配电系统技术范文

配电系统技术范文（精选12篇）

配电系统技术 第1篇

配电自动化系统 (DAS) 是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。其内容包括:数据采集和监控、需求方管理、地理信息系统等多个部分。而配电自动化 (DA) 则要求利用计算机技术、控制技术、现代化设备等信息管理系统工具, 将相应的配电网数据和用户数据, 地理图形和电网结构等信息集成起来, 达到提高供电可靠性, 改进电能质量, 降低运行费用, 减轻劳动强度, 从而实现配电网运行和用电管理的现代化。在部分工业发达国家, 配电系统自动化已经形成了集变电站自动化、电容器组调节控制、馈线分段开关测控、用户负荷控制和计量等系统于一体的配电网管理系统 (DMS) , 下面对它常用的功能进行描述。

1 配电自动化技术的功能

1.1 系统的运行监视和控制

融入了配电自动化技术的DMS系统可以通过监视界面监视整个配电系统的运行状态和运行参数, 并且可以人工操作远程的配电设备, 灵活性非常高, 极大地节省了时间和人力, 提高了电力系统的管理效率, 降低了运行成本。

1.2 电能质量监视和分析

DMS可以对整个配电系统的电能质量和运行设备的可靠性进行监视。实时监视系统可以监视配电系统中是否存在电压差错、不和谐程度、电能因数、电压波动等电能质量问题, 并且初步地进行风险评估。通过记录设备运行时的电能波动, 作为依据, 分析电能质量问题, 降低故障风险, 缩短故障停电时间, 提升配电网络的稳定性。

1.3 电气火灾的监视

通过连续监视配电设备电能损耗的变化曲线、终端设备温度变化, 并且以此为依据, 预防电气火灾的发生。一旦有类似于火灾等电能质量问题发生预兆时, 就会发生警报, 并且记录, 自动通知和联系相应的管理人员, 使其用最短的时间解决风险, 保证配电系统安全平稳的运行, 保障用户财产的安全。

1.4 配电调度自动化管理

通过监视控制和相应自动化数据的采集, 实现电网电压管理, 根据功率因数、无功电流等参数, 自动控制补偿电容器或有载调压变压器分接头的档位来达到无功平衡、减小线损、改变运行电压等目的。此外, 也可根据远动信息、故障报告等, 实现故障诊断、故障定位、负荷转移切换等。

2 配电自动化技术在配电系统中的应用

配电自动化技术目前的应用十分广泛, 很多传统的配电系统融入了配电自动化技术之后, 都有了很大的进步。其中最核心的技术就是信息技术和PLC技术。

2.1 信息技术

信息技术是控制整个配电系统可以自动化运行的关键技术, 在设备运行的每一个环节都有着深刻的体现。如在馈线自动化 (FA) 中, 当馈线发生相间短路和或单相接地故障时, 就可以利用远方通信信道, 自动判断故障区段, 通过配网主站实现配电线路故障的自动隔离和恢复供电的功能。同时, 信息技术还负责电力运行参数的测量和传递, 实现设备状态的远方监视、馈线保护和有关定值的远方切换等。信息技术的另外一项重要应用是在电网资料分层管理的基础数据库领域, 利用配电设备管理和用电营业管理提供的基础数据, 与台区负荷预报数据相结合, 构建配电网络中设计、施工、设备运行、检修的基础平台, 有效减少勘察、运维和营业系统人员的工作量。

2.2 PLC技术

PLC技术被称为可编程逻辑控制器, 以微处理器为基础, 采用可编程的存储器, 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令。在配电系统中, PLC技术可以将信息技术和继电器技术完美结合, 提前编辑程序来让系统自动运行, 让控制中心的电脑自动地计算和储存数据, 使整个系统始终处于高效率运转的状态。PLC是采用“顺序扫描, 不断循环”的方式进行工作的, 利用分离处理方式将庞大的系统分割成很多独立模块进行分块控制, 提升了整个配电网络的利用效率, 操作起来非常便捷, 提升了配电系统的控制精确度和可靠性。

3 结语

随着社会的发展, 配电系统越来越朝着自动化、智能化的方向发展, 显著降低了建设、运行和维护的综合成本, 为提高供电可靠性, 创造了有利的条件, 具有极大的发展前景。虽然目前配电自动化技术还有些缺陷和挑战, 但随着计算机技术和自动化技术的不断发展, 配电自动化技术会更加完善, 并促进供电企业的管理水平进步和劳动生产率的提高。

参考文献

[1]陈永春.配电自动化系统在电力建设中的应用[J].电气时代, 2013 (4) :10.

配电系统技术 第2篇

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单位：山东广电网络公司聊城分公司 邮编：252000

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供配电作为在建设广播电视业务系统时，其安全性始终是系统设计主要考虑的问题。广播电视中心机房是信号传输网络的核心枢纽，它的安全运行直接影响着广播电视信号的正常播出，是广播电视正常工作的重要保障。建设一个标准规范、安全稳定、环保节能、先进实用的广电中心机房，是一个充满探索性的系统工程，涉及广电网络中心机房的设计、供电、空调、消防、感应门禁、闭路监控、防雷防静电等多个专业技术于一体。

1.合理设计变电站

供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷采用10kv三回路供电外，对于机房供电应考虑一级电源检修或故障的情况，采用双回路电源供电。配供电设备一般都自带电源，当发生事故时保证设备自备电源的灵活切换。设计主要目的是保证安全啊操作、运行安全灵活、维修方便和方便操作等。电源接线方式和电源引入的回路数量要依据机房的供电需求和负荷的等级进行设计。为了防止在检修中电力系统工作受到影响，可以采用隔离开关将母线断开，从而实现不同时间对两端母线的整修，保证了供电系统的正常工作。干式变压器一般作为室内变电站的变压器使用，而油变变压器主要是用于室外变压站。在对变压器进行选择时要对机房环境、系统现有和未来可能存在的负荷进行准确的计算有效选择，做好防鼠、防水灯工作。同时在对变电站进行设计时要充分的考虑电压偏差的存在，尽量平衡三相负

荷，因此要进行无功功率补偿，具体的方式则依据实际运行中的优劣势和经济问题进行思考。

2.机房供电系统的合理设计

机房电源室的低压配电设计是保障机房供电安全的最核心部分，一套设计方案的规范合理不仅仅在于使用安全可靠和故障保护完美，总体设计原则是机房用电必须和其他用电系统独立分离；动力用电和单相用电设备分缆独立传输，在配电柜内必须安装二级避雷器，防止雷电侵入波电压和电网开关切换的影响。机房低压配电柜设计的正确、合理，以及配电柜内部性能的好坏，对整个机房的正常用电起着重要作用，配电柜通常是由自动空气开关、隔离开关、熔断器、接触器、继电器、按钮、开关等元器件和柜体组成。在设计配电柜时，首先要考察机房用电设备、辅助用电设备、备用供电设备等各方面的相互关系；其次要了解各种用电设备的负荷，控制开关的安装位置，使用方便性，配电柜内布局整齐、统一；配电柜在编号时，除正常设配电柜号外，还应加上配电柜的用途。机房配电柜根据用途设计各供电要求准确、可靠。不同性质的供电对象不宜放在一个柜内控制，配电柜内要留有备用电路，作为机房设备扩充时用电。配电柜内选用的自动空气开关、接触器、熔断器、隔离开关等部件，要性能可靠，技术指标达到设计要求，能满足设备工作要求。配电柜应设置必要的电流表、电压表，供检查电源电压、电流以及三相问平衡关系。断路器两侧必须设计安装隔离检修开关；对于采用后备电源的油机供电系统最好设计成自启动系统，严格按照油机和UPS电源的功率比例配置并考虑

直流分柜；用电电器和保护电器选型配置严格按照国标设计，严禁配置不合理造成事故越级跳闸；配电柜内应设置中线和接地线的连接装置。金属线槽、金属线管必须全部可靠连成一体并可靠接地，接地电阻不大于4Q。配电柜内各种开关、手柄、操作按钮，应标志清楚，防止使用中出现误操作。

3合理设计UPS供电系统

UPS供电系统的设计是对机房低压设备进行设计的最后一个环节，这种供电系统的设计主要有分区供电及集中供电两种方式，采用的方式主要与机房的布局和系统需要进行设计。UPS系统的输入开关主要采用低压断路器，在进行安全时避免在源市电输入前端安装漏电保护装置，为了减少和预防重大事故的发生，严禁UPS电源工作输入市电严禁脱零线，避免造成管理人员的伤亡。严格依据国家要求安装接地设备，保证接地阻值与国家标准相符，有效的减少设备的停工和损坏。UPS电源的选择中要严格对使用的电池的型号进行选择，根据机房空间、使用的时间以及经济利益等进行选择，保证电池安全性能、放电性能等，有效的避免劣质电池对设备供电时间的影响。

基于配电系统故障定位技术的分析 第3篇

【关键词】配电网；故障定位

要提高供电可靠性，首先必须有合理的配电网，从而减少停电时间，提高供电可靠性；其次就必须在配电网发生故障时，迅速确定故障区段，并将故障区段隔离、恢复非故障区的供电，从而减少停电面积。因此实施配电自动化的故障定位功能将可以减少停电时间、缩小停电面积，提高供电的可靠性。

1.配电网的故障定位和隔离

（1）基于重合器、分段器的故障。重合器是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障就被其他设备切除了，则其保持在合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障作好准备。利用重合器和分段器的动作特性，通过设置重合器和分段器的动作次数、时间来实现故障定位的方法称为基于重合器和分段器的故障定位。

当线路故障时，分段开关并不立即分断，而是要依靠重合器的保护跳闸，导致馈线失压后，各分段开关才能分断。因此这种方式的故障定位模式存在以下缺陷：切断故障的时间较长；由于必须分断重合器，因此实际扩大了事故范围；在进行恢复供电时无法实现全局最优网络重构。

（2）基于电话报修的故障定。基于故障投诉电话进行配电网故障定位的基本原理是较初期的原理，它是根据用户电话号码或用户代码搜索到与终端配电变压器连接的资料，大致确定故障的位置，这种方法简单经济。目前在我国城市中，家庭电话拥有率逐步升高，另外，供电公司的营业管理系统中保存有用户的有关信息，如电话号码、用户代码与终端配变连接的资料，从而得到故障的信息。但如仅接到一个用户投诉电话仅能确定该用户的自身设备发生故障，接到多个投诉电话则可确定关联配电设备发生故障，但实际上电话的更改、投诉电话的打或不打都可形成不确定。所以该方法简单，但定位结果不精确。我国电话的普及率与国外有一定的差距，且电力用户参与意识不太强，故在我国可作为故障定位诊断的辅助参考部分。

（3）基于FTU的故障判定。馈线自动化的首要条件是一次系统应该是环网结构、开环运行，实现网络重够的一次系统的硬件是变电站的出线断路器和负荷开关，而要较好地实现网络自动重构则要安装具有远方通信能力的现场监测和控制装置（FTU）。FTU安装在柱上开关处。各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，并将采集的信息通过通讯网发送到远方的配电自动化控制中心。各FTU还可接受配电自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作。在故障发生时，各FTU记录下故障前及故障时的重要信息，上传到控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最优恢复供电方案，最终以遥控方式隔离故障区段，恢复健全区段供电。

利用FTU上传的参数，经过运算实现故障定位的方法称为基于FTU的故障定位。由于辐射状网、树状网和处于开环运行的环网，判断故障区段只需根据馈线沿线各开关是否流过故障电流就可以了。假设馈线上出现故障，显然故障区段位于从电源侧到末梢方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。因此利用FTU上传的各开关运行状态通过计算即可确定故障区段。

