智能配电模式（通用8篇）
智能配电模式 篇1
一、引言
城市配电系统自动化在电力系统中已经有了很大范围的应用, 其系统根据现场通信条件的不同, 分别采用了两种不同的配电自动化方案模式。一种是对于无信道条件下的基于V I T原理的分布式智能模式;另一种是对于有条件上通信通道 (光纤、GPRS、屏蔽双绞线等) , 采用集中智能处理模式。基于V I T原理的分布式智能模式是由现场的馈线智能终端单元 (FTU) 就地自动判别故障, 隔离及网络重构, 无需通信及主站系统参与。集中智能处理模式是指现场的智能终端单元 (FTU) 将现场信息实时传送给后台主站系统, 由主站系统根据配电网络的实时拓扑结构, 按照一定的算法进行故障定位, 下达命令给相关的FTU跳闸隔离故障, 并完成相关高级功能。由于两种模式下采用的终端智能设备相同, 因此初期未具备通信条件时可以采用基于VIT原理的分布式智能模式, 待通信通道建立时可以很方便地转化为集中智能处理模式。
基于VIT原理的分布式智能模式也可以提供较弱的远程通信功能, 即利用GPRS通信网络上传现场信息, 以使运行人员能够及时了解、处理现场故障, 但不建议使用遥控等高级功能。
二、基于VIT原理的分布式智能模式
针对不同的主接线线方式, 分布式智能模式下智能终端单元的逻辑功能配置会有所不同。以图1为例, A变电站出线到#1开闭所, 然后连接到#2开闭所, #3开闭所Q31设置为联络开关, 正常运行时一直处于分断位置, 然后连接#4、#5开闭所到B变电站。各开闭所开关除与变电站出线相连的Q11和Q51采用断路器以外, 其余开关均采用负荷开关。
配电系统中所有开关按工作模式分可分为四种。Q11、Q51设置为带保护功能、多次重合闸功能模式, 它们的保护动作时限设置得应该比变电站出线保护更短;Q31设置为联络开关模式, 正常时一直处于分断位置并闭锁合闸功能, 但当主干线出现故障并隔离故障后可以自动转换为分段开关模式, 并具有单侧失压延时合闸功能;Q12、Q22、Q32、Q41、Q42、Q52设置为分段开关模式, 具有失电延时T计时后自动分闸、单侧恢复电压延时X计时后自动合闸、短时间闭锁失压分闸、合闸后Y计时内检测到故障后自动分闸且闭锁开关、残压脉冲闭锁功能;其余出线开关设置为分支开关模式, 具有过流脉冲计数M次后分闸且闭锁开关功能。
(一) F1发生故障。
Q11跳闸 → Q12、Q21、Q22延时T时间内 → Q11第一次重合。
(1) 若F1故障为瞬时性故障, 则Q11此次重合成功, 故障排除, 恢复正常供电。
(2) 若F1故障为永久性故障 → Q11第二次跳闸, Q12、Q21、Q22开关T延时到分闸, 联络开关Q31在S延时到后开始XL计时 → Q11第二次重合 → Q12开关一侧得电延时X时间, 合闸并在Y时间后正常, 在Z时间内闭锁失压分闸功能 → Q21开关一侧得电, 延时X时间合闸并在Y时间后正常, 在Z时间内闭锁失压分闸功能 → Q22开关一侧得电开始延时X, 延时X时间到后合闸于故障上 (Y时间内故障) → Q31在XL时间内检测到开关一侧有残压 (电压故障脉冲) → 因Q22合在故障上 (Y时间内) , Q11第三次跳闸 →Q31因在XL时间内检测到开关失压侧有残压 (电压故障) 故在分闸状态下闭锁;Q22在其Y时间内合在故障上分闸并闭锁;而Q12、Q21因闭锁了失压分闸功能而不再分闸 → Q31闭锁在分闸位置 → Q11第三次重合成功 →Q12、Q21双侧有压, 经过设定的系统恢复时间后, 重合次数计数被清除。
在整个逻辑判断过程中, #1、#2开闭所的出线开关由于未监测到过流脉冲, 因此一直处于合闸状态, Q11第三次重合闸成功后自动恢复供电。
当对F1故障进行了人工修复后, 该供电网由人工现场操作恢复为原来的正常供电方式。
(二) F2发生故障。
Q11跳闸 →Q23过流脉冲计数一次, Q12、Q21、Q22延时T时间内 → Q11第一次重合。
(1) 若F2故障为瞬时性故障, 则Q11此次重合成功, 故障排除, 恢复正常供电, 经过设定的系统恢复时间后, Q23的一次过流计数被清除。
(2) 若F2故障为永久性故障 → Q11第二次跳闸, 此时Q23过流计数已经两次, 且Q23无压, Q23分闸并闭锁 → Q12、Q21、Q22开关T延时到分闸, 联络开关Q31在S延时到后开始XL计时 → Q11第二次重合 → Q12开关一侧得电延时X时间, 合闸并在Y时间后正常, 在Z时间内闭锁失压分闸功能 → Q21开关一侧得电, 延时X时间合闸并在Y时间后正常, 在Z时间内闭锁失压分闸功能 → Q22开关一侧得电, 延时X时间合闸并在Y时间后正常, 在Z时间内闭锁失压分闸功能 → Q31在XL时间内检测到开关两侧均有正常电压, 双侧有压禁止合闸功能启用, XL时间停止 → 经过设定的系统恢复时间后, XL时间及重合次数计数被清除。
在整个逻辑判断过程中, #1、#2开闭所的出线开关除Q23外由于未监测到过流脉冲, 因此一直处于合闸状态, Q11第二次重合闸成功后自动恢复供电。
当对F2故障进行了人工修复后, 该供电网由人工现场操作恢复为原来的正常供电方式。
故障发生后, 经过VIT逻辑判断, 智能终端单元进入闭锁状态, 代表线路故障点处于相关开关区段, 智能终端单元会输出明显指示信号方便人工定位检修故障。进入闭锁状态的智能终端单元将退出所有自动逻辑直到人工解除闭锁信号的输入。
对于其它不同的主接线方式, 开闭所进线开关智能终端单元还带有备自投逻辑等功能选择。
三、集中智能处理模式
该模式下各智能终端单元通过通信通道将现场信息实时传送给后台主站系统, 由后台主站系统综合分析所有数据而后做出故障处理逻辑程序。
(一) 通信通道。
集中智能处理模式下的配电自动化系统需要一个有效的通信通道。配网系统拥有众多的开闭所、配电变压器、柱上断路器, 要对这些设备进行监控就需要许多智能终端单元, 同时这些智能终端单元随配电设备安装, 地域分布广, 通讯节点分散。配网自动化系统的规模、复杂程度和自动化程度决定了通信系统应满足下述要求:
1.可靠性。配网系统的通信设备有很多暴露在室外, 环境恶劣, 因此必须能够抵御高温、低温、日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然环境的侵袭。同时, 尽量避免各种电磁干扰, 保证长期稳定可靠地工作, 并要求在线路停电时, 通信系统仍能正常工作。
2.经济性。考虑到配电网系统的总体经济效益, 通信系统的投资不应过大, 力争充分利用现有的主网通信资源, 进行主、配网整体规划, 避免重复投资。
3.寻址量大。通信系统不仅要考虑目前及未来的数据传输的需要, 还要考虑系统升级的要求。
4.双向通信。配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能, 就必须要求具有双向通信能力。
5.容易操作和免维护。根据以上的要求, GPRS通信方式和光纤通信方式正广泛地应用于电力系统。
(二) GPRS无线通信的介绍。
1.GPRS简介。
GPRS 是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service) 的英文简称, 它是在 GSM 系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。它使用分组交换技术, 能兼容 GSM 并在网络上更加有效地传输高速数据和信令, 目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。
