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智能配电网


华北电力大学研究生课程
配电系统分析与自动化
主讲人:梁志瑞

第三部分

智能配电网

第一章 智能配电网概论
第一节 导言 ? 第二节 智能电网与传统电网 ? 第三节 智能配电网定义与特点 ? 第四节 智能配电网的国内外发展情况 ? 第五节 智能配电网的建设意义
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第一节 导言
电力系统是人类迄今为止制造的最复杂,最庞 大的系统,是20世纪人类所取得的最辉煌的工程技 术成就之一。但是,进入21世纪以来,随着电力系 统的不断老化,线路扩容困难,系统运行效率降低, 节能减排等环保压力增大,人们对供电可靠性和电 能质量要求越来越高,大容量的风力发电、光伏发 电等可再生发电接入电力系统的要求日益增强,特 别是大面积停电的灾变事故频发,使传统电力系统 已经不能满足现在信息社会发展的需求。

世界对电力的需求正处在一个关键的转 折点,未来的配电系统基础设施应当具备以 下特点: ? 1)很大的灵活性。 ? 2)多种功能性。 ? 3)安全、可靠、有效地向用户提供高质量的 电能,以增强用户的满意度。 ? 4)用户可以方便选择不同的供电商。 ? 5)给经济和社会带来发展机会。

未来的配电系统必须能应对越来越大的挑战: 1)由于更多的分布式能源(分布式发电、分布式 储能、需求侧管理)渗透在配电系统基础设施中,要 求未来的配电系统具有新的灵活的可重构的网络拓 扑、新的保护方案、新的电压控制和新的仪表。 2)为了提高电网的利用系数,需要电力公司与 用户友好合作,达到双赢。因此,需要开发高级的 配电市场,实现更具弹性的负荷需求特性。随着更 高级的用户界面的应用,使用户可根据价格、可靠 性等来进行实时交易.这将需要高透明度的用户界 面。 3)由于技术与经济的发展对配电网各种约束的 日益提高,即要求提高供电可靠性、提高电能质量 和节能降损,配电网的运行人员需要有新的实时工 具辅助他们决策,也需要有新的网络拓扑和智能电 力电子装置。

与此同时,通信技术、计算机技术、电 力电子技术和传感技术的不断发展和日益成 熟,为电网的现代化提供了技术手段。以美 国为首的发达国家提出了“电网现代化”的 号召,从而在全世界范围内掀起了一股研究 “智能电网”的热潮。它被认为是改变未来 电力系统面貌的电网发展模式。

第二节 智能电网与传统电网
“智能电网”(Smart Grid),最早出自美国 “未来能源联盟智能电网工作组”在2003年6月份 发表的报告。报告将智能电网定义为“集成了传统 的现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息 与通信技术的输配电系统,具有更加完善的性能并 且能够为用户提供一系列增值服务。” “智能”二字,很容易使人认为智能电网是一 个属于二次系统自动化范畴的概念。事实上,智能 电网是未来先进电网的代名词,我们可以从技术和 功能特征两方面来理解它的含义。

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(1)从技术组成方面讲,智能电网是集计算机、 通信、信号传感、自动控制、电力电子、超导材料 等领域新技术在输配电系统中应用的总和。这些新 技术的应用不是孤立的、单方面的,不是对传统的 输配电系统进行简单地改进、提高,而是从提高电 网整体性能、节省总体成本出发,将各种新技术与 传统的输配电技术进行有机地融合,使电网的结构 以及保护与运行控制方式发生革命性的变化。 (2)从功能特征上讲,智能电网在系统安全性、 供电可靠性、电能质量、运行效率、资产管理等方 面较传统电网有着实质性的提高;支持各种分布式 发电与储能设备的即插即用;支持与用户之间的互 动。

智能电网的系统图如图所示

第三节 智能配电网定义与特点
智能配电网(Smart Distribution Grid,SDG)是 智能电网的重要组成部分。它是以配电网高级自动化技 术为基础,通过应用和融合先进的测量和传感技术、控 制技术、计算机和网络技术、信息与通信等技术,利用 智能化地开关设备、配电终端设备,在坚强电网架构和 双向通信网络的物理支持以及各种集成高级应用功能的 可视化软件支持下,允许可再生能源和分布式发电单元 的大量接入和微网运行,鼓励各类不同电力用户积极参 与电网互动,以实现配电网在正常运行状态下完善的检 测、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制, 最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的 电力供应和其他附加服务。

与传统的配电网相比,智能配电网SDG 具有以下功能特征: (1)自愈能力。自愈是指SDG能够及时 检测出已发生或正在发生的故障并进行相应 的纠正性操作,使其不影响对用户的正常供 电或将其影响降至最小。自愈主要是解决 “供电不间断”的问题,是对供电可靠性概 念的发展,其内涵要大于供电可靠性。例如 目前的供电可靠性管理不计及一些持续时间 较短的断电,但这些供电短时中断往往都会 使一些敏感的高科技设备损坏或长时间停运。

(2)具有更高的安全性。SDG能够很好地 抵御战争攻击、恐怖袭击与自然灾害的破坏, 避免出现大面积停电;能够将外部破坏限制 在一定范围内,保障重要用户的正常供电。 ? (3)提供更高的电能质量。SDG实时监测 并控制电能质量,使电压有效值和波形符合 用户的要求,即能够保证用户设备的正常运 行并且不影响其使用寿命。
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(4)支持分布式电源DER(Distributed Electric Resource)的大量接入。这是SDG区 别于传统配电网的重要特征。在SDG里,不 再像传统电网那样,被动地硬性限制DER接 入点与容量,而是从有利于可再生能源足额 上网、节省整体投资出发,积极地接入DER 并发挥其作用。通过保护控制的自适应以及 系统接口的标准化,支持DER的“即插即 用”。通过DER的优化调度,实现对各种能 源的优化利用。