现在主要流行以下几种比较典型的基于FTU的故障定位方法。

首先根据网络中开关的连接关系和假定的方向建立一个网络描述矩阵D。从FTU得到有关故障电流及FTU的信息，并加入到D中对角线元素上，就可以得到故障判别矩阵Dp。依据Dp中的相关元素的值就可以快速而有效地判别出故障区域。该算法无需进行矩阵相乘的繁琐运算，适用于单电源树状网或多电源复杂配电网，但仅限于单一故障下的故障定位，但当上传信息中有畸变时FSD的准确率较差。

其次将配电网的馈线看作弧，将开关看作顶点，则馈线供出的负荷可以看作弧的负荷，开关流过的电流可以看作是顶点的负荷。定义归一化负荷为弧负荷与额定负荷之比再乘以100，则故障区段显然是归一化负荷远大于100的那些弧，这些弧称为过热弧。于是问题被归为过热弧搜寻问题。文献将配电网络的描述矩阵分解成只含耦合点矩阵和不含耦合点矩阵的方法，方便了过热弧的搜索方法，便于计算机实现，但没有考虑树状分支末端情况。文献[3]提出了一种新的统一矩阵算法。算法需构造网络描述矩阵D，故障信息向量G及源点分布向量M，并根据D和G间相应元素的运算构造向量Q，同过分析P、Q定位故障区段。该算法适用于放射状网络、双电源及多电源并列供电系统，对网络中任何区段的故障都能做出判断，但原矩阵算法FSD准确率较低的不足仍存在。

现有的方法在故障判断过程中存在有盲目搜索，当网络拓扑结构复杂时会使搜索时间过长，不能适应快速性的要求；并且容易误判、漏判、扩大判，使故障定位的容错性差，直接影响了供电可靠性指标，如何在任何情况下都能确保故障定位的准确性，是有待深入研究的关键性问题。

2.基于FTU的故障定位原理

本文故障定位算法的具体步骤如下：①根据系统静态数据和SCADA实时数据完成网络拓扑；②根据网络拓扑结构建立网络模型；③实时地从SCADA系统中读取有关故障警报和遥信信息，进行矩阵运算，判断出故障位置；④根据遥测信息、故障录波进行辅助分析，判断解出的结果是否正确。

故障检测的原理比较简单，主要根据配电网一般为辐射状，故障电流从电源点（或馈线首端结点）开始沿树状支路构成的连通路径单一方向地流向故障区。因此，对故障馈线上的任一区段，如果故障电流不流入该区段的任何端点，或从该区段的一个端点流入并从另一个端点流出，该区段是非故障区段；如果故障电流只流入区段而不流出该区段，则该区段是故障区段。

随着FTU越来越广泛的被应用到配电网的在线监测中，我们只需要对馈线上的每一个节点建立网络模型，将FTU上传的每一个开关是否有故障电流流过的信息作为判断的依据。电缆环网结构的FTU方案，进线和出线采用的均是负荷开关，进线开关为S1和S2，出线开关为S3和S4，都由FTU进行监控。为了便于建立模型，将该环网柜进行简化，只有采集到足够的样本进行参考学习，才能形成可以诊断用的网络模型，开关S1、S2、S3和S4均由FTU监控。

3.结束语

在目前国内外配电网故障定位诊断方法研究现状的基础上，进行了归纳分类和概述，对基于FTU的故障定位技术进行了较为深入的分析，同时也在不断地改进和完善配电自动化的应用软件功能。 [科]

【参考文献】

[1]吴捷，刘永强等.综合智能技术在电力系统中的应用.电网技术.

[2]邓集祥，宋克，史晟辉.智能化FTU的原理及研制.吉林电力技.

[3]李贵存，刘万顺，郭启军.配电自动化馈线终端的信息采集与通信规约.电网技术.

城市配电网保护系统技术发展 第4篇

1.1 高压配电网保护现状

我国高压配电网大部分为110kV线路。110kV线路保护均已微机化, 大部分线路保护采用了国产设备。110kV线路保护配置根据各地区电网的运行管理习惯而并不统一, 部分地区电网倾向于距离保护作为主保护, 一般配有相间距离、接地距离、零序过流、重合闸等保护。也有部分地区电网倾向于采用纵联保护, 配置双高频保护、单高频保护或光纤纵联保护作为110kV线路主保护。随着光纤通道条件的改善, 采用专用光纤通道的光纤电流差动保护成为首选主保护类型。

现有110kV变电站母线一般未配置母线保护。110k V变电站的保护设备一般不配置独立的故障录波设备, 故障分析时采用的是保护设备录波信息。

1.2 中低压配电网保护现状

目前, 我国中低压配电网大都是单侧电源、辐射型35kV、10kV配电网络, 馈线保护装设在变电站内靠近母线的馈线断路器处。中低压配电系统为中性点不接地系统, 馈线保护装置一般未接入三相电流, 为非三相式保护。

由于配电网不存在稳定问题, 一般认为馈线故障的切除并不严格要求是快速的, 不同的配电网对负荷供电可靠性和供电质量要求不同。许多配电网仅是考虑线路故障对售电量和配电设备寿命的影响, 尚未将配电网故障对电力负荷 (用户) 的负面影响作为配电网保护的目的。随着我国经济的发展, 电力用户的用电依赖性越来越强, 供电可靠性和电能质量成为配电网的工作重点, 而配电网馈线保护的主要作用也成为提高供电可靠性和提高电能质量, 具体包括馈线故障切除, 故障隔离和恢复供电。具体实现方式有以下几种: (1) 传统的电流保护。南方电网中低压配电网线路保护主要采用过电流保护与测控一体化装置, 为就地控制模式, 没有配置独立故障录波设备。这类保护整定方便, 配合灵活, 价格便宜, 同时可以包含低电压闭锁或方向闭锁, 以提高可靠性;增加了重合闸功能、低周减载功能和小电流接地选线功能。 (2) 重合器方式的馈线保护。实现馈线分段、增加电源点是提高供电可靠性的基础。重合器保护是将馈线故障自动限制在一个区段内的有效方式。目前在我国城市电网改造中也有部分采用了重合器, 这种简单而有效的方式能够提高供电可靠性, 相对于传统的电流保护有较大的优势。该方案缺点是故障隔离的时间较长, 多次重合对相关的负荷有一定影响。 (3) 基于馈线自动化的馈线保护。馈线自动化可实现对馈线信息的采集和控制, 同时也实现了馈线保护。这种基于通信的馈线自动化方案以集中控制为核心, 综合了电流保护、RTU遥控及重合闸的多种方式, 能够快速切除故障, 在几秒到几十秒的时间内实现故障隔离, 在几十秒到几分钟内实现恢复供电。

1.3 国外配电网保护发展现状

国外配电网保护发展较快的有日本、美国、德国和韩国等。配电网保护主要是采用集成了保护、测量、控制的馈线自动化设备, 实现正常情况下的状态监测、数据测量和运行优化;故障情况下的故障诊断、故障隔离;非故障区域的供电恢复等。馈线自动化实现的方法是将线路分段开关联网, 在分段开关处装设FTU, 其主要设备是开关本体 (含双TV、双TA) 与FTU控制器。馈线自动化方式应选择无通信电压、电流复合算法, 开关本体采用断路器模式。这种模式不需改变变电站出线断路器和保护装置, 出线断路器仅需重合一次就能将故障隔离, 并完成非故障区域的供电恢复。

2 城市配电网保护存在的主要问题

(1) 由于高压配电网中短馈线、T接线、双T接线, 环型接线等复杂接线, 线路保护可能出现整定配合困难。在南方电网城市配电网中, 数千米乃至数百米的短馈路正逐年增多。短馈路采用三段电流保护或三段距离保护时无法保证动作的选择性。而对于接入电源的复杂T接线网, 采用三段电流保护或三段距离保护时也很可能造成上下级保护失去配合。 (2) 中低压配电保护系统的就地控制模式只能适用于简单网络接线, 在复杂的网络接线中难以提高供电可靠率。现有的过电流保护实现配电网保护的前提是将整条馈线视为一个单元。当馈线故障时, 将整条线路切掉, 并不考虑对非故障区域的恢复供电, 这些不利于提高供电可靠率。另一方面, 由于依赖时间延时实现保护的选择性, 导致某些故障的切除时间偏长, 影响设备寿命。 (3) 由于低压配电系统保护装置一般为非三相式保护, 对于单相接地故障不能快速识别切除。我国大多数配电网属于小电流接地系统, 即中性点不接地或者经消弧线圈、电阻接地。发生单相接地故障时, 接地电流很小, 根据有关规程, 系统可以继续运行一段时间。但是配电系统的绝缘水平一般都比较低, 当系统发生单相接地故障时, 非故障相的电压升高, 如果继续保持运行, 势必对用电设备造成损害。而现有配电保护装置保护还不能准确快速地切除此类故障。 (4) 配电网保护测控装置缺乏独立故障录波设备, 对保护的故障分析及故障点定位有困难。城市配网大部分为电缆, 大多数为双射网结构, 若能做到电缆故障时故障点自动定位, 对供电可靠性和抢修进度有很大帮助。 (5) 部分负荷中心区10kV保护设备陈旧。

3 城市配电网保护系统发展思路

3.1 规范高压配电网保护选型

为了解决高压配电网保护的整定配合困难和功能配置繁杂的问题, 建议针对城市高压配电网的网架特点, 编制相应城市高压配电网保护选型规范, 初步考虑以下内容: (1) 长度较短线路、电缆线路及电缆架空混合110kV线路:两侧的保护应采用以光纤作通道的微机电流差动保护。 (2) 长度较长的110kV线路:两侧的保护应采用微机距离保护。 (3) 单侧电源的辐射线路:建议在电源侧装设一套微机距离保护作为线路的保护。 (4) 双侧电源线路:建议装设一套纵联保护作为线路主保护。 (5) T接线路:建议在电源侧装设一套微机距离保护作为线路的保护。如三侧均有电源T接的情况, 建议在线路上所有的开关 (包括T接点的出线开关) 均装设一套微机距离保护作为线路的保护, 必要时三侧需要加装光纤通道作为保护的高频通道。也可三侧配置光纤电流差动保护作为线路保护。

3.2 提升中低压配电网保护装备水平

针对现有中低压配电网保护设备陈旧和功能不完备问题, 通过升级改造提升装备水平, 对超过使用年限的设备进行更换。对于非有效接地系统, 保护装置采用三相式保护;对于低电阻接地系统增加零序电流保护;增强配电保护装置的故障录波功能和故障测距的功能, 为故障快速定位和快速恢复提供支持信息。在条件具备的地区, 升级改造时应考虑配置配电网馈线自动化设备。

3.3 试行推广网络化配电网保护

最初的配电网保护是以低成本的电流保护切除馈线故障, 随着对供电可靠性要求的提高, 又出现以低成本的重合器方式实现故障隔离、恢复供电, 随着配电自动化的实施, 馈线保护体现为基于远方通信的集中控制式的馈线自动化方式。这种实现方式实质上是在自动装置无选择性动作后的恢复供电。如果能够解决馈线故障时保护动作的选择性, 就可以大大提高馈线保护的性能, 从而一次性地实现故障切除与故障隔离。这需要馈线上的多个保护装置利用快速通信协同动作, 共同实现有选择性的故障隔离, 这就是网络化配电网保护的基本思想。网络化配电网保护系统是将就地保护和远方保护相结合, 采用阶段式保护、纵联式保护、故障状态差动保护、远方跳闸、解列及自动适应、动态修改保护方式和整定值等措施, 形成一个区域配电网的网络化保护系统。基于网络化继电保护的自动化配电网, 具有快速定位故障点, 就地处理故障, 减少系统冲击, 迅速恢复供电等优点。