2.GPRS通信方式的优越性。
(1) 安装与施工方便简单, 对环境要求低, 只要信号覆盖的地方都可安装。 (2) 维护简单。由于采用一点对多点的方式, 当一台通讯故障, 不会影响其他设备通讯, 而且方便查找问题。 (3) 费用低。采用GPRS通信方式, 无需建网费用, 而且GPRS网络按流量计费, 比较其他的数据采集系统, 运行费用低廉。 (4) 实用于偏远山区和分散区域应用。
3.GPRS通信技术在配电自动化应用的可行性分析。
从技术角度, GPRS网络稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度较快, 能够提供40～100kbps带宽, 完全能够满足配电自动化系统对通信速率的要求。从经济角度, GPRS按流量计费, 并且不需专门建立通信网络, 因此减少了专用网络和通道建设的大量投资, 降低了系统的成本。对于测控点众多且分布很广的配电自动化系统而言, 覆盖面广、不需传输线, 可实现双向通信, 它是一种利用公共无线通信网的无线数据传输业务, 是一种较为经济、理想的通信方式, 比较适用于配电网。
4.GPRS几种组网方式的选择。
(1) 移动专线工作模式。数据中心采用APN专线接入, 所有终端监控点都采用移动内网的固定IP, 数据在移动公司数据网络内部传递, 不进入Internet网络。此种方案在实时性、安全性和稳定性方面都很好, 适用于安全性较高、数据点较多、实时性要求较高的应用环境。但是该种方案成本较高, 而且此项业务在一部分偏远地区还无法实施。 (2) 公网专线工作模式。数据中心采用Internet公网连接, 用公网固定IP。终端监控点的数据通过移动公司数据网络进入Internet网络, 在Internet网络上传输。此种方案要求:客户须先向Internet运营商申请公网固定IP。中心用公网固定IP, 而终端监控点则可以直接向监控中心发起连接;或者是客户公司有一台连接Internet的服务器, 并且具有公网固定IP。 (3) 公网动态IP模式。数据中心采用Internet公网连接, 可以采用动态IP模式, 通过动态域名指向服务来实现连接, 数据通过移动公司数据网络进入Internet网络, 在Internet网络上传输。此种方案要求:需要动态域名指向服务, 终端监控点向域名发起连接, 由动态域名指向监控中心建立连接。这种方案因为实现容易, 费用少因此应用较多。
(三) 光纤通信方式介绍。
自激光器和低损耗光纤问世以来, 光纤通信系统以其技术、经济上无可比拟的优越性而迅速崛起, 并风靡全球。该系统是以光纤为传输介质, 以光为载波信号传递信息的通信系统。整个系统由电端机、光端机、光缆和中继器构成。光纤可分为单模光纤 (SMF) 、多模光纤 (MMF) 、长波长低射散光纤 (LMF) 、保偏光纤 (PMF) 及塑料光纤 (POF) 等很多种;常用的为单模和多模光纤, 多模光纤就是传输多个光波模式, 而单模光纤只传输一个光波模式。单模光纤比多模光纤传输距离长, 目前一般地, 光信号在多模光纤内可传6km左右, 在单模光纤内可传30km。因此, 单模光设备的价格要高于多模光设备。实用的光纤通常都是由多根光纤、加强芯、保护材料、固定材料等组合成光缆构成的传输线。光纤MODEM可完成光信号与数字信号之间的相互转换。光纤MODEM一般有一个以上的数据口用以传递同步或异步信号。通信速率可达到2Mbps或更高, 配网常用的通信速率一般为同步N×64K或异步19200bps以下。故足以满足配网通信的需要。
1.光纤通信的特点。
光纤通信具有通信容量大, 衰减小, 不怕雷击, 抗电磁干扰、抗腐蚀、保密性好、可靠性高、敷设方便等优点, 不过投资费用相对较高, 尤其对于城区内直埋式电缆线路的光纤敷设, 施工费用将更大。
2.光纤通信在配电网上的实现方案。
光纤通信的组网方式非常灵活, 可以构架成星型、链型、树状、网状、单纤网、双纤网、环上多分支、多环相交、多环相切等各种拓扑结构的网络。根据配电自动化系统的特点, 光纤网通常需组成环型网, 并与计算机局域网连接, 实现数据共享。
(四) 主站系统介绍。
配电主站系统是配电自动化系统的核心, 监视整个配网实时运行状况, 管理整个配网的运行设备。配电自动化系统的所有功能设置均从配电系统的应用出发, 除具备常规的配电网SCADA子系统外还具有实时性极强的智能化的故障处理和负荷转移决策系统、真正应用于配电网运行分析的配电管理系统等内容。
1.主站系统基础平台。
(1) 硬件平台:支持多种基于RISC的HP 、IBM、DEC、ALPHA系列等计算机设备。 (2) 操作系统:操作系统采用Windows 2000, 其硬件平台的可移植性强;具有抢占式可设优先级的多任务、多线程管理内核;其安全性符合C2级标准;内嵌完善的网络通信管理功能;其标准统一的Windows界面已深为广大用户所喜爱;具有丰富、方便、易用的配套开发环境。选用Windows NT为开发一套高性能的DMS奠定了坚实的基础。 (3) 系统网络:采用分流/冗余的双网机制, 遵循ISO-OSI七层网络参考模型及TCP/IP国际标准协议。采用跨网解决方案, 配电自动化系统采用专用高速局域网, 与其他系统通讯采用网关方式, 从而保证整个系统的安全性、一致性和实时性。 (4) 系统的安全和保密性:为了保证系统安全可靠运行, 本系统采取如下措施:系统管理员、维护人员、操作人员等层次的分级分层权限管理;采用物理隔离和网关来隔离本系统与其他系统的数据交换。
2.主站系统结构和配置。
(1) 硬件配置。
配电自动化主站是配电自动化系统的核心, 其硬件和软件遵循国际标准设计。主站系统基本配置为主/备数据服务器两台, 前置机二台 (前置机负责通信的集中和转发) 、调度员工作站二台、WEB服务器一台。在主站和通信线路的建设上充分考虑今后规模的扩大和功能的扩展。
(2) 配电自动化系统软件结构。
配电自动化系统是建立在计算机、网络、通信基础上的复杂的软件工程, 层次化的系统设计是保证其整体性能的基础。本套系统是以高性能的支撑系统为基础形成的分布式处理系统。支撑系统环境包括:面向对象的实时数据库及其管理系统、历史数据库及其管理系统及其它DMS应用库、网络任务管理系统、面向对象的MMI框架系统。
(3) 主站系统基本功能。
一是数据库功能:实时数据库、历史数据库;二是配电系统SCADA功能:数据采集功能、数据处理功能、事故报警、遥控和遥调操作、人机交互式操作、监控图;三是配电工作管理 (DMS) 功能 (可选) ;四是基于Web的实时信息发布功能;五是与其它系统的接口:与调度自动化系统信息交换、与MIS系统的信息交换、与用电管理系统的接口 (需对方提供接口) 。
(五) 故障隔离原理简介。
仍以上图为例。 (1) F1故障时, Q11第一次跳闸。若F1故障为瞬时性故障, 则Q11重合成功, 故障排除, 恢复正常供电。若F1故障为永久性故障→Q11第二次跳闸并闭锁重合闸功能, 主站收到Q12、Q21、Q22过流失压信息, 确认为Q22、Q31之间故障, 下发Q22、Q31分闸命令, 并重新合闸Q11, 故障被隔离。 (2) F2故障时, Q11第一次跳闸。若F2故障为瞬时性故障, 则Q11重合成功, 故障排除, 恢复正常供电。若F2故障为永久性故障→Q11第二次跳闸并闭锁重合闸功能, 主站收到Q12、Q21、Q23过流失压信息, 确认为Q23出线故障, 下发Q23分闸命令, 并重新合闸Q11, 故障被隔离。后台主站系统还可以根据各个开闭所开关所带负荷情况自动作出负荷切除、转移判断, 以实现智能供电。
