率
仅需建设少许新的基础设施，花费很少的运行维护成本，现代化电网就可以在已建成系统中提供更多的能量。
2、适应所有的电源种类和电能储存方式
现代化的电网允许即插即用地连接任何电源，包括可再生能源和电能储存设备，特别是新能源的大规模开发和接入系统运行。
3、安全
现代化的电网在建设时就考虑要彻底安全性。
4、提供适应21 世纪需求的电能质量
现代化的电网的不会有电压跌落、电压尖刺、扰动和中断等电能质量问题，适应数据中心、计算机、电子和自动化生产线的需求。
5、自愈
现代化电网拥有自愈能力，可以发现并对电网的故障做出反应，快速解决，减少停电时间和经济损失。
6、可市场化交易
现代化的电网支持持续的全国性的交易，允许地方性与局部的革新。
7、互动
在现代化电网中，商业、工业和居民等能源消费者可以看到电费价格、有能力选择最合适自己的供电方案和电价。2 国内对智能电网的认识
美国提出智能电网概念后，国内方方面面反应强烈，代 表各方利益和立场的专家百家争鸣，提出了各式各样的智能电网的构想，各方面关于我国智能电网的定义、目标和实现步骤一直未有确切说法。
今年年初，国家电网公司在认真分析世界电网发展的新趋势和中国国情基础上，紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求，提出了立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网的发展目标，平息了争论，为发展中国特色的智能电网指明了方向。3 江苏公司对智能电网的认识 3.1 坚决服从国家电网战略构想
国家电网公司提出的统一的坚强智能电网的发展目标。为我国未来100年的电网发展奠定基础，江苏公司坚决服从国家电网公司的战略构想，并将在国家电网公司的指导下，承担部分研究和试点工作。3.2 “坚强“是智能电网的基础
坚强的实体电网是智能电网的重要基础，只有形成坚强网架结构，构建“坚强”的基础，实现信息化、数字化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用。建议进一步加快特高压后续工程建设，构建以特高压交直流电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强实体电网，促进国家能源资源的集约化开发，进一步提高电网的资源优化配臵能力，为国家电力能源需求提供可靠的供应保证。3.3电力工业生产和服务环节存在层次性
电力系统（俗称电网）从电力传输的角度可分为发电、输变电、配电、用电4个环节，为了实现智能电网的发展目标，依据电力生产和服务各环节所获取“效率”的不同，电力生产和服务环节存在层次性关系，其层次排序如下：1）发电环节，以火电机组为例，其效率不超过50%；2）用电环节，一般用户使用电力的效率变化范围较大，从30%-90%不等；3）配电环节，其服务效率一般在90%-95%；4）输变电环节，其服务效率一般在97%以上。
整体效益优先：电力系统追求的是整体效益的最大化。根据上述排序，从掌握主要矛盾的角度出发，为了系统的高效率有时必须舍弃局部的小效益，比如“上大压小”工程，为了系统效益最大化，不惜增加电网的传输损耗。
在研究各环节效率提高措施的前提下，要充分注重电力系统的整体效益最优。
层次间具有从属性。如配电网的建设，不但要满足供电能力和可靠性的要求，还要满足分布式电源和用户的灵活接 入。
各环节的层次性要求我们要因地制宜，抓住主要矛盾，合理分配技术、成本、管理等资源，提高关键环节的效率。3.4电力生产和服务环节的统一协调发展
智能电网的建设是一项体系工程，要实现以现代通信、信息为平台，以调度为协调运作中心，各环节应层次分明、重点突出、相互衔接、整体推进。
从技术角度来说：要贯穿始终依托技术进步，充分利用现代信息技术、控制技术把发电、输变电、配电、用电各个环节充分沟通、交流互动，实现电网运行信息完整准确和及时一致的可靠采集以及实时控制。
从管理角度来说，要实现统一调度：
1）尽可能扩大统一调度范围，实现全国范围的资源优化配臵;2）扩大省级电网调度范围，要从现在分离的发、输一体调度和配电调度，逐步实现发、输、配电网一体化调度，并进而发展到发、输、配、用一体化调度。
3）在实现更大范围调度的情况下，进行全局全时段动态优化和全局实时优化。全局全时段动态优化即根据需求和资源的季节性变化实现动态供需平衡；全局实时优化即在现有运行方式基础上，缩短运方周期，实现实时运方安排。3.5电力生产和服务环节的主要任务
基于目前的认识，我公司认为智能电网各环节的主要任务依次如下：
1、发电环节
1）我国幅员辽阔，能源资源蕴藏不均衡，需要服务于国家能源战略、实现更大范围的资源优化配臵，实施“一特四大”战略，大力建设特高压电网；
2）以国家能源发展战略为导向，解决可再生能源（风电、光伏发电）的接入、预测、监测、分析、控制问题，提升可再生能源的机网协调运行水平；
3）强化电源支撑能力，优化机组运行方式，提升机网协调水平。
2、用电环节
1）推动智能楼宇、智能家电、智能交通等领域技术创新，改变终端用户用能模式，提高用户用电效率；
2）构建智能化双向互动体系，实现电网与用户的双向互动，进一步提高供电可靠率；
3）建立用户服务公司，提升用户服务质量，满足用户多元化需求。
3、配电环节
1）通过配电自动化系统、配电网监控平台的建设，建成高效、灵活、合理的配电网络，配电网具备自愈、灵活重 构、潮流优化能力；
2）实现集中/分散储能装臵及分布式电源的兼容接入与统一控制。
4、输变电环节
1）推广使用数字化变电站；
2）实现输变电设备的状态检修和全寿命周期管理； 3）推广使用灵活交流输电技术（FACTS），提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性；
4）开展节能、节约资源（土地等）技术的研究。3.6 有待研究的新技术
根据上述各生产环节的建设任务，有如下新技术有待进一步研究：高效发电技术、综合利用技术、新能源运行和控制技术、特高压技术、灵活输电技术、新材料技术（超导、新型导线等）、储能技术、大电网安全稳定控制技术、信息传输和管理技术、在现有基础上的一体化调度技术等。4 智能电网所需的政策支持
建设统一的坚强的智能电网是一项庞大而复杂的系统工程，必须要得到国家层面的政策和法规支持，并推动和促进其他行业的积极参与和广泛支持。
美国政府2007年已通过联邦能源独立和安全法令，支 12 持智能电网，具体内容和要求汇总如下：
1）美国政府已在“联邦能源独立和安全法令”将智能电网定义为国家能源政策。
2）美国政府推动各地方政府建立各自的智能电网发展激励政策。
3）美国政府要求能源部门就智能电网的发展策略和可能存在的障碍进行论证。
4）其他。a）要求采用先进的计量装臵b）要求配电网提高资产效率和可靠性c）在财政上对智能电网发展提供支持，2008～2012年每年在5个智能电网示范区各投入1亿美元。相关建议和工作计划 5.1 相关建议
1）尽快制定具有中国特色的统一的坚强智能电网的定义、目地和技术标准和规范体系，并不断充实、调整、完善。要排除为实现个体或局部利益，方方面面炒作的智能电网概念的影响。
2）加强组织保障，在网省公司建立智能电网办公室，完善组织体系。
3）加快特高压电网的建设，建设坚强电网，为智能电网的建设打好基础。4)争取国家对智能电网建设的支持，将智能电网建设纳入国家能源政策，并推动和促进其他行业的积极参与和广泛支持。
5）研究可再生能源（风电、光伏发电等）的接入、预测、监测、分析、控制技术。
6）研究提高用户用电效率的技术和方法，如改变终端用户用能模式、实现电网与用户的双向互动、建立用户服务公司，满足用户多元化需求等。
7）研究和推广配电自动化系统、配电网监控平台。
8）推广使用数字化变电站。
9）推广使用灵活交流输电技术（FACTS）。
10）研究和推广电网设备状态检修和全寿命周期管理。11）研究发、输、配电网的统一、经济调度、实时控制以及智能调节，实现节能降损。
12）研究大电网运行控制、大电网连锁事件条件下的智能预警和联合优化调度技术。
13）实现全网运行数据的统一采集、实时信息共享。14）推进电力网、电力通信与信息网、电信网和有线电视网的四网合一。5.2 工作计划
我公司计划分三个阶段完成智能电网建设工作。第一阶段（2009～2011年）：
本阶段的主要任务是在深入开展智能电网有关技术研究和试点的同时，尽快弥补一次电网网架上的缺陷，为构建统一的坚强智能电网打好基础。
第二阶段（2011～2015年）：
到2011年，在统一的坚强智能电网关键技术设备研究和建设试点工作取得重要成果的基础上，根据电网投入产出效益，有序开展智能电网的建设工作。
第三阶段（2016～2020年）：
探讨智能配电网和配电自动化 篇3
[关键词]智能配电网；配电自动化；高级配电自动化；应用
当前社会经济的发展对电力质量和节能环保方面的要求越来越高，科学技术在电力行业的应用实现了智能配电网和配电自动化，为我国电力的飞速发展提供了良好契机。电网智能化主要体现在智能输电网和智能配电网两部分，促进了了中国电网建设智能化的实现。目前在智能电网额发展上，主要研究如何提高配电自动化技术来构建更完善的智能配电网系统。
一、智能配电网与配电自动化
1.智能配电网的含义及功能。与传统的配电网相比，智能配电网是通过计算机科学技术和现代通信技术等高新技术相结合的方式应用于电网系统，实现了电力公司与用户之间及时的交流联系，智能配电网具有更安全、可靠、优质、高效的特点，对整个电力系统的性能有着很大的提高。
智能配电网的主要功能：
（1）智能配电网的功能主要体现在其较高的安全系数和良好的自我修复能力，可以有效地预防外力的破坏并及时发现电力系统中的问题，及时完成修复，且不影响用户的正常使用。
（2）智能配电网实现了设备的可视化管理提高了设备利用率，通过对设备的可视化管理来实现对电网系统的实时监控，对设备的运转状态有详细了解并对发现的问题及时进行修复，不仅提高了电能的质量，还延长了电力设备的使用寿命。
（3）智能配电网与用户之间及时的交流与联系实现了对资源的有效利用，智能化电表的使用，使用户可以自由选择用电时间段，结合实时监控策略，在一定程度上提高了系统容量的有效利用率，降低了设备投资，提高了整个系统的运转效率。
（4）配电用电管理实现了配电管理与用电管理的信息化，将配电网实时运行与理想数据管理深度集成与融合，实现在设备运行、检修、停电管理上的信息化管理措施。
（5）智能配电网能根据用户的要求提供更高质量的电能，方便了用户与电力公司，实现了双赢。
2.智能配电网的技术要点。智能配电网的主要技术要点包括：
（1）配电数据采集与监控技术，包括对数据的分析和整理。