3.4 加强配电网保护集成智能化

利用配电网统一信息平台, 加强配电网保护设备的集成智能化。采用分层集中模式, 通过配电网智能保护终端将配电线路运行信息、保护故障信息和故障定位信息集成上送主站端, 实现对配电网运行情况的有效监视和控制;实现配电网系统故障智能快速定位, 快速隔离, 最优化恢复;实现与配电网地理信息系统, 调度自动化系统等其他系统的资源共享, 实现数据平台统一;还可考虑提供与主网安稳系统进行接口, 将负荷信息上送主网安稳系统, 优化切负荷或低频低周减载解列方案。

3.5 开展新型配电网保护应用研究

配电系统技术 第5篇

生便函[2010]24号

关于做好2010年全国电力系统配电技术 协作网第三届年会论文征集工作的通知

南网信息中心，南网研究中心，各省公司：

根据中国电力企业联合会《关于征集2010年全国电力系统配电技术协作网第三届年会论文的通知》（科技[2010]26号，下简称“征文通知”）精神，年会将于11月召开，并面向全国范围广泛征文。为借此促进公司配电网技术进步与发展，经研究，公司生产技术部决定组织开展相关领域论文的撰稿和推荐工作，有关事项通知如下：

一、公司生产技术部高度重视本次征文活动，希望通过撰写文章宣传、介绍公司近年来在配电网规划建设方面所取得的成绩和经验，展现公司在配电网技术与管理方面的发展水平。请各单位积极配合做好征文工作，组织撰写本单位在配电网前沿技术发展、运行管理、规划建设、自动化和信息化、新设备新技术应用等方面，具有代表性和先进性的论文。

1--

二、考虑投稿的论文应整体展现南方电网公司的代表性，建议各单位结合本单位近年来在配电网技术发展方面的特点和亮点，有针对性地选择论文题材。

三、请各单位生产技术部门负责，按照征文通知（附件

1）精神和有关论文格式要求，具体组织做好论文撰写和把关推荐工作，同时明确该项工作具体联系人，于9月30日前，以直属机构或省公司为单位，将论文报送网公司生产技术部汇总，统一推荐报送至中国电力企业联合会。

联系人：生产技术部，罗俊平。

电话：020-38122051，***。

邮箱：luojp@im.csg

特此通知。

二○一○年六月三十日

配电系统技术 第6篇

关键词：油田；配电系统；节能降耗

1 概述

油田既是能源生产企业，也是能源消耗企业，原油的开采提升、净化处理、集中输送、脱水、注水等各个环节都需要依靠消耗电力完成。大港油田配电系统是针对油田生产，为油田的举升、注水、油气储量和输送提供动力，保证油田正常生产的能源保障。供电系统在电力输送、分配、变压等环节会不可避免的产生能耗，给企业带来经济损失的同时，还对环境造成了污染。节能降耗是提高企业经济效益，增强企业市场竞争力的有效途径，是油田企业在不改变生产量，提升自身经济效益的重要举措。

2 油田配电系统能损分析

2.1 配电能耗分析 据不完全统计，电网在配电过程中产生的能耗大约占总发电量的30%，若能采取有效的措施，降低电能损耗，将为企业节约一笔可观的成本支出。配电网电能损耗主要形式为线损和变损，线损与变损的比值约为7：3，其中影响线损的主要因素有输电线的长度、横截面积、输电电压、功率因数等因素；而变损的大小则主要与变压器的负载率、负载功率因数以及设备自身的技术性能有关。

2.2 配电系统能耗的危害 ①能耗产生热量带来的危害。线损主要是以热量的形式表现出来，由焦耳定律（Q=I2Rt），可知，输电导线在输送电能的过程中，不可避免的会产生热量造成电能的损失，当配电线路容量不足时，产生的热量很容易造成火灾的发生。这是因为，电流产生的热量升高了导线的温度，加速了导线外绝缘层的老化速度，缩短了设备和输电线的使用寿命。对于油田企业来说，配电线路中存在分支和搭接的部位较多，更是容易产生热量，引发安全事故。②配电系统能耗造成资源浪费。配电系统的能耗是电能转为无用功的部分。随着油田勘探和开采设备的技术含量越来越高，油田各环节的配电系统也在不断延伸，导致油田电网负荷出现及其不均衡的状况，增大了配电网电能损耗值，直接增大了油田企业的经济损失。若不采取合理的减排措施，将对国家能源的利用率，周围环境以及企业自身的效益产生极为严重的影响。

3 配电系统节能降耗的有效措施

3.1 配电线路的改进 首先，输电导线的选择。导线选择除考虑线损外，还应考虑输电导线的经济电路密度。导线的线损与其截面积成反比，选择截面积越大的导线，对降低能耗越有利；但截面积增大的同时，还增加了导线的成本，综合两方面因素的影响，选择经济电流密度为0.3-0.6A/mm2的导线是最为合理的。其次，电压的选择。就目前的油田生产设备来说，6kV和10kV的电压系统都可适用；就电压质量来说，10kV的系统相对于6kV的系统更具优势。当其他条件一定时，输电电压与线损电压成反比，高电压更有利于降低能耗。最后，线路运行方式的改进。线路运行方式方面，结构简单、投资少的单电源树干供电方式可靠性不高，若某一环节出现故障，则可能影响整个配电系统的运行；而环网的供电方式，利用双电源的交替供电模式，减少了故障维修器件停电时间和停电面积，有效的保障了供电系统的稳定性和持续性。

3.2 變压器的改进 首先，选择新型号节能变压器。配电网中应用的较多的S7、S9和S11型号的变压器，空载或负载损耗都有了大幅度的降低。以S7和S11系列变压器为例，S11系列变压器在空载或负载时，损耗仅为S7系列的60%-70%左右。而新研发的SH15非晶合金变压器的损耗更是创造了新低，其空载损耗仅为硅钢片变压器的33%左右。虽然新型号的变压器在购买价格上相对较高，但其具有的超高降损的性能，可在3-4年内便可收回成本，因此具有极强的市场推广价值。其次，对变压器的容量进行优化。变压器的经济负载系数是指变压器运行效率最高，而此时对应的损耗最低。系数值需要结合有功和无功损耗进行专业计算；而在选择变压器时，可依据计算所得的变压器最佳经济运行区间的右侧选择变压器容量。

3.3 无功补偿优化设置 对于配电系统来说，减少能耗，是提高电能利用率最直接有效地无功补偿方法。

方法一，在抽油机启动柜上可安装固定的补偿电容器，对设备进行就地补偿。选择电容器时，注意容量的选择，一般来说补偿容量应小于等于电动机空载容量，采取自愈式并联方式的电容器较为合适。为进一步保障配网系统的稳定性，在启动柜上增加保护装备是极其必要的。将过电压保护器并联在电容器和电机上，可确保被保护装置在遭遇雷电时，不被过电压击穿；将自动空气开关联入电容器回路中，可保护电机不受其他故障的影响。方法二，架空配电线路的分散补偿。这种方式主要用于补偿变压器的无功功率，并对经过就地补偿的低压负荷进行再次补偿，分散补偿的原则为小容量、相对集中。方法三，自动无功补偿技术。利用该项技术，可实现对线路有功、无功变化的自动跟踪，并按照既定程序对需要进行补偿的线路自动投切不同容量的补偿电容器。现在，较为常用的技术为真空接触器控制的自动分组投切，这种方式在经济型方面极具优势。

3.4 其他措施 除以上节能措施外，还可通过电动机的节能改进、照明系统的节能改进以及谐波治理等方式方法对配电系统进行进一步优化，以减少不必要的能耗。

3.5 建设电能检测系统 节能降耗是油田企业面临的主要任务，也是企业扩大经济效益，提高市场竞争力的有效途径。油田企业应积极应对困难，采取先进、科学的措施，最大限度的降低配网系统的损耗。同时还可构建电能检测系统，利用自动化远程检测技术，对企业生产设备的耗电情况、运行情况进行实时检测，以保证企业生产系统的安全性、稳定性和经济性，为后期的技术提升、管理改进提供可靠的数据支持。

4 总结

油田企业是用电大户，由于设备性能、配网系统等各方面存在的不足，导致企业在生产过程中，用于生产的电能损耗较大，给企业带来巨大的经济损失，同时也造成了资源的浪费。如何提高电能的利用率，保障企业的安全生产，是油田企业当前面临的任务。科技是第一生产力，采用科学、先进的设备及管理方法，对于降低企业生产能耗是具有深刻意义的。

参考文献：

[1]王光明，孙照亮，石迅齐，等.靖安油田配电系统无功补偿的应用[J].中小企业管理与科技，2010（30）：261-262，240.

[2]李道敬，张水星，吕希望，等.油田配电系统能耗状况及节能措施分析[J].科学咨询，2011（19）：71.

谈供配电系统节电技术措施 第7篇

供配电系统节电成为人们重点关注的问题, 在具体的实践中, 可以通过减少线路损耗、提高功率因数、平衡三相负荷、抑制谐波等方式实现供配电系统节电。供配电系统节电技术措施主要有以下几个方面:

1 减少线路损耗

根据调查显示, 线路损耗是我国供配电系统耗电量较多的部分, 减少线路损耗可以通过几种途径。一是尽量减少导线长度。在设计及施工中, 低压柜出线回路及配电箱出线回路尽量走直线, 少走弯路, 不走或少走回头线。变配电所应尽可能靠近负荷中心。对于较长的线路, 在满足载流量热稳定、保护配合及电压降要求的前提下, 应加大一级导线截面。尽管增加了线路费用, 但由于节约了电能, 因而也减少了年运行费用。

2 提高功率因数

功率因数是影响供配电节电效果的重要因素, 提高供配电网络的功率因数, 实行无功补偿, 是建筑电气节能的又一课题。无功功率既影响供配电网络的电能质量, 也限制了变配电系统的供电容量, 更增加了供配电网络的线损。对供配电网络实行无功功率补偿, 既可改善电能质量、提高供电能力, 更能节电降耗。

3 平衡三相负荷

供配电系统中需要关注平衡三相负荷问题, 在低压线路中, 由于存在单相以及高次谐波的影响, 使三相负荷不平衡。为了减少三相负荷不平衡造成的能耗, 应及时调整三相负荷, 使三相负荷不平衡度符合规程规定。要解决三相电压或三相电流的不平衡度, 首先设计时尽量使三相负荷平衡;同时可以采用调节单相电压及采用滤波器抑制谐波的方法。

4 供配电系统节点技术实例分析

本文是某化工机械厂供电系统设计, 设计的目的是为了节约电能。电能是工厂运作的主要能源, 对工厂的正常运作有举足轻重的作用, 因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常运作、节电节能、提高工厂用电效率, 都必须有一个安全、可靠、经济、合理的供电系统和使用电能的系统保障, 才能实现工厂电能利用和节省电能的理想化、经济化。

4.1 主接线的选择

4.1.1 接线方案的选择

对于电源总进线为10k V及以上的大中型工厂, 通常是经工厂总降压变电所降为车间所需要的电压。主接线对变电所设备的选择和布置, 运行的可靠性和经济性, 继电保护和控制方式都有密切关系, 是供电设计中的重要环节。一次侧采用内桥式接线, 二次侧采用单母线分段的总降压变电所, 这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多, 并且变电所的变压器不需要经常切换总降压变电所。一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所, 这种主接线的运行灵活性也较好, 供电可靠同样较高, 适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线使用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、使用经济运行需经常切换的总压降变电所。当一次电源电网采用环形接线时, 也宜于采用这种接线。