四、结语
由以上介绍可知, 分布式智能模式由于具有初期投入少, 性价比高, 动作时序控制严格, 开关动作次数较多等特点, 适合于一般简单接线方式, 或配电自动化实施的初期;集中智能处理模式由于一次性投入大, 但故障处理时间短, 还可以实现更高级、更复杂的功能, 应该是配电自动化更为理想的实现方式。当然, 用户可以根据各自当地供电实际情况, 采用适合自己的配电自动化模式。
参考文献
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[6].电力部.电网建设项目经济评价暂行办法[Z], 1998
铁路智能低压配电系统 篇2
关键词：智能;非对称;检测;配电
0 引言
铁路电力系统是铁路运输的重要组成部分，担负行车设备用电，电压必须在规定范围内，不可间断。它的可靠性直接关系行车安全。但目前，智能化程度不高，低压系统无监测、诊断和故障处理功能，分析判断设备故障困难。特别是当电压处于严重的非对称运行状态时，低压配电设备不具备自动转换技术条件，会导致行车设备不能正常工作，影响列车运行。TSCN-1W智能低壓配电系统能解决上述问题，提高铁路车行车设备供电安全可靠性，实现科学智能化管理。
1 基本原理
铁路智能低压配电系统采用微电子技术、高速电压检测技术、缺相智能检测技术、通过计算机网络通信对铁路低压配电系统实现智能化集中管理，实现电能质量参数实时采集远程监控分析及操作，故障后的快速诊断和处理系统通过实时监测三相变压器运行状态，在变压器高压侧发生单相接地、三相断电和电压瞬间波动等严重非对称运行状态时，快速切断故障电源，切换到另一路正常电源，真正实现不间断供电。
1.1 “严重非对称运行故障”的实时检测技术
电路能够在交流电的1个周期至2个周期时间内准确测量出三相交流电的有效电压值和相角，然后调用算法判断出三相电是否存在缺相运行。由于电网存在电压波动，该算法必须能够屏蔽断电、电压不稳定等干扰，以较高的置信概率判断出缺相运行状态。
1.2 选择快速切断低压配电箱供电回路的设备及驱动电路
常规断路器的断开时间较慢，使用能高速关断的高性能断路器，研究与之配套的驱动电路，令断路器在保证可靠工作的前提下，断开时间能够满足指标要求。
2 智能低压配电系统的组成和功能
TSCN-1W铁路智能低压配电系统，由系统管理中心、区域监控管理中心、智能低压配电箱和通信网络组成。系统采用星形的拓扑结构，一个监控管理中心管理下属所有配电箱。配电系统管理中心、区域监控管理中心与配电箱之间的通信采用铁路专网，通过TCP/IP协议通信。区域监控中心可与系统管理中心根据需要合并设立。集低压配电功能、电能质量检测功能、控制功能、遥测功能、遥信功能、遥调功能、保护功能、防护功能于一体。能快速检测非对称性运行故障并切断故障电源、记录存储实时曲线、运行告警、运行故障、异常波形。监控管理中心集中控制和管理辖区的相关设备。每个系统可实现对1～1000个车站供电情况进行监控。根据需要，区域监控中心可与管理中心合并设立。该系统实现了低压配电运行状态的实时监测、控制和管理、实现了供电线路发生故障后的快速诊断和处理（变压器非对称运行故障）、能为安全生产管理、故障原因分析等提供相应的依据。
2.1 系统管理中心
系统管理中心安装在供电段，主要由系统管理员使用。由计算机与数据服务器组成，负责为智能低压配电系统进行资源分配与信息管理，由本系统的管理中心软件实现，提供系统初始化、系统参数配置、用户管理、日志查询等工作，通过大型商用数据库，将整个系统的数据集中保存在系统管理中心。
2.2 区域监控中心
区域监控中心安装在车间，由车间值班人员使用。包括操作电脑和SMS收发器，是系统的操作平台负责对所管辖的配电箱设备的状态进行监控，由本系统的监控软件实现。通过与配电箱设备通信，实现配电箱的电力参数采集、存储和显示; 实现远程分合闸控制;实现告警、故障的监视和判断，并通过声光报警方式通知值班人员。
2.3 通信网络
采用有线和无线网络备份的方式保证通信可靠性。有线连接主干网采用铁路的2M专网，在设备终端处通过协转转换为以太网;无线连接考虑到铁路通信的安全性，未采用GPRS方式，而是在没有有线网络或网络不通的情况下设备自动转换为SMS通信。
2.4 智能低压配电箱
智能低压配电箱是安装在现场设备端的智能设备，分为电气设备部分（一次回路）和智能电网检测单元及电子组件部分，检测单元模块化。智能设备通过对模拟量和现场状态的采集和数字化运算处理，传输至远方的区域监控中心，达到远程监控的目的;也可接收区域监控中心的指令，对电动操作机构进行操作，实现遥控分合闸功能。
■
图1
3 实现主要功能
3.1 非对称运行故障的检测和处理功能
由智能配电箱检测单元实时监测，快速检测电压、相角，并判断出是否为“变压器严重非对称运行”故障。当发生故障时，快速切断配电箱供电回路，并在监控管理中心产生声光报警。高压侧恢复正常后，可在监控管理中心操作界面上控制智能配电箱接通供电回路。
3.2 故障信息和故障波形记录功能
当发生故障时，智能低压配电箱都能够准确采集到故障的时间、相位、波形、电压等参数，并实时记录故障波形、时间、电压。这些信息将上传到监控管理中心的服务器中，工作人员根据故障发生时间可以随时调用并查看分析。
3.3 电能质量信息和设备工况信息的在线监测功能
系统采集各线路的电能质量信息和设备工况信息。采集模块每两秒采集一组电能质量数据和设备工况信息，主动上报至监控管理中心，监控管理中心将数据保存于数据服务器中，并将最新数据在界面显示。若超过一定时间配电箱没有上传数据，监控管理中心软件将提示配电箱失去连接，发出告警信号。电能质量信息包括：三相电压、电流、相角、频率、有功功率、无功功率、功率因素等。设备工况信息包括：剩余电流、电度计量、配电箱温度、断路器（隔离开关、主断路器、分断路器）分合闸位置信息、UPS的运参数等。这些信息将定时上传至监控管理中心，能够实时显示和查看。
3.4 远程控制和信息化管理功能
监控管理中心软件将采用有线或无线通信设备对现场的智能配电箱进行远程操作。即实现主断路器的远程分闸、合闸操作，实现配电箱工作参数的设置和修改;实现对电能质量、电源故障的分析、统计管理、报表打印等信息化管理功能。
4 智能低压配电系统的效益分析
4.1 运行效益
智能低压配电系统能实现变配电系统的“四遥”功能，避免了人工抄表、现场操作、昼夜定时巡视的工作;能检测和记录用电回路的各种电量参数，断路器的状态、故障报警、故障原因等信息，较人工方式更为准确和及时。大大节约了人力成本，并实现低压供配电系统一体化综合监控、统一管理。
4.2 安全效益
智能低压配电系统能够捕捉和分析暂态异常波形，可提前发现潜在的故障隐患。当现场发生供电故障时，可迅速使相关人员获得故障的位置、原因及故障电流等多种参数，帮助快速排除故障，减少损失。
4.3 节能效益
通过智能低压配电系统的监控画面，数据库返回的各项信息，能及时了解各个馈电回路的运行状况，便于用户合理地分配电能，帮助用户有效地分析管理负荷，减少非正常耗电。
5 结束语
铁路智能低压配电系统运用，可以显著的提高铁路低压配电的信息化处理水平，大大提升工作效率，节省了人力成本和维护时间，提高了电力系统的安全性和可靠性。随着强电控制与微电子技术、计算机技术和网络通信技术进一步发展，用智能低压配电系统代替原有的常规配电方式，必将成为铁路电力系统改革的方向。
参考文献：
[1]张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术[M].机械工业出版社，2014.
