新能源高比例接入電網(wǎng)的配網(wǎng)管理與技術措施

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)基礎系統(tǒng)為核心，完成智能電網(wǎng)技術變革，這是關于配電網(wǎng)模式，以及電網(wǎng)調(diào)配控制的關鍵技術。該研究通過對電網(wǎng)配置以及目前電網(wǎng)結構體系進行分析，明確高比例新能源接入電網(wǎng)之后對部分地區(qū)的影響，并且對電網(wǎng)電壓補償、智能變電站等關鍵技術作出同步應用研究。進一步提高電網(wǎng)配置的有效性，也實現(xiàn)基于新電網(wǎng)配置及功能效率內(nèi)容的調(diào)整。

關鍵詞：配電網(wǎng)；低電壓調(diào)節(jié)裝置；保護與電壓調(diào)整；電網(wǎng)配置；電網(wǎng)結構體系

中圖分類號：TM73 文獻標志碼：A 文章編號：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

進入21世紀后，中國經(jīng)濟發(fā)展迅速，電力行業(yè)發(fā)展機遇巨大，在此背景下，智能電網(wǎng)在能源行業(yè)的應用越來越廣泛，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，技術含量高。建設智能電網(wǎng)，實現(xiàn)配電自動化已成為中國能源行業(yè)的重要任務，也是最大限度提高能源供應可靠性的主要保證。然而，近年來，由于配電網(wǎng)與運輸網(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，這使得配電網(wǎng)的自動化水平高于運輸網(wǎng)。近年來，由于配電網(wǎng)與運輸網(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，這使得配電網(wǎng)的自動化水平高于運輸網(wǎng)。但是，電力系統(tǒng)中的大多數(shù)錯誤都來自配電網(wǎng)絡，而配電網(wǎng)絡中的電力損耗遠高于輸電網(wǎng)絡，后者占整個電力系統(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，其運營質(zhì)量將對用戶產(chǎn)生更大的影響，特別是對于一些經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，這些地區(qū)需要能源質(zhì)量和供電可靠性更高，因此實現(xiàn)配電自動化已成為能源供應的緊迫任務。

1 造成低壓配電網(wǎng)低電壓問題的主要原因

1.1 配網(wǎng)自動化概念

所謂的配電自動化是指基于現(xiàn)代通信技術和行業(yè)電子技術，對配電網(wǎng)絡中各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進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)絡層、通信系統(tǒng)層及分配網(wǎng)絡的最終系統(tǒng)層。其中，分發(fā)站點和中繼站層是分發(fā)自動化系統(tǒng)的主要組成部分，因為主站層可以為其他終端系統(tǒng)和設備發(fā)出各種命令，并傳輸遠程單元收集的信息。因此，主站系統(tǒng)和配電系統(tǒng)自動化中的配電質(zhì)量是決定整個配電系統(tǒng)優(yōu)缺點的關鍵。在大型電力系統(tǒng)中，配電線是電氣系統(tǒng)中的最后一個連接，其主要功能是傳輸電力。它包括配電設備、繼電保護設備、監(jiān)視設備、通信和控制設備，以及電源、電流導體、補償電容器、配電和構成整個配電系統(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，以滿足用戶對電力的需求。

1.2 配電網(wǎng)自動化變電站系統(tǒng)

由于配電網(wǎng)絡自動化系統(tǒng)必須控制多個設備，因此它主要包括打開和關閉站、配電室、配電盤和配電終端設備。但是，并非所有終端都能完全理解與站點主系統(tǒng)的直接連接，因此，系統(tǒng)必須安裝一個稱為配電自動化變電站的中間層。配電網(wǎng)絡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)絡自動化：數(shù)據(jù)收集和處理，站點管理和遠程控制，錯誤檢測，貨物轉移，數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｅ潆娊K端層是整個系統(tǒng)的底層，包括安裝為配電網(wǎng)絡自動化終端的FTU自動化終端，安裝在配電變壓器上的TTU自動化終端，以及安裝在交換站，配電站和環(huán)網(wǎng)的自動化。FTU終端等主要完成上級站點發(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、分支配電變壓器、導體、配電室、網(wǎng)絡交換機和箱型變壓器等，并在必要時（在斷開連接的情況下）在網(wǎng)絡恢復本身中執(zhí)行智能功能。