4.1.2 主接线的选择及确定

(1) 35k V侧

单母线带旁路接线优点:可靠性极高, 故障率低的变压器的出口不装断路器, 投资较省, 整个线路具有相当高的灵活性, 当双母线的两组母线同时工作时, 通过母联断路器并联运动, 电源与负荷平均分配在两组母线上, 当母线断路器断开后, 变电所负荷可全部接在母线或副母线上。缺点:当母线故障或检修时, 将隔离开关运行倒闸操作, 容易发生误操作。单母线分段带旁路母线:优点:供电可靠性高, 运行灵活, 但是主要用于出现回路数不多。但负荷较重要的中小型变电所。两组接线方案相比较:单母线接线方式更加适用于本厂。

(2) 10k V侧

单母线分段带旁路母线优点:供电可靠性高, 运行灵活, 但是主要用于出线回路数不多时。但负荷较重要的中小型变电所, 缺点:在母线和母线隔离开关检修或故障时, 各支路都必须停止工作;引出线的断路器检修时, 该支路要停止供电。单母线带旁路母线优点:供电可靠性高, 断路器故障检修时, 可不停负荷进行检修, 供电可靠运行灵活, 适用于重要用户供电, 出现回路数较多的变电所。两组接线方案相比较:单母线分段接线方式更加适用于本厂 (如图1~4) 。

4.1.3 供电系统接线图

工厂电源进线电压为35k V, 先经过工厂总降压变电所降压为10k V的高压配电电压, 然后经过车间变电所, 降为一般电压用电设备所需要的电压220V/380V。由于电源进线线路较长因而发生故障和停电事故有点多, 并且变压器不需要经常切换。所以, 总降压变电所一次侧采用内桥式接线, 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。如果某线路电源例如WL1线路停电检修或有故障的时候, 则断开QF11, 投入QF10 (两侧的QS101和QS102先闭合) , 即可由WL2恢复对变压器T1的供电。这种主接线的灵活性比较好, 供电可靠性也高。

4.2 全厂主设备的选择

4.2.1 电气设备选择

(1) 按正常工作条件选择电气设备

所谓正常工作条件是指电气设备的电压、电流、工作环境等。电压电气设备的最高允许工作电压应大于或等于实际工作电压。电流电气设备的额定电流要大于或等于通过电气设备的实际最大工作电流。由于额定电流是在一定的周围空气温度θ0下确定, 如果电气设备或载流导体所处的周围环境温度高于θ0时, 应进行修正。工作环境在选择电气时还要考虑电器安装地点的环境条件, 如当地温度、海拔高度、污秽程度等, 此外还应考虑防腐、防暴、防火、防尘等要求。

(2) 按短路情况进行校验

在选择有可能通过短路电流的电气设备时, 必须校验短路电流的动稳定和热稳定, 以保证系统发生短路时不致损坏。在进行短路校验时, 必须计算该电器所承受的最大可能短路冲击电流 (isk) 所产生的电动力和可能通过的最大短路电流所产生的热量 (I∞2tima) 均不得超过允许值。

4.2.2 所选设备参数

高压侧设备的选择:按照上述原则, 结合短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高低压电器设备如下:装设主变压器的变电所, 每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件: (1) 任一台单独运行时, ST≥ (0.6-0.7) S30′; (2) 任意一台单独运行时, ST≥S30′, 因为该厂为二级负荷所以按条件 (2) 选择。

(1) 35k V侧

变压器选择SW2-35/1000, 因为所选变压器容量大于SN=322.6MVA满足该工厂的要求。隔离开关应从额定电压、额定电流、动稳定、热稳定四个条件进行选择。UN=35k V, ich (3) =1.33k A隔离开关GW2-35GD/600均满足上述几个要求。电压互感器应从额定电压这个方面进行选择。UN=35k V, JDZJ9-35满足这个要求。电流互感器的选择应从额定电压、额定电流、动稳定、热稳定这四个条件进行选择。UN=35k V, LCW-35满足上述所述条件。具体选择列入表1中。

(2) 10k V侧

变压器选择SN10-101, 因为所选变压器的容量大于SN=45.6MVA满足该工厂的要求。其他设备的选择均可以按照35k V侧的选择方法进行选择。

具体选择列入表2中。

(3) 380V侧电气设备的选择

因为UN=380V, IN=1500A>I30故本厂选择断路器型号就是DZ15-1500/30。

5 结束语

综上所述, 为了解决供配电系统节电问题, 需要采取以下措施:选择及合理使用节电干式配电变压器、抑制谐波, 同时采用高效节电的省电装置来调整电压幅值及稳压、平衡三相电压。

摘要：随着经济的发展和社会的进步, 我国的电力企业也得到了快速的发展, 降低供配电系统的线损及配电损失、提高电能的利用率, 是当前建筑电气节能的重要课题之一。减少供配电系统的电能消耗能够有效改善用电环境, 净化电路, 延长用电设备的使用寿命。本文结合实例对供配电系统节电技术措施进行了研究。

关键词：供配电系统,节电技术,措施分析

参考文献

[1]万国军.试论节电技术在供配电系统中的应用[J].黑龙江科学, 2013 (11) .

[2]王喜全, 张元辉, 毕克亮.降低供配电网络结构损耗合理的措施[J].民营科技, 2012 (10) .

主动配电系统可行技术的研究 第8篇

关键词：主动配电网,电力系统,可行性,平衡配电层

1 概述

传统的配电网通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性, 进而使电力网络能够安全运行, 这种控制方法较为常见, 同时也较为简单。然而, 在科学技术的推动下, 配电网中采用分布式能源 (DER) 的渗透率来实现对电力负荷的控制逐渐增多, 这也导致在配电网的规划与控制方面更加复杂, 对配电网整体的经济性产生重大影响, 在管理方式上也亟待推陈出新。

2 主动配电网的定义和概念

主动配电网 (ADN) 是充分利用网络拓扑结构来对配电网进行管理, 进而能够对局部的DER进行主动控制和管理的配电系统。DER在监管环境允许的情况下, 按照接入协议的要求, 能够实现对系统的全面支持。分布式能源 (DER) 主要则是由分布式储能 (EES) 、分布式发电 (DG) 和可控负荷 (RL) 等构成的, 其中负荷既有发电属性, 同时又有消费属性, 这种双重性导致其也是DER的组成部分。

2010年, 国际上基于CIGREC6.11的定义对AND进行了阐释, 其中文名称则为“主动配电网”。目前, 全球范围内的电力供应商多采用传统的方式来进行管理, 并没有形成有效的激励机制, 同时也受到监管环境的制约和影响, 导致AND的发展非常缓慢, 仍有很多问题亟待解决。

3 配电系统的DER接入技术研究

传统配电网是介于输电网与用户之间的“中转站”, 而中低压配电网在整个电力系统中更被看作是“被动”负荷。在传统配电网当中, 技术标准较低, 操作也更为简单, 电力网络所采用的模式是开环辐射模式, 尽管存在电力自动化设备, 这些设备也多用于解决后台故障, 实现快速处理, 保证电力的持续供应, 而对于稳态运行中的配电网进行控制和管理几乎没有, 因而传统配电网又被称为“被动配电网 (PDN) ”。传统配电网在设计上并没有考虑到高渗透率DER的接入问题, 针对高渗透率DER的接入问题, 小规模应用会影响到局部配电网络, 一旦将其进行大规模的推广应用, 那么将会对全局电力网络进行作用, 其中不仅包括电网规划、运行状态、故障处理等, 同时还会对短路电流、设备选型、非常态方式孤岛运行等电学现象造成严重影响。

3.1 配电网规划方法研究

传统配电网从规划的角度进行分析, 其网络结构相对更为固定, 是根据负荷预测值确定最大容量裕度, 确保配电网的最低运行条件, 在设计初始阶段将潜在问题排除, 因而传统配电网相对更为简单。ADN负荷预测结果的值在判断上需要考虑到两个因素, 需求侧响应和DG。此外, 在设计的过程中会考虑到DER主动管理模式对整体或局域电力网络所造成的影响。可见, 相较于传统配电网采用AND规划的方法要更为复杂。

3.2 配电网运行技术研究

电力设备都有额定工作电压, 因而需要在电压范围内来运行, 电压质量与无功电压控制之间的关系非常紧密。对于无源的传统配电网, 其无功电压控制模式比较容易。在配电网中接入DER后, 由于DER所存在的随机性、间歇性、非线性等特点, 导致配电网无功电压控制模式相较于传统配电网要复杂的多, 在DER的影响下还会出现有功潮流反向、无功潮流不确定性等。此外, 接入DER还可能会发生暂态电压变化, 由风电机组引发的电压畸变、闪变、保护误动等一系列问题, 进而对配电质量造成影响。

3.3 短路电流和设备选型研究

任意一个存在电源的电力系统都存在短路电流, 因而为了能够使DG顺利接入, 确保遮断容量不超标, 必须要对原有开关进行更换, 甚至对原有电力设备进行更换, 进而导致运行成本的增加。同时, 对于同一个变电站, DG的接入并不是只有一个点, 在多点接入时, 某一点附近同一电压层级节点的短路电流会发生超标的现象, 这时也需要对设备进行更换, 大量的DG接入点会造成供电区域的网络饱和, 导致后续DG接入受限。

4 主动配电网的可行技术研究

如今, 世界各国都在致力于AND项目的研发, 为了使AND技术更具有推广价值, 在“可行技术”方面更为重视。先进的电力企业已经开始部署AND试点项目, 《主动配电网的运行和发展》对主动配电网的可行技术进行了较为全面的总结, 现将其中通信技术和AND可行技术进行介绍。

4.1 通信技术研究

在对配电系统进行管理的过程中, 需要依托于信息技术与通讯技术 (ICT) 以及相关设备。利用ICT技术能够在很大程度上增强配电网的可靠性和稳定性, 同时能够促进电网效率的提升, 平衡系统频率, 并对电压和潮流进行调节和控制, 是支持配电系统运行的关键性技术。ICT所采取的主动控制可以由集中控制、组合控制、点对点控制任意一种控制模式来实现。

4.2 相关技术研究

目前, AND项目重点涉及三个方面的技术, 其中包括硬件设备、网络运行、检测控制。对于AND项目未来的发展, 在解决可行技术方面需要关注以下几个方面:

(1) 电力设备:电力设备中也包含通信设备, 其中主要有ESS、A-MI、通信媒介设备、智能设备、DG接入和控制接口、电池能量管理等;利用电力设备来实现网络重构、电压调节、DER接入转换、谐波补偿、无功补偿等;运用DER和负荷优化运行能够产生最大的回报率;运用可控储能能够使发电和负荷达到平衡。

(2) ICT技术:基于ICT技术能够实现系统信息的运算、处理、分配、存储等功能, 实现设备之间的数据交换与信息传递。

(3) 监测预测:对各种网络参数和系统实际运行状况进行监测, 对可能存在的峰值电压、峰值电流、负荷、发电、电价进行预测, 保证系统的安全性与稳定性。

(4) 运行控制:配电网管理系统采用分布式控制以及需求侧管理, 在孤岛运行条件下对微电网/馈线进行管理;此外, 还设计自动电压控制、潮流管理、动态的线路载荷水平等。

5 结束语

文章以DER的接入为着眼点重点分析了发展ADN的重要性, 并对AND的概念、现状、动态及成果进行研究, 对AND的经济可信性进行了分析, 指出AND在平衡配电层级功率和平衡配电层级与上级电网之间都是可以提供局部区域能源交换的设施。在高渗透率DER接入的情况下, 会在输电网与配电网之间形成双向功率流, 同时造成电源和负荷都具有了双重不确定性, 客户具有生产者与消费者的双重属性, 因而为了使配电网系统的安全性与稳定性得到保障, 必须要依托于现有技术来对电网进行改进, 引进更加领先的设备, 加强对ADS技术的研发, 这也负荷目前配电网工程改造的趋势。虽然DER渗透率会逐渐增大, 但基于先进技术设备构建的ADS在平衡配电层级的功率方面所发挥的作用将会不断增强, 进而成为局部区域进行能源交换的核心模块。我国在对ADS的研究过程中, 需要结合我国电力网络的实际需求与可行性, 如在对高渗透率DER接入的研究中不能忽视可行的配电网络扩展模式, 促使我国电力系统配电网的效率得到大幅提升。

参考文献

[1]范明天.从被动配电网向主动配电网发展的过渡[J].南方能源观察, 2013 (1) .