[2]陈平，王宏.智能低压配电系统的分析及实现[J].配网自动化，2010.
[3]曾孟雄.智能检测控制技术及应用[M].电子工业出版社，2008.
[4]毕丽红.通信网络技术[M].中国电力出版社，2007.
作者简介：
智能配电模式 篇3
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
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[4]丁民丞.方兴未艾的智能电网[J].国家电网, 2008 (5) .
智能配电网与配电自动化探析 篇4
1智能配电网
1.1智能配电网概述
所谓智能配电网就是使电网实现智能化,其实现需要高速、集成通信网络的支持,利用先进的设备、测量、传感技术及决策支持系统的运行和控制方法,实现电网安全、经济、友好的适用。智能配电网主要具有的特征包括激励、自愈、抵御攻击,满足用户对于电量的需求,并且在实际应用过程中引入不同类型的发电模式,对电力市场的高效运行能够起到巨大帮助。智能配电网使供电效率和供电质量得到提高,在应用中可以适当地接入再生能源,实现与用户的相互交流,与我国供电行业的发展相适应。
1.2智能配电网的意义
1.2.1解决电源接入存在的问题
近几年,由于人们对能源的大量使用,全球变暖,对环境造成了不良影响,为了实现持续发展,在发电上迫切需要对可再生能源进行使用。因为,可再生能源在发电上具有一定的随机性和间歇性,这在一定程度上增加了电网运行控制和功率平衡的难度。随着科技高速发展,分布式电源在电网中的渗透,配电网逐渐由单项潮流网络转为了双向流动,但在传统配电网保护过程中,自动配置无法满足分布式电源大量接入到电网中。智能电网中含有大量的接入到分布电源能力的结构与我国电力行业的发展相适应。在智能电网中,大量分布式电源接入到配电网中,主要通过微网的方式完成, 在实际操作中,优化微网结构,控制决策系统,降低分布式电源的输出和输入,从而保证配电网运行的稳定性和安全性。
1.2.2提供优质、可靠的电能
智能配电网与传统电网相比,不仅拥有更加先进的控制方法和技术,而且在运行过程中会有更加有限的系统技术对其予以支持,控制方法也更加优秀,从而可以为人们提供优质、可靠的电能。
2配电自动化
2.1配电自动化概述
配电自动化主要是指低压运行管理自动化,也就是生产管理信息化和运行自动化。运行自动化包含内容较多,其中主要内容有自动隔离故障、数据采集等功能。在实际运行过程中,对微电子、计算机等先进技术进行运用,从而实现管理和监控自动化,确保配电网运行的经济性和安全性。配电自动化的主要目的在于 “可视化”调度,解决对电能的质量问题,以及迅速对出现的故障进行隔离; 配电管理信息化主要是局域GIS平台,实现停电管理、设备管理等功能,也就是在运行过程中,通过系统集成,对配电的管理实现信息化。
2.2配电自动化的意义
2.2.1提高供电可靠性
对DA功能进行合理应用,故障发生后,不再需要利用人工对故障的源头进行查找,以及隔离,可以实现自动隔离故障,每次对故障的隔离可以从之前的超过1小时,缩短到3 ~ 7分钟。
2.2.2实现调度可视化
利用GIS系统、系统集成等,为调度的开展提供统一的信息,同时在运行过程中,对自动化通信设备和终端设备进行使用,实现图层加载,提高运行管理效果。
3智能配电网和配电自动化之间的关系
3.1自动化技术在智能配电方面的应用
智能配电网与配电自动化两者之间不仅有着共同性,而且联系紧密。智能电网离不开配电自动化技术的支持。配电自动化,就是管理者在工作中,对计算机进行利用,通过信息技术实现信息交流,将配电网在运行过程中的情况、信息、用户资料等内容进行合理结合,然后将所有的信息构成一个自动化整体。配电自动化主要包含的内容有: 配电网在应用过程中会涉及大量的自动化技术; 对电网的停电处理, 设备管理上都会涉及自动化功能; 对用户用电情况进行统计。
3.2智能电网与配电自动化比较
智能电网与配电自动化相比有着明显的优势,主要表现在以下几个方面。智能电网在技术上更加成熟,配电自动化中包含配电体系二次技术。在智能配电网行业中,集合各种不同的先进技术,不仅包含一次技术,而且也包含二次技术,智能配电网在运行过程中的主要目标是降低运行成本, 使配电系统的性能得到提高,使分布电源的运用成为可能。 智能配电网与传统电网存在较大差别,不再为只读电表信息,这样使配电网络和用户之间完成沟通和互动,用户也可以在配电网运行过程中,依据自身的情况选择用电时间段。
4智能配电网自动化的未来发展
4.1新技术创新
在我国电力行业不断发展过程中,需要不断对新技术进行推广,其中主要包含的内容有用户电力和配电线路载波通信技术,实现配电系统自动对不同时段的电价信息进行发布, 同时也具有远程读取电表信息的功能,研究具有较高可靠性的通信速率的配电载波通信技术,智能配电网不仅能够实现以上阐述的功能,同时在应用中,可以为用户提供多渠道的通信; 用户电力技术则是通过对微处理技术、低压配、先进的信息技术进行应用,从而提高电能的质量以及供电的安全性和可靠性,用户电力技术在独立工作时,可以满足特殊负荷情况下对供电量的要求,在配电网自动化技术合理的结合在一起时,能够确保无瞬时停电情况的发生,并且能够满足用户对电能质量的高要求,对配电的柔性化进行实时控制。
4.2优化配电网
电力市场的快速发展和日益完善,导致企业将工作的主要目标放在了提高社会效益上,同时企业的工作重心也发生了变化,将为客户提供更加优质的服务和降低企业成本,提高管理效率以及对电网的运行性能进行分析,从而制订出一套最佳的电网运行方案。
4.3提高电能质量
电能质量与一般产品质量的差别较大,主要区别在于, 电能质量的高低并不是只由电力企业决定,不同的供电时间和供电点,电能的质量都会存在差别。由以上内容可见,许多因素会对电能的质量造成影响,并且与供电双方有着密切联系,在电能质量的衡量上采取常规方法是不可取的。在检测电能质量上利用专用的质量检测仪,并且可以通过电能质量补偿设备对局部电能质量进行补偿,这也是解决电能质量存在问题的一种有效措施。近几年,随着配电网自动化技术的完善,以及我国在电力事业上的投入和研究,我国电力系统智能化、稳定性、可靠性、高性能的发展目标正在逐渐转化为现实。
5结论
智能配电模式 篇5
由于社会的不断发展和进步, 在配电工程中, 造成火灾的危险因素越来越多, 并且其所产生的危害也无法估量和预测。因此在配电工程中应用智能配电监控系统就变得越来越重要, 因为其系统中的火灾警报装置能够对配电室中的火情情况进行实时的监控和预测, 并且还能够通过监控录像等对其发出警报, 从而促使工作人员能够及时采取有效的措施加以应对和处理, 防止火灾继续扩大。智能配电监控系统运用的是全景的数据统一监测平台, 并将视频录像、环境监控、火灾警报等独立的监控装置所产生的数据以及其具有的功能有机的结合, 实现各系统装置之间数据传输、信息交流与共享、联动监测和控制等, 从而达到对配电工程的全方位的控制、监测以及管理。
1配电工程中智能配电监控系统应用的必要性
