新能源高比例接入電網(wǎng)的配網(wǎng)管理與技術(shù)措施

摘 要：在高比例新能源接入電網(wǎng)之后通過智能電網(wǎng)分析，以人工智能和大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)系統(tǒng)為核心，完成智能電網(wǎng)技術(shù)變革，這是關(guān)于配電網(wǎng)模式，以及電網(wǎng)調(diào)配控制的關(guān)鍵技術(shù)。該研究通過對(duì)電網(wǎng)配置以及目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，明確高比例新能源接入電網(wǎng)之后對(duì)部分地區(qū)的影響，并且對(duì)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償、智能變電站等關(guān)鍵技術(shù)作出同步應(yīng)用研究。進(jìn)一步提高電網(wǎng)配置的有效性，也實(shí)現(xiàn)基于新電網(wǎng)配置及功能效率內(nèi)容的調(diào)整。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；低電壓調(diào)節(jié)裝置；保護(hù)與電壓調(diào)整；電網(wǎng)配置；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）31-0149-04

Abstract： After a high proportion of new energy is connected to the power grid， smart grid technology transformation is completed through smart grid analysis， with artificial intelligence and big data basic systems as the core. This is a key technology related to the distribution network model and power grid deployment control. By analyzing the power grid configuration and the current power grid structure system， the research clarifies the impact of a high proportion of new energy connected to the power grid on s4f676973aa6f05cea92f4212739b4be37f50a50d1a3f75ea08e731e8051bbdd0ome areas， and conducts simultaneous application research on key technologies such as power grid voltage compensation technology and smart substation technology， so as to further improve the effectiveness of power grid configuration and realize adjustments based on the new power grid configuration and functional efficiency content.

Keywords： distribution network; low-voltage regulator; protection and voltage regulation; power grid configuration; power grid structure system

進(jìn)入21世紀(jì)后，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力行業(yè)發(fā)展機(jī)遇巨大，在此背景下，智能電網(wǎng)在能源行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，已成為工業(yè)發(fā)展的方向。智能電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)含量高。建設(shè)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化已成為中國能源行業(yè)的重要任務(wù)，也是最大限度提高能源供應(yīng)可靠性的主要保證。然而，近年來，由于配電網(wǎng)與運(yùn)輸網(wǎng)之間的不同步，中國的能源發(fā)展呈現(xiàn)出不平衡的發(fā)展趨勢(shì)，這使得配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平高于運(yùn)輸網(wǎng)。近年來，由于配電網(wǎng)與運(yùn)輸網(wǎng)之間的不同步，中國的能源發(fā)展呈現(xiàn)出不平衡的發(fā)展趨勢(shì)，這使得配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平高于運(yùn)輸網(wǎng)。但是，電力系統(tǒng)中的大多數(shù)錯(cuò)誤都來自配電網(wǎng)絡(luò)，而配電網(wǎng)絡(luò)中的電力損耗遠(yuǎn)高于輸電網(wǎng)絡(luò)，后者占整個(gè)電力系統(tǒng)損耗的50％左右。另一方面，配電網(wǎng)是連接用戶與供電企業(yè)的紐帶，其運(yùn)營質(zhì)量將對(duì)用戶產(chǎn)生更大的影響，特別是對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)需要能源質(zhì)量和供電可靠性更高，因此實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化已成為能源供應(yīng)的緊迫任務(wù)。

1 造成低壓配電網(wǎng)低電壓問題的主要原因

1.1 配網(wǎng)自動(dòng)化概念

所謂的配電自動(dòng)化是指基于現(xiàn)代通信技術(shù)和行業(yè)電子技術(shù)，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行有效的集成和分析。系統(tǒng)工程主要包括基站系統(tǒng)層、分配網(wǎng)絡(luò)層、通信系統(tǒng)層及分配網(wǎng)絡(luò)的最終系統(tǒng)層。其中，分發(fā)站點(diǎn)和中繼站層是分發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組成部分，因?yàn)橹髡緦涌梢詾槠渌K端系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)出各種命令，并傳輸遠(yuǎn)程單元收集的信息。因此，主站系統(tǒng)和配電系統(tǒng)自動(dòng)化中的配電質(zhì)量是決定整個(gè)配電系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的關(guān)鍵。在大型電力系統(tǒng)中，配電線是電氣系統(tǒng)中的最后一個(gè)連接，其主要功能是傳輸電力。它包括配電設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、監(jiān)視設(shè)備、通信和控制設(shè)備，以及電源、電流導(dǎo)體、補(bǔ)償電容器、配電和構(gòu)成整個(gè)配電系統(tǒng)的各種其他組件。根據(jù)具體的工作方式，我們嘗試提供高質(zhì)量的電力，以滿足用戶對(duì)電力的需求。