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(5)支持与用户互动。与用户互动也是 SDG区别于传统配电网的重要特征之一。主 要体现在两个方面:一是应用智能电表,实 行分时电价、动态实时电价,让用户自行选 择用电时段,在节省电费的同时,为降低电 网高峰负荷做贡献;二是允许并积极创造条 件让拥有DER(包括电动车)的用户在用电 高峰时向电网送电。

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(6)对配电网及其设备进行可视化管理。 SDG全面采集配电网及其设备的实时运行数 据以及电能质量扰动、故障停电等数据,为 运行人员提供高级的图形界面,使其能够全 面掌握电网及其设备的运行状态,克服目前 配电网因“盲管”造成的反应速度慢、效率 低下问题。对电网运行状态进行在线诊断与 风险分析,为运行人员进行调度决策提供技 术支持。

(7)更高的资产利用率。SDG实时监测电 网设备温度、绝缘水平、安全裕度等,在保 证安全的前提下增加传输功率,提高系统容 量利用率;通过对潮流分布饿优化,减少线 损,进一步提高运行效率;在线监测并诊断 设计的运行状态,实施状态检修,以延长设 备使用寿命。 ? (8)配电管理与用电管理的信息化。SDG 将配电网实时运行与离线管理数据高度融合、 深度集成,实现设备管理、检修管理、停电 管理以及用电管理的信息化。
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第四节 智能配电网的国内外发展情况

世界上不同国家针对本国的能源和电网 现状制定了不同的智能电网发展目标,其重心 大部分都在配电侧。

1.美国: 美国侧重于对已有落后的电网基础设施进行改 造升级、建设现代化电力系统, 并注重需求侧管理 和可再生能源的大力应用。 美国是世界上最早提出智能电网概念的国家, 也是最先进行智能电网研究和建设的国家。美国电 科院在2002年时就己经在能源和信息集成构建工程 中提出了智能电网的概念;2003年2月,美国政府提 出“电网2030规划”,指出要建设现代化电力系统 ,以确保经济安全,同时促进电力系统自身的安全 运行。该规划的主要内容有:为所有用户提供高度 安全、可靠、数字化的供电服务,在全国实现成本 合理、生产过程无污染、低碳排放的供电,经济实 用的储能设备,建成超导材料的骨干网架。

2006年,美国IBM公司提出的“智能电网”解 决方案;2007 年12 月颁布“能源独立与安全法案 2007”,确立了国家层面的电网现代化政策,设立 新的专责联邦委员会,并界定其职责与作用,建立 问责机制,同时建立激励机制,促进股东投资; 2009年,美国政府制定了一系列智能电网建设和实 施计划,大力投资智能电网,加快电网智能化进程。 同时,美国生产力和质量中心 (APQC)与全球智能 电网联盟 (GIUNC)在IBM支持下,制定了智能电网 成熟度模型 (SGMM),以评估和衡量智能电网的 进展状况、指导智能电网的建设。美国总统奥巴马 为振兴经济,从节能减排、降低污染角度提出绿色 能源环境气候一体化振兴经济计划,智能电网是其 中的重要组成部分。

在实践方面,美国德克萨斯州的奥斯汀 市从2003年开始,通过安装智能电能表和采 用无线通信网络,来实现与用户之间的互动。 2008年8月,科罗拉多州波尔得市己经完成 其智能电网的第一期工程。这两个智能电网 项目都把智能电能表作为家域网 (HomeAreaNetwork,HAN)的入口和电网智 能化的窗口,从而实现对各种智能装置的控 制和对用户的双向服务。

2.欧洲及美洲 欧盟为应对气候变化、对能源进口依赖 日益严重等挑战,向客户提供可靠便利的能 源服务,正在着手制定一整套能源政策。这 些政策将覆盖资源侧、输送侧以及需求侧等 方面,从而推动整个产业领域深刻变革,为 客户提供可持续发展的能源,形成低能耗的 经济发展模式。欧洲智能电网技术研究主要 包括网络资产、电网运行、需求侧和计量、 发电和电能存储四个方面。

意大利在2005年就完成了世界规模最大 的Telegestore智能电网工程,被世界上普遍 认为实现智能电网最早的国家。目前,加拿 大安大略也通过采用标准化的基础设施和智 能表计,正在实施智能电网建设,预计到 2010年,其智能电网系统能够为安大略的 130万人口提供服务。

3.日本
日本构建智能电网 以新能源为主

日本政府通过深入比较与美国电力工业
特征的不同,结合自身国情,决定构建以对 应新能源为主的智能电网。

(1).日本政府关于智能电网的看法 根据 3 月17 日日本《电气新闻》报道,针对 美国提出的智能电网,日本经济产业部副部长望月 晴文指出,美国脆弱的电网系统与日本坚强的电网 系统无法单纯地进行比较,日本将根据自身国情, 主要围绕大规模开发太阳能等新能源,确保电网系 统稳定,构建智能电网。 日本政府计划在与电力公司协商后,于明年开 始在孤岛进行大规模的构建智能电网试验,主要验 证在大规模利用太阳能发电的情况下,如何统一控 制剩余电力和频率波动,以及蓄电池等课题。日本 政府期待智能电网试验获得成功并大规模实施,这 样可以通过增加电力设备投资拉动内需,创造更多 就业机会。

(2). 共同进行智能电网模式研究 为配合企业技术研究,东京工业大学于 3 月初成立“综合研究院”,其中,赤木泰 文教授主持的关于可再生能源如何与电力系 统相融合的“智能电网项目”备受瞩目。除 东京电力公司外,东芝、日立等8 家电力相 关企业也积极参与到该项目研究中。该项目 计划用3 年时间开发出高可靠性系统技术, 使可再生能源与现有电力系统有机融合的智 能电网模式得以实现。