（2）变电站自动化和馈线自动化，后者主要用于中压电网故障定位、隔离以及电力的自动恢复功能。
（3）高级量测体系，使用智能电表对用户用电数据进行收集和分析的系统，在传统自动抄表基础上有了新的进展。
（4）配电管理自动化以及配电设备在线监测技术，主要作用于设备的管理、检修和停电管理，以及系统的规划设计等方面。
（5）客户信息系统，又称CIS，可同归计算机实现对用户信息的实时收集和管理。
（6）柔性交流配电技术，这种技术是FACTS技术在配电网的应用和延伸，又称定制电力技术。
（7）故障电流限制技术，这种技术是在高温超导技术和电力电子技术结合的基础上实现对短路电流的限制。
二、配电自动化
1.配电自动化及其关键技术。配电自动化技术是指在相关技术和功能的指导下，如计算机技术、通信技术和信息平台来实现对电网的相关性质（实际的运行状况、主要结构、用户资料、地理位置等）进行实时采集和有效监控来构建较为完善的自动化体系，配电自动化技术不仅提高的电网的管理效率，还保证了供电的质量，提升了用户对电厂服务的满意度。
在目前配电自动化主要技术主要体现在配电网运行自动化、配电管理自动化、用户自动化三个方面，其中配电网运行自动化主要包括数据采集与监视控制系统、变电站自动化、馈线自动化三个方面。配电网的管理上主要包括设备管理、配电设备检修、规划设计管理以及停电管理等方面。用户自动化方面则主要针对用户用电情况进行记录，即自动抄表和客户信息管理这两部分内容。
2.智能配电网与配电自动化的比较。智能配电网与配电自动化之间有着密切的联系与广泛的共同性，主要体现在各种新技术的应用上，但智能配电网与配电自动化相比，具有更优越的性能，主要体现在：
（1）智能配电网拥有更广泛的技术应用，技术内容更加完善，不仅有利于系统整体性能的提高，在电网运行成本上也有很好的节约效果，通过更多新技术的有机多相结合与协调应用，实现了对配电网故障的有效控制，提升了配电网的自愈能力，保证了用户用电的安全可靠性能。
（2）智能配电网支持DER并网技术的应用以及DER的大量接入和深入渗透，结合先进的测控技术，可实现电能质量的提高和提高资源利用率。
（3）智能配电网更新了只读电表这种较为死板的模式，通过与用户的互动实现了配电网络和用户间的联系，用户可以自主控制自己的用电时间段，弥补了配电自动化技术的缺陷。
3.高级配电自动化技术
智能配电网的发展在一定程度上为配电自动化技术提供了方向，在以支持 DER 的大量接入、深度渗透等功能方面提出了高级配电自动化技术。高级配电自动化技术是在对自动化进行完善规划的基础上，在其控制和管理上取得突破性进展的技术。高级配电自动化技术支持DER的“即插即用”与优化调度，能为工作人员提供有效的技术支持。在电网系统运行中发挥着很大的作用。
ADA应用体系设计。基于配电终端站点的分布式控制和DER的优化调度与控制，融入智能多代理技术、广域测控技术、DFSM技术和SOA架构来进行设计分层分布式的ADA应用体系。体系架构划分为信息集成层、ADA系统高级应用层、数据处理层和广域测控层四层结构。信息集成层主要是采用信息集成总线技术实现ADA系统与其它自动化信息系统的数据共享和信息交互，解决“自动化孤岛”。ADA系统高级应用层综合利用经过处理的广域测控信息，通过广域控制、稳态与动态分析、快速仿真与模拟、故障处理、状态估计与控制、停电管理等高级应用智能代理模块实现ADA的各项高级应用功能。数据处理层主要是实现数据处理及应用功能，实现对各种历史数据、实时数据和非实时数据的处理及应用。广域测控层则通过广域测控代理模块形成广域测控协调代理，实现各种实时数据的采集和控制指令的下发。
基于智能多代理和广域测控技术的ADA应用体系能够解决配电网中各个子系统之间的自治与协调问题，并且适用于实现网络复杂配电网的自愈控制。当然，只有在实践中不断研究完善高级应用功能的开发的体系，并且需要基于DF8003D现有系统功能的基础上进一步进行二次开发，才能满足实际运行要求。
三、结语
结合我国以前对电网投资不足的情况以及目前我国电网发展现状，电厂工作的重点是提高电网系统的工作效率和供电质量，应将智能电网技术推广应用，提高电网调度运行的安全性、稳定性，以促进我国电力事业的发展。
参考文献：
[1]肖世杰.构建中国智能电网技术思考.电力系统自动化，2009，33（9）：14.
[2]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网.南方电网技术， 2006，2（6）：14-16.
智能电网: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) .
智能电网:配电网 篇5
广电建„2013‟89号
关于发布广东电网公司2013年度配电网 营配一体化电子化移交信息资料测录项目
中标结果的通知
直属各供电局、调控中心：
2013年度广东电网公司配电网营配一体化电子化移交信息资料测录项目招标工作已于2013年4月完成，现将有关情况通知如下：
一、招标情况
招标工作采用公开招标方式，应用阳光采购系统开标评标，经专家评委对各投标单位的投标文件进行认真的评议，最后确认了3个标段的中标单位（见附件）。
二、工作要求
—1—
（一）2013年度广东电网公司投资的配电网营配一体化电子化移交信息资料测录项目实施单位必须在以上中标单位中选择。
（二）执行《广东省20千伏及以下配电网工程建设预算编制与计算标准实施细则》的补充通知（粤电定„2010‟4号）中的规定，营配一体化信息资料测录费暂以“（安装工程费＋设备购置费）×粤电定„2010‟4号文规定费率[注：其中通信工程1.2％，配电工程1.1％，线路工程和电缆工程1.0％]”为基准。合同额=批复概（预）算×中标费率。
（三）本通知自发文之日起实行。已完成结算的项目按原委托，未办理或正在办理委托的项目一律按本通知执行。
特此通知。
附件：2013年度广东电网配电网营配一体化电子化移交信
息资料测录项目中标结果
广东电网公司2013年5月16日
—2—
附件
2013年度广东电网配电网营配一体化 电子化移交信息资料测录项目中标结果
—3—
抄送：物流服务中心
广东电网公司办公室2013年5月16日印发
浅谈基于智能电网的配电自动化 篇6
关键词：智能电网；配电自动化；建设
长期以来，我国的用电现状供不应求，为了实现传统电网模式的升级和跨越，国家电网公司提出了加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的智能电网的规划目标[1]。
配电网是城市的基础设施，是智能电网的重要环节。在我国电力系统的建设中，配电网的自动化建设进程比发达国家落后了很多，限制了我国电网质量的提升，也不利于智能电网的实现。因此建设好配电自动化系统，是我们电力工作者在智能电网背景下的重要任务。
1 配电自动化
配电自动化是指配电网中运用计算机、自动控制、数据管理以及通信技术，对配电网的实时信息进行集成，从而对配电网的运行进行监控及管理[2]。配电自动化的实现能够提高配电网的供电可靠性，改善供电质量和服务质量，提高供电企业的经济效益，体现供电企业的社会责任和社会效益。
在智能电网的大环境下，中国的配电自动化得到了一次新的大规模发展的机遇。国内各供电企业在 2006 年就开始了新的一轮配电自动化建设，其中上海供电局率先提出了建设实用配电自动化的概念。它是以降低通信要求，扩大监控范围作为手段，实用化作为目的，从而建设新型的配电自动化系统[3]。而在“十二五”期间，国家电网公司也计划在全国范围内开展新的一轮配电自动化建设。
2 配电自动化建设必要性
建设好配电自动化系统对供电可靠性的提高、电能质量的改善、运行与管理效率的提升等都有很大的成效。但对于普通大众来说，供电可靠性的提高是我们所看到的最重要也是最有直接效果的。下面我们就从供电可靠性这一点来分析配电自动化建设的必要性。
①配电自动化可以通过各种技术对配电网及其它关联设备实时运行状态的监控和管理，改变“盲管”现象，能够及时发现并消除运行中的故障隐患，从而降低故障的发生率。
②由于用电扩装、设备检修等原因，配电网经常会安排计划停电，这时就需要进行负荷转供操作。一般情况下都是安排电力人员到现场对环网柜或柱上开关进行逐一倒闸操作，这种人工操作的做法不可避免地会造成部分用户的停电时间较长，而在建设好配电自动化系统以后，我们可以应用配电自动化系统进行遥控控制，可避免直接的人工手动操作，从而缩短倒闸操作的停电时间。
③在电力抢修过程中，依靠人工巡线的方法进行故障隔离，往往要耗费几个小时的时间，但配电自动化系统能够在几分钟以内完成故障隔离，从而显著地减少故障影响范围与停电时间，节省抢修人力物力[4]。
3 我国配电自动化系统中面临的问题
我国的配电自动化已经经历了 10 多年的风雨，虽取得了成果，但通过分析和总结，也发现了一些问题，主要有如下几个方面：
①我国部分地区配电网架基础薄弱，使得配电线路 N-1 比率低，无法实现互联互供，影响配电自动化的故障处理效率；同时部分地区配电线路联络不合理，线路分段少，无法有效缩小故障停电影响范围，自动化建设效益不高[5]。
②配电网一次设备在建设时未统一考虑配电自动化的建设需求，自动化综合改造难度大。部分地区一次设备基本不具备电动操作机构、PT 等，进行一次设备改造建设周期长，同时建设时基本都没有考虑通信通道，使得配电自动化建设推进困难。
③配电自动化系统的运维量较大，现有专业技术力量薄弱，且维护人员责权分工不明确，也会影响系统运行的可靠性。
4 我国配电自动化未来的发展趋势
虽然我国的配电自动化技术已发展到一定水平，配电自动化体系也已初具规模，但与国外先进的配电自动化系统的差距不小，我们还应不断改进和改革配电自动化系统，加深对配电自动化技术的研究开发。下面就对我国配电自动化未来的发展趋势做了如下预测。
①配电自动化将与继电保护结合，这两种技术可以互补对方的缺点，让整个电力系统更加安全可靠，节能高效[6]。
②各供电单位将加大力度整合供电系统中的供电技术，淘汰传统技术，将配电自动化技术广泛应用，并利用高度“自主”的配电自动化技术提升国网电力系统的供电能力，增加供电的稳定性。
③各电力科研单位将会加大对配电自动化系统的理论研究的科研力度，开发新型材料，减少配電自动化系统的能量耗散，从而使得配电自动化系统更加节能环保，逐步适应两型社会。
5 结语
近年来，我国的配电自动化技术有一个大的提升，但还有很大的进步空间。在智能电网的大背景下，电力工作者要不断改进配电自动化系统的工作效率，理论联系实践，使该技术在全国范围应用，期望取得更大的社会效益。
参考文献：
[1]赵江河，陈新，林涛，王鹏.基于智能电网的配电自动化建设[J].电力系统自动化，2012，36（18）：33-36.