1.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化變電站系統(tǒng)

由于配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)必須控制多個(gè)設(shè)備，因此它主要包括打開和關(guān)閉站、配電室、配電盤和配電終端設(shè)備。但是，并非所有終端都能完全理解與站點(diǎn)主系統(tǒng)的直接連接，因此，系統(tǒng)必須安裝一個(gè)稱為配電自動(dòng)化變電站的中間層。配電網(wǎng)絡(luò)變電站的主要功能是與高層主站和底層終端提供通信和數(shù)據(jù)，以確保整個(gè)系統(tǒng)中信息的平滑性和系統(tǒng)的優(yōu)化。終端的主要功能是使配送網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化：數(shù)據(jù)收集和處理，站點(diǎn)管理和遠(yuǎn)程控制，錯(cuò)誤檢測(cè)，貨物轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。配電終端層是整個(gè)系統(tǒng)的底層，包括安裝為配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化終端的FTU自動(dòng)化終端，安裝在配電變壓器上的TTU自動(dòng)化終端，以及安裝在交換站，配電站和環(huán)網(wǎng)的自動(dòng)化。FTU終端等主要完成上級(jí)站點(diǎn)發(fā)出的控制命令的收集、監(jiān)視和執(zhí)行，這些命令包括列交換機(jī)、分支配電變壓器、導(dǎo)體、配電室、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和箱型變壓器等，并在必要時(shí)（在斷開連接的情況下）在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)本身中執(zhí)行智能功能。

1.3 配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)

中國的配電網(wǎng)由城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)組成，包括不同類型的電源，城市配電網(wǎng)的主要設(shè)備包括環(huán)網(wǎng)柜、交換站和農(nóng)村線路。它主要用于電力線和開關(guān)的復(fù)制，架空線的清潔主要是使用松弛法進(jìn)行的，松弛法的使用大大增加了電網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行。在配電網(wǎng)中安裝遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主要目的是有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中部署的每個(gè)設(shè)備的監(jiān)視功能，其主要問題是不能完全掌握用于通信的標(biāo)準(zhǔn)信息。當(dāng)前，在應(yīng)用COT和POLLING法律方面存在某些缺陷，雖然已經(jīng)開發(fā)了新的法律標(biāo)準(zhǔn)，但是該標(biāo)準(zhǔn)仍在開發(fā)中，尚未在實(shí)踐中實(shí)施，并且尚未對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試?？煽啃允菍?shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，最簡單的維護(hù)方法是使配電網(wǎng)絡(luò)能夠在惡劣的條件下運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)之間的平滑連接。萬一發(fā)生錯(cuò)誤，主站會(huì)迅速接收收集器終端提供的信息，迅速了解錯(cuò)誤的位置，解決問題并恢復(fù)供電。2個(gè)站點(diǎn)必須進(jìn)行雙向通信，通信的基本設(shè)備包括電力線通信、GPRS通信（無線通信模塊）和光纖通信。

2 電壓型智能電容器的原理及組成

2.1 采樣原理

低電壓智能電容器是用于0.4 kV配電網(wǎng)的新型無功補(bǔ)償裝置，它由智能組件、基于微電子的電磁同步開關(guān)電器、微型電流采樣互感器、快速斷路器和低電壓電力電容器組成，通過對(duì)系統(tǒng)中的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取實(shí)時(shí)的電壓數(shù)據(jù)用于后續(xù)的控制和調(diào)節(jié)。根據(jù)采集到的電壓數(shù)據(jù)，利用控制算法計(jì)算出應(yīng)該接入或退出的電容器容量，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償目標(biāo)。智能電容器通常具有通信功能，可以與系統(tǒng)中的監(jiān)控設(shè)備或主控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制（圖1）。

交流采樣一般采用傳統(tǒng)的同步采樣算法，要求采樣間隔與電網(wǎng)頻率同步，由外部硬件電路跟蹤電網(wǎng)頻率，再由處理器軟件調(diào)整采樣頻率，達(dá)到同步采樣的目的。由于電網(wǎng)復(fù)雜的諧波環(huán)境會(huì)導(dǎo)致鎖相環(huán)電路失鎖、比較電路失頻等故障，影響無功補(bǔ)償裝置穩(wěn)定工作?；谕降惴ㄔ?，電壓型智能電容器采用準(zhǔn)同步采樣法，固定采樣頻率，通過軟件實(shí)現(xiàn)同步迭代算法原理，使采樣計(jì)算不需要硬件實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)頻率同步，降低了硬件的復(fù)雜性。基于同步迭代算法原理實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)同步采樣，在工程應(yīng)用中具有廣泛的適用性。