无人值班是配电工程发展的一种新型的管理配电室的模式, 要达到真正意义上的无人值班, 就必须完善配电室内的对各种电气装置的监控和保护, 防止其室内泄漏SF6气体、并对其温湿度、通风情况以及相关设备的安全运行中所产生的数据信息进行统一的监测和收集。如果环境监控装置的运行过程存在缺陷, 就会造成配电室发生安全事故或是出现安全隐患。例如泄漏SF6, 这种气体无色无味, 比重大于空气, 而发生时又不易被察觉, 并且会造成严重的缺氧情况, 甚至会危害到人们的身体健康和生命安全, 从而发生不可避免的恶性事故。而在配电室内安装智能配电监控系统, 就能够对其环境进行实时的监测, 并且还会提高电力现场的管理和控制的水平, 从而更大程度的确保人们的人生安全。
2 配电工程中智能配电监控系统的实际应用
以十千伏的配电站所设置的面积为十五米乘以七米的配电室为例, 对其进行紧凑的空间布置。首先在其入口处设立一个独立的三米乘以二点六米的监控室, 然后在其室内安装自动化配电设备DTU以及监控屏幕, 同时还需配备一个空调, 以实现集成数据信息以及整合各个系统, 使得各个系统之间能够有机的进行联动和配合使用。这个系统会对各个装置所产生的数据进行收集记录, 同时还会分析其运行的环境状态, 使得工作人员能够对其有一个准确的了解和把握, 以便及时觉察到安全隐患。当出现泄漏SF6时, 独立的监控室就会对其进行隔离, 同时工作人员也会及时发现这一状况, 并对其进行处理。配电站的平面布置图如图1。
3 配电工程中智能配电监控系统的结构组成
智能配电监控系统是运用视频监视器以及监控屏来对数据信息进行收集、整合和处理, 从而让各个子系统能够进行相应的联动和配合使用。这个系统会自动收集和记录信息数据, 并加以分析, 从而将有效的信息传递给工作人员, 以便工作人员了解和掌握配电室的情况, 并对存在的隐患及时进行处理和应对。智能配电监控系统的结构组成如图2所示。
3.1 视频监控
视频监控是指将智能监控系统前端的监控摄像头所记录和采集到的音视频材料通过信号线传递到视频处理器上, 然后由视频处理器经过初步判断和处理后就传递到监控中心平台。监控中心的工作人员会根据这些信息发送监控指令, 监控摄像头就会根据指令进行下一步操作。另外这个系统还具有自动跟踪视频以及移动运行的监控功能, 并且在发生警报时, 区域内的监控摄像头就会进行相应的联动报警。
3.2 环境监控
这种监控子系统可以同时对SF6和氧气进行浓度上的检测, 如果SF6的浓度太高或者是氧气的浓度太低, 这个子系统就会自动发出报警信息, 同时开启声光显示, 并在泄漏SF6时进行通风排气。而监控系统也会将这些自动通风排气的情况记录下来, 并对发生的时间进行记录, 便于以后的数据查询。这一模块还会对室内的温湿度与空调监控联系起来, 实现两者的控制联动。
3.3 火灾警报装置
这一子系统可以对整个配电站进行全方位的监测和控制, 如果发生火灾, 这个系统就会马上发出信号进行报警。另外其还具有计算机自动拨号报警的功能以及联网监测和控制的功能, 而消防设备PC也能够将当时的配电室的情况以及系统的运行状态显示出来。
3.4 其他
除了上述几个系统外, 其还有空调监控、门禁管理等系统模块。空调监控是用于监测各类机型的空调设备, 并且具有检测和重试等调节空调运行状态的功能, 从而有效的提高了其可靠性和安全性, 降低其由于死机或者是停机造成的损害。门禁管理是与监控视频的子系统连接在一起作用的模块, 它可以极大的防止管理漏洞的出现, 同时其又与火灾警报器连接在了一起进行联动作用, 从而确保了火灾发生时能够保证逃生通道的顺畅性。各个监控模块都由监控室进行控制与数据集成, 相互联动的系统进行协同合作, 从而达到对配电室的全方位监控和管理。
4 总结
综上所述, 在研究配电工程中智能配电监控系统的应用时发现, 单独设置一个监控室能够使得配电室的整个空间都能得到科学地规划和合理的使用, 能够有效的节约配电室的空间资源。同时在其内部设置一个智能配电监控系统平台, 通过这个平台对配电站进行全方位的监控, 并对其监控录像进行分析以及对不良情况进行综合报警, 从而为监测与维修、防护与管理等智能化的操作打下良好的基础。另外还能够将准确全面的信息数据传递给工作人员, 保证工作人员能够及时作出正确的应对策略, 从而最大程度的保证监控设备的可靠性和安全性。
参考文献
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智能配电模式 篇6
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。
参考文献
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基于智能配网的智能化配电柜设计 篇7
近年来, 随着计算机技术、信息采集与传感技术、网络通信技术、移动通信技术, 特别是IEC61850国际标准的颁布, 加速和推进了智能电网建设的进程。智能化配电柜作为智能电网的最基本单元, 是智能电网建设的一个重要组成部分。智能化配电柜应用是智能电网建设发展的必然趋势, 其目的就是为了提高电网透明度, 掌握配电柜运行参数。智能化配电柜的特征表现为:一次设备智能化、二次设备网络化、参数数字化。
2 智能配电柜一次设备
目前, 配电柜一次设备基本采用户内开关设备, 高压上采用中置式开关柜, 低压采用框架断路器或者塑壳断路器组成的固定分割式和抽屉式回路。这些开关设备按照断路器配电容量和依据配电柜的用途进行有机组合, 组成各种各样的不同功能的配电柜。
1) 配电柜一次设备是以断路器为主, 熔断器、接触器和其它设备为辅助。
2) 配电柜的一次设备智能化包括:断路器控制器的智能化, 熔断器和接触器状态参数采集设备智能化。断路器智能控制器测量参数包括:电压、电流、频率、功率因数、有功、无功、电度、保护延时时间、过载保护时间、断路器状态、断路器位置等。智能控制器通过内置于断路器内的互感器采集电流, 通过芯片内部程序计算出其他的参数与设置保护时间, 通过断路器的辅助触点采集断路器状态与位置。智能控制器通过以太网接口, 采用光纤传输方式直接和工业以太网交换机采用GOOSE通信。
熔断器和接触器状态采集设备能采集参数包括:熔断器的状态和经过熔断器的电流, 接触器的状态和电流。熔断器状态与电流、接触器状态和电流通过光纤送到过程层交换机, 通过GOOSE与上层IED通信。
3 智能配电柜二次设备
3.1 配电柜二次设备状态
目前配电柜中二次设备主要以传统的电磁式互感器、电磁式指针表和电磁式继电保护设备。设备体积大、测量精度低、安装与配线复杂、检修不方便等。
3.2 配电柜二次设备智能化
为了满足智能电网的需要, 适应智能电网建设的步伐, 新型智能化的二次设备采用电子式互感器和电子式采集设备, 实现从模拟采集到数字采集的转变。经过数字化采集之后, 采集到的信号通过光纤送到光纤交换机, 光纤交换机将数据送给测控IED, 实现了采集设备到光纤交换机最后到测控IED。增大了信息采集的路数的同时, 减少了复杂的配线, 同时只需要简单跳线可以实现多路信息采集共享一个测控IED。IED通过光纤进行数据传输。
4 IEC61850系列交换机