4.中国
在欧洲、美国等发达国家和地区进行了 大量的智能电网研究且初见成效后,我国也 启动了智能电网项目研究。余贻鑫院士较早 将智能电网概念引入中国,从配电网角度出发, 分析实现智能化的关键技术问题。能源经济 专家武建东教授在全面解读美国大力推进智 能电网战略意图的基础上, 指出中国应发展有 别于欧美模式的智能电网, 提出“互动电网”, “电网2.0”的概念

华东电网公司在2007 年启动了高级调度
中心、统一信息平台等智能电网试点工程, 目

前, 高级调度中心项目一期工作已通过验收。
此外, 华北电网公司也于2008 年启动了数字

电表等用户侧的智能电网相关实践。2009年
5月,国家电网公司正式发布统一坚强智能电

网的研究报告。

国家电网公司立足于实际国情和特高压
实践,提出中国应全面建设以特高压电网为骨

干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基
础, 以信息化、自动化、互动化为特征的自主

创新、国际领先的坚强智能电网。将分成3
个阶段逐步推进, 到2020 年可全面建成统一

的坚强智能电网。

智能配电网是统一坚强智能电网的重要组成部 分,关系到我国电网的智能化是否能够顺利实现。 目前,虽然我国在大力推进和实施配电自动化项目, 但由于我国各配电地区设备水平、配电自动化水平 参差不齐,造成配电网架相对薄弱,不能解决大量 的可再生能源接入对电网影响的问题,还远未达到 智能配电网所要求的鼓励用户参与电网互动、支持 新型混合动力电动汽车、支持需求侧管理,还不能 够做到配电网优化运行、自愈控制,配电网自愈控 制关键技术、可再生能源发电的政策和市场运行问 题也有待于进一步研究。因此,加快配电网的智能 化工作,建设坚强智能配电网,己经显得刻不容缓。

第五节 智能配电网的建设意义
配电网直接面向用户,是保证供电质量、提高 电网运行效率、创新用户服务的关键环节。在我国, 由于历史的原因,配电网投资相对不足,自动化程 度比较低,在供电质量方面与国际先进水平还有一 定的差距。目前电力用户遭受的停电时间,95%以 上是由于配电系统原因造成的(扣除发电不足的原 因);配电网是造成电能质量恶化的主要因素;电力 系统的损耗有近一半产生在配电网;分布式电源接 入对电网的影响主要是对配电网的影响;与用户互 动、进行需求侧管理的着眼点也在配电网。因此, 建设智能电网,必须给予配电网足够的关注。结合 我国配电网实际,积极研发应用SDG技术,对于推 动我国配电网的技术革命具有十分重要的意义。

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SDG将使配电网从传统的供方主导、单向供电、 基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双 向流动、高度自动化的方向转变。随着我国SDG建 设的进展,将产生越来越明显的经济效益与社会效 益,主要以下3个方面。 (1)实现配电网的最优运行,达到经济高效。 SDG应用先进的监控技术,对运行状况进行实时监 控并优化管理,降低系统容载比并提高其负荷率, 使系统容量能够获得充分利用,从而可以延缓或减 少电网一次设备的投资,产生显著的经济效益和社 会效益。

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(2)提供优质可靠电能,保障现代社会经济的发 展。SDG在保证供电可靠性的同时,还能够为用户 提供满足其特定需求的电能质量;不仅可以克服以 往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断,而 且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响,为各 种高科技设备的正常运行、为现代社会与经济的发 展提供可靠优质的电力保障。 (3)推动新能源革命,促进环保与可持续发展。 传统的配电网的规划设计、保护控制与运行管理方 式基本上不考虑DER的接入,而且为不影响配电网 的正常运行,现有的标准或运行导则对接入的分布 式电源的容量及其并网点的选择都做出了严格的限 制,制约了分布式发电的推广应用。

SDG具有很好地适应性,能够大量地接 人分布式电源并减少并网成本,极大地推动 可再生能源发电的发展,大大降低化石燃料 使用和碳排放量,在促进环保的同时,实现 电力生产方式与能源结构的转变。
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第二章 智能配电网的主要技术内容
第一节 通信系统 ? 第二节 灵活的网络拓扑 ? 第三节 智能配电网设备
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第一节 通讯技术
建立高速、双向、集成的通信系统是实 现智能电网的基础,智能电网的数据的获取、 保护和控制都需要这样的通信系统的支持。 这是一个覆盖配电网中所有节点(控制中心、 变电站、分段开关、用户端口等)的IP通信网, 采用光纤、无线与载波等组网技术,支持各 种配电终端与系统“上网”。

智能配电网通信系统须满足适应苛刻的运 行条件、通信速率高、高覆盖、在线路出现故 障是能保证正常通信、双向通信、经济、操作 维护方便的要求。

第二节 灵活的网络拓扑
灵活的可重构的配电网络拓扑,是未来智能配 电网的基础。它需使得系统在经历故障时,把故障 影响范围局限在最小范围,并可迅速通过其它连接 恢复对其它部分的供电。 中压配电网的发展趋势是:

市区电网:向高负荷密度区域供电,是典型的 地下系统,并且可能已形成网状的结构;

郊区电网:向中等负荷密度区域供电,是由地 下电缆和架空线路组成的混合系统,并且逐渐电缆 化。这种电网一般将联络馈线打开运行,构成辐射 状网络; 特殊电网:向优质电力区域、办公区域或其它 的负荷供电。这些系统根据终端用户的需要应有一 些特殊的设计(如微型电网)和技术(如用户定制 的电力技术),且通常需要与相关用户签订专门合 同。

第三节 智能配电网设备
配电网要实现智能化,必须有智能设备的物理 支持。智能配电网要广泛应用先进的设备技术,安 装大量的智能装置和设备,以提高配电系统的性能。 智能配电网采用的智能装置主要有智能传感器、 智能表计、智能配电变压器、电子式互感器、 智能熔断器、DFACTS装置、故障电流限制器 等。

第三章 分布式电源并网技术
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第一节 分布式电源 第二节 分布式电源并网对配电网的影响

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第三节 分布式电源并网技术
第四节 分布式电源并网技术的发展