2.2 同步開關(guān)原理

開關(guān)電器投入時(shí)，智能元件通過檢測(cè)觸點(diǎn)兩端的電壓，控制觸點(diǎn)在電壓零時(shí)閉合，同時(shí)檢測(cè)閉合時(shí)間，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)開關(guān)電器的投入動(dòng)作時(shí)間；投料時(shí)，智能元件通過檢測(cè)觸點(diǎn)電流，控制觸點(diǎn)在電流零時(shí)閉合，同時(shí)檢測(cè)開關(guān)電器的投入動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)開關(guān)電器的投入動(dòng)作時(shí)間。采用開關(guān)電器實(shí)現(xiàn)“零投切”功能，使投切后產(chǎn)生涌流I<2In，在退運(yùn)時(shí)無燃弧現(xiàn)象，延長了低壓電力電容器的壽命。

3 新型寬幅調(diào)壓配電變壓器設(shè)計(jì)

3.1 短路電流計(jì)算

短路電流計(jì)算見表1。

基準(zhǔn)功率SB=100 MVA，基準(zhǔn)電壓UB=UN。

系統(tǒng)阻抗X*=0.06。

將短路電流最大點(diǎn)三相接地短路作為短路計(jì)算點(diǎn)，設(shè)置出如下3個(gè)短路計(jì)算點(diǎn)k1、k2、k3，將變電所110 kV的降壓變電所的40 MW變壓器并列運(yùn)行。

3.2 配電自動(dòng)化設(shè)備巡視管理

在供電站的運(yùn)行過程中，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用成為了目前發(fā)展的主流趨勢(shì)，尤其當(dāng)前的科技發(fā)展速度較快，為了滿足各地區(qū)的用電需求，針對(duì)實(shí)際的情況建立供電站實(shí)施輸送電力資源，保障人們?nèi)粘５挠秒姲踩Ｗ詣?dòng)化設(shè)備的運(yùn)行對(duì)比傳統(tǒng)的供電站運(yùn)行管理工作而言，降低了人力資源的消耗，全方位提高管理工作的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)24 h全程化的監(jiān)管。過去的供電站運(yùn)行管理需要，由人工的方式進(jìn)行巡檢，檢查各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，一旦出現(xiàn)有故障問題，則需要逐一進(jìn)行排查，其中耗費(fèi)的時(shí)間過長，也無法在第一時(shí)間解決問題，從而影響到了供電站的正常運(yùn)行。而在配電自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行過程中，可以全方位地提高巡視管理工作的效率和質(zhì)量，快速準(zhǔn)確地定位故障位置和具體原因，然后采取專業(yè)的方式進(jìn)行處理，避免影響到供電站的正常運(yùn)行。供電電站通過每天檢查配電自動(dòng)化設(shè)備來檢查配電線路和設(shè)備。日常檢查包括終端外觀、終端板信息、操作狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、本地?zé)o線信號(hào)、終端遠(yuǎn)程/本地手柄、終端操作指示燈狀態(tài)、光纜外觀和通信行業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)指示燈。調(diào)度員每天檢查終端連接的狀態(tài)，并提供通過調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)收集的信息，并在檢查過程中及時(shí)通知問題和不足，為網(wǎng)絡(luò)的未來運(yùn)行做準(zhǔn)備并等待全面分發(fā)。綜合配電網(wǎng)類進(jìn)行專項(xiàng)檢查。特殊檢查不僅包括例行檢查之類的檢查，還包括點(diǎn)表中的信息（電路訪問順序、電路說明等），端子內(nèi)部接線、電池狀態(tài)、端子參數(shù)（軟件版本，常數(shù)等），包括一個(gè)終端。狀態(tài)數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)收集、通信電纜彎曲、光纜設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、通信行業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。