能严格满足工业标准下配电柜复杂电磁环境要求;具备模块化结构并支持多种不同的通讯类型;以简单的连接方式实现与任何网络设备的互用性;具备超强安全性, 提供可靠的通讯和保护, 可以防止数据篡改或伪造;符合IEC61850-3标准, 实现数据通讯优化配置, 可为GOOSE对等通信提供优先权;具备LINK LOSS ALERT (链接丢失报警) 功能, 可对光纤连接断开实施检测并重新选择路由;具备前面或后面配备以太网接口;配备GIGA-BIT上行链路接口, 可连接多个通讯交换机;冗余配置电源。
5 GSM报警设备
为了实时了解配电柜的状态、参数, 以及对配电柜的寿命进行预测, 对故障进行报警, 在智能化配电柜配置有GSM/GPRS报警设备。在智能化配电柜上GSM/GPRS可以实时浏览到配电柜的参数, 将采集到的变化量全部存储在数据库中, 利用报警软件的筛选功能, 将筛选出来的报警信号以AT指令的形式发送出去。
6 智能化配电柜系统组成
智能化配电柜属于智能电网最小单元, 对智能电网的整体功能的完善起着重要作用。智能化配电柜包括智能化电路器、智能化接触器、智能化熔断器等开关设备, 这些智能设备通过光纤与交换机进行数据交换。电子式互感器采集数据经光纤传输到光纤转接盒, 最后连接到智能测控设备, 实现信息的采集与传输。在智能配电柜上提供IEC61850系列的交换机, 让智能化配电柜之间通过以太网就可以进行数据的通信, 连接方便。GSM报警设备装在其中一台智能化配电柜上, 实现短消息报警和通过GRPS实时浏览各个配电柜参数。
7 结束语
该智能化配电柜不仅技术先进功能齐全, 有利于目前电网和将来电网智能化的需求, 为电网安全运行、提高供电可靠性、故障快速定位减少抢修时间提供保障, 而且具有良好的经济性和前瞻性。智能化配电柜的使用将大大加快智能电网推进的步伐。
参考文献
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智能配电模式 篇8
1 柔性配电技术概述
柔性配电技术是柔性交流输电 (Flexible AC Transmission System, FACTS) 技术在配电网的延伸, 简称为DFACTS (Distribution FACTS) 。FACTS是利用电力电子技术和控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位等基本参数进行灵活快速地调节, 进而对系统的有功和无功潮流进行灵活地控制, 以提高输电系统的输送能力与稳定水平。作为提高电力系统安全稳定水平与运行效率的重要技术手段, FACTS技术已在电力系统中获得广泛应用。
智能配电网的一个重要特征是具有很高的电能质量, 能够为用户提供定制电力 (Custom Power) 技术或定质电力。所谓“定制”, 是指用户根据其负荷运行需要向供电企业提出的对供电质量的特殊要求, 如要求供电一刻都不能中断, 没有电压骤降、谐波、电压波动的影响等。而依赖传统的供电技术难以满足用户的这些特殊要求, 这就需要应用DFACTS技术对各种电能质量问题进行有效地控制。电能质量控制是DFACTS技术的一种主要的应用领域, 鉴于此, 有人将其称为定制电力技术。
DFACTS技术在智能配电网中的另一个应用领域是解决分布式电源 (DER) 并网问题。一是提供动态无功补偿, 克服风力发电、太阳能发电功率输出间歇性的影响, 使配电网在最大程度地接纳风电、太阳能发电功率的同时, 保证电压质量与稳定性;二是对有源配电网 (指分布式电源高度渗透的配电网, 见本讲座第二讲) 的潮流进行调节与控制, 优化配电网潮流分布, 提高配电网运行可靠性, 减少损耗。
随着电力电子技术的迅猛发展, 电力电子器件容量不断增大, 成本逐步降低, DFACTS技术更加成熟可靠。而DFACTS设备的推广应用, 将极大地推动智能配电网技术的发展。可以预见, 将来DFACTS设备会象如今的变压器、开关设备一样, 遍布智能配电网的各个环节。
2 柔性配电设备及其应用
本节介绍目前几种主要的DFACTS设备及其应用。
2.1 固态开关
固态开关是应用电力电子器件构成的开关设备, 分为固态转换开关 (Solid State Transfer Switch, SSTS) 与固态断路器 (Solid State Circuit Breaker, SSCB) 两种。它们利用电力电子器件导通与截止速度快的特点, 解决传统机械开关动作时间长 (达数个周波) 带来的问题。
1) SSTS是由晶闸管 (SCR) 构成的负荷开关, 可在接到控制命令后数个微秒内接 (导) 通, 在半个周波内关断 (截止) ;如果用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 代替SCR, 其关断时间也可缩短至几个微秒以内。SSTS用于双电源供电回路的切换, 可避免采用机械开关倒闸操作引起的较长时间供电中断, 使敏感负荷的供电不受影响。如图1所示的双电源供电回路, 正常运行时, 固态转换开关A接通, 固态转换开关B关断, 敏感负荷由电源A供电, 电源B处于备用状态。在控制系统检测到电源A停电时, 在半个周波内将固态转换开关A关断、固态转换开关B接通, 负荷在一个周波内转为由电源B供电, 实现供电回路的“无缝”转换。
目前, SSTS已有商业化的产品。
2) SSCB由门极可关断晶闸管 (GTO) 回路和晶闸管 (SCR) 加限流电抗器 (或电阻器) 回路两部分并联而成, 如图2所示。正常运行时, 电流流经GTO支路。电力系统故障时, 流经GTO支路的电流迅速超过限额, GTO在半个周波之内关断, 故障随之流经SCR和限流电抗器相串联的支路, 达到限制故障电流的目的。然后SCR关断, 完全切断故障电流。
目前, 对SSCB的研究还处在低电压、小电流断路器的试验探讨阶段, 将其实用化还需进行大量的研究工作。
2.2 静态无功补偿装置 (SVC)
SVC包括晶闸管控制的电抗器 (Thyrisator Switch Reactor, TSR) 与晶闸管控制的电容器 (Thyrisator Switch Capacitor, TSC) 两种装置。实际应用中, 也可将两者结合使用, 称为混合式SVC。SVC通过控制晶闸管的导通时刻来改变流过电抗器或电容器的电流, 从而调节从系统中吸取或向系统注入的无功电流, 可以平滑、无级地调节容性或感性无功功率, 且具有较好的动态响应特性。而常规的无功功率补偿装置采用机械开关投切电容器, 响应速度慢, 且不能满足对波动较频繁的无功负荷进行连续补偿的要求。
SVC广泛用于抑制轧钢机、电弧炉等冲击性负荷引起的电压闪变;用于电气化铁路等场合, 补偿不对称负载引起的电压不平衡;用于自动消弧线圈接地装置, 动态补偿中性点非有效接地系统的接地电容电流;用于风力发电并网控制, 为风电场提供快速、连续地的无功补偿。
2.3 静止同步补偿器 (STATCOM)