第一节 分布式电源
分布式电源指小型( 容量一般小于50 MW) 、向 当地负荷供电、可直接连到配电网上的电源装置。 它包括分布式发电装置与分布式储能装置。 分布式发电(Distributed Generation, DG) 装置 根据使用技术的不同, 可分为热电冷联产发电、内 燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力 发电、太阳能光伏发电、燃料电池等; 根据所使用 的能源类型, DG 可分为化石能源( 煤炭、石油、天 然气) 发电与可再生能源( 风力、太阳能、潮汐、生 物质、小水电等) 发电两种形式。

分布式储能(Distributed Energy Storage, DES) 装置是指模块化、可快速组装、接在配电网上的能量 存储与转换装置。根据储能形式的不同, DES 可分为 电化学储能( 如蓄电池储能装置) 、电磁储能( 如超导 储能和超级电容器储能等) 、机械储能装置( 如飞轮储 能和压缩空气储能等) , 热能储能装置等。此外, 近年 来发展很快的电动汽车亦可在配电网需要时向其送电, 因此也是一种DES。 分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的 重要力量。引起这一变化的原因主要有以下几个方面。

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1)应对全球能源危机的需要。随着国际油价的不 断飙升, 能源安全问题日益突出, 为了实现可持续发 展, 人们的目光转向了可再生能源, 因此, 风力发电、 太阳能发电等备受关注, 快速发展并开始规模化商 业应用, 而这些可再生能源的发电大都是小型的、 星罗棋布的。 2)保护环境的需要。CO2 排放引起的全球气候变 暖问题, 已引起各国政府的高度重视, 并成为当今世 界政治的核心议题之一。为保护环境,世界上工业发 达国家纷纷立法, 扶持可再生能源发电以及其他清 洁发电技术( 如热电联产微型燃气轮机) , 有利地推 动了DG 的发展。

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3) 天然气发电技术的发展。对于天然气发电来说, 机组容量并不明显影响机组的效率, 并且天然气输 送成本远远低于电力的传输, 因此比较适合采用有 小容量特点的DG。 4) 避免投资风险。由于难以准确地预测远期的电力 需求增长情况, 为规避风险, 电力公司往往不愿意投 资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。此外, 高压线路走廊的选择也比较困难。这都促使电力公 司选择一些投资小、见效快的DG 项目来就地解决 供电问题。

目前, 风力发电等可再生能源发电 的成本还远高于常规燃煤发电, 只有国 家实行优惠的税收政策并给予一定的财 政补贴, 才能调动投资者发展DG 的积极 性。其次, DG 并网技术也是制约DG 发 展的重要因素, 因此, 智能电网的提出, 从技术上为解决这一问题创造了条件。

第二节 分布式电源并网对配电网的影响
一、分布式电源并网的作用
分布式发电装置并网后会给配电网带来一系列 积极的影响。 1) 提高供电可靠性。分布式电源DER 可以弥补大 电网在安全稳定性上的不足。含DER 的微电网可以 在大电网停电时维持全部或部分重要用户的供电, 避免大面积停电带来的严重后果。 2) 提高电网的防灾害水平。灾害期间, DER可维持 部分重要负荷的供电, 减少灾害损失。

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3) DER 启停方便, 调峰性能好, 有利于平衡负荷。

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4) DER 投资小、见效快。发展DG 可以减少、延缓
对大型常规发电厂与输配电系统的投资,降低投资风

险。
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5) 可以满足特殊场合的用电需求。如用于大电网不

易达到的偏远地区的供电; 在重要集会或庆典上,
DER 处于热备用状态可作为移动应急发电。

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6) 减少传输损耗。DER 就近向用电设备供电, 避免

输电网长距离送电的电能传输损耗。分布式储能装
置并网后, 可在负荷低谷时从电网上获取电能, 而在 负荷高峰时向电网送电, 起到对负荷削峰填谷的作 用, 提高电网运行效率。其另一个重要作用, 是与风 能、太阳能等可再生能源发电装置配合使用, 可就

地补偿可再生能源发电装置功率输出的间歇性。

二、分布式电源并网带来的技术问题
DER 的大量接入改变了传统配电网功率单向 流动的状况, 这给配电网带来一系列新的技术问题。 1) 电压调整问题。配电线路中接入DER,将引起电 压分布的变化。由于配电网调度人员难以掌握DER 的投入、退出时间以及发出的有功功率与无功功率 的变化, 使配电线路的电压调整控制十分困难。 2) 继电保护问题。DER 的并网会改变配电网原来 故障时短路电流水平并影响电压与短路电流的分布, 对继电保护系统带来影响:

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(1) 引起保护拒动。如果一个DER 接在线路的M处, 当线路末端k 处发生短路故障时, 它向故障点送出 短路电流并抬高M 处的电压, 因此使母线处保护R 检测到的短路电流减少, 从而降低保护动作的灵敏 度, 严重时会引起保护拒动。

( 2) 引起配电网保护误动。在相邻线路发生短 路故障时, DER 提供的反向短路电流可能使保护误 动作。 ( 3) 影响重合闸的成功率。在线路发生故障时, 如果在主系统侧断路器跳开时DER 继续给线路供电, 会影响故障电弧的熄灭, 造成重合闸不成功。如果 在重合闸时, DER 仍然没有解列, 则会造成非同期合 闸, 由此引起的冲击电流使重合闸失败, 并给分布式 发电设备带来危害。 ( 4) 影响备用电源自投。如果在主系统供电中 断时, DER 继续给失去系统供电的母线供电,则由于 母线电压继续存在, 会影响备用电源自投装置的正 确动作。

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3) 对短路电流水平的影响。直接并网的发电机都会

增加配电网的短路电流水平, 因此提高了对配电网
断路器遮断容量的要求。
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4) 对配电网供电质量的影响。风力发电、太阳能光 伏发电输出的电能具有间歇性特点, 会引起电压波 动。通过逆变器并网的DER, 不可避免地会向电网