[2]林德泉.配电自动化系统概述与问题分析[J].中国新技术新产品，2013（12）：152.
[3]黄邵远.实用新型配网自动化系统研究与设计[D].山东大学，2009.
[4]徐丙垠，李天友.配电自动化若干问题的探讨[J].电力系统自动化，2010，34（9）：81-86.
[5]陈力.配电自动化技术现状和发展分析[J].中国高新技术企业，2015（7）：155-156.
[6]陈宇.配电自动化的进展及探讨[J].建筑工程技术与设计，2015（19）：1256.
微电网的配电网动态无功优化研究 篇7
电压是电能质量的重要指标, 电压质量对电网稳定运行以及降低线路损耗等都有直接的影响。电力系统无功电压的控制与调度是提高电网电压水平的主要措施, 通过调节各种无功装置 (发电机、变压器和并联补偿装置) , 达到无功潮流的最优分配从而实现改善电压水平和降低损耗的目的[1~4]。
随着分布式发电 (Distributed Generation, DG) 包括风力发电[5]、光伏发电技术[6]的不断成熟, 分布式发电已经成为传统电力系统的有力补充。但是分布式发电具有发电随机的特点, 其输出功率随环境的变化具有波动性, 由此大大限制了分布式发电的接入方式[6]。为了解决分布式发电接入带来的问题, 近年来, 微电网作为分布式发电高效利用的网络组织形式被提出来, 微电网实质上是以独立小电网集分布式发电、负荷和储能于一体, 其可以独立运行也可以并网运行[7~9]。正常情况下微电网并网运行, 和配电网之间有功率交换, 故障情况下, 微电网和配电网脱离, 相互不干扰。
当微电网接入配电网时, 配电网无功优化将变得更加复杂, 如何根据配电网负荷情况和微电网运行特性来分配控制设备动作是配电网无功优化需要解决的问题。文献[10]研究了双馈风力发电接入配电网时的无功优化问题, 结合配网运行特性和风速变化情况, 通过调节又载调压变压器分接头和并联电容器实现了无功电压的协调控制。文献[11]讨论了风电场接入系统后的电压稳定问题。文献[6]针对光伏发电出力的随机性, 提出了一种考虑光伏电站随机出力的配电网无功优化问题, 通过建立随机潮流模型, 对电压进行机会约束, 通过无功优化, 有效降低了系统网损。
本文通过分析微电网运行特性和负荷时变特性, 建立包含微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中充分考虑微电网一天运行特性对配电网无功优化的影响, 并结合系统负荷日功率曲线进行时段划分。利用粒子群算法协调无功控制设备一天内的投切时刻和投切容量。通过对改进的IEEE33节电系统的仿真计算验证了本文方法的合理性和准确性。
二、配电网无功优化模型
配电网无功优化模型包括目标函数和约束条件, 本文建立以系统有功功率损耗最小为目标函数, 约束条件主要包含控制变量、状态变量的等式约束和不等式约束。
(一) 目标函数。
其公式如下:
其中, 为一天网络有功损耗, Ptloss为网络第t时段的有功损耗, Q1t为第t时段电容器投切容量。
(二) 约束条件。
变量的约束条件包括等式约束和不等式约束, 等式约束为节点有功Pi和无功Qj的潮流等式约束方程;不等式约束包括状态变量和控制变量的不等式约束。
1. 等式约束。
2. 不等式约束。
等式约束为一天内每一时段的潮流平衡方程;不等式约束包括节点电压、支路电流、电容器投切容量和电容器总动作次数。
(三) 包含微电网的配电网潮流计算。
微电网作为一独立单元接入配电网, 其和配电网之间的功率交换在一较短时间内相对比较恒定。配电网和微电网的功率交换可能是正的, 表示微电网从微电网吸收功率;也有可能是负的, 说明微电网向配电网注入功率。因此, 在潮流计算时, 针对微电网的运行特性, 将微电网定义为一般的PQ节点, 也就是功率恒定。
三、粒子群算法及其改进
(一) 基本粒子群算法。
粒子群算法是一种基于种群的启发式优化算法, 算法的本质是仿生鸟类觅食过程中的迁徙和群集行为[12~13]。粒子群算法根据粒子个体最优解和全局最优解来改变粒子的飞行速度, 从而改变粒子的位置。
其中, xk=[xi1xi2xij…xi M]表示第i个粒子, 粒子的维数为M维, vi (k) =[vi1vi2vij…vi M]表示为第i个粒子的飞行速度, pbesti (k) =[pi1pi2pij…pi M]为每一个粒子个体最优解, gbest=[g1g2gi…gM]为所有粒子经历过的最佳位置定义为全局最优解;ω为飞行速度的惯性权重;r1, r2, c1, c2为随机数分别取值为 (0~1) , (0~1) , (0~2) , (0~2) , k为迭代次数。
(二) 基于混沌变异的粒子群算法改进。
与其他启发式算法相比, 粒子群算法突出的优点是算法流程容易实现, 算法对于优化参数的灵敏度较低, 因此, 针对多变量的优化问题, 粒子群算法比较合适。但是标准粒子群算法由于其随机性较大, 算法容易陷入局部最优解。本文利用基于混沌[14~15]的变邻域搜索以提高算法的全局搜索能力。
1. 全局最优解的变邻域搜索。选择一定的停滞迭代次数来判断全局最优解的变化情况, 如果全局最优解停滞, 那么由当前迭代次数来确定邻域搜索半径, 在邻域内进行混沌搜索。当全局最优解停滞, 利用Logistic映射u1j=4u0j产生参数邻域变异量xj=-β+2βu1j。变异后参数变为X'ik=Xik+X, 比较变异前后全局最优解值的变化, 将适应度大的作为新的全局最优解。其中, u0j为随机产生的混沌变量, β为邻域半径, X=[x1x2…xM]为混沌变量, Xik为当前全局最优解, X'ik为变异后的全局最优解。领域搜索范围跟迭代次数有关, 随着代数的增加而逐渐减小, 他们之间的关系如式 (5) 所示。
2. 惯性权重的非线性调整。通过改变惯性权重, 使得算法在初期具有较大的速度, 增加粒子的探索能力, 后期随着速度的降低, 其开发能力得到增强。由于优化问题的具有非线性特性, 在此构造余弦函数增强惯性权重变化的非线性特性, 增强系统的仿生能力。惯性权重变化的公式为:
其中, wmax为最大惯性权重, wmin为最小惯性权重, k为当前迭代次数, kmax为最大迭代次数。
(三) 基于粒子群算法无功优化。
基于粒子群算法的无功优化如图1所示。
四、算例分析
为了验证本文提出方法的合理性和有效性, 本文以IEEE33节点配电网系统为算例进行验证, 该系统电容器组的配置位置及容量见表1所示, IEEE33节点系统如图2所示。系统中有两个微电网系统接入节点15和20, 其中15节点微电网和配电网的功率交换如图3所示, 其中正的表示微电网从配电网吸收功率, 负表示微电网向配电网注入功率。系统各点电压的上限为1.05pu, 电压下限为0.9pu。
电容器的投切容量由各时段的静态优化决定, 电容器的投切次数受到电容器最大投切动作次数的约束。允许的投切动作次数越多, 系统网络降低也越多, 表2给出了当投切动作次数为5次时, 系统优化结果。从表2中可以看出, 受到投切动作次数的限制, 每一电容器的动作时间基本一致, 动作的时刻基本都在负荷变化较大时刻, 通过优化可以有效地减少系统有功损耗, 一天的电量损耗从3108.4 k Wh降低到2498.5k Wh。
从图3可以看出, 在有些时段, 分布式发电如太阳能, 风力发电发出的有功功率较多时, 其会将多余的功率注入到配电网中, 对于配电网提供支持。但是如果微电网接入点的电压过低会使微电网接入控制器误认为配电网发生故障并断开形成孤岛运行, 因此, 在有微电网的配电网络必须保证微电网接入点的电压。从图4可以看出, 当没有足够的无功支持时, 节点15的电压可以下降到0.932pu, 并且波动较大, 当提供足够的无功功率支持时候, 节点电压基本保持不变。实际上, 当提供足够的无功功率后, 整体上系统的电压平均值从0.967pu提高到0.980pu。
图5给出了动作次数和电量损失之间的关系, 从图中我们可以看出, 随着动作次数的增大, 有功电量的损失越来越小, 当动作次数大于6次时, 电量损失基本上保持不变。另外, 还可以看出, 动作次数为1次时, 其损失下降特别明显, 也体现了无功优化的意义。
五、结语
随着分布式发电的大量接入, 其随机性和波动性对配电网的无功优化必然产生影响, 微电网为分布式发电的接入提供了有效的途径。本文建立了含微电网的配电网动态无功优化模型, 利用改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点系统的仿真算例验证了本文提出方法的有效性和合理性, 通过无功优化不仅降低了系统有功功率的损耗, 同时有效提高了节点电压, 从而避免由于电压降低造成的微电网孤岛脱网运行, 提高了微电网和配电网的互动性。