[2]范明天.2010年国际大电网会议配电系统及分散发电组研究进展与方向[J].电网技术, 2010, 34 (12) .

直流配电系统技术分析及设计 第9篇

相较于核电、水电、火电而言, 太阳能发电和风力发电受地理条件制约、输出极不稳定、输出容量比较小, 这导致分布式电源接入交流电网时存在许多问题。一直用架空线输送电能的交流配电网容易发生故障, 用电缆线配送电能的交流配电系统, 其供电的范围易受充电电流的限制, 这就使得用户不得不寻求电网智能化。电网智能化对电网的可控性要求极高, 交流配电网可控性往往偏低, 分析和设计直流配电系统将给电力行业提供解决配电系统难题的新方法。

2 直流配电系统技术分析

直流配电系统技术是指在配电系统中以直流电为主的电能配送技术;该技术与交流配电技术比较, 直流配电系统技术存在很多优势。

2.1 直流配电系统可靠性高

直流配电的可靠性往往高于同等电压的交流线路, 对于两根导线的直流电路来说, 如果直流配电系统正极的线路出现故障时, 负极的线路会同大地间形成一个通路, 不断将部分乃至于所有功率输送出去。单极或单向瞬时接地的故障, 其在线路故障中占据的比例高达80%以上, 直流的配电系统比交流的配电系统的响应速度快、恢复时间短, 可经过重复的再启动模式或降电压运作创造消除故障、恢复正常的运作环境等特点[1]。而使用电力电子变换器也能让直流配电系统分别形成独立区域, 且各区域发生的故障不波及系统的运作。

2.2 直流配电系统不受频率稳定等问题影响

传统交流配电系统工作时要受频率、相位和电压幅值等多方面影响, 直流配电系统只受电压幅值影响, 就只需控制电压幅值。采用电缆线路是配电网发展的形势所趋, 交流电使用电容较大的电缆配送电能时会产生大量电容充电电流, 线路损耗程度以及线路的输电容量会分别因此增加和减少, 直流输电正好能解决交流输电的这些难题。同时, 直流配电还有供电的范围广、电能的质量高以及分布式电源方便互联等优点。

2.3 直流配电系统效率高

交流配电系统的线路损耗高于直流配电系统, 因为在直流配电系统中没有趋肤效应而产生的耗损, 也不存在无功功率的问题。直流配电系统的电力电子变换器是耗损集中的主要部位, 但现已研制出的直流变换器n21效率高达99�, 半导体宽禁带电力电子器件的应用随科学的发展不断成熟, 变换器的效率还可以往上提升, 变换器的研制和发展对于解决直流配电系统的耗损在电力电子变换器部分集中的问题具有重大意义[2]。随着直流电的负载越来越广泛和近几年许多旋转式负荷和变频调速的设备越来越趋向于一同使用的情况, 为这些负载直接提供直流电将获得更高的效率。

3 直流配电系统的设计构想

在以直流配电作为主导的配电形式真正成为现实以前, 直流配电还有许多技术性的问题需要先行解决。

3.1 直流配电系统的运行和控制

同交流配电系统中不能缺少变压器一样, 直流配电系统也要用到电能变换的设备来完成直流配电网内部电压等级的转换。直流配电系统里的电力电子变换装置样式及数量很多, 包含着许多电压等级配电网, 储能装置、分布式电源等都要通过各个变换器与直流母线连接。控制这些变换器要顾及五个因素:一是保证系统的稳定性;二是电源依照其容量恰当进行负载分配;三是提高系统的可靠度及冗余度, 实行系统自动控制;四是保持直流系统母线电压平稳, 电压的波动范围不能超过额定范围的5%;五是要有好的系统模块性能。

可以看出, 电压对于直流配电系统产生着巨大影响, 于直流配电系统而言, 电压的控制和直流电均流控制乃是系统运作的基本。保持暂态与稳态工作状态下的电压稳定, 是直流配电系统的控制存在的首要问题。

3.2 直流配电系统的网络结构改良跟设计

直流电配送网络跟传统交流电配送网络由于电能配送形式的不同而有极大区别, 构建合适的网络结构成为直流配电系统发展的关键所在[3]。与交流电系统相似, 直流配电系统在层次上也是一种多级配电网彼此合作的网络结构, 直流配电系统的网络结构设计就网络接线方式来说, 有环状、辐射状跟网状这三种结构, 结构设计不同, 其成本、控制的难易程度等也不相同。具体设计要根据实际应用场合、资金状况来决定恰当的形式。

对大部分已建立交流配电网的地区来说, 拆除交流配电网来建筑直流配电网究竟划不划算还值得商议。从理论上来说, 先混合使用原有交流网和增加的直流网, 再逐步用直流配电网全部代替的方案显得更加实际, 合理布局直流变电站同样是直流配电系统网络结构改良跟设计重点思考的对象。

3.3 直流配电系统的开关设备技术

开关设备是电力系统中分隔故障区域和故障线路, 防止故障波及其它正常部分正常运行的重要设备。没有自然过零点的直流电流分断困难, 其开关设备比交流开关设备难度大得多。目前在中低压部分已研究出能断开数十千安的大容量直流断路器, 但其高成本使得直流开关设备的研究任重道远, 从目前的技术来看, 采用机械与半导体混合式开关可行性比较高。

4 结束语

在分布式电源与直流负荷多的情况下, 以直流制为主导的直流配电系统相较于交流配电系统有许多优势, 它有潜力解决目前配电系统面临的问题。与交流配电系统相比, 直流配电系统能简单运行控制, 但直流配电系统运行和控制具有独特性, 尤其是存在数量很多的变换装置, 多个变换器在提高直流配电系统的可控性时, 也让系统更加复杂。因此, 处理好直流配电系统的运行和控制问题, 抓好直流配电系统网络结构设计与优化是直流配电系统当前的首要任务。

摘要：近几年, 交流配电系统渐渐难以满足人们的需求, 不少国内外学者开始关注到直流配电技术。提高运作效率、提高供电可靠性、改善电能质量、使分布式电源有效安全接入成为现实等问题, 为配电技术的进步带来了新机遇, 也是配电系统所要解决的问题, 使用直流主导的配电形式为解决以上难题开辟了新思路。本文对直流配电系统技术进行了分析, 并提出对其的设计构想, 以期能够进一步提升配电系统运行时的经济以及社会效益。

关键词：直流,配电系统技术,分析,设计

参考文献

[1]江道灼, 郑欢.直流配电网研究现状与展望口[J].电力系统自动化, 2012 (8) .

[2]肖立业, 林良真, 徐铭铭, 等.未来电网-多层次直流环形电网与云电力[J].电工电能新技, 2011 (4) .

直流配电网系统关键技术探讨 第10篇

伴随着石化能源的日益枯竭, 风电、光伏等可再生能源、储能系统以及电动汽车等新能源技术逐渐的得到人们的重视。越来越多的分布式发电、清洁能源等接入配电系统, 必然会在提高系统效率、改善供电的可靠性和电能质量、实现分布式电源的有效安全的接入等方面面临着挑战, 其主要具体表现在以下几个方面。

(1) 在配电网电源方面, 可再生能源与储能系统的应用越来越受到广泛的关注, 其显著特征是能更好地改善能源结构、提升能源利用效率, 同时减少环境污染。但其接入电网所涉及的直流电源、变频交流电源以及与传统的工频交流电网之间的高效、可靠、安全地接入互联问题, 对现有的配电网结构来说, 是一个新的挑战。

(2) 在用电负荷方面, 家用电器用电模式的改变、越来越多的电动汽车快速推广和普及, 使得越来越多的直流负载和含有直流环节的负载直接或者间接地接入配电网, 使用传统的交流配电网给这些直流负载供电时, 需要AC/DC变换, 大大降低了系统效率。

(3) 在配电网网架结构方面, 随着城镇化建设推进, 更大的城市规模和人口对城市配电网的容量和供电范围提出了更高的要求, 需要在已有的配电网基础上进行扩建与拓展, 有限的供电走廊以及越来越长的供电线路走廊势必会对配电网的安全性和可靠性带来新的挑战。

(4) 在配电网运行控制方面, 大量的电力电子控制设备出现在配电系统中, 如DSTATCOM、定制电力等, 一方面这些设备优化和改进了用户配网供电性能, 另一方面, 带来了新的电能质量问题, 这与用户对电能质量要求的提高之间的矛盾凸显。

伴随着智能电网的发展, 以及电力电子技术发展日益成熟的今天, 尝试探讨以直流配电方式解决现有配电网面临的一些问题, 将成为解决目前问题的新思路。本文通过描述分析国内外关于直流配电网的研究现状, 总结了关于直流配电网的技术特点, 并从直流配电网协调控制的角度阐述了相关关键技术及其可行性。

1 直流配电网研究现状

相比交流配电网, 直流配电网以其强大的节能优势具有巨大的发展前景。目前, 一些国家已经纷纷开展了直流配电网的研究, 提出了各自的直流配电网概念和发展目标。文献[1]已就国外研究现状进行了总结归纳, 最具典型的直流配电网体现在以下三个方面。

1.1 纯直流的用电网络结构模式

这种直流供电模式, 最早始于美国弗吉尼亚理工大学。在2007年, 美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative (SBI) ”研究计划, 主要为未来住宅和楼宇提供电力。随着研究的深入, CPES于2010年将SBI发展为SBN (Sustainable Building and Nanogrids) , 其典型结构如图1所示[2]。严格来说, CPES提出的直流供电网仅仅涉及直流用电供电结构, 但是, 其结构体现出了直流配电网的雏形。整个系统具有2个电压等级的直流母线DC 380 V和DC 48 V, 分别给不同电压等级的负载供电。DC 380 V母线主要是为了匹配工业标准的直流电压, 它依靠前端整流器和功率因数校正 (power factor correction, PFC) 电路接入主电网。DC48 V母线主要是为了匹配通信设备的直流供电电源的电压等级, 它通过DC/DC变换器与DC380 V母线连接。

1.2 交直流混联的直流供电网络结构模式

这种直流供电网架, 以日本东京工业大学[3]、日本大阪大学于2006年提出的一种双极结构的直流微电网系统[4,5]为代表, 如图2所示。230 V交流电由降压变压器从6.6 k V配电网直接获得, 然后通过双向整流器变换为170 V直流电压。一个燃气轮机通过背靠背变换器直接连接到230 V交流电, 蓄电池和超级电容等储能设备以及光伏电池等分布式电源均通过DC-DC变换器连接到直流母线。基于直流母线, 可以通过电力电子变换器得到多种电力供应, 如单向AC 100 V、三相AC 200 V和DC 100 V等。