注入谐波电流, 导致电压波形出现畸变。

三、分布式电源并网对配电网运行管理的影响
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1) DER 的接入, 会增加配电网调度与运行管理的复 杂性。风力发电、太阳能光伏发电等输出的电能具 有很大的随机性, 而用户自备DER 一般是根据用户 自身需要安排机组的投切; 这一切给合理地安排配电 网运行方式、确定最优网络运行结构带来困难。
2) DER 的接入, 给配电网的施工与检修维护带来了 影响。由于难以对众多的DER 进行控制, 停电检修 计划安排的难度增加, 配电网施工安全风险加大。

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四、分布式电源对配电网规划建设与经 营的影响
DER 的大量应用, 给配电网的规划建设 与经营带来了新挑战。 ? 1) 对配电网规划设计、负荷预测的影响。由 于大量的用户安装DER 为其提供电能, 使得 配电网规划人员难以准确地进行负荷预测, 进而影响配电网规划的合理性。

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2) 分布式发电并网的经济问题。由于DER的 接入, 特别是对于自备DER 的用户, 为保证其 自备DER 停运时仍能正常用电, 供电企业需 要为其提供一定的备用容量, 这就增加了供电 企业的设备投资与运行成本, 这些费用理应有 一部分由DER 业主来分担。因此, 需要完善 电价政策, 合理地调整供电企业与DER 业主 的利益。

第三节 分布式电源并网技术
一、分布式电源并网基本技术要求 为确保配电网的安全运行和供电质量, DER并网 要满足以下基本要求。 ? 1) 保证配电网电压合格, 所引起的电压偏移不超过允 许的范围。 ? 2) 配电设备正常运行电流不超过额定值, 动热稳定电 流不超过允许值。 ? 3) 短路容量不超过开关、电缆等配电设备的允许值。 ? 4) 电能质量合格, 所引起的电压骤升、骤降、闪变、 谐波不超过规定值。

二、分布式电源接入方案的选择
DER 并网对配电网的影响与DER 的容量以及

接入配电网的规模、电压等级有关。一般情况下,
DER 容量在250 kVA 以内的接入380 V/ 400V 低压

电网; DER 容量在1 ~ 8 MVA 的接入10 kV等级中
压电网; DER 容量更大一些的则接入更高电压等级 的配电网。具体接入方式一般是大容量的DER 通 过联络线接到附近变电所的母线上。对于小型的 DER, 为减少并网投资, 就近并在配电线路上.

在我国, 热电联产发电与小水力发电有着很广 泛的应用, 它们一般是并到配电变电所的母线上。 这些DER( 小电源) 的并网以及保护控制技术已比较 成熟, 有大量的技术标准、规程可供参考。近年来,

太阳能光伏发电、微型燃气轮机发电等容量在数百
千瓦及以下的小型分布式电源有了很大发展, 为降

低成本, 它们一般是就近接到配电线路上, 这些小型
DER 的并网及其保护控制技术还需进一步探讨。

美国电气电子工程师协会( IEEE) 的第21 标准 化工作组起草的DER 并网系列标准中, 定义了以下 两个参数来衡量DER 并网对配电网的影响。
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1) 刚度系数, 指配电网中DER 接入点的设计短路 电流与DER 额定电流的比值。

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2) 短路电流贡献比, 指配电网在DER 接入点发生 短路时, 来自DER 的短路电流与来自配电网的短路 电流的比值。刚度系数越大, 短路电流贡献比越小, 则配电网运行电压与短路电流受DER 并网的影响 越小。一般认为, 如果刚度系数大于20, 则DER 并 网不会对配电网运行带来实质性影响。

三、分布式电源并网保护
分布式电源并网保护除分布式电源机组的保护 外, 主要是配备孤岛运行保护, 简称孤岛保护。 孤岛是指配电线路或部分配电网与主网的连接 断开后, 由分布式电源独立供电形成的配电网络。 这种意外的孤岛运行状态是不允许的, 因为其供电 电压与频率的稳定性得不到保障, 并且线路继续带 电会影响故障电弧的熄灭、重合闸的动作, 危害事 故处理人员的人身安全。对于中性点有效接地系 统的电网来说, 一部分配电网与主网脱离后, 可能 会失去接地的中性点, 成为非有效接地系统, 这时 孤岛运行就可能引起过电压, 危害设备与人身安全。

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在DER 与配电网的连接点上, 需要配备自动解 列装置, 即孤岛保护。在检测出现孤岛运行状态后, 迅速跳开DER 与配电网之间的联络开关。一般来 说, 在孤岛运行状态下, DER 发电量与所带的负荷 相比, 有明显的缺额或过剩, 从而导致电压与频率的 明显变化, 据此可以构成孤岛运行保护。孤岛保护 的工作原理主要有以下3 种。 1) 反应电压下降或上升的欠压/ 过压保护。 2) 反应频率下降或上升的频率变化率保护。 3) 反应前后两个周波电压相量变化的相量偏移保 护。

在线路故障切除后, 重合闸时间需 要与孤岛运行保护配合, 其等待时间要

确保DER 解列并留有足够的故障点熄
弧时间。

第四节 分布式电源并网技术的发展
以上介绍的DER 并网技术是有限接入即对于接 入容量等做出严格限制。为了充分利用可再生能源, 必须实现DER 并网的宽限接入和大量接入, 这也是 智能电网概念提出的根本原因之一, 智能电网技术 的发展, 将使这问题能得到较好地解决。随着DER 的大量接入, 配电网就由传统的无源网络将发展成 为有源网络, 当前, 涉及这方面的技术研究主要有微 电网技术与虚拟发电厂技术。