3.3 配電自動(dòng)化設(shè)備故障管理

隨著科技的高速發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，能夠有效解決生產(chǎn)制作當(dāng)中所存在的問題，同時(shí)還能夠精準(zhǔn)把控電力資源的輸出，精準(zhǔn)檢測(cè)用電過程中可能會(huì)存在的安全隱患問題，以此保障用電的安全。配電自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行的過程中，由于長期處于高強(qiáng)度的工作狀態(tài)之下，設(shè)備內(nèi)部容易出現(xiàn)損壞或者老化的情況，如果配電自動(dòng)化終端發(fā)生錯(cuò)誤或故障，供電站應(yīng)根據(jù)故障及其嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)采取必要的控制措施，并向縣和地區(qū)辦公室的配電網(wǎng)絡(luò)類別報(bào)告，以便立即采取行動(dòng)。通過對(duì)配電自動(dòng)化設(shè)備故障問題進(jìn)行深入的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，常見的故障問題包括內(nèi)部設(shè)備零部件需要進(jìn)行更換、人員操作失誤所導(dǎo)致的故障問題、數(shù)據(jù)檢測(cè)出現(xiàn)故障等，這些常見的故障問題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)的工作開展受到影響，無法準(zhǔn)確檢測(cè)到各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀況及基本的參數(shù)變化，提高了配電站運(yùn)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)。為此，在故障管理工作中，國家和地區(qū)局的綜合分銷網(wǎng)絡(luò)必須確認(rèn)并在5個(gè)工作日內(nèi)立即處理，以確保及時(shí)解決和報(bào)告缺陷。操作不良會(huì)影響配電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的正常運(yùn)行，需要聯(lián)系系統(tǒng)運(yùn)營部門（配電控制中心）發(fā)送通信，包括配電通信設(shè)備。在運(yùn)行Ice Error/Error之前，應(yīng)預(yù)先保存自動(dòng)化設(shè)備的不受保護(hù)的消息和設(shè)備設(shè)置，以在發(fā)生錯(cuò)誤之前檢測(cè)并分析將來的錯(cuò)誤。配電自動(dòng)化相關(guān)的設(shè)備故障會(huì)錯(cuò)誤地分配分散信號(hào)，占用配電網(wǎng)監(jiān)控窗口的通道并干擾監(jiān)控計(jì)劃。必須提前通知調(diào)度員。配電自動(dòng)化設(shè)備中的錯(cuò)誤或不足應(yīng)在信息系統(tǒng)故障管理模塊中識(shí)別和開發(fā)。配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備通信模塊（站所終端設(shè)備DTU、FTU）一般故障處理方法。當(dāng)站所終端設(shè)備DTU、站所終端設(shè)備FTU無法正常連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先看SIM卡是否松動(dòng)，是否安裝正確，檢查天線是否斷線損壞，檢查所處位置的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)是否達(dá)標(biāo)。當(dāng)站所終端設(shè)備DTU、站所終端設(shè)備FTU的無線模塊經(jīng)常無法連接服務(wù)器時(shí)，首先，檢查模塊的網(wǎng)關(guān)和拓展參數(shù)的配置是否正確；其次，檢查站所終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)是否穩(wěn)定正常。當(dāng)站所終端設(shè)備DTU、站所終端設(shè)備FTU未檢測(cè)到數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，首先，登錄到主站后，檢查數(shù)據(jù)線是否接反，設(shè)備的串口波特率是否正確；其次，檢查主站是否給IP地址做了相應(yīng)的數(shù)據(jù)修改。

4 結(jié)束語

高比例新能源接入對(duì)電網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，包括電網(wǎng)穩(wěn)定性、電壓控制、無功平衡等方面的問題。通過本文研究，提出了針對(duì)這些挑戰(zhàn)的一系列應(yīng)對(duì)策略和技術(shù)措施。強(qiáng)調(diào)了智能化技術(shù)在配網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)維、控制和保護(hù)方面的關(guān)鍵作用，包括人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，提高了配網(wǎng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。針對(duì)新能源接入波動(dòng)性大的特點(diǎn)，論文提出了靈活控制策略和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源的精細(xì)化控制，提高了電網(wǎng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。通過對(duì)高比例新能源接入電網(wǎng)后配網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)維、控制、保護(hù)與電壓調(diào)整等方面的研究，進(jìn)一步提升電網(wǎng)的智能化水平和運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔王鶯，白樺，鄧奕星.高彈性配電網(wǎng)網(wǎng)架分解協(xié)調(diào)聯(lián)合調(diào)度策略優(yōu)化[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2023，42（3）：72-75，84.

[2] 張春卉.電力配網(wǎng)調(diào)度管理和技術(shù)分析[J].工程學(xué)研究與實(shí)用，2022，3（7）.

[3] 施佳鋒，張宏杰，李中偉，等.計(jì)及配電網(wǎng)約束的溫控負(fù)荷參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的優(yōu)化調(diào)度方法[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2022， 41（8）：84-88，105.

[4] 朱然楷.農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)后的電壓控制與運(yùn)行調(diào)整策略——評(píng)《小型水電站運(yùn)行與維護(hù)》[J].人民黃河，2022，44（4）：166.