智能配網自愈過程過電壓影響因素分析

鄧遠

摘 要： 隨著科學技術的發展智能電網已經廣泛應用于居民日常生活供電的電網建設，而用電設備數量與種類的迅速增加也對智能電網提出更高的要求，對智能電網自愈過程中的電壓影響因素進行了分析，建立了電網的仿真模型，對電網規模以及設備之間電纜長度對電網過電壓影響因素進行了仿真分析，實驗表明電網規模與電纜長度對電網自愈過程中的過電壓都有一定的影響，在后續智能電網設計的過程中需要將上述因素考慮進去。

關鍵詞： 智能電網；自愈；仿真模型；電網規模；電纜長度；過電壓

1引言

隨著人們物質生活水平的不斷提高，人們日常生活用電對配電網的供電質量要求越來越來越高。近年來智能電網的概念被提出，智能電網的出現在很大程度上解決了配電網的供電質量問題，目前智能電網也是研究的熱點問題。智能電網的一個非常重要的特點就是帶有故障自愈功能，而自愈功能的實現在很大程度上解決了配電網的不間歇供電問題，也就是在任何情況下電網發生故障的時候在很多的時間內電網就能自行的解決故障并恢復到正常工作的狀態，與此同時將故障所造成的影響盡量減小，避免對整個配電網網絡造成大的影響避免系統崩潰的現象發生，微網是智能電網技術的關鍵。本文對智能電網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自愈的影響因素進行研究，以提高智能電網的穩定性。對智能電網自愈過程中的電壓影響因素的研究需要構建智能電網的仿真模型以便可以采用數學模型來對其進行分析。

2電網仿真模型

智能電網的基礎網絡模型結構主要有兩種一種為含有微網的智能配網基礎性模型也就是城市配電網中經常所采用的手拉手型的環網結構模型。另外一種為美國可靠性技術協會所提出的智能配網模型。智能電網中主要含有光伏發電、微型燃汽輪機和儲能電池 幾種分布式的電源。在配電網模型中，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，內部電感的大小為16μH。在智能電網配網模型中，光伏發電與儲能電池通過逆變與微網進行連接，所得到電源的出口電壓為480 V，直流一側的電壓為1.5 kV，直流電容的大小為1 000 μF， 濾波環節的參數為 L=0.002 H， C=200 μF，通過0.48/0.4 kV變壓器400 V 和微網系統進行連接；微型汽輪機可以采用小型的發電機來代替，發電機的勵磁與調速采用PV控制，所得到電源的出口電壓為 400 V，容量達到了30kVA。系統采用電纜供電，電纜埋設的深度為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性模型，研究配網規模對配電網電壓的影響則在基礎模型上進行了適當的拓展，所基于的配網仿真模型如下圖3-b所示。

圖 1配電網仿真模型

3電壓影響分析

3.1配網規模影響分析

本環節對配網規模對智能電網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規模的變化最大過電壓標幺值的變化如下圖2所示。

圖 2過電壓隨配電網規模變化

根據上圖2可以得到最大過電壓標幺值隨著電源變化規律，其中配電網規模的變化可以采用電網模型中配電柜的數量進行等效代替。通過上圖的變化規律可以看出，最大過電壓標幺值隨著電網規模的逐漸增加呈現出逐漸下降的趨勢。不同配電網規模下最大過電壓標幺值隨著規模的減少呈現出線性減小的趨勢，從這角度上來看隨著電網規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供電的影響；而在不同的操作時刻過電壓的數值呈現出不同的分布特征：在基礎網絡模型中環網柜備用斷路器分閘、環網柜微網側斷路器（T1）分閘、微網出口斷路器（T2）分閘 等幾個操作的環節未出現過電壓情況，但是隨著電網規模的增大出現了過電壓；最大過電壓發生的時刻也發生了相應的變化：如果環網柜的個數少于3個那么最大過電壓出現在環網柜一側斷路器重新合閘的瞬間，而如果環網柜的數量多于3個那么最大過電壓則出現在環網柜一側備用斷路器重新合閘的瞬間；而環網柜數量不同的情況過電壓的電壓值則基本一致，只是隨著環網柜的數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所示的配電網模型中配電網的電源以及備用電源和環網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自愈過程中過電壓的影響，現令上述設備之間的電纜從0～2 km長度范圍內進行變化來開查看電纜長度對電網自愈過程中過電壓的影響，取值長度以及仿真計算的結果如下表1所示。

表 1配網長度對過電壓的影響

通過4個監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，最大過電壓數值隨著電纜長度的增加呈現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值那么隨著電纜長度的增加過電壓值在不斷的減小，而當電纜的長度大于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，出現了7以上的最大過電壓標幺值，因而需要對相應的設備增加防護裝置。通過對不同監測位置過電壓數值的比較，可以得到電纜長度與不同監測點最大過電壓標幺值也存在著一定的關系。通過仿真可以得到不同操作情況下不同電纜長度下各監測點最大過電壓的標幺值。其中自愈過程中過電壓出現較為集中的時刻為故障隔離之后，也就是在環柜網一側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在微網中，這個時候對斷路器進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自愈過程中產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。通過對不同電纜長度下過電壓數值的比較發現，如果電纜的長度小于1千米，在電網出現故障重新合閘的過程中所造成的過電壓數值會遠遠超過所允許的最大過電壓的標幺值，會對智能電網中的設備以及用電設備產生嚴重的安全威脅，必須要采取對相關的設備增加防護裝置。

結論

隨著配電網規模的不斷增大最大過電壓的標幺值呈現出線性下降的趨勢，而最大過電壓的數值相對較高，在3-6之間。增加配電網的規?？梢允沟米畲筮^電壓標幺值逐漸減小，不同的操作會導致過電壓的時間分布明顯的不同。電網最大過電壓標幺值隨著電纜的長度呈現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。因而在后續智能電網設計的過程中，需要將配電網的規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，結合仿真的結果來對智能電網進行設計?！?/p>

參考文獻

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