1.3 多电源注入的交直流混联的直流供电网络结构模式

这种直流供电模式以意大利的米兰理工大学、罗马尼亚的布加勒斯特理工大学为代表, 于2007年提出了一种带有交替供电电源的直流配电系统结构[6], 如图3所示。该系统不仅可以利用光伏发电和风力发电产生的电能, 还可以由沼气等产生生物能供电。

2014年国家863研究课题设置了一种新型的直流配电网网架结构, 代表了国内在直流配电网领域中新的研究动向, 主要结构体系为:未来直流配电网将会以交直流混联方式存在。直流配电网将会与直流输电网进行对接, 在直流配电网系统中将会以直流微网与交流微网同时存在。电压等级也会以多层电压等级存在, 目前较为合适的电压等级为DC500V以及DC 250V。

2 直流配电系统技术特点和优势

相比于交流配电网, 直流配电系统拥有着其自身的潜在技术特点与优势[7]。

2.1 直流配网有利于分布式电源接入和有效利用

随着城市范围内越来越多的分布式电源就近接入配电网, 采用直流微网可以实现分布式电源就地并网, 节省投资费用。例如, 光伏电池发出的是一种随机波动的直流电, 且电池出口电压较低。现采用光伏电池并网模式一般先需要通过DC/DC升压器升压, 再通过DC/AC变流器, 并通过滤波器才能和交流系统相连接。未来的配电网应更好接纳光伏电池、燃料电池、小型风电场和电动汽车充放电站等分布式电源的并网。

直流配网的引入有利于分布式电源的接入与有效利用。同时, 相对于传统交流配网, 含有直流电源的分布式电源接入直流配网, 只需要DC/DC变换器, 节省了DC/AC变流器和滤波器的投资。

2.2 直流配网更方便于直流负荷接入

现今大量的工业负荷釆用变频技术以提高电能利用效率, 并且众多办公与家用电器设备采用直流供电实际上更为方便、节能。多数家电可以采用直流供电, 产生的电压电流的纹波较少, 电能损耗比交流减少15%以上。所以, 一方面可以简化相关设备结构, 降低成本, 另一方面可以避免换流器对交流系统的影响。

2.3 直流配网可提供更大的供电容量和更好的电能传输效率

当配电网线路绝缘水平相同、线路建造费用和输电走廊宽度相同时, 若三相交流线路 (功率因数0.9) 与直流微网双极直流线路的传输功率大致相同时, 就单条线路而言, 直流的传输功率约为交流的1.5倍。所以直流微网具有更大的供电容量。直流配网还不需要无功补偿设备和滤波设备, 减少了固定设备的投资, 节约了土地资本, 降低了新建输电线路的费用。

2.4 直流配网能保障高可靠性和高品质供电

一方面, 随着科技的进步, 城镇化进程的推进, 其中具有代表性的信息产业和城市居民需要较高的电能可靠性和优质的电能质量。另一方面, 城市冲击负荷和负荷容量也迅速增加。另外, 由于城市负荷中心往往电源支撑较弱, 无功补偿能力不足, 当系统发生扰动时, 很有可能造成常容易失去同步稳定和电压崩溃, 从而发生大范围停电现象。因此, 直流配电网不但控制简单, 供电能力强, 同时还更有利于电力优化调度, 实现资源的优化配置, 符合人们对高品质供电的要求。

3 直流配电网协调控制技术

直流配电网日益受到关注的同时, 也应该清楚的认识到, 完全实现以直流为主导的配电方式还需要很长的一段时间, 特别是一些关键的控制技术与装备技术需要解决。本文将从直流配电网协调控制的角度来分析相关关键技术及可行性。

3.1 直流配电网网架结构及电压等级选择

由于采用直流电源作为配送电后, 其配送网络与传统的交流配送网络将会有根本的不同。从配电系统来讲, 直流配电网也将分级配送, 相互配合。未来也会出现中压直流配电、低压直流配电、以及超低压直流配电网架。需要根据各个电压等级所适应的直流负载, 相互配合, 相互补充。同时, 输电网络转入到配电网络, 也会出现不同的接入形式, 存在直流输电网对接直流配电网、交流输电网对接直流配电网的形式, 这涉及到多端直流输电以及控制等关键技术。

从网络接线方式来讲, 直流配电网的网络架构也可设计成辐射状、网状或环状。不同的形式其可靠性、经济性、复杂程度不尽相同。因此, 直流配电网网架结构的研究是一个系统性以及全局性的问题。未来想要重新建立直流配电网在其成本造价和可行性上还有待商榷, 最有可能的将会是交流配网与直流配网混联存在。

直流配电网同样将会拥有多个电压等级, 以适应不同直流负荷的需求。文献[8-9]提出了可分为两个电压等级;文献[10]则认为为适应目前400 V交流电压等级, 500 V的直流电压等级更为合适与有效。总的来说, 直流配电网的电压等级目前并未有统一的标准, 这是未来直流配电网系统需要重点考虑的问题, 因此, 需要从以下三个方面考虑电压的选取问题:1) 直流配网的供电范围与供电容量;2) 直流配网的成本造价;3) 直流配网的绝缘与开关设备选取。

3.2 直流配电网稳定控制技术

对于直流配电系统而言, 直流配电系统的电压控制与电流控制是最基本的控制目标。文献[11]通过对系统建模仿真, 并在此基础上对直流微电网进行小扰动稳定性分析, 从而得出了功率变换器的控制参数对系统稳定性的影响。文献[12]则针对直流微网中功率变换器阻抗特性, 通过分析变换器在下垂控制方式下的阻抗特性, 得到对直流微电网稳定性的分析。

目前, 大多文献还是集中在变换器本身的控制技术的研究与分析, 并未从系统的角度对直流配网稳定性控制进行系统分析。而对于未来配电网很有可能是交流配网与直流配网混合存在, 因此, 对于直流配电系统的稳定控制研究可以在以下三个方面进行研究:1) 发生交流侧故障时及保护动作后, 保证交流侧频率稳定、电压稳定, 直流侧电压稳定等双重控制目标的稳定控制技术;2) 受到分布式发电出力波动及负荷波动的扰动后, 直流配电网电压稳定控制技术;3) 受到外部大电网或配电网交换功率波动等影响后, 直流电压稳定控制技术。未来直流配电网中势必会通过电力电子变换装置完成电压控制及电流控制, 其可靠性以及快速性也将决定直流配网稳定控制的可行性。

3.3 直流配电网能量管理技术

直流配网主要能够有效地解决分布式发电及直流负荷, 但分布式发电 (目前主要包含光伏发电及风力发电) 往往存在波动性与随机性, 势必会对系统的稳定性和能量的有效管理带来挑战, 因此在未来直流配网系统中, 能量管理系统也将是关键技术之一。文献[13]就提出了一种基于直流总线电压信息的能量变换与管理方法, 系统由三个模块与四种工作模态组成, 能够有效地控制直流微网中的功率平衡和系统稳定。文献[14]提出了一种基于智能多代理技术的能量协调控制方法, 用于直流微网的能量管理与电压控制。

未来其研究方向可以在以下三点:1) 多时间尺度的分布式发电源发电预测与负荷预测技术;2) 直流配电网经济优化调度模型建模;3) 直流配电网双向潮流最优控制技术。目前大多有关能量管理系统的研究还是集中在交直流混合微电网以及直流微电网, 有关直流配电网如何进行能量管理系统相关研究较少。

3.4 直流配电网电能质量治理技术

电能质量的问题在交流配电网中较为突出, 主要表现在电压的波动以及闪变、谐波的治理以及三相不平衡的问题。在直流配电网中, 电能质量的问题主要体现在电压的波动及闪变。文献[15]分析了超级电容、燃料电池、蓄电池等各种储能模块, 通过下垂法, 协调控制各个储能单元, 从而达到稳定直流母线电压的目的。文献[16]针对直流微电网电能质量综合评估进行了研究, 提出了直流微电网电能质量综合评估的概念, 建立其有别于交流系统的直流电能质量评价指标。

目前文献并未针对直流配电网中的电能质量问题展开分析, 基于未来交直流混合配网的状态下, 电能质量治理技术可以在以下几点考虑:1) 分布式发电DC/AC变流器的谐波抑制优化设计分析;2) 基于多组快速储能装置下垂算法的直流稳压技术;3) 分散储能与集中储能协调控制直流电压调节技术。储能技术的应用在未来直流配电网中也将越来越重要。

3.5 直流配电网继电保护技术

由于直流配电网采用以直流为主导, 在电气特性及其测量方式等根本性问题上跟传统的交流配电网完全不同, 因此直流配电网继电保护技术将会是一个新的挑战。文献[17]则是针对城镇轨道交通牵引系统中的直流供电系统, 提出了一种新型的直流保护装置, 特别是对直流系统中电压与电流的监测与保护。文献[18]针对逆变型分布式电源的微电网不同于传统电源的控制方式、短路故障以及双向潮流等特点, 讨论了微电网保护与传统电网保护的区别及分布式电源的接入对配电网的影响。有关直流配电网的保护技术研究仍处于开始阶段。

未来有关直流配电网可以通过以下技术路线进行研究:1) 基于广域测量数据的直流配网快速故障定位技术;2) 常规传感元件和光线通讯技术相结合的直流测量技术;3) 基于微秒级高速采样的SV采样值和GOOSE报文传输机制的直流配网保护通讯技术;4) 直流配网保护系统的组成方案和保护配置。

3.6 直流配电网关键设备技术

直流配电网的构建离不开关键设备的支撑与保障。直流配电网协调控制的基础是要在设备层能够实现监测与管控。因此, 关键设备的开发与应用也是直流配电网发展的关键所在。

1) 直流固态断路器

近年来, 出现的基于半导体器件的直流固态断路器, 具有损耗低、动作快等优点, 收到了学术界以及工业界的广泛关注[19,20]。1987年, 美国Texas大学采用GTO作为开关器件对200V/15A的直流断路器进行了研究。2005年, 美国CPES采用ETO作为开关器件对1.5 k V/1.5 k A的直流固态断路器进行了研究。总的来说, 目前400 V以下的低压断路器已经逐步实现工业化, 而中高压直流断路器的研发已经逐步提上日程。比如2012年11月, ABB公司就宣称开发了世界上第一台高压直流断路器, 其主要是将机械动力学与电力电子设备结合的固态型断路器。今后, 直流固态断路器将会是直流配电网发展的基础。

2) 用于直流配网与交流微电网节点的双向DC/AC三电平变换器

随着电力电子技术及其控制技术发展, 三电平变换器的研究越来越多的得到关注[21,22,23]。相对于两电平的变换器, 三电平变换器拥有输出谐波含量更少、电能质量更好、耐压系数更高的特点。在微电网应用中, 已经有许多文献在风力发电应用[24], 光伏发电应用[25]中采用了三电平变换器。在未来直流配电网的应用中, 用于交流微电网与直流配网的接口中也可采用DC/AC三电平变换器。并且, 其还可以配合潮流控制、系统稳定控制以及保护等协调控制技术的要求, 成为智能一体化的双向DC/AC三电平变换器。