摘要：微电网集中了分布式发电、负荷和储能, 其并网接入必然对配电网的无功优化产生影响。提出了考虑微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中考虑微电网运行特性对于动态无功优化的影响。利用基于混沌邻域搜索的改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点配电网系统的仿真算例验证了本文计算的合理性和有效性。
关键词：动态无功优化,配电网,微电网,运行特性
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含微电网的配电网保护技术研究 篇8
随着能源环境问题的日益突出和国家对智能电网发展的推进, 微电网及其关键技术成为世界各国关注的热点。微电网是分布式清洁能源接入电网的主要形式之一, 也是电能供给就地平衡的主要方法之一。微电网与主电网之间的补充和支撑的协调关系, 不仅可以保证微电网的电能供给品质, 也可以减轻主电网的输电压力, 是未来电力系统的重要发展趋势之一。
2 常规配电网保护配置现状
一般说来, 常规中压配电网为10 k V的单向辐射型网络或“手拉手”环网型开环运行方式, 对于单向辐射型网络配电网继电保护, 一般配置传统的三段式电流保护:瞬时电流速断保护;限时电流速断保护;定时限过电流保护。对于电缆线路, 故障一般是永久性的, 一般不配置重合闸, 架空线路可配置重合闸。对于“手拉手”环网型的网络结构, 采用重合器模式实现配电自动化, 配电网保护采用阶段式电流保护与重合器、分段器配合实现故障的隔离。常规低压配电系统保护配置通常采用带继电保护的低压断路器及熔断器保护、热继电器保护等。
3 微电网对配电网保护的影响
微电网接入配电网运行时, 潮流出现双向流动, 对单向辐射性配电网带来的影响主要有末端故障电流助增保护灵敏度降低问题、相邻线路保护误动及重合闸不成功等问题。同时, 基于分布式发电的微电网有多种运行方式, 其改变会影响继电保护方案和整定计算的数值。
3.1 微电网对主馈线电流保护的影响
图1为含分布式电源的10 k V配电网结构图。图2、图3中Es、Xs为系统电源的电势和等值电抗;EDG、XDG为分布式电源的电势和等值电抗;XT为变压器的等值电抗;XAB、XBC为线路AB段和BC段的等值电抗。以上参数均取标幺值。
3.1.1 增大线路的保护范围
图1中K1点短路, DG并网前后流过保护2的故障电流分别为IK2, I'K2。
由此可见, DG对流过保护2的短路电流有助增作用, 增大其保护范围, 可能使I段保护延伸到下一段线路。
3.1.2 减小线路的保护范围
图1中K1点短路, DG并网前后流过保护1的故障电流分别为IK1, I'K1。
由此可见, DG减小了系统侧电源流过保护1的短路电流, 使保护1的保护范围减小。
3.1.3 导致线路保护误动作
图1中K2点短路, 对于保护1, DG并网前没有短路电流流过, DG并网后会提供反向的短路电流I″K1。
如果DG的容量较大, I'K1将导致保护1误动作。
3.2 微电网对重合闸的影响
对于放射状配电网结构, 重合闸在快速恢复瞬时性故障线路的供电时, 不会对配电系统产生太大的冲击和破坏, 保证供电可靠性。DG并网后, 若线路发生故障, 保护动作仅隔离了系统电源与故障点的电气联系, 而DG则有可能没有跳离线路, 与配电网相连继续工作, 在电网中形成由DG单独供电的电力孤岛, 这些孤岛仍保持功率和电压在额定值附近运行, 给重合闸带来的不利因素有: (1) 非同期合闸, 是指失去系统电源后, DG可能加速或者减速运行, 致使电力孤岛与电网不能保持同步, 出现一个相角差, 由于非同期合闸引起的冲击电流很大, 线路保护可能再次动作, 系统电源投入失败。 (2) 故障点电弧持续, 是指由于保护动作仅断开了系统电源, DG可能继续向故障点提供短路电流, 致使故障点不能熄弧, 这样瞬时性故障变成永久性故障, 重合闸失败。
3.3 微电网对分支线路重合器、分段器和熔断器的影响
基于断路器的电流保护一旦动作, 将导致整条线路断电, 因此在分支线路上一般采用重合器、分段器和熔断器等组成的保护, DG并网后会破坏各元件之间的配合, 主要体现在以下三个方面。
3.3.1 导致重合器误动作
图4中K1点故障, DG会通过本线路对故障点提供短路电流。如果此电流足够大, 将导致重合器R2误动作。
3.3.2 导致分段器不能正常分断
图4中K2点故障, 重合器R2跳开系统电源, 但DG仍然对其下游线路供电, 分段器S2和S3始终有电流流过, 不能正常分断。
3.3.3 破坏熔断器之间的保护配合
图5中K1点故障, DG并网前, 熔断器FU1和FU2通过相等的短路电流, FU1的熔断时间大于FU2, 因此FU2优先于FU1熔断, 隔离了故障部分, 使停电面积最小;DG并网后, K2点故障, 熔断器FU1和FU2仍通过相等的短路电流, 但此时却需要FU1优先于FU2熔断, 即需要FU1的熔断时间小于FU2, 破坏了熔断器之间的保护配合。
4 改进措施
保护装置的误动作和拒动作造成配电网故障时正常区域供电中断, 故障区域不能及时隔离。针对含微电网的配电网, 可通过改进措施以满足继电保护选择性、灵敏性、速动性和可靠性要求。
1) 考虑微电网接入后重新整定各保护装置的启动电流, 同时在保护1上加装功率方向闭锁元件, 该元件只当短路功率方向由母线A流向母线B时动作;而当短路功率方向由母线B流向母线A时不动作, 避免了保护的误动作和拒动。但这种措施仅适用于含DG的微电网并网运行状态, 因为当DG单独供电时需要再次整定各保护装置的启动电流。
2) 为了消除微电网对重合闸的影响, 需在DG侧装设低周、低压解裂装置, 通过适当延长重合闸动作时间, 使DG在合闸前断开与故障点的联系, 同时系统侧检线路无压, DG侧检同期。
3) 采用基于电压扰动的反时限加速保护策略。此保护不仅可以准确地判断故障的类型和位置, 而且能够保证系统在发生故障时具有优良的动作性能, 满足继电保护选择性和快速性的要求。
基于电压扰动的反时限加速保护策略实际上是一种根据分布式电源输出电压发生扰动的情况来判断微电网内部是否发生故障, 以及发生了何种类型的故障的一种保护。同时, 此保护还可以根据扰动电压的强弱来控制保护的动作速度。它是一种适用于微电网自身保护的快速检测方法。
4) 给微电网系统加装故障限流器。限流器在检测到线路短路故障后表现为高阻抗, 通过快速改变故障线路的阻抗参数, 将短路电流限制在低水平, 而在正常负荷条件下阻抗为零, 解决了故障时DG提供的助增电流影响配电网电流保护的问题[12]。同时, 由于故障电流变得很小, 基于重合器、分断器、熔断器的支线保护能够正常工作。
5 结语
微电网的并网运行影响到配电网的故障电流, 使原有的保护动作整定值不再适用, 给重合闸带来了不利因素, 同时也扰乱了基于重合器、分断器、熔断器等自动化电器的支线保护。本文分析了微电网的接入对配电网继电保护的影响, 通过构建案例验证了理论分析的正确性, 并针对上述问题提出了改进措施。
摘要：微电网是智能电网的有机组成部分, 并网后会改变原有配电网的结构, 进而对配电网继电保护产生影响。说明了微电网的含义及常规配电网继电保护的重要性, 较全面地分析了微电网接入对配电网产生的影响, 最后提出了针对新型结构的配电网继电保护的改进措施。
关键词：微电网,配电网,故障电流,继电保护
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智能电网:配电网 篇9
1 智能配电网概念分析
智能配电网在智能电网中占着至关重要的位置, 因而国外学者在对其进行实践研究的过程中将配网侧化为自身研究重点, 且在配电网高级技术的基础上对其展开了深入的分析, 并总结出了其运行特性。 此外, 经过大量的实践研究表明, 智能配电网充分运用了控制技术、计算机、通信及网络技术, 且在智能配电网设备设置的过程中安置了配电网终端设备, 继而形成了可视化的配电网管理形式。 另外, 智能配电网在实际运行过程中更为注重鼓励电力用户参与到监督环节中, 继而及时发现配电网运行中凸显出的问题, 形成安全且经济的运行状态[1]。
2 配电网运行管理现状