1.3 配網(wǎng)自動化實現(xiàn)技術

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的復制，架空線的清潔主要是使用松弛法進行的，松弛法的使用大大增加了電網(wǎng)的獨立運行。在配電網(wǎng)中安裝遠程控制系統(tǒng)的主要目的是有效地實現(xiàn)對網(wǎng)絡中部署的每個設備的監(jiān)視功能，其主要問題是不能完全掌握用于通信的標準信息。當前，在應用COT和POLLING法律方面存在某些缺陷，雖然已經(jīng)開發(fā)了新的法律標準，但是該標準仍在開發(fā)中，尚未在實踐中實施，并且尚未對其應用進行測試。可靠性是實現(xiàn)配電網(wǎng)絡自動化的基礎，最簡單的維護方法是使配電網(wǎng)絡能夠在惡劣的條件下運行并實現(xiàn)整個系統(tǒng)之間的平滑連接。萬一發(fā)生錯誤，主站會迅速接收收集器終端提供的信息，迅速了解錯誤的位置，解決問題并恢復供電。2個站點必須進行雙向通信，通信的基本設備包括電力線通信、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)的新型無功補償裝置，它由智能組件、基于微電子的電磁同步開關電器、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，通過對系統(tǒng)中的電壓信號進行采樣，獲取實時的電壓數(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)，利用控制算法計算出應該接入或退出的電容器容量，以實現(xiàn)系統(tǒng)的無功補償目標。智能電容器通常具有通信功能，可以與系統(tǒng)中的監(jiān)控設備或主控系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)遠程監(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，達到同步采樣的目的。由于電網(wǎng)復雜的諧波環(huán)境會導致鎖相環(huán)電路失鎖、比較電路失頻等故障，影響無功補償裝置穩(wěn)定工作。基于同步迭代算法原理，電壓型智能電容器采用準同步采樣法，固定采樣頻率，通過軟件實現(xiàn)同步迭代算法原理，使采樣計算不需要硬件實現(xiàn)與電網(wǎng)頻率同步，降低了硬件的復雜性。基于同步迭代算法原理實現(xiàn)的準同步采樣，在工程應用中具有廣泛的適用性。

2.2 同步開關原理

開關電器投入時，智能元件通過檢測觸點兩端的電壓，控制觸點在電壓零時閉合，同時檢測閉合時間，動態(tài)校準開關電器的投入動作時間；投料時，智能元件通過檢測觸點電流，控制觸點在電流零時閉合，同時檢測開關電器的投入動作時間，動態(tài)校準開關電器的投入動作時間。采用開關電器實現(xiàn)“零投切”功能，使投切后產(chǎn)生涌流I<2In，在退運時無燃弧現(xiàn)象，延長了低壓電力電容器的壽命。

3 新型寬幅調(diào)壓配電變壓器設計

3.1 短路電流計算

短路電流計算見表1。

基準功率SB=100 MVA，基準電壓UB=UN。

系統(tǒng)阻抗X*=0.06。

將短路電流最大點三相接地短路作為短路計算點，設置出如下3個短路計算點k1、k2、k3，將變電所110 kV的降壓變電所的40 MW變壓器并列運行。

3.2 配電自動化設備巡視管理

在供電站的運行過程中，自動化設備的應用成為了目前發(fā)展的主流趨勢，尤其當前的科技發(fā)展速度較快，為了滿足各地區(qū)的用電需求，針對實際的情況建立供電站實施輸送電力資源，保障人們?nèi)粘５挠秒姲踩Ｗ詣踊O備的運行對比傳統(tǒng)的供電站運行管理工作而言，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，實現(xiàn)24 h全程化的監(jiān)管。過去的供電站運行管理需要，由人工的方式進行巡檢，檢查各項設備的運行狀況，一旦出現(xiàn)有故障問題，則需要逐一進行排查，其中耗費的時間過長，也無法在第一時間解決問題，從而影響到了供電站的正常運行。而在配電自動化設備的運行過程中，可以全方位地提高巡視管理工作的效率和質(zhì)量，快速準確地定位故障位置和具體原因，然后采取專業(yè)的方式進行處理，避免影響到供電站的正常運行。供電電站通過每天檢查配電自動化設備來檢查配電線路和設備。日常檢查包括終端外觀、終端板信息、操作狀態(tài)、開關狀態(tài)、本地無線信號、終端遠程/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)度自動化系統(tǒng)收集的信息，并在檢查過程中及時通知問題和不足，為網(wǎng)絡的未來運行做準備并等待全面分發(fā)。綜合配電網(wǎng)類進行專項檢查。特殊檢查不僅包括例行檢查之類的檢查，還包括點表中的信息（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），包括一個終端。狀態(tài)數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)收集、通信電纜彎曲、光纜設備運行狀態(tài)、通信行業(yè)以太網(wǎng)交換機運行狀態(tài)等。