有源网络(Active Network) 指的是分布式电源 高度渗透、功率双向流动的配电网络。所谓 高度 渗透是指接入的DER 对配电网的潮流、短路电流 产生了实质性的影响, 使得传统配电网的规划设计、 保护控制、运行管理方法不再有效。有源网络的 概念是针对并网技术对DER 接入容量做出严格限 制的配电网而提出的。有源网络不再单纯地为了 不影响现有配电网而严格限制DER 的接入, 而是 让DER 尽可能地多发电( 特别是对可再生能源) 、 充分地发挥其对配电网的积极作用以及节省电力 系统的整体投资。DER 的容量客观上是可以替代 一部分配电容量的, 从而减少对发、输、配电系统 的投资。因此, 考虑DER 对配电容量的替代作用, 也是有源网络的一个重要的特征。

有源网络给配电网的保护控制、运行管

理提出了新挑战, 它包括电压控制、继电保
护、短路电流限制、故障定位与隔离、DER

调度管理等方面的问题。

一、微电网技术 微电网( Micro Grid) 简称微网, 是指由DG、 DES 装置和监控、保护装置汇集而成的并为相应 区域供电的小型发配电系统, 能够不依赖大电网而 正常运行, 实现区域内部供需平衡。一般来说,微网 是一个用户侧的电网, 它通过一个公共连接点 ( Point of Common Connection, PCC) 与大电网 连接。

按照常规的做法, DER 必须配备孤岛保护,在大 电网停电时自动与主网断开。而微网可以在与大电 网脱离后独立运行, 由DER 维持区域内所有或部分 重要负荷的供电, 能够发挥出DER 在提高供电可靠 性方面的作用。微网仅在PCC 点与大电网连接, 避 免了多个DER 与大电网直接连接。通过合理地设 计, 可使微网中DER 主要用于区域内部负荷的供电, 做到不向外输送或输送很小的功率, 使得大电网可 以不考虑其功率输出的影响, 继续采用即接即忘的 并网方法。这样, 就较好地解决了DER 大量接入与 不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。

智能微网信息交互关系如图:

就微网本身来说, 它是一个有源网络, 需要解 决功率平衡、稳定控制、电压调整、继电保护等 一系列问题。智能微网具备以下特点:(1)实现真 正的自治;(2)提供高可靠性电能;(3)满足用户 多样化的需求;(4)更有效利用分布式能源, 尤其 是可再生能源;(5)实现经济效益最大化;(6)实 现环境效益最大化。微网技术还在研究发展之中, 是智能配电网的重要研究内容。

二、虚拟发电厂技术 虚拟发电厂( Virtual Power Plant, VPP) 技术 是将配电网中分散安装的DER 通过技术支撑平台 实现统一调度并将其等效为一个发电区, 实现分布 式电源大量并网, 达到DER 的优化利用、降低电 网峰值负荷、提高供电可靠性的目的。VPP 的调 度对象主要是可随时启动并且功率可调节的DER, 如热电联产微型燃气轮机、应急供电柴油发电机 组以及各种DES 等。对于风能、太阳能发电等可 再生能源发电来说, 其输出具有不确定性, 且一般 需要在具备条件时让其足额发电, 因此不能对其进 行有效地调度。实施VPP 要有配网自动化系统 ( DAS) 作为技术支撑平台。

VPP 是DAS 的一个高级应用功能。DAS 需要 采集、处理分布式电源的实时运行数据, 并能够对 其进行调节、控制。除技术问题外, 实施VPP 还涉 及电价、政策法规等一系列问题, 目前处于研究探 讨阶段, 还缺少成熟的经验。

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第四章 互动功能与高级量测体系
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第一节智能配电网的互动功能 第二节高级量测体系(AMI)

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除支持分布式电源的大量接入外,智能配电网 SDG不同于传统配电网的另一个关键特征,是能 够实现与用户的互动,使用户由被动的电力消费者 变为电网运行管理的积极参与者,而高级量测体系 (AMI)是支持SDG互动功能的关键技术。

第一节 智能配电网的互动功能
一、用电信息的互动 用电信息的互动指的是采用现代通信与信息技 术,实现用电信息在供电企业与用户之间的即时交 换。用电信息主要包括:智能电表采集的负荷运行 数据(电量,有功,无功,电压,电流,停电报警, 电能质量监测数据);向用户侧发布的需求侧响应 (实时电价,负荷通断,用户自备的DER调度控制 命令);用户服务信息(电费,用电查询,停电投 诉)。

用电信息的全面互动对供电企业和用户的好处 有: (1)提供更加方便快捷的缴费、停电投诉、用电查 询等用户服务。 (2)避免人工抄表引起的错抄、漏抄现象。 (3)提高用电管理效率,减少管理成本。 (4)支持需求侧响应,节省电费 (5)用户停电警报的及时上传是供电企业能够及时 检测出故障元件与停电范围,缩短故障处理时间。 (6)使供电企业掌握完整的负荷信息,对电网供电 可靠性、电能质量与线损进行准确的统计分析, 提高供电质量与电网运行效率。

在实际工程应用中,供电企业通过高级量测体 系(AMI)、客户信息系统(CIS)、电话投诉管 理系统(TCM)这三套自动化系统实现与用户之 间用电信息的互动。AMI用于采集处理负荷运行数

据并发布需求侧响应控制命令;CIS供用户在网上
进行缴纳电费、用电查询、停电投诉等操作;

TCM系统为用户提供电话呼叫服务。

二、需求侧响应 需求侧响应(DR)是指用户根据电价信号或 奖励措施调整用电时间、用电量及用电方式,并应 用自备DER发电的市场参与行为。DR使用的电价 信号有分时电价、实时电价、尖峰电价等。奖励措 施包括直接负荷控制、需求侧竞价、容量市场计划、 辅助服务计划等。用户的DER可以在低电价时储 能,在高电价时发电自用或向电网送电。

DR的主要作用是:
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在电力系统因故障或负荷突增出现功率缺额时,减 少用电,防止电网出现稳定破坏事故,提高供电可 靠性。

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平滑负荷曲线,提高电网负荷率。
优化电能利用,节省用户电费支出。