配电系统处在电力系统末端位置, 且其直接面向用户, 因而在此背景下加强配电网运行管理手段是非常必要的, 其可有效满足用户用电需求, 并提升整体电能供给质量, 实现稳定性较强的电力系统运行目标。 但就当前配电网运行管理现状来看, 其仍然存在着某些不可忽视的问题, 且问题具体体现在以下几个方面:第一, 配电网建设存在着滞后于地区经济的问题, 从而导致电能供给质量始终无法满足用户需求;第二, 当前配电网运行管理中还存在着电能损耗较大的问题, 继而由此引起了用户停电现象的发生, 基于此, 电力部门在发展的过程中应提高对此问题的重视程度;第三, 配电网运行管理中的问题亦体现在配电网自动化程度远低于输电网, 最终影响到了整体供电质量。
3 智能配电网技术在配电网规划中的具体应用
3.1 智能自动化技术
随着配电网规划的不断发展, 智能自动化技术被广泛应用于配电网实际运行中, 智能自动化技术在配电网规划中的应用实现了对配网自动化规划方案内容的有效规范, 并带动相关技术人员在实际工作开展过程中能充分发挥智能调度信息一体化功能, 构建相应的配电自动化主站, 且形成主站、子站等。 继而便于系统操作人员开展相应操作行为。 此外, 智能自动化技术在配电网规划中的应用也逐渐实现了智能预警运行模式, 继而促使操作人员可通过监测信息的观察及时发现配电网运行过程中存在的故障问题, 最终将故障损失降至最低。 另外, 智能自动化技术也逐渐实现了实时调度、远方监控、分布式等功能, 并基于安置用户终端配电设备的基础上实现了对用户信息的有效采集及处理, 最终由此保障了骨干网络通信需求, 且提升了信息整体利用效率[2]。
3.2 参数量测技术
参数量测技术也是智能配电网技术在配电网应用中的表现形式, 同时, 参数两侧技术在配电网中的应用也逐渐实现了数据向数据信息的转换, 继而在此基础上便于相关技术人员在对系统进行操控的过程中可通过对数据信息的分析全面掌控评估电网运行现状, 最终避免配电网规划过程中呈现出的用户窃电行为, 同时达到精准化的电费评估效果。 此外, 在传统配电网规划中电磁表计的应用已经无法满足智能配电网发展需求, 因而在此背景下应强调对参数量测技术的应用, 从而达成电力部门与用户间的双向沟通, 缓解传统配电网规划中凸显出的高峰电费费率计算问题, 达到最佳的费率计算状态。 另外, 参数量测技术的应用亦可及时告知用户费率政策改革信息, 满足用户服务需求。 从以上的分析中即可看出, 在配电网规划中强调对参数量测技术的应用是非常必要的, 因而应提高对其的关注度。
3.3 分布式能源发电技术
近年来, 分布式能源发电技术被广泛应用于智能配电网规划中, 而其技术的应用源自于《 分布式电源接入配电网设计规范》 。 分布式能源发电技术的合理应用为用户带来了较大的便利条件, 即通过在用户周围安置分布式发电的方式促使用户可利用用户端平台对系统运行方式进行操控, 最终达到配电网平衡调节的目标。 此外, 就当前的现状来看, 分布式发电可被划分为太阳能、生物质能及海洋能等几种类型, 其缓解了传统配电网技术层面的问题, 且实现了不消耗化石燃料发电过程。 同时, 并网方式较为灵活也是分布式能源发电技术凸显出的优势。 为此, 应强化对其的合理运用。 另外, 在现代化科学技术不断发展的背景下, 分布式能源发电电源控制保护、监控、测量一体化技术得以实现。 为此, 强化对其的运用可在一定程度上提升配电网运行稳定性, 并就此解决能源消耗问题[3]。
3.4 电动汽车充换电技术
在《 电动汽车充换电设施接入电网技术规范》 中强调了运用电动汽车充换电技术的重要性, 因而在此基础上, 当代政府在实施配电网规划过程中将其融入到其中, 并对其展开大力推广行为, 争取到2018 年将电动汽车数量提升至400 万辆。 在配电网规划中电动汽车作为移动储能设备其可实现削峰填谷的配电网运行目标。 为此, 应提高对其的重视度, 达到最佳的智能配电网运行状态。 此外, 在此背景下为了提升配电网运行的安全性, 要求相关技术人员在对电动汽车交换电进行运用的过程中应安装滤波设备, 继而缓解配电网运行中凸显出的电能质量问题, 为用户营造高质量的用电环境[4]。
结束语
综上可知, 随着现代化科学技术的不断发展, 智能配电网建设问题逐渐引起了人们关注, 但由于当前智能配电网运行管理中仍然存在着某些不足之处。 基于此, 当代电力部门在配电网规划过程中应强调对自动化配电技术、参数量测技术、分布式能源发电技术及电动汽车充换电技术的应用, 继而为人类营造一个良好的用电环境, 并促使其在此环境中能避免断电现象的发生。 此外, 在配电网规划过程中提升技术人员创新意识也是非常必要的。 为此, 政府部门应提高对其的关注度。
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智能配电网研究 篇10
关键词：智能配电网,分布式发电,实际应用,最新成果
1 智能配电网简述
智能配电网[1]顾名思义就是在传统配电网的基础上更加智能,更加自动化,融合各种测量、传感、控制及网络通信等先进的技术,通过使用智能开关设备、配电终端设备,在配电网高级自动化技术的基础上,允许大量可再生能源及分布式电源大量接入,以及支持更智能浓缩的微网的运行。因此智能配电网的实现能更好地鼓励形形色色的电力用户参与进电网,实现互动。鉴于融合了多领域先进技术,较之传统配电网会更加稳定,更加坚强,最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的电力供应和其它附加服务。
智能配电网[2]应包含如下系统和设备:
1)用户管理系统。
2)分布式电源管理系统。
3)高级电力电子设备。
4)高级的传感器。
5)电能质量优化和评估系统。
从表1我国配电网近期发展历程中可见智能配电网的研究与发展势在必行,是解决如今经济快速发展下配电网各种局限的唯一途径。
2 智能配电网的实际应用
2.1 自愈控制技术的应用
电网自愈是坚强电网的核心,是评价一个电网是否安全合格可靠的重要指标。它的发展是整个电网的基石。自愈控制技术的实现是继电保护及软件控制等一系列的综合控制,由预防控制及事故控制组成的完整控制体系。
目前,我国已研发了满足收集配电网信息,支持继电保护定值区切换及智能配电网中极其重要的适应电网接入“即插即用”式分布电源等关键技术,实现了综合在线监测,通过一次设备数字信息快速获取和动态监测,实现智能配电网在事故下能快速响应,故障排除后能及时恢复可靠供电,并智能记忆,预防类似事故再次发生,更能智能兼容分布式电源的接入,并保证电网安全运行。
2.2 分布式发电技术的应用
我国经济建设飞速发展状态下,电力需求迅速膨胀,各地配电网在用电高峰季节都出现不同程度的运行安全隐患。因此在电力供应严重不足的广大经济欠发达的农村地区,分布式发电技术刚好弥补集中式发电的局限性。可利用不同地区具体的丰富可再生能源因地适宜的解决缺电的问题。
对于城镇分布式发电技术是不可缺少的重要补充。传统发电技术因对城镇污染严重,需要日渐减少,分布式发电技术作为补充因其能源清洁,形式多种正被积极推广。现国家电网将分布式电源作为各供电营业厅新兴业务逐步推广,政府及国家电网都对安装分布式电源的电力用户给予大力支持。河南省对于此类发电上网用户以每度电0.42元的电价由可再生能源发展基金支付给电力用户。
其中分布式发电中太阳能发电的发展最快,因其使用设备简单,安装简便受到广大企业的青睐。
一个太阳能系统主要由太阳电池板、并网逆变器、交流保护开关箱、电度表和电缆构成。
在上海已经建成了15k W野桥菜场PV系统、200k W临港重型基地PV系统、15k W金山农业示范园PV系统10k W轨道交通声屏障PV系统。
2.3 高级量测体系的应用
除支持分布式电源的大量接入外,智能配电网不同于传统配电网的另一个关键特征,是能够实现与用户的互动,而高级量测体系(AMI)是支持智能互动功能的关键技术。
高级量测体系是一个采集处理用户负荷运行数据并进行需求侧响应(DR)控制的计算机网络系统,是监控及实现互动的先决条件和关键支撑技术。
近几年在数字化变电站、配网自动化建设与改造方面一直走在国内前列,先进的传感与测控技术、高度集成的通讯系统、自愈控制与优化的高级软件系统日新 月异。
2.4 智能微网技术的应用
微网利用新型电力电子技术,综合分布式发电和储能技术,在特定的控制方式下,可以并网运行也可以脱离主电网孤立运行,灵活为用户提供电能和热能。图1是一个典型的微网系统模型。
3 结论
在电力行业各个环节中,配电系统无疑是与用户联系最紧密的。而电力行业的定位一直都是服务群众,企业发展以群众需求为基础,电力行业的定位决定了未来配电网的地位,因此智能配电网都将是未来智能电网的核心。
参考文献
[1]陆一鸣,刘东,柳劲松,等.智能配电网信息集成需求及模型分析[J].电力系统自动化,2010,34(8):1-4.