3.3 配電自動化設備故障管理

隨著科技的高速發(fā)展，自動化設備得到廣泛應用，能夠有效解決生產(chǎn)制作當中所存在的問題，同時還能夠精準把控電力資源的輸出，精準檢測用電過程中可能會存在的安全隱患問題，以此保障用電的安全。配電自動化設備在運行的過程中，由于長期處于高強度的工作狀態(tài)之下，設備內(nèi)部容易出現(xiàn)損壞或者老化的情況，如果配電自動化終端發(fā)生錯誤或故障，供電站應根據(jù)故障及其嚴重程度和發(fā)展趨勢采取必要的控制措施，并向縣和地區(qū)辦公室的配電網(wǎng)絡類別報告，以便立即采取行動。通過對配電自動化設備故障問題進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)部設備零部件需要進行更換、人員操作失誤所導致的故障問題、數(shù)據(jù)檢測出現(xiàn)故障等，這些常見的故障問題，導致現(xiàn)場的工作開展受到影響，無法準確檢測到各項設備的運行狀況及基本的參數(shù)變化，提高了配電站運行過程中的風險。為此，在故障管理工作中，國家和地區(qū)局的綜合分銷網(wǎng)絡必須確認并在5個工作日內(nèi)立即處理，以確保及時解決和報告缺陷。操作不良會影響配電網(wǎng)絡通信設備的正常運行，需要聯(lián)系系統(tǒng)運營部門（配電控制中心）發(fā)送通信，包括配電通信設備。在運行Ice Error/Error之前，應預先保存自動化設備的不受保護的消息和設備設置，以在發(fā)生錯誤之前檢測并分析將來的錯誤。配電自動化相關的設備故障會錯誤地分配分散信號，占用配電網(wǎng)監(jiān)控窗口的通道并干擾監(jiān)控計劃。必須提前通知調(diào)度員。配電自動化設備中的錯誤或不足應在信息系統(tǒng)故障管理模塊中識別和開發(fā)。配電網(wǎng)自動化設備通信模塊（站所終端設備DTU、FTU）一般故障處理方法。當站所終端設備DTU、站所終端設備FTU無法正常連接網(wǎng)絡時，首先看SIM卡是否松動，是否安裝正確，檢查天線是否斷線損壞，檢查所處位置的運營商網(wǎng)絡是否達標。當站所終端設備DTU、站所終端設備FTU的無線模塊經(jīng)常無法連接服務器時，首先，檢查模塊的網(wǎng)關和拓展參數(shù)的配置是否正確；其次，檢查站所終端設備的網(wǎng)絡信號是否穩(wěn)定正常。當站所終端設備DTU、站所終端設備FTU未檢測到數(shù)據(jù)收發(fā)時，首先，登錄到主站后，檢查數(shù)據(jù)線是否接反，設備的串口波特率是否正確；其次，檢查主站是否給IP地址做了相應的數(shù)據(jù)修改。

4 結束語

高比例新能源接入對電網(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，提出了針對這些挑戰(zhàn)的一系列應對策略和技術措施。強調(diào)了智能化技術在配網(wǎng)調(diào)度、運維、控制和保護方面的關鍵作用，包括人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術的應用，提高了配網(wǎng)的響應速度和準確性。針對新能源接入波動性大的特點，論文提出了靈活控制策略和優(yōu)化算法，實現(xiàn)了對新能源的精細化控制，提高了電網(wǎng)的運行效率和穩(wěn)定性。通過對高比例新能源接入電網(wǎng)后配網(wǎng)的調(diào)度、運維、控制、保護與電壓調(diào)整等方面的研究，進一步提升電網(wǎng)的智能化水平和運行效率。

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