STATCOM又称静止无功发生装置 (Static Var Generator, SVG) 。它是一个基于脉宽调制 (PWM) 技术的无功功率发生器, 通过自动调节注入到系统中去的无功电流, 实现对瞬时无功功率控制, 从而达到抑制电压波动、闪变与谐波的目的。STATCOM克服了SVC仍然需要配置大容量的电容或电感元件、仍然难以适应无功功率的急剧变化这两个缺点, 特别适用于冲击性负荷的无功补偿;用于风电场的无功补偿时, 能够很好抑制风力发电机并网或切机瞬间引起的电压波动, 并且在系统故障时, 能够提高机端电压恢复速度, 维持风力发电机在故障期间继续平稳运行, 为系统提供功率支撑。
STATCOM在国内外都有一定的应用。我国已开发出±50Mvar的STATCOM并投入实际系统运行。但是, 其控制复杂, 造价较高, 这限制了它的推广应用。
2.4 动态不间断电源 (DUPS)
DUPS (Dynamic Uninterrupted Power Supply) 由STATCOM和一个直流储能系统构成, 其中STATCOM作为一个信号发生装置使用, 在供电中断时将储存的直流能量转换成有功电流, 维持一段时间的供电。
DUPS作为应急后备电源使用, 可防止敏感负荷因短暂的供电中断出现不正常。图3所示为应用DUPS的配电系统。母线I上馈线出线采用固态断路器SSCB1, 其余馈线仍采用常规机械断路器。DUPS通过固态断路器SSCB2 (正常情况下处于断开状态) 给敏感负荷供电。当负荷上游任一点发生故障引起供电中断时, 在半个周波时间内 SSCB1断开、SSCB2投入, DUPS给敏感负荷供电, 直至常规的机械断路器切除故障并恢复正常供电或者将负荷转移到无故障的馈线上去。
2.5 动态电压恢复器 (DVR)
DVR (Dynamic Voltage Restorer) 由直流储能电路、功率逆变器 (PWM) 和串接在供电线路中的变压器组成, 如图4所示。DVR在测出电压瞬时降低后, 立即直流电源通过PWM输出交流电压, 与系统电源电压相加 (串联) , 使负载上的电压维持在合格的范围内, 直至系统电压恢复到正常值。DVR输出波形能够维持一段时间, 可以补偿系统电压的瞬时下降, 防止电压骤降给一些敏感负荷带来危害。这种补偿方式仅补偿电压的差值, 需要的补偿容量小, 且具有补偿效果与系统阻抗、负荷功率因数无关等优点。
DVR和STATCOM都是能够发出有功功率的电压补偿装置。DVR是一种串联补偿装置, 主要用于解决电压骤降的补偿问题, 目前已用于化工厂、半导体制造等企业解决电压骤降问题; 而STATCOM是一种并联补偿装置, 用于解决供电中断问题。
2.6 智能通用变压器 (IUT)
IUT (Intelligent Universal Transformer) 又称为电力电子变压器或固态变压器, 是含有电力电子变换器且通过高频变压器实现磁耦合的配电装置, 不仅实现传统变压器的变压、电隔离和传递能量, 还可以控制潮流、电压质量。作为一种集潮流与电能质量控制为一体的DFACTS设备, IUT的推广应用, 对于建设智能配电网具有十分重要的意义。
图5为采用高频变换器的一种IUT的构成原理图。IUT在原边先将工频交流电或直流电通过电力电子变换器转换成高频信号, 然后通过中间高频变换器耦合至副边, 再利用电力电子变换器还原成工频交流电或直流电, 或其他形式的电能。由于采用高频变换器, 这种IUT体积远小于常规变压器并且损耗也显著减小。通过对两边电力电子交换器的控制, 可根据需要调整IUT电压与功率输出, 使输出电压、波形稳定, 提高电能质量。
目前对IUT研究还处在理论探讨、技术研发与试验阶段, 随着电力电子技术的发展, 相信不久能有IUT投入实际运行。
2.7 轻型直流输电 (HVDC) 系统
轻型HVDC系统采用可关断电力电子器件 (如IGBT) 构成电压源型换流站 (Voltage Sourced Converters, VSC) 进行直流传输 (如图6 所示) 。它具有一系列传统直流输电所不具备的优点, 一是它可以同时而且独立地控制有功功率与无功功率输出, 不仅不需要交流侧提供无功功率, 而且还能够动态补偿交流母线的无功功率;二是电流能够自关断, 可以工作在无源逆变方式, 不需要外加的换相电压, 其受端系统可以是无源网络;三是其交流侧的电流可控, 不会增加交流系统的短路容量。
轻型HVDC系统特别适用于远离电网的风电、太阳能、小水电等分布式电源 (DER) 的并网联络, 如用于海上风电场并网。此外, 还适用于远离电网的海上钻井平台、小岛等孤立负荷供电。
受电力电子器件功率的限制, 轻型HVDC系统容量还相对较小, 随着电力电子技术的发展, 轻型HVDC系统的设计容量会进一步提高, 获得更为广泛的应用。
3 故障电流限制技术概述
故障电流限制技术是智能电网的另一项重要技术。一般情况下, 配电网短路会产生很大的故障电流, 除可能造成相关的配电设备因发热、机械应力损害外, 还会引起母线电压骤降, 使同一母线供电的敏感用电设备受影响, 带来严重的后果。配电设备、导线的设计也因此要留有足够的耐短路电流冲击的裕度, 这都使配电设备、导线的制造成本大幅增加, 而应用故障电流限制技术, 将短路电流降低到一个合理的水平上, 则可以解决这些问题。对于智能配电网, 由于DER大量接入, 这将造成配电网短路容量增加, 使之超过配电设备与导线允许的设计值。如果因此而更换配电设备与导线, 将造成极大的浪费, 而安装故障电流限制设备来防止短路容量超标则是一个比较经济的解决方案。因此, 故障电流限制技术对于提高供电质量、减少配电网造价与DER并网投资都具有十分重要的意义, 是建设智能配电网的一项关键技术。
限制故障电流的措施分为系统级措施与设备级措施两类。系统级措施有电网解列运行、母线分列运行、提高电压等级等;设备级措施则是应用故障电流限制器 (Fault Current Limiter, FCL) 。因受可靠性、电压质量、损耗等因素的限制, 系统级限流措施发挥的作用有限, 必须配合使用FCL, 才能把短路电流降到一个较低的水平。
FCL是一种串接在线路中的电气设备, 未来的智能配电网, FCL将获得普遍应用, 短路电流甚至可限制至2倍额定电流以下, 使配电系统摆脱短路电流的危害, 传统的遮断大电流的断路器或许从系统中消失, 配电网面貌、性能与保护控制方式将发生根本性的变化。
4 故障电流限制器 (FCL) 及其应用
FCL分为被动型与主动型两种。被动型FCL在正常运行与故障状态下, 均增加系统阻抗, 构成简单, 易于实现, 但在正常运行状态下会产生电压降, 增加系统损耗。目前在系统中获得广泛应用的FCL是串联电抗器, 是一种传统的被动型FCL。
主动型FCL只是在故障状态下快速增加系统阻抗, 既限制了故障电流, 又不影响系统的正常运行, 是理想的故障电流限制设备。目前应用或正在研发的主动型FCL有高压限流熔丝、可控串补装置、超导型故障电流限制器等。因其原理、造价或其他一些因素的影响, 主动型FCL的应用受到了限制。随着电力电子技术与新材料技术的发展, 主动型FCL技术会更加成熟, 其性能将进一步改进, 成本也会逐渐降低, 将成为主流的FCL。
以下介绍已应用于配电网中的几种主要的FCL (均为主动型) 及其在配电网中的应用情况。
4.1 谐振FCL
谐振FCL分串联谐振与并联谐振两种类型。