智能电网:配电网 篇11
关键词：中心城区；配电网；规划
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0089-02
智能配电网代表着配电网的发展趋势，可以在最大程度上满足用户需求，和客户进行信息和业务方面的互相沟通。中心城区的配电负担很重，利用智能化技术对配电网进行改建意义重大。
1 中心城区智能配电网规划
1.1 自动化系统的构建和改造
现在该区部分地方以试验性的方式创建配网调控一体化，同时编制出与之相匹配的制度。对配电主站开展分析，提供相应的技术支持。
对于配电子站而言，根据规划的内容，建设起8座通信汇集型子站，分别安排在该区之内的必要的位置，对所有采集终端的数据包进行统计，集中在一起发送给主站，让整个配电自动化系统的信息转送能力得到凸显。配电子站会将收集的数据进行全面的分析，然后将其转换集中在一体，进而减少骨干网的通信节点，增强骨干网的通信速率。硬件平台要使用嵌入式设计计算机，应用固态硬盘，操作系统使用嵌入式linux。
对于配电终端而言，使用网络型终端，对于有充足经济条件的环网单元和配电室，根据每座的需求另外安置一套站所终端，同时安置DTU465套。一套DUT遥控模件的遥控输出不能少于4路，同时预留扩展到8路的空间。遥测模件交流选用4路，预留升级到16路的空间。
对于遥控模件而言，选择的信号输入不能低于8路，保证日后可以升级到64路。配电室的DTU要使用落地式进行安置，使用站内照明电源。环网单元DTU电源的选择必须根据具体情况，可以使用PT柜，也可以使用附近公变低压线路外接电源。在杆上电源开关方面，每一台上，都要另外添加1套馈线终端，安装件数一共要有FTU15套，每套FTU要有1路、2路、4遥信。
对于箱式变电站而言，每台要安置1套配变终端，一共安置TTU50套，每套都要具备相应的2路测遥。全部的开关柜都要安置故障指示设备，安装故障指示设备共200套，使用线路故障指示信号。改造完毕之后，安置DTU的有关环网单元等部位，可进行“三摇”，箱式变电站等部分则能进行“二摇”，没有安置DTU的相应开关则能实现“一摇”。
1.2 减轻停电影响方式
在非智能配网的情况下，为了减少停电时间，缩小停电范围，首先要制定出可靠的管理办法和考核方式，使有关的部门对本职工作有清晰的认知，让其能在工作票、验收、送点等环节实现有效的连接，让停电时间缩短在最小限度之内，也让停电的波及范围达到最小。不断弥补事故的应急处理预案存在的缺陷，创建起涵盖客户服务中心、调度和抢修班组快速配合反应机制，改进故障报修流程，对备品、备件库的管理力度要增强，对前往现场、故障定位、故障修复等各类的节点监测，增加复电效率，缩短停电时间、减少停电范围。这样才能在非智能的环境之下将停电造成的影响控制在最低限度之内，将产生的经济损失降低在最低限度之内。
在智能配电网的情况下，能让大量分布式电源实现灵活接入，是发展智能配电网的重要特点。分布式电源以及储能系统的发展方向是微网技术。微网在智能电网中发挥重要作用，能让内部电源与负荷实现一体化运行，在主电网的协调配合之下，能平滑介入主网络，也能独立运行，让用户的供电稳定、安全，停电情况得到控制。
为了达到智能控制停电时间和范围的目的，可以在电力无线专网通信的基础之上，开展自愈馈线自动化的安排，使用等式类型的通信网络，线路之上的FTU终端之间实现彼此通信，搜集相邻开关出现故障的信息和数据，自动化判断是否采取措施，一般能应对架空线路、辐射型线路和光纤网络不能覆盖的区域，实现故障的快速自愈，FTU之间会实现自身状态信息的自动化交换，在一般的逻辑算法的辅助之下，就能对故障的类型进行判定，能实现故障的自愈。这种方式能让停电故障得到非常快速的解决，控制的逻辑算法简单，而且具备可靠的特点，能进行后备保护，能自动改善停电状况，让停电时间缩短，停电的波及范围也被控制在最小限度之内。也可安置通信汇集型子站，安置在城市中心，具体的子站数量要结合当地的实际情况。配电子站要在通信设备的支持下和DTU、FTU、TTU等部分连接在一起，对各个终端的数据包进行打包压缩之后自动发送到自动化主站之中，实现对故障信息的判定。还可在出线开关上安装故障指示仪，能对线路之中的出现的故障信号进行自动收集。
2 构建和改进之后效益分析
2.1 经济效益
在当前的运行方式之下，10 kV线路上任何位置出现故障都会导致全线停电，根据故障定位和隔离等功能，可以将故障控制在最低的范围之内。
根据该区的网络配置，电量的损耗降低会超过5/6，2014年该区由于故障和意外事故导致的停电在3.8万kW·h，可以测算减少的电量损失就达到3.2万kW·h。以往人工倒闸的方式耗费时间较长，每年由于停送操作造成的停电大约在19万kW·h，使用远程遥控之后，平均倒闸时间从34 min降低到4 min，节能的电量为19×30/34=16.8万kW·h。原本的网架供电受到比较明显的限制，原本每天损失的电量在1.2万kW·h。进行网架改造之后，网架的能力得到提升，负荷预测与相应的转供能力得到明显的提升，结合当地实际情况，新增的供电量在11.4 kW·h。
对以上三种情况进行分析之后，一年一共可以节省的电量达到31.4万kW·h，根据当地电费0.61元/kW·h计算，每年可以节省19.154万元。对网架和设备改进之后，结合国内外这个方面的经验，一年节省资金在396万元左右。改进后线损降低，使用智能监测设备，有效阻止窃电行为，预估该区线损会从原本的2.98%降低到2.41%，线损率降低0.57%，上一年销售电量在12.8亿kW·h左右，线损降低729.6万kW·h，根据电费0.61元/kW·h计算，445.056万元。
2.2 社会效益
以往的配电质量不佳对银行等类型的客户造成的损失造成的损失程度有所不同，大致从千元到百万元左右。对于生产设备而言，造成的损失更加大。比如，电压忽然降低到一个限度就会造成工业生产厂家断电几分钟，进行改造之后，能提升供电的可靠性，防范商户受到损失。停电次数少了之后，供电服务提升之后，用户就会对供电部门的满意度提升，让电力单位的形象得到增强，也会吸引更多的客户。输电过程存在的损耗需要依靠更多的发电进行弥补。供电质量提升之后，二氧化碳等物的排放量得到控制，分布式电源的控制方式比较灵活。
3 结 语
电力资源依旧对国民经济发展很重要，配电服务的质量也会对电力事业的发展产生影响。中心城区的人口密集，对电力资源的需求与别处不同，需要以新的理念和技术对配单网进行改造，缓解日益增强的配电服务质量需求和传统配电网能力不足的矛盾。此类电网的创建之后能在经济效益与社会效益之间取得良好的平衡，时解决当前配电网存在问题的有效方式。
参考文献：
[1] 张峰，张建华.城市高可靠性示范区智能配电网规划与建设研究[J].创 新科技，2013，（9）.