4 结语

直流配电网可以有效地解决分布式发电以及直流负荷对传统交流配网带来的挑战, 但同时又面临新的挑战。本文系统性地总结了直流配电网的研究现状以及直流配网的技术特点。重点从直流配电网协调控制的角度提出了未来直流配网发展的关键技术;加紧研究确定直流配电网的网架结构和电压等级是前提和基础;研究直流配电网的稳定控制和能量管理系统是解决直流配电网稳定、可靠、高效运行的保证;研究直流配电网谐波治理技术是为客户提供更好的供电质量, 符合客户的迫切需求;研究直流配网继电保护技术将会是全新的挑战;直流配电网关键设备的研制既是直流配网发展的助推器, 也是早日实现直流配网的根本基础。随着直流配网越来越得到关注, 更深层次的研究会陆续展开。

摘要：针对提高运行效率、改善供电可靠性和电能质量、实现分布式电源有效安全接入等配电系统面临的问题和挑战, 提出了以直流为主导的配电方式, 用于解决上述问题的可行性研究和探讨。结合直流配电技术的研究现状, 总结了直流配电系统的技术特点和潜在优势, 系统地探讨并分析了直流配电系统发展的若干关键技术及其可行性。

配电系统技术 第11篇

关键词：配电网馈线系统保护现状发展

0引言

建立在快速通信基础上的系统保护是继电保护的发展方向之一。随着配电网改造的深入及配电网自动化技术的发展，系统保护技术可能在配电网中率先得以应用。

1现有的馈线故障处理方案

①基于FTU的集中监控方案；②基于重合器的就地控制方案；③基于馈线系统保护的快速保护方案；

方案①的集中监控完全依赖于通讯和主站系统，未能将配网自动化的正常运行和紧急控制相分离；方案②、③具有故障处理的相对独立性，但考虑的网络都比较简单，本文从配电网的复杂拓朴结构入手，将馈线终端作为通用控制节点，在二维平面上讨论如何更好地组织、管理馈线控制节点。通过控制节点之间的快速通讯与协调工作实现面向区域性故障快速隔离的配电网控制技术。

2配电网馈线保护的技术现状

电力系统由发电、输电和配电三部分组成。发电环节的保护集中在元件保护，其主要目的是确保发电厂发生电气故障时将设备的损失降为最小。输电网的保护集中在输电线路的保护，其首要目的是维护电网的稳定。配电环节的保护集中在馈线保护上，配电网不存在稳定问题，一般认为馈线故障的切除并不严格要求是快速的。不同的配电网对负荷供电可靠性和供电质量要求不同。许多配电网仅是考虑线路故障对售电量的影响及配电设备寿命的影响，尚未将配电网故障对电力负荷(用户)的负面影响作为配电网保护的目的。

随着我国经济的发展，电力用户用电的依赖性越来越强，供电可靠性和供电电能质量成为配电网的工作重点，而配电网馈线保护的主要作用也成为提高供电可靠性和提高电能质量，具体包括馈线故障切除、故障隔离和恢复供电。具体实现方式有以下几种：

2.1传统的电流保护过电流保护是最基本的继电保护之一。考虑到经济原因。配电网馈线保护广泛采用电流保护。配电线路一般很短，由于配电网不存在稳定问题，为了确保电流保护动作的选择性，采用时间配合的方式实现全线路的保护。常用的方式有反时限电流保护和三段电流保护，其中反时限电流保护的时间配合特性又分为标准反时限、非常反时限、极端反时限和超反时限。这类保护整定方便、配合灵活、价格便宜，同时可以包含低电压闭锁或方向闭锁，以提高可靠性；增加重合闸功能、低周减载功能和小电流接地选线功能。

电流保护实现配电网保护的前提是将整条馈线视为一个单元。当馈线故障时，将整条线路切掉，并不考虑对非故障区域的恢复供电，这些不利于提高供电可靠性。另一方面，由于依赖时间延时实现保护的选择性，导致某些故障的切除时间偏长，影响设备寿命。

2.2重合器方式的馈线保护实现馈线分段、增加电源点是提高供电可靠性的基础。重合器保护是将馈线故障自动限制在一个区段内的有效方式。

目前在我国城乡电网改造中仍有大量重合器得到应用，这种简单而有效的方式能够提高供电可靠性，相对于传统的电流保护有较大的优势。该方案的缺点是故障隔离的时间较长，多次重合对相关的负荷有一定影响。

2.3基于馈线自动化的馈线保护配电自动化包括馈线自动化和配电管理系统，其中馈线自动化实现对馈线信息的采集和控制，同时也实现了馈线保护。馈线自动化的核心是通信，以通信为基础可以实现配电网全局性的数据采集与控制，从而实现配电SCADA、配电高级应用(PAS)。同时以地理信息系统(GIS)为平台实现了配电网的设备管理、图资管理，而SCADA、GIS和PAS的一体化则促使配电自动化成为提供配电网保护与监控、配电网管理的全方位自动化运行管理系统。

这种基于通信的馈线自动化方案以集中控制为核心，综合了电流保护、RTU遥控及重合闸的多种方式，能够快速切除故障，在几秒到几十秒的时间内实现故障隔离，在几十秒到几分钟内实现恢复供电。该方案是目前配网自动化的主流方案，能够将馈线保护集成于一体化的配电网监控系统中，从故障切除、故障隔离、恢复供电方面都有效地提高了供电可靠性。同时，在整个配电自动化中，可以加装电能质量监测和补偿装置，从而在全局上实现改善电能质量的控制。

3馈线系统保护的应用前景

馈线系统保护在很大程度上沿续了高压线路纵联保护的基本原则。由于配电网的通信条件很可能十分理想。在此基础之上实现的馈线保护功能的性能大大提高。馈线系统保护利用通信实现了保护的选择性，将故障识别、故障隔离、重合闸、恢复故障一次性完成，具有以下优点：①快速处理故障，不需多次重合；②快速切除故障，提高了电动机类负荷的电能质量；③直接将故障隔离在故障区段，不影响非故障区段；④功能完成下放到馈线保护装置，无需配电主站、子站配合。

4馈线保护的发展趋势

目前，配电自动化中的馈线自动化较好地实现了馈线保护功能。但是随着配电自动化技术的发展及实践，对配电网保护的目的也要悄然发生变化。最初的配电网保护是以低成本的电流保护切除馈线故障，随着对供电可靠性要求的提高，又出现以低成本的重合器方式实现故障隔离、恢复供电，随着配电自动化的实施，馈线保护体现为基于远方通信的集中控制式的馈线自动化方式。在配电自动化的基础上，配电网通信得到充分重视，成本自动化的核心。目前国内的主流通信方式是光纤通信，具体分为光纤环网和光纤以太网。

这种实现方式实质上是在自动装置无选择性动作后的恢复供电。如果能够解决馈线故障时保护动作的选择性，就可以大大提高馈线保护的性能，从而一次性地实现故障切除与故障隔离。这需要馈线上的多个保护装置利用快速通信协同动作，共同实现有选择性的故障隔离，这就是馈线系统保护的基本思想。

继电保护的发展经历了电磁型、晶体管型、集成电路型和微机型。微机保护在拥有很强的计算能力的同时，也具有很强的通信能力。通信技术，尤其是快速通信技术的发展和普及，也推动了继电保护的发展。系统保护就是基于快速通信的由多个位于不同位置的保护装置共同构成的区域行广义保护。

智能配电系统架构分析及技术挑战 第12篇

分布式电源、分布式储能及可控负荷等的快速发展和大量接入促使电力系统，尤其是中低压配电系统发生着重大改变[1,2,3]。传统配电网通常闭环设计、开环运行，主要用于电力配送，配电自动化设备主要用于故障情况下的紧急处理[4]。大量分布式能源的接入将改变传统配电网单向潮流的基本格局，并可能严重影响正常电压水平、短路电流和供电可靠性[5,6,7]。同时，不同规模微电网的接入使配电网中存在许多规模和特性各异的自治运行区域[8,9,10]，传统的配电网管理模式难以进行有效、优化的管理。在此背景下，新型智能配电系统成为国内外研究的焦点。

智能配电系统旨在实现灵活、可靠、高效的配电网架构，高可靠性和高安全性的通信网络以及高级配电自动化，以主动、有效地控制和管理高渗透率分布式能源[11,12]。智能配电系统是智能电网的关键环节，是未来电力系统发展的必然趋势和方向[13]。

目前国内外在智能配电系统领域的相关技术研究和工程实践已逐步开展。相关技术涉及智能配电系统规划设计[14,15]、状态估计[16]、潮流路由与控制[17,18,19]、电压控制[20]、分布式能源消纳[21,22]、可靠性评估[23]、等值模型建立[24,25]、技术经济分析等诸多方面[26,27,28]。在工程实践方面，欧盟开展的主动配电网示范工程（ADINE）是最具代表性的项目之一，旨在解决含大规模分布式能源的主动配电网的保护、电压控制、电能质量、故障穿越和孤岛运行等一系列问题[29]；为了解决高渗透率可再生能源接入问题，加拿大自然资源部支持了涵盖主动配电网规划运行、分布式能源建模仿真、通信与分布式能源相关标准等一系列与智能配电系统相关的研究项目，Hydro-Quebec,Toronto Hydro,Hydro One,ENMAX和BC Hydro等电力企业亦开展了各具特点的智能配电系统实践[30]；日本最大的研究机构———日本产业技术综合研究所也正在进行智能配电系统的相关研究和实践，主要关注智能配电系统中的微电网技术、钠硫电池储能技术、负荷管理技术等方面[31]；中国在2012年启动了国家高技术研究发展计划（863计划）课题“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”，研究内容包括主动配电网综合规划及信息控制策略、间歇式能源多级分层消纳模式、消纳间歇式能源的协调控制技术、电能质量监控与治理技术、复合储能控制技术、能量管理系统开发等。尽管国内外相关领域的研究和实践已经取得了一些阶段性的成果[4,5,6]，但考虑到智能配电系统问题的复杂性和发展的长期性，智能配电系统相关领域研究仍需进一步深化。

本文首先探讨了集成有高渗透率分布式能源的智能配电系统架构，并从灵活互动的用户侧、多层次的自治运行区域、交直流混合特性、灵活多样的控制方式和运行模式、高级量测体系和智能配电信息系统等方面分析了其新特点。在此基础上，针对智能配电系统新型设备、规划设计、运行优化、系统分析、需求响应、新技术应用等关键技术问题进行了展望。最后，从能源互联网和综合能源系统两个角度展望了智能配电系统的前景。

1 智能配电系统综合架构和新特点探讨

智能配电系统是一个高度融合的物理信息系统，其结构将具有多样化特征，可以是交直流混合的复杂配电网，可能接有各种分布式电源、分布式储能、可控负荷、微电网和虚拟电厂等，通过各层次的能量管理系统实现集中和分布式自治相结合的控制管理模式，如图1所示。值得指出的是，图1仅用于形象说明智能配电系统的网架/通信结构、组成和控制方式，实际智能配电系统形式多样，并不囿于图1所示的形式。此外，图1仅是一个远景概念图，实际智能配电系统须从传统的配电网逐步发展而来，考虑到实际情况、具体需求、建设和运维经济性等因素，智能配电系统在不同地点、不同发展阶段均会有具体的形式和特点，不一而足。

相比传统配电系统，未来智能配电系统可能具有如下若干新特点。

1）灵活互动且类型多样的用户侧

智能配电系统中将会有大量分布式电源、分布式储能系统、电动汽车充电设施及各类可控智能电器设备接入。这些设施具有灵活可控的运行特性，并能够与配电系统进行双向互动，通过调整自身的运行计划和状态满足用户和电网双方面的需求。相比传统配电网中被动用电的用户侧，智能配电系统的用户侧同时具备发电、储电、用电的特性，能够作为一种响应资源主动参与智能配电系统的运行。

