智能配網(wǎng)自愈過程過電壓影響因素分析

鄧遠

摘 要： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展智能電網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于居民日常生活供電的電網(wǎng)建設(shè)，而用電設(shè)備數(shù)量與種類的迅速增加也對智能電網(wǎng)提出更高的要求，對智能電網(wǎng)自愈過程中的電壓影響因素進行了分析，建立了電網(wǎng)的仿真模型，對電網(wǎng)規(guī)模以及設(shè)備之間電纜長度對電網(wǎng)過電壓影響因素進行了仿真分析，實驗表明電網(wǎng)規(guī)模與電纜長度對電網(wǎng)自愈過程中的過電壓都有一定的影響，在后續(xù)智能電網(wǎng)設(shè)計的過程中需要將上述因素考慮進去。

關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)；自愈；仿真模型；電網(wǎng)規(guī)模；電纜長度；過電壓

1引言

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們?nèi)粘Ｉ钣秒妼ε潆娋W(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越來越高。近年來智能電網(wǎng)的概念被提出，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)在很大程度上解決了配電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題，目前智能電網(wǎng)也是研究的熱點問題。智能電網(wǎng)的一個非常重要的特點就是帶有故障自愈功能，而自愈功能的實現(xiàn)在很大程度上解決了配電網(wǎng)的不間歇供電問題，也就是在任何情況下電網(wǎng)發(fā)生故障的時候在很多的時間內(nèi)電網(wǎng)就能自行的解決故障并恢復(fù)到正常工作的狀態(tài)，與此同時將故障所造成的影響盡量減小，避免對整個配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)造成大的影響避免系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象發(fā)生，微網(wǎng)是智能電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。本文對智能電網(wǎng)自愈過程中電壓的影響因素進行研究，從而對影響智能電網(wǎng)自愈的影響因素進行研究，以提高智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性。對智能電網(wǎng)自愈過程中的電壓影響因素的研究需要構(gòu)建智能電網(wǎng)的仿真模型以便可以采用數(shù)學(xué)模型來對其進行分析。

2電網(wǎng)仿真模型

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)主要有兩種一種為含有微網(wǎng)的智能配網(wǎng)基礎(chǔ)性模型也就是城市配電網(wǎng)中經(jīng)常所采用的手拉手型的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型。另外一種為美國可靠性技術(shù)協(xié)會所提出的智能配網(wǎng)模型。智能電網(wǎng)中主要含有光伏發(fā)電、微型燃汽輪機和儲能電池 幾種分布式的電源。在配電網(wǎng)模型中，電源通常采用具有電感的三相電源來進行表示，電源的容量為0.1 MVA，輸出電壓為10 kV，內(nèi)部電感的大小為16μH。在智能電網(wǎng)配網(wǎng)模型中，光伏發(fā)電與儲能電池通過逆變與微網(wǎng)進行連接，所得到電源的出口電壓為480 V，直流一側(cè)的電壓為1.5 kV，直流電容的大小為1 000 μF， 濾波環(huán)節(jié)的參數(shù)為 L=0.002 H， C=200 μF，通過0.48/0.4 kV變壓器400 V 和微網(wǎng)系統(tǒng)進行連接；微型汽輪機可以采用小型的發(fā)電機來代替，發(fā)電機的勵磁與調(diào)速采用PV控制，所得到電源的出口電壓為 400 V，容量達到了30kVA。系統(tǒng)采用電纜供電，電纜埋設(shè)的深度為1 m；負荷為春阻抗性負荷，電壓等級為400 V，功率為0.04 kW；微網(wǎng)中變壓器容量為15 MVA，降壓比為10 kV/0.4 kV。電纜長度的影響因素采用的是基礎(chǔ)性模型，研究配網(wǎng)規(guī)模對配電網(wǎng)電壓的影響則在基礎(chǔ)模型上進行了適當(dāng)?shù)耐卣梗诘呐渚W(wǎng)仿真模型如下圖3-b所示。

圖 1配電網(wǎng)仿真模型

3電壓影響分析

3.1配網(wǎng)規(guī)模影響分析

本環(huán)節(jié)對配網(wǎng)規(guī)模對智能電網(wǎng)自愈過程中電壓的影響進行仿真分析。所得到的過電壓隨著配電網(wǎng)規(guī)模的變化最大過電壓標幺值的變化如下圖2所示。