微电网技术在主动配电网中的应用 篇12
近年来,在能源枯竭和环境保护的双重压力下微电网以其因地制宜利用新能源发电,具有成本低污染小、运行模式灵活等特点以及抵御自然灾害和保障电力安全的优势而成为世界电气领域关注的热点之一。 随着我国雾霾问题加剧,智能电网列入中美应对气候变化5个合作领域实施计划,借势智能电网国家政策,微电网与主动配电网及其示范工程建设受到高度重视。 到2015年,我国将建成30个以智能电网、物联网和储能技术为支撑的新能源微电网示范工程。 依托国家“863计划”重大项目“主动配电网关键技术研究及示范”和“主动配电网的间歇式能源消纳与优化技术研究与应用”,我国北京、广东、福建、贵州等地启动了主动配电网示范工程建设。 微电网是由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统。 微电网技术为新能源及可再生能源分布式并网发电及其规模化消纳利用提供了灵活有序的可行技术途径[1,2,3]。 微电网有效整合各种分布式间歇性新能源发电后,可作为智能子系统接入主动配电网,增强主动配电网的互动性、可控性和可靠性,进而提升电力系统的综合能效。
在智能电网建设框架下,配电网智能化发展将实现由被动配电网向主动配电网的转变,即无源网络向有源网络的转变[4]。 微电网将分散性的多种分布式电源优化配置整合后,集中单点接入主动配电网将显著增强配电网与用户的能量互动性、信息互动性。 另外,接入主动配电网的不同微电网之间互补协调运行,有效弥补分布式电源的分散性、随机性间歇性、波动性,保障分散的用户安全、经济、优质用电,提高电网对分布式能源的消纳能力[5]。 主动配电网中微电网技术的应用为实现高渗透率间歇式分布式电源并网发电规模化应用、源-网-荷的互动协调配用电智能化管理等配电网的升级换代提供了新的发展方向[6]。 研究主动配电网中多元互补微电网的规划运行与控制关键技术可充分提高配电网消纳可再生能源的能力和供电可靠性,提升定制电力服务质量和能源利用效率,合理利用资源,促进智能电网和新能源发电的健康发展,保障国家能源安全和社会可持续发电。 本文重点分析微电网接入的主动配电网网架结构、规划设计、控制方案、运行模式、综合效益等问题,研究微电网技术的应用对主动配电网的积极作用,并给出了微电网技术在主动配电网中应用所需开展的研究方向。
1微电网接入主动配电网的结构
主动配电网的关键技术研究得到了国内外的广泛关注,国际大电网会议(CIGRE)配电与分布式发电专委会明确提出了主动配电网的概念,即:通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流,以便对局部分布式能源进行主动控制和主动管理的配电系统[7]。 目前美国、欧盟、日本等已开展了具有创新性的主动配电网项目,建设了主动配电网示范工程。 我国近年来也开展了主动配电网的研究和示范工程建设。 将分布式发电供能系统以微电网的形式接入主动配电网并网运行,通过主动配电网与大电网并联运行, 并与大电网互为支撑,最有效地发挥分布式发电供能系统效能。 微电网可通过单点接入主动配电网 ,多个微电网 与主动配 电网形成 联合运行 系统,减小分布式电源直接接入配电网而产生的不利影响,提升电能质量水平,并可提高分布式电源的利用效率。
为提高主动配电网对分布式电源的消纳能力, 增强与用户之间互动性,应用微电网技术的主动配电网需要具备新的特征[8,9],主要包括:含不同种类分布式电源和储能的微电网广义负荷;结合微电网系统主动管理各类负荷,主动协调控制具有不同发电特性的分布式电源,保障优质冷热电联供;具备适应主动 配电网与 微电网特 点的能量 管理系统 (EMS),结合发电预测、负荷预测 、需求分析 、综合效益分析、电能计量等信息 优化资源 配置和运 行状态,进行发电、配电、用电协同管理,实现优化运行。
图1为微电网接入的主动配电网结构图。 该结构形成了独立电源模式、微电网模式、微电网之间互联互动模式等多种模式共存的主动配电网,能量管理系统统一调度控制,分布式电源与主动配电网之间、微电网与主动配电网之间、微电网与微电网之间互为支撑,能量双向流动,信息互动交流,能保障高质稳定供电,显著提高电网的经济性和可靠性。
2微电网接入主动配电网的规划设计
目前,关于微电网接入的主动配电网规划以及其中的微电网群规划还鲜有研究。 传统配电网的规划设计方法已不再适用于分布式电源和微电网接入的主动配电网[10,11]。 如何在传统微电网规划的基础上,合理科学地进行主动配电网与微电网规划基础理论和关键技术研究是一个新的研究方向。 主动配电网作为有源网络会出现潮流分布、电压调整、无功优化、继电保护、可靠性、效益评估等综合性复杂问题,为有效解决这一问题,并充分发挥主动配电网侧重分布式电源接入和微电网侧重就地消纳新能源的双重优势,需进行主动配电网及微电网网架和微电网中分布式电源的双层综合规划[12,13,14],并结合工程设计具体要求和指标进行方案的优化选择。
图2为微电网接入的主动配电网网源双层规划应考虑的因素和指标。 由于分布式电源、储能和负荷以微电网的形式接入,主动配电网规划设计应计及配电网与微电网双层因素指标。 微电网接入位置选择及其接入点功率交互约束等应纳入主动配电网规划设计考虑因素范围。 另外,接入主动配电网的微电网中分布式电源种类较多,电动汽车充电站数量大, 且具有较强的随机性,功率波动性较大、可控性较低,同时不同种类负荷特性各异,其预测难度加大, 发电预测、负荷预测、分布式电源和储能的选型及其容量配置、电力市场机制调节等也应纳入主动配电网规划设计考虑因素范围。 通过合理地规划设计和制定主动配电网与微电网之间、微电网与微电网之间、分布式电源与储能装置之间功率的灵活调控策略,充分发挥微电网接入主动配电网的优势。 另外, 变电站定容和电力电子设备、固态变压器、固态断路器等设备选型需要制定新标准。 接入主动配电网的微电网布局也是规划设计的重要内容,图3为6个微电网系统分别单点接入主动配电网的布局示意图,也可以根据实际工程情况选择其他布局划分方式,如微电网系统2和3、3和4分别合并后单点接入主动配电网,需符合网架结构灵活、可靠优质供电、节能降损、经济优化运行等规划设计要求。
微电网接入后,主动配电网成为了互动性很强的智能网络,其中潮流分布多向性、电压分布多样性等因素使规划问题成为了多层次、多约束、多模式、 多指标的非线性复杂优化设计问题。 为此需从以下几方面开展微电网接入后主动配电网规划设计研究:1计及分布式电源不确定性及不同种类分布式电源的互补性;2考虑含微电网的主动配电网的多层次网架结构和潮流的特点;3计及电气运行指标、 经济效益指标和环保指标等多目标的微电网选址定容和优化配置;4为提高抗灾能力的微电网应急供电方案规划设计;5大量电动汽车充电站以微电网形式接入主动配电网的规划问题;6充分考虑城市建设规划的主动配电网及微电网规划问题等。 总之, 需要研究多目标、多约束、非线性的含微电网的主动配电网动态规划新方法。
3微电网接入主动配电网的控制方案
越来越多的微电网接入主动配电网将改变配电网的结构,另外,微电网的分布式特性越来越明显, 渗透率越来越高,在较大的地理区域内,如何有效协调控制微电网群稳定、可靠运行,保证整个系统的能量动态平衡和提高电能质量水平亟待研究,主动配电网中微电网群的控制框架和控制方案作为研究难点之一。
鉴于此,本文给出了如图4所示的3种主动配电网中微电网群的控制方案,包括集中式控制、集中-分散式控制、分布式控制,为微电网群的协调控制研究提供了技术路线。
集中式控制中,主动配电网控制中心直接掌握各微电网的完整信息,并制定微电网群的发电计划, 控制微电网群的能量输出,主动配电网控制中心享有全部控制权,并采取灵活多变的控制手段,实现群集的优化调度和协调控制。 但是巨大的数据信息量、运算量、通信流量对控制中心提出了更高的要求,其兼容性和扩展性不易实现。
集中-分散式控制中,控制结构分为2层控制中心控制,即微电网控制中心和主动配电网控制中心。 各微电网控制中心分散控制微电网子系统,并分别将微电网运行状态信息反馈给主动配电网控制中心,主动配电网控制中心整合信息后,将任务分解并分配给各微电网控制中心,各微电网控制中心负责制定风光发电预测、负荷预测,对可控电源和主动负荷进行调控。 这样一部分控制功能下移到分散的微电网控制中心,有利于改善集中式控制的数据拥堵,具有较好的实时性和扩展性。
分布式控制中,各区域微电网群之间通过主动配电网控制中心进行调控,各区域微电网群中分散的微电网控制中心只需其本地和相邻微电网控制中心的信息,不依赖于采集微电网群全局信息的主动配电网控制中心,控制更加灵活,效率更高,同时对微电网控制中心提出了更高的要求。 由于在该结构下,微电网控制中心之间协同运行,各微电网控制中心制定发电方案经过若干次迭代的通信和决策过程可以最终确定。 各微电网控制中心的故障不会对整个分布式控制系统产生较大影响,控制系统可靠性较高。
4微电网技术在主动配电网中应用的优势及综合效益分析
大量的分布式电源逐步接入配电网,配电网运营管理与控制模式将发生质的变化。 分布式电源的随机性、波动性带来诸多新问题,例如:潮流的随机变化、电压无功控制复杂化、谐波污染、保护误动等, 给配电网电能质量和供电可靠性带来不利影响[15,16,17]。 如何更好地提高主动配电网对分布式电源的接纳能力和主动管理控制水平[18],并兼顾用户的优质可靠、 分时经济用电要求,成为研究的重点和方向。 微电网技术整合各种分布式电源、储能装置、负荷等,使其作为灵活的智能可控单元单点接入主动配电网[19],增强主动配电网的鲁棒性,有效解决主动配电网中的新问题,具有诸多优势。
a. 提高主动配电网对分布式能源的利用效率 。
微电网技术通过整合不同种类的分布式电源的不同特点可解决其扩展和兼容问题,使得微电网相对于主动配电网而言,成为功率双向流动的可控区或节点,实现分布式能源的柔性就地消纳。 微电网中功率可调节的分布式电源,如应急供电柴油发电机组、热电联产微型燃气轮机等可随时启停,光伏发电和风力发电一般为最大功率点跟踪(MPPT)发电状态,微电网系统内部的可控电源、不可控电源与储能装置互补协调,在保障用户可靠用电的基础上通过微电网能量管理系统[20,21],多余电能可通过主动配电网输送给大电网,或输送至其他负荷、储能装置或其他微电网系统,以期实现充分利用。 可见微电网技术大幅提高了主动配电网对常规能源和新能源的利用效率。
b. 改善主动配电网电压质量和稳定性。