2）多层次的自治运行区域

不同于传统的辐射状配电网，智能配电系统可能包含多层次的自治运行区域[32]，在局部可环网运行。具体地，智能配电系统可以划分为多个独立运行的控制区域（Cell），可接有大量规模不同的虚拟电厂[33]和微电网等。这些自治运行区域规模各异，或相互独立，或相互嵌套；既具备一定的独立运行能力，又可以互相交换功率、在紧急情况下相互支援，既可以满足用户多样化的电能质量要求，又可以提高供电可靠性。

3）交直流混合特性

由于分布式电源、储能设备和负荷中有大量直流设备，智能配电系统将从传统单纯的交流配电网进化成交直流混合的配电系统[34]。在微电网层面，根据实际需要，微电网可以是交流微电网，也可以是直流微电网，还可以是交直流混合微电网；在配电系统网架层面，中低压配电系统可以既有交流馈线，也有直流馈线，交直流线路间通过电力电子装置连接、控制。交直流混合智能配电系统能够根据实际需求决定采用交流或直流供电，有助提升系统效率和适应性。

4）灵活多样的控制方式和运行模式

智能配电系统采用分层协调控制方式[35]，具备集中式控制与分散式控制的优点，在局部区域自治和相互协调的基础上，实现监测管理。局部区域自治中心以众多能量管理系统为依托，如：用户侧的智能家居能量管理系统、商业楼宇能量管理系统、社区能量管理系统、微电网能量管理系统、Cell控制系统、虚拟电厂控制系统，等等。这些区域自治控制中心除负责自身日常的控制之外，还可以在相互之间进行双向通信和协调互动；配电网管理系统与这些区域自治控制中心双向互动，实现对整个智能配电系统的主动、有效管理。

通过对各自治运行区域的灵活控制和网络重构，智能配电系统具有灵活多变的运行模式，既能提升配电系统正常运行期间的电能质量和运行经济性，又能在故障发生时迅速反应、降低故障造成的负面影响。

5）高级量测体系和智能配电信息系统

配电系统海量信息的量测采集、双向流动和管理处理是智能配电系统区别于传统配电系统最基本的特征之一，也是其发展的基础，需通过高级量测体系和智能配电信息系统实现。智能配电系统高级量测体系建立在先进的传感量测技术和信息通信技术的基础上，主要包含智能电表、双向通信网络、计量数据管理系统和用户室内网等，实现智能配电系统信息的采集、传输、存储与分析。智能配电信息系统实现对配电信息的整合与综合管理、设备管理、营销策略制定、业务管理及调度管理，为智能配电系统的规划设计、运行调度和综合管理提供数据支撑。

2 智能配电系统关键技术

智能配电系统具有的新架构和新特点一方面为配电系统效率和服务的提升带来了重要的机遇，另一方面也带来了许多新的复杂问题。

2.1 新型配电设备

智能配电系统中的新型设备和装置可以分为两类：一类是分布式电源、分布式储能和各类可控负荷，是智能配电系统中的主要设备；另一类是用于优化控制智能配电系统的辅助装置，包括传感测量装置、通信装置、控制装置和电力电子装置等。

新型电力电子装置是智能配电系统运行优化控制的重要手段，能够实现交直流转换、直流变压等基本功能，是构建交直流混合配电系统的关键装置。同时，固态断路器、有源电力滤波器及故障电流限制器等可以改变网络结构和参数、补偿谐波和无功功率及限制系统短路电流，改善系统的电能质量。由背靠背电压源型变流器或统一潮流控制器实现的新型电力电子装置———软常开开关可用于连接智能配电系统的馈线，通过控制连接线上的有功潮流和无功潮流，实现平衡功率、改善电压、重构网络、转带负荷、限制故障电流等功能[36]。

2.2 规划设计关键技术

除了考虑传统配电系统规划设计的相关要素外，智能配电系统规划设计还具有如下一些显著特点：(1)由于各种新型设备装置的接入，智能配电系统的网络结构和各部分的运行方式灵活多变，使其规划设计问题与运行问题具有强耦合性，必须在规划设计时充分考虑系统运行策略和工况的影响；(2)大量可再生分布式能源的接入和需求侧与电网的互动使系统不确定性显著增强，给空间负荷预测乃至整个规划设计工作带来了新困难[37,38];(3)除传统的电源优化规划和网络优化规划外，智能配电系统规划还需解决包括分布式电源和储能在内的各类分布式能源的选址定容问题[39,40]，并同时考虑新型辅助装置、智能配电自动化和量测信息系统的规划问题[41];(4)除传统的安全性、可靠性和经济性目标外，智能配电系统还需同时考虑提升综合能源利用效率、最大化绿色能源利用、最小化环境污染影响、最大化社会效益等其他规划目标[42]。

尽管智能配电系统规划设计面临许多新问题和挑战，但高级量测系统和配电信息系统的发展使规划设计所需的历史和现状数据的获取更容易、内容更全面和准确。在此基础上，可采用动态规划、滚动规划、随机规划等方法，充分考虑多运行场景、多能源利用方式和多种规划设计目标，在设计边界内寻求最优规划设计方案，需考虑的相关因素见图2。

2.3 优化运行关键技术

智能配电系统中的许多分布式电源和新型辅助装置具有很强的灵活性和可控性，可为系统的运行优化提供更多技术手段[43,44]。广义而言，智能配电系统的优化运行包括对智能配电系统整体以及其中各层次自治运行区域的优化调度和控制[45]，如Cell优化运行、微电网优化运行、家庭能量管理等。高渗透率可再生分布式能源的随机性和波动性、“源—网—荷”的协调互动[46]、多种能源的综合利用等问题是智能配电系统优化运行的主要难点。

就整个配电系统层面的运行优化而言，主要优化目标包括降低系统网损、改善电压水平[47]和降低运行维护费用等；主要优化对象是系统中的可控设备，包括有载调压器、自动调压器、静止无功补偿器、分组投切电容器和静止无功发生器等传统配电网辅助装置以及可调度分布式电源、分布式储能、虚拟电厂、软常开开关等新型设备装置[48]。根据控制结构的不同，可分为集中式调度控制和分散式调度控制两类。集中式调度控制通过配电管理系统统一实现，配电管理系统通过高级量测系统收集所需全局信息，并在其基础上做出优化决策调整可控设备装置，实现运行目标；在分散式调度控制中，各智能设备装置通过分析本地信息及其他相邻设备装置的相关信息做出决策，多代理技术是一种典型的分散式控制技术[49,50]。按照时间周期不同，运行优化可以分为日前计划和实时调整，二者常在现实中相互配合实施[51]。

2.4 系统分析关键技术

状态估计和潮流计算是智能配电系统分析的关键技术，是开展规划设计、优化运行等各项工作的基础[52]。虽然传统系统分析方法已十分成熟，但智能配电系统的新特性对其提出了新的需求，包括：(1)智能配电系统是交直流混合网络，含有大量基于电力电子装置的新型设备，同时含有分布式电源、储能和可控负荷等，需提出新的模型和方法[53];(2)大量分布式电源和新型设备装置的接入使智能配电系统相关分析问题的规模大大增加，同时，由于网络重构[54]、分布式能源的投切、电动汽车在网络中的移动等原因，智能配电系统拓扑结构和参数的变化非常频繁，因此需要发展更为快速的系统分析方法以动态分析评估智能配电系统的状态；(3)传统潮流计算在不同时间断面间是解耦的，但由于储能设备的接入，智能配电系统中不同时间断面的潮流相互之间存在一定的耦合关系，因此在一些场景下需发展时间序列潮流用于系统分析和评估。

2.5 用户侧需求响应关键技术

需求响应是用户侧资源主动参与电力系统运行的关键技术，包括基于激励的需求响应技术（如直接负荷控制、紧急需求响应、可中断负荷和容量辅助服务计划等）和基于价格的需求响应技术（如分时电价、尖峰电价、实时电价等）[55]。随着传感测量技术、智能控制技术、信息通信技术等在用户侧的广泛应用，智能配电系统用户侧含有大量需求响应资源，且具有强的灵活性和互动响应能力，可参与智能配电系统的运行，完成削峰填谷、平滑功率、虚拟备用等辅助服务，提高系统的运行可靠性和经济性[56,57]。传统需求响应研究多数基于传统通信架构和用电设备，智能配电系统下的需求响应研究应结合其先进的通信架构，研究各类型用户（居民、工商业、公共市政等）智能可控负荷的响应特性、聚合模型、控制方法等。此外，电动汽车及其充放电设施的接入和管理也是一个重要议题，大量电动汽车接入对智能配电系统可能会有负面影响，同时，电动汽车可用于实现特定的系统运行目标。

2.6 新技术应用

近年来涌现出了许多新技术，其中一些已经应用或有潜力应用到智能配电系统之中。值得指出的是，这些新技术本身仍处于发展之中，其在智能配电系统中的应用前景亦有许多未明朗之处，但仍不失为未来研究和实践可以进一步探索的方向。

1）大数据技术

大数据技术的相关研究近年来持续升温。在完善的高级量测体系下，智能配电系统来自用户侧、微电网及配电网的海量结构化/半结构化/非结构化数据亦具有“大数据”的特点[58,59,60]，发展去冗降噪、大数据存储、云计算、数据分析挖掘等大数据相关技术，对智能配电系统的状态估计、负荷预测、需求响应、规划设计等环节具有重要的促进作用。

2）物联网技术

物联网技术已经在智能配电系统的一些领域展开了应用，并有广阔的应用前景，例如：智能家居中的智能电器和传感器组成了家庭局域网并通过网关与外界相连，在此基础上能够实现家庭能量的优化管理和与智能配电系统的双向互动[61]；物联网技术还可应用于智能配电系统的其他设备和装置，组成以设备与设备相连为基础的分散式控制结构，或再与控制中心相连组成集中式控制结构，实现对智能配电系统内各设备装置的控制。

3）信息物理系统技术

信息物理系统以信息为纽带将物理网络与信息网络紧密结合成一个整体系统，并借助完善的感知、计算、控制技术实现其智能化运行。融合了高级量测技术、快速仿真与模拟技术以及灵活控制技术的智能配电系统是一个典型的物理信息系统[62,63,64]，如图3所示。信息物理系统的相关分析方法和技术可直接应用于智能配电系统。

3 智能配电系统前景展望

智能配电系统是智能电网的关键环节，未来还可能成为能源互联网的重要组成部分和综合能源系统的重要支撑。

1）能源互联网的重要组成部分

能源互联网是以互联网理念构建的新型信息能源融合的“广域网”，它以大电网为“电力主干网”，以智能配电网、微电网为“局域网”，以开放对等信息和能源一体化架构，在能量路由[65]、能量缓冲[66]和能量管理[67]等关键技术的支撑下，真正实现能源双向按需传输和动态平衡使用，最大限度地适应分布式能源的接入[68]。

2）综合能源系统的重要支撑平台

综合能源系统是指在规划、建设和运行等过程中，通过对多种能源的产生、传输与分配（能源供应网络）、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供消一体化系统[69,70,71]。未来的智能配电系统将集成多种能源形式的区域综合能源系统，并与能源主干网相连接，实现综合能源集成、传输、配送和综合管理，是未来综合能源系统的重要支撑平台。

4 结语

本文主要从技术角度探讨了智能配电系统的综合架构、新特点和关键技术。目前智能配电系统的发展仍处于初级阶段，其架构、特点和技术前景远未定型，需要在不断的研究和实践中根据实际需要不断发展。本文探讨的内容仅是在国内外现有研究实践成果的基础上作的概括和思考，希望对未来智能配电系统的进一步研究实践提供一些思路和借鉴。