1) 串联谐振FCL利用电力电子器件, 使正常工作时处于串联谐振 (阻抗接近零) 状态下的电路在出现短路故障时脱谐, 使阻抗增大而达到限制短路电流的目的。图7为串联谐振FCL构成原理图, 正常运行时晶闸管 (SCR) 不导通, 电感L与电容C发生串联谐振, 装置阻抗为零。在系统出现短路时, SCR导通, 电抗器串入电路起到限流作用。串联谐振FCL简单、可靠, 已在中压配电网中获得应用。
2) 并联谐振FCL在电力电子器件控制下正常工作时处于非谐振状态, 阻抗较小, 而在系统出现短路故障时进入并联谐振 (阻抗) 状态, 使线路阻抗增大而限制短路电流。这种FCL容量有限, 实际系统中应用较少。
4.2 超导FCL
超导FCL简称SFCL (Superconductor FCL) , 是利用超导体在由超导转换为正常状态后阻抗增大来限制故障电流。它有多种实现方式。
1) 电阻型SFCL由高温超导 (High Temperature Superconductor, HTS) 线圈与并联的普通线圈构成。正常运行时, 线路电流全部通过处于超导状态的HTS。在出现短路故障时, HTS线圈因流过它的电流超过临界值而呈现高电阻, 电流被转移到普通线圈上去, 达到限流目的。
2) 桥路型SFCL构成原理如图8所示, 它由二极管V1～ V4、HTS线圈和直流偏压源Gb 组成。调节Gb的值, 使流过HTS线圈的电流大于线路额定电流峰值。正常运行时, 桥路始终导通, HTS线圈两端电压为零。一旦发生短路故障, HTS线圈失超转变为高阻状态串入线路中限流。
3) 变压器型SFCL由通过线路电流的原边常规绕组、副边短接的高温超导线圈和铁芯组成。正常运行时, 超导线圈阻抗为零, 变压器因副边被短接而呈现低阻抗。故障时, 超导线圈因变压器副边电流很快超过临界值而失超, 副边电阻瞬间变大, 导致变压器原边的等效阻抗很快增大, 从而限制故障电流的增加。
4) 饱和型SFCL是一种非失超型的限流器, 由铁芯、一次交流绕组、二次直流HTS绕组及直流偏置电源等构成 (见图9) 。当额定交流电流通过一次绕组时, 选择合适的直流偏置电源使两个铁芯均处于深度饱和状态。而当出现故障时, 瞬间增大的电流使交流线圈在铁芯中产生的磁动势接近于直流磁动势, 使两个铁芯分别在正负半波退出饱和, 系统呈现高阻抗而起到限流的作用。
5) 磁屏蔽型SFCL由外层的铜线圈、中间的HTS线圈和内侧的铁芯或空心电抗器组成, 铜线圈接入线路。正常运行时, HTS线圈感应磁通可抵消 (屏蔽) 铜线圈产生的磁通, 整个装置呈现很小的电抗值。当电流超过一定值后, HTS线圈失超, 磁屏蔽作用消失, SFCL 呈现较大阻抗而限流。
总之, SFCL能在较高电压下运行, 可在极短时间 (百微秒级) 内有效地限制故障电流, 是FCL发展的重要方向。目前SFCL技术尚不够成熟, 还需要解决电流整定困难、失超后的散热维护等问题。由于SFCL失超后恢复时间过长, 不适于需要快速重合闸的场合。
4.3 热敏电阻FCL
热敏电阻 (PTC) 是一种非线性电阻, 室温时电阻值非常低, 当故障电流流过时, 材料发热升温, 在温度升高到一定值时, 电阻值在微秒时间内提高8～10个数量级, 从而起到限制故障电流的作用。热敏电阻FCL已在低压 (380V) 系统中获得应用。由于单个PTC元件的电压与电流额定值不高, 且存在电阻受外界因素影响大、电阻恢复时间长等缺陷, 限制了其在高压系统中的应用。
4.4 固态FCL
固态FCL由半导体器件构成, 能够在达到峰值电流之前的电流上升阶段就中断故障电流。图10给出了一种固态FCL的结构, 正常工作时, 半导体开关 (GTO1与GTO2) 导通流过负荷电流, 对系统运行无影响。当检测到故障电流后, 半导体开关被关断, 电流转移到电抗器上, 从而限制了故障电流。
固态FCL也是一种DFACTS设备。随着电力电子技术的发展, 固态FCL技术愈来愈成熟, 目前已在中低压配电设备中获得应用。
5 讲座总结语
智能配电网是人们对未来配电网的愿景, 具有更高安全性、更高的供电质量、更高资产利用效率, 可大量接入可再生能源发电, 能够与用户互动, 适应电动汽车的发展等。本系列讲座共分5讲。介绍了智能配电网的定义、提出的背景、智能配电网的功能特征与主要技术内容, 着重分专题介绍了智能配电网的几项核心技术内容, 即分布式电源并网技术、高级配电自动化技术、互动功能与高级量侧体系 (AMI) 、柔性交流配电与故障电流限制技术。讲座力求使读者对智能配电网有一较全面的认识, 共同推进我国智能配电网的研究与建设。
建设智能电网要特别关注配电网。
1) 建设智能电网, 首先要解决用户供电可靠性低的问题。供电可靠性是衡量电网性能优劣、先进与否的根本指标。目前, 我国供电可靠性与国际先进水平还有相当的差距, 城市地区每年平均每个用户的停电时间长达十几个小时, 而美国是90 min左右, 欧洲的发达国家用户年停电时间平均为1 h左右, 韩国与我国香港地区仅为十几分钟, 新加坡、日本甚至不到10 min。目前我国用户的停电时间 (扣除缺电因素) 95%以上都是由配电网引起的, 因此, 我们要提高供电可靠性, 必须在配电网上狠下功夫, 切实把配电网技术装备与管理水平搞上去。
2) 智能电网应是一个高效电网。目前, 在我国电力系统的损耗中, 配电网的损耗占比最大, 其中的中低压配电网的线损占50%以上。提高电网的经济运行水平, 配电网显然是一个关键环节。
3) 智能电网能够引起全社会的关注, 甚至上升到国家战略, 关键就是要解决可再生能源发电的并网问题。我国除了少数地区的风能、太阳能可大规模集中开发外, 大多可再生能源的特点是能量密度低、分布广, 采用小容量的分布式发电形式就地接入配电网, 向附近用户供电。这些分布式发电装置接入配电网, 功率双向流动, 对传统配电网是功率单向流动的辐射型网络是个很大的挑战。通过建设智能配电网, 可以从配电网的规划设计和保护控制等方面解决分布式电源接入的问题。
4) 建设智能配电网适应了电动汽车发展的需要。通过电价杠杆, 合理地调整电动汽车充电时间, 可以显著地减少电网峰谷负荷差, 提高电网的容量利用率, 同时还可以很好地补偿可再生能源发电的间歇性;此外, 利用电动汽车的储能逆变后上网, 进一步减少对系统备用容量的需求。由此来看, 不管是分布式发电并网还是电动汽车推广应用, 着眼点都在配电网。
综上所述, 建设智能电网必须高度关注配电网。当然, 建设智能配电网是一个长期的过程。我国配电网的投资长期相对不足, 自动化水平低, 总体运行水平相对不高, 目前停电多、损耗高、低电压、超负荷的现象依然存在, 而分布式电源、电动汽车应用也刚起步, 因此, 智能配电网工作的重点主要还是应放在完善配电网结构、提高供电质量与资产运行效率上。在条件较为成熟的城市, 在重点抓好配电自动化技术、智能电表技术应用的基础上, 可进行一些分布式电源并网、柔性配电技术、电动汽车充电站 (桩) 等试点工作, 不断总结推广, 推进我国智能配电网技术的发展。
本系列讲座的撰写过程中承蒙朱良镭老师的全程指导, 本讲的插图由山东理工大学硕士生翟红英帮助绘制, 在此表示感谢!
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