主动配电网中大量分布式电源、各类储能装置和主动负荷的集群接入,将引起电压分布的复杂变化。 由于配电网的电抗与电阻值较为接近,分布式电源的有功功率与无功功率均对电压产生影响。 分布式电源的分散性、随机波动性影响电压的稳定性,其接入和退出过程也将使电压质量受到影响,因此,主动配电网需要快速电压支撑[22,23]。 微电网技术为分布式电源等并网运行提供良好的特性支持,分布式电源以微电网形式并入主动配电网是解决配电网电压问题的有效途径。 微电网中的电压协调控制方法实现了分布式电源、储能装置与无功补偿装置的协调控制,从而使微电网与主动配电网接口处的电压可控性强,可作为主动配电网中的关键电压调整节点,微电网的平滑切换技术也有效削弱了分布式电源直接接入配电网带来的不利影响,改善了主动配电网的电压质量和稳定性[24]。
c. 为主动配电网中谐波治理和无功补偿提供技术支撑。
分布式电源通过并网逆变器及电力电子装置并网发电,其中包括AC / DC、DC / DC、DC / AC双向变换器,并采用PWM控制,其产生的谐波电流将造成配电网严重的谐波污染。 另外,电动汽车等非线性负荷的大量增加和功率变流器的广泛应用也带来了谐波问题和广义无功问题。 为有效减小谐波污染,为用户负荷提供定制电力服务,微电网就地多样化服务于负荷的优势将得到充分发挥。 利用微电网中定制电力技术的关键设备(如有源滤波器APF、动态无功发生器STATCOM等)和微电网的柔性并网运行控制技术,进行谐波和无功的综合治理,从而为主动配电网中谐波治理和无功补偿提供技术支撑。
d. 有效降低主动配电网的网损。
分布式发电与微电网就地为负荷供电,避免了长距离输电产生的较大网损。 随着分布式电源、各类储能装置以及主动负荷的大量接入,配电网由无源网络转变为交直流混合有源网络,将改变配电网的潮流分布[25],其位置与容量均对配电网网损产生影响,如果不对分布式电源、各类储能装置加以合理布局,就不利于对配电网潮流进行优化调控,无法达到降低网损的目的。 微电网技术将分布式电源、储能装置、负荷合理规 划布局整 合后单点 接入主动 配电网,主动配电网直接调控并网点功率,实现功率的灵活调控。 通过微电网优化运行技术,以降低网损为目标,可得到微电网的优化运行策略,进而协调控制分布式电源和储能装置等,达到潮流优化调控的目的,实现分布式能源的柔性就地消纳,避免功率在网络中的不合理流动,有效降低网损。 总之,通过微电网技术改善主动配电网集群式接纳分布式电源的方式,提高分布式电源利用率的同时,显著降低主动配电网的网损,提高主动配电网的经济效益水平。
e. 提高主动配电网可靠性和故障恢复能力 。
大量不可控的分布式电源并网对配电网的可靠性产生深刻影响[26],用户的可靠优质用电受到挑战, 由于功率的双向流动增强了潮流分布的不确定性, 也给常规继电保护带来了较大影响[27],引起常规继电保护装置的误动。 为提高主动配电网的可靠性,分布式电源以微电网形式整合后并网成为发展趋势。 正常情况下,微电网并网运行与主动配电网共同满足用户需求,故障发生时,微电网迅速切换为孤岛运行,保证分布式电源不间断为用户供电。 另外,通过灵活控制电力电子固态开关等可实现配电网网络重构和负荷转移,使得微电网群之间保持功率和信息的联系,可避免电网检修和电网故障导致的大量电源离网或大面积断电。 通过微电网技术的应用和电力电子设备的灵活控制,显著提高配电网的供电可靠性。 随着分布式电源渗透率和并网容量的不断提高, 具备“黑启动”功能将是微电网的一项特色功能。 当电网遭遇自然灾害、恐怖袭击等突发事件时[28],微电网可保证重要负荷不间断供电,同时为主动配电网快速恢复供电提供技术支撑。
f. 降低主动配电网运营管理与控制的难度 。
由于一些类型的分布式电源可控程度较低且位置分散,如何协调分布式能源供电,并保证微电网群间的协调运行及相互支撑,成为了尚未合理解决的难题。 如何保证对用户的不间断供电,以及为用户提供实时电价信息,使用户有选择地经济用电,成为运营研发重点。 以上诸多因素导致了主动配电网运营管理困难,使整个配电网能量信息控制的难度加大。 微电网整合分布式电源与用户,作为能控能观的智能单元以单点接入配电网,降低了主动配电网对大量分散的分布式电源和用户直接控制的难度,另外微电网控制中心为主动配电网提供多种实时信息保证微电网安全稳定运行,并改善微电网运行的经济性。 微电网控制中心根据配电网需求和微电网的运行目标,调节微电网与主动配电网之间的能量交换。 微电网控制中心根据负荷需求、天气情况、电价以及气价等信息,协调微电网中的分布式电源、储能和主动负荷等设备,对微电网进行有序的调度决策管理与控制。 微电网控制中心通过对微电网系统的有效管控,并反馈大量整合处理后的信息给主动配电网控制中心,大幅降低了主动配电网的运营管理与控制难度。
g. 提高用户分布式光伏自发自用的满意度 。
随着国家电网公司分布式光伏发电入网无偿服务等相关政策的推出,对用户服务质量提出了更高的要求,用户满意度成为了衡量电力企业的重要标准。 随着越来越多的社区、单位、家庭等场所屋顶发电和光电建筑一体化项目免费入网,与之配套的以用户为中心的分布式发电运营管理模式亟需研究制定。 将屋顶发电与光电建筑一体化项目以微电网形式并网为提高供电可靠性和智能发用电提供了技术支撑。 微电网能量管理系统有效管理光伏发电、用户用电、电能储存和售电入网等多个环节,在电力市场的调节手段下,制定出合理经济的用电、售电和电能存储模式,使用户获得最大经济效益。 当天气恶劣导致分布式光伏电源不能发电时,微电网将协调主动配电网配电和储能装置发电,保障为用户不间断供电,当遇到恐怖袭击或配电网故障无法供电时微电网可切换为孤岛运行,协调分布式电源和储能装置,保障重要用户正常用电[29]。 微电网技术的应用显著增强了用户的可靠性和经济性,提高了用户用电满意度。
表1总结了微电网整合分布式电源和用户负荷接入主动配电网后带来的综合效益分析[30,31,32,33],主要包括:管理效益、经济效益、环境效益和社会效益。 微电网充分发挥其柔性就地消纳分布式电源和可靠供电的优势,与主动配电网互动,有效利用新能源与可再生能源发电,保障对用户可靠、经济、优质供电,带来了显著的综合效益。
5微电网接入主动配电网的研究现状与发展趋势
目前,主动配电网和微电网的研究状况与微电网接入主动配电网的研究发展趋势如下。
a. 微电网对提高主动配电网接纳分布式电源能力的研究。
现有配电网接纳分布式电源能力的研究,考虑因素单一,缺乏考虑主动配电网特点及光伏、风电的间歇性、波动性等因素的影响,对主动配电网接纳分布式电源的能力评估不准确。 微电网技术将有效整合不同种类分布式电源的各自特点[34],发挥其互补优势,缓解分布式电源间歇性、波动性的影响,实现单点柔性接入和退出主动配电网,有利于分布式电源的高效消纳。 因此,计及主动配电网与微电网交互影响,研究微电网中分布式电源和储能装置的多目标优化配置方法[35,36,37],实现削峰填谷,以及如何高效率柔性就地消纳分布式电源是未来的发展趋势。
b. 微电网接入主动配电网的综合规划研究 。
当前的主动配电网规划方法缺乏统筹兼顾新能源发电技术标准、经济效益和环境效益等多方面综合因素的微电网选址与定容,需加强主动配电网对微电网群的兼容性,需针对间歇式可再生能源发电的波动性选择主动配电网合理的热备用容量,另外, 需考虑主动负荷及电力市场等综合因素[38,39]。 适合微电网群接入的主动配电网综合规划方法成为了重点研究内容之一。
c. 微电网接入主动配电网的优化运行调度方法研究。
现有的配电网优化调度运行方法中,未能准确反映出间歇式分布式电源和各类负荷的随机性因素影响,而计及风光功率预测和微电网群的互补特性, 统筹考虑主动配电网的电气运行参数、经济运行成本和碳排放效益等多目标的优化问题也未能得到有效解决[40,41,42,43]。 针对主动配电网的双向潮流特性、联络开关状态灵活可变、优化变量和优化目标种类较多、 约束条件较多等特点,建立合理有效的多目标、多约束的强非线性优化概率模型,并提出相应的主动配电网综合优化运行调度新方法是当前的研究重点和难点。
d. 微电网接入主动配电网的协调控制方法研究。
目前主要的微电网协调控制方法大都是针对微电网中各发、储、用电单元之间设备层面的常规协调,仍缺乏计及不同种类分布式电源的出力特性、 惯性时间常数和主动负荷特性等因素的实时协调控制方法研究。 高渗透率微电网接入的主动配电网中微电网群的系统层面协调控制新问题也亟待开展深入研究。需要具体考虑主动配电网中微电网群的互补特性、分布特性、交直流混合供用电网络特点等多重复杂因素[44,45,46,47,48]。
e. 微电网接入主动配电网的电能质量分析与控制。
在微电网和主动配电网中,一方面,分布式电源和非线性波动性负荷的种类复杂多样,特别是风力发电和光伏发电输出功率的波动性、随机性、间歇性特点常常导致微电网内电源与负荷之间功率难以平衡;另一方面,电力电子设备大量使用,如并网逆变器、固态开关、电动汽车充电装置等。 总之,以上诸多原因导致微电网和主动配电网中电能质量问题更为复杂且突出,主要包括:电压与电流谐波、电压暂降电压突升、电压短时中断、电压波动与闪变、电压与电流不平衡分量等。 对此多种电压质量、电流质量并存的复杂电能质量问题,亟待对集串联型与并联型装置于一体的综合型统一电能质量控制器UPQC (Unified Power Quality Controller) 展开进一步研发和应用。
f. 微电网接入主动配电网的需求侧管理与控制模式研究。
随着配电网从被动模式向主动模式发展,位于需求侧的用户用电方式和电能计量方式发生了很大变化,传统需求侧管理中用户参与度不高,相关数据实时性较低,管理方式不够灵活。 如何建立适应主动配电网的需求侧响应互动模型,通过实时电价机制[49]使得用户结合储能技术在不改变用电习惯的前提下,在峰谷时段选择性用电,并结合分布式电源、储能装置和电动汽车有序充放电,最终使用电过程呈现主动状态的需求侧主动管理与控制模式及其相关技术亟待研究[50,51]。
g. 微电网接 入主动配 电网的能 量管理系 统研发。
主动配电网中含有多种多样的分布式电源、主动负荷和大量的电动汽车充电站[52,53],具有分散性强、供需快速变化、能量双向流动、配电网与用户的互动性增强等特点,传统的能量管理系统难以满足海量信息处理和快速控制决策的需要,不再适用于主动配电网,需要研发适用于微电网接入主动配电网的能量管理系统,涵盖源、网、荷三大环节,兼顾 “集中协调 ”和 “分布自治 ”的要求[54,55,56,57], 实现主动配电网全局全周期优化控制与主动管理。
6结论