参与电网互动,优化电网运行。

第二节

高级量测体系(AMI)

高级量测体系是一个采集处理用户负荷运行数 据并进行DR控制的计算机网络系统。它的主要组 成部分是智能电表、通信网络、量测数据管理主站。 AMI主要有以下技术特点:
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(1)AMI是一个面向所有类型用户的用电数据采 集与监控系统。
(2)功能更为丰富,完善。采集更多的负荷数据, 使电网运行人员能够完整地掌握电网负荷运行状态 与变化情况;支持实时电价的应用,为DR提供全 面的技术支持。

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(3)能够与其它自动化系统无缝集成,共享负荷 数据;向CIS提供用户电能记录,供计算电费、回 答用户用电查询时使用;及时发送停电警报信号, 供确定电网故障元件与停电范,提供负荷运行记 录以对供电可靠性、电能质量与线损进行统计分 析。 (4)可提供读取自来水表、煤气表以及智能家电 控制等增值服务。 (5)系统采用标准化设计,具有良好的开放性, 能够实现智能电表、应用程序、智能用电设备的 “即插即用”。

下图为AMI系统结构图:

一、智能电表 传统的电能表只是简单地记录用户电能消费 量,而智能电表是一个多功能用户侧终端装置。 它主要具备以下功能: ? 双向电能计量功能。能够记录从电网上获取的电 能和用户DER送到电网上的电能,能够根据电价 的变化计算出累计电费。 ? 用电数据采集功能。采集并根据预先设定的时间 间隔储存有功、无功、电压、电流等反映负荷运 行情况的数据,在主站召唤时上传数据。检测并 上传停电报警、电压越限信号以及其他电能质量 扰动数据。

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电表内置超级电容器的蓄电,以在停电时维持电 表工作一段时间,上传停电检测信息。 负荷控制功能。根据来自主站的命令或按照用户 基于电价变化设定的DR控制程序进行负荷的通 断与用电水平控制。 具备防窃电功能。检测擅自改动电表或其他窃电 行为。 显示当前电价与电费,供用户进行用电决策并及 时了解用电情况。 能够进行远方配置参数并进行程序升级。 用作用户网络的网关,转发实时电价与DR控制 命令。

二、通信网络 AMI通信网络由主干广域通信网与分支局域 通信网两部分组成。用户智能电表接在分支网中, 采用数据集中器或通信处理机向AMI主站转发智能

电表的数据。

AMI主站

WAN

数据集中器

LAN

智能电表

智能电表

主干通信网连接数据集中器与AMI主站,可 单独组网,亦可与配电网自动化系统共享通信网

络。目前,AMR与负控系统一般采用单独组网的
做法,通信方式有配电线载波、通用分组无线服

务技术、无线电台、电话拨号、光纤等。随着建
设SDG进城的推进,供电企业将逐步建立覆盖整 个配电网的IP通信网,用以解决高级配电自动化 与AMI的通信问题。这也是AMI主干通信网的发 展方向。

三、主站
AMI主站用于收集、处理、保存只能电表量 测数据并向智能电表发送DR控制信息;通过人机 界面与分析工具,对量测数据进行编辑、确认、

纠错、补缺并实现数据查询、检索、浏览、统计
分析、制表打印等功能;提供系统集成接口,对

外共享负荷数据。
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第五章 高级配电自动化技术
第一节 高级配电自动化 第二节 高级配电自动化系统 第三节 高级配电自动化主要功能与技术特征 第四节 高级配电自动化关键技术

第一节 高级配电自动化
它的定义是:配电网革命性的管理与控制方法,它实现 配电网的全面控制与自动化并对分布式电源进行集成,使系 统的性能得到优化。 ADA是对传统配电自动化(DA)的继承与发展,与传 统DA相比,其主要特点如下。 支持分布式电源DER的大量接入并将其与配电网进行有机地 集成。 实现柔性交流配电(DFACTS)设备的协调控制。 满足有源配电网的监控需要。 提供实时仿真分析与辅助决策,有效支持高级应用软件。 支持分布智能控制技术。 具有良好的开放性与可扩展性。 各种自动化系统之间无缝集成,信息高度共享,功能深度融 合。

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传统DA包含配电变电站、中低压配电网络、用 户侧三个层次上的自动化内容, 而在工程实践中, 它 一般指中低压配电网与用户侧的自动化。在SDG中, 用户侧自动化支持与用户的互动等新型服务, 其技 术内容更为丰富。为使ADA的功能特点更有针对性, 建议将ADA技术内容限定为中压配电网的自动化, 而把用户自动化作为独立的技术领域对待。 ADA包括高级配电运行自动化DOA和高级配电 管理自动化DMA。前者完成配电网安全监控与数据 采集、馈线自动化、电压无功控制、DER调度等实 时应用功能。后者以地理图形为背景信息,实现配 电设备空间与属性数据以及网络拓扑数据的录入、 编辑、查询与统计管理。完成停电管理、检修管理、 作业管理等离线或实时性要求不高的应用功能。

ADA功能

馈线自动 化

SCADA

VVC和电能 质量管理
电能质量 分析

停电管理 系统
计划停电 管理 故障停电 管理

实时状态估 计和控制

分布式电 源集成

与其他系 统的集成
调度自动化 系统接口 信息管理系 统接口 高级量测体 系接口

故障定位 故障隔离 故障恢复 异常分析 馈线重构 保护协调

职能报表
数据采集 处理

拓扑分析 线损计算 潮流计算
运行条件 分析

微网 虚拟电厂

电压控制 无功补偿

故障恢复 异常分析 馈线重构 保护协调

广域测量

第二节 高级配电自动化系统
1.高级配电自动化系统的构成 高级配电自动化系统包括高级DOA系统与高级 DMA系统两个子系统。 ? (1)高级DOA系统完成高级DOA功能, 其结构如图所 示。与传统配电网自动化系统相比, 它具有以下两 个特点:1.监控对象除传统的开关站、环网装置、柱 上开关外还包括DER、DFACTS设备等。2.除主站、 通信网络与各种现场监控终端外, 增加了分布式智 能控制器DIC 。DIC安装在变电站、开关站或其他 选定的站点内, 其作用类似于传统配电网自动化系 统中的配电子站, 收集并处理附近小区内相关站点 终端的信息, 完成一些实时性要求高的现场控制功 能。