圖 2過電壓隨配電網(wǎng)規(guī)模變化

根據(jù)上圖2可以得到最大過電壓標幺值隨著電源變化規(guī)律，其中配電網(wǎng)規(guī)模的變化可以采用電網(wǎng)模型中配電柜的數(shù)量進行等效代替。通過上圖的變化規(guī)律可以看出，最大過電壓標幺值隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸增加呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。不同配電網(wǎng)規(guī)模下最大過電壓標幺值隨著規(guī)模的減少呈現(xiàn)出線性減小的趨勢，從這角度上來看隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大可以在一定程度上減小最大過電壓標幺值，也就是減小過電壓對電網(wǎng)供電的影響；而在不同的操作時刻過電壓的數(shù)值呈現(xiàn)出不同的分布特征：在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)模型中環(huán)網(wǎng)柜備用斷路器分閘、環(huán)網(wǎng)柜微網(wǎng)側(cè)斷路器（T1）分閘、微網(wǎng)出口斷路器（T2）分閘 等幾個操作的環(huán)節(jié)未出現(xiàn)過電壓情況，但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大出現(xiàn)了過電壓；最大過電壓發(fā)生的時刻也發(fā)生了相應(yīng)的變化：如果環(huán)網(wǎng)柜的個數(shù)少于3個那么最大過電壓出現(xiàn)在環(huán)網(wǎng)柜一側(cè)斷路器重新合閘的瞬間，而如果環(huán)網(wǎng)柜的數(shù)量多于3個那么最大過電壓則出現(xiàn)在環(huán)網(wǎng)柜一側(cè)備用斷路器重新合閘的瞬間；而環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量不同的情況過電壓的電壓值則基本一致，只是隨著環(huán)網(wǎng)柜的數(shù)量的增多過電壓的值開始逐漸略微減小。

3.2電纜程度影響分析

在上述圖1所示的配電網(wǎng)模型中配電網(wǎng)的電源以及備用電源和環(huán)網(wǎng)柜之間的電纜的長度均為1千米、為了研究電纜長度對智能電網(wǎng)自愈過程中過電壓的影響，現(xiàn)令上述設(shè)備之間的電纜從0～2 km長度范圍內(nèi)進行變化來開查看電纜長度對電網(wǎng)自愈過程中過電壓的影響，取值長度以及仿真計算的結(jié)果如下表1所示。

表 1配網(wǎng)長度對過電壓的影響

通過4個監(jiān)測點可以得到過電壓值隨著電纜長度的變化情況。通過上表可以知道，最大過電壓數(shù)值隨著電纜長度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。其中增大與減小的分界點在1.25千米，如果電纜的長度小于該數(shù)值那么隨著電纜長度的增加過電壓值在不斷的減小，而當(dāng)電纜的長度大于1.25千米時過電壓隨著電纜長度的增加而逐漸增大；在電纜長度較短的時候，出現(xiàn)了7以上的最大過電壓標幺值，因而需要對相應(yīng)的設(shè)備增加防護裝置。通過對不同監(jiān)測位置過電壓數(shù)值的比較，可以得到電纜長度與不同監(jiān)測點最大過電壓標幺值也存在著一定的關(guān)系。通過仿真可以得到不同操作情況下不同電纜長度下各監(jiān)測點最大過電壓的標幺值。其中自愈過程中過電壓出現(xiàn)較為集中的時刻為故障隔離之后，也就是在環(huán)柜網(wǎng)一側(cè)的電源斷路器以及備用的電源斷路器的重合閘的瞬間。造成這種情況的主要原因在于在斷路器重新合閘的瞬間形成了兩段空載的電纜并聯(lián)在微網(wǎng)中，這個時候?qū)嗦菲鬟M行重新合閘也就是對空載電纜進行重合操作，因而目前來看智能電網(wǎng)自愈過程中產(chǎn)生過電壓的主要因素在于電纜空載狀況下的重新合閘，這種情況非常容易造成過電壓的出現(xiàn)。通過對不同電纜長度下過電壓數(shù)值的比較發(fā)現(xiàn)，如果電纜的長度小于1千米，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障重新合閘的過程中所造成的過電壓數(shù)值會遠遠超過所允許的最大過電壓的標幺值，會對智能電網(wǎng)中的設(shè)備以及用電設(shè)備產(chǎn)生嚴重的安全威脅，必須要采取對相關(guān)的設(shè)備增加防護裝置。

結(jié)論

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大最大過電壓的標幺值呈現(xiàn)出線性下降的趨勢，而最大過電壓的數(shù)值相對較高，在3-6之間。增加配電網(wǎng)的規(guī)?？梢允沟米畲筮^電壓標幺值逐漸減小，不同的操作會導(dǎo)致過電壓的時間分布明顯的不同。電網(wǎng)最大過電壓標幺值隨著電纜的長度呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢，其中1.25千米為分界點，過電壓集中分布在斷路器重新合閘的時刻。因而在后續(xù)智能電網(wǎng)設(shè)計的過程中，需要將配電網(wǎng)的規(guī)模因素以及電纜的長度對過電壓的影響因素考慮進去，并通過對二者對過電壓影響進行有針對性的仿真分析，結(jié)合仿真的結(jié)果來對智能電網(wǎng)進行設(shè)計。■

參考文獻

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