2.高级配电自动化系统与其他自动化系统的集成 ADA的两个子系统以及与其他自动化系统之间, 通过企业信息集成总线UIB, 交换信息实现“无缝” 集成。这些系统之间的数据交换关系如下。 ? (1)高级DOA系统从高级DMA系统中获取配电网 设备属性与网络拓扑数据, 以避免配电网数据的重 复录入。高级DMA系统从高级DOA系统中获取包括 故障信息在内的配电网实时运行数据,完成负荷统计、 停电管理、检修管理等应用功能。 ? (2) 高级DOA系统从调度自动化系统中获取变电站 中压线路出线断路器运行信息, 并向其传送开关操 作控制命令。

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(3)高级DMA系统从高级量测体系AMI中获取用 户停电检测信息, 结合来自DSCADA的故障检测数 据, 实现故障定位、停电范围监测通过向客户信息 系统、用户电话投诉管理系统发布停电范围、原因、 恢复供电时间等信息, 供用户查询。

第三节.高级配电自动化主要功能与技术特征
一.配电网监控 配电网监控,即DSCADA, 这是ADA的一个基 本功能, SDG对其有不同于传统DA的高要求。 SDG应具有良好的可测性, 能够实现配电网全 局的“ 可视化”管理, 这就要求DSCADA采集的数 据更为全面、完整, 除常规遥测、遥信与故障检测 信息外, 还包括设备运行状态等数据。DER与 DFACTS设备的广泛应用, 使SDG成为一个功率双 向流动的复杂有源网络, 必须使用快速仿真模拟等 高级应用软件, 以对其进行有效地控制与管理。为 保证高级应用软件的运行效果, 要求DSCADA能够 实现高精度同步数据采集, 并提供电压和电流的相 量信息。

二.馈线自动化FA SDG要求完成配电网故障自动定位、隔 离与恢复供电功能。 SDG要求最大限度地减小故障引起的供 电中断时间和影响范围。传统的FA依赖重合 器顺序重合或主站遥控实现供电恢复, 处理时 间需要数分钟。ADA中的FA应用分布式智能 控制技术,能够将时间减少至1s内;应用闭环 运行相邻分段开关之间配备差动保护、动态 电压恢复器、DER、微网等技术, 实现馈线故 障的“无缝”自愈, 使用户免受故障影响。

三.电压无功控制 在SDG中, 一方面, DER的投人与退出及其输出 功率具有很大的不确定性, 使调度人员难以仅根据 母线电压与负荷情况掌控配电线路电压的变化另一 方面, 部分DER设备如光伏发电逆变器可同时作为 无功输出设备, 参与电网电压无功调节。高级DOA 系统应能根据线路上不同监测点功率潮流和电压实 时数据, 综合决策, 实现电压无功补偿设备包括DER 的优化调节与控制。 传统DA系统的电压无功控制功能十分有限,一 般仅提供关键节点电压的监测与无功补偿装置的投 切控制为降低造价, 有的系统甚至仅采集母线电压, 使调度人员难以全面掌握线路电压变化情况。

四.支持虚拟发电厂技术 (见第三章第四节) 五.分布式智能控制 SDG中快速故障自愈、电压无功控制、 微网控制、广域保护〔包括DER孤岛保护〕 等功能的完成需要两个以上监控站点的数据, 称为广域控制功能。依赖控制中心的高级 DOA主站系统可完成广域控制功能, 但处理 速度难以满足实时性要求而采用分布式智能 控制技术, 就地采集处理数据, 输出控制调节 命令, 则可以显著地提高广域控制功能的响应 速度。

第四节.高级配电自动化关键技术
一. IP通信网络 通信网络对整个ADA系统的性能与可靠性有 着决定性的影响。高级DOA系统根据其实现的功 能与技术要求应采用IP通信技术。目前, 多数供 电企业已经建立了覆盖控制中心、变电站、配电 站等中心节点的光纤数据网, 可作为DOA系统的 骨干IP传输网。配电网中的环网设备、DER设备、 配电站、变电站等站点的通信, 宜采用光纤技术, 构成局域通信网, 再通过网络交换设备接人骨干 网。对于个别光纤难以到达的站点可采用无线分 组业务GPRS、无线如ZIGBEE技术、电力载波 等技术接入。

IP通信方式不同于传统DA采用点对点或 点对多点通信方式, 解决了终端只能与主站或 配电子站通信而存在的问题①终端之间不能 交换数据, 无法实现基于终端的分布式智能控 制②采用配电子站转发终端数据, 终端与主站 之间不是透明传输, 配置与管理维护工作量大 ③通信带宽窄, 难以上传故障录波、电能质量 扰动等数据量比较大的事件记录。

二.配电网测控体系 根据DOA系统完成的功能, 从逻辑上可把下图所 示的高级DOA系统分成配电网广域测控体系和ADA 应用软件(包括终端、DIC的应用软件)两个层次上的 内容。

配电网广域测控体系DMACI,包括IP通信网络与 主站、现场终端中的数据采集、数据管理、通信等 技术内容, 可为主站、DIC与终端中的ADA应用软件 提供配电网运行数据采集、数据传输与管理服务。 它具有以下特点:

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(1)支持分布式智能广域控制, 包括支持DIC的应 用、终端间对等实时数据交换、事件信息与控制命 令的快速传输等。 (2)支持同步相量测量。同步相量测量用于完成 环网合环电流计算、广域保护、故障定位、电压控 制等功能。 (3)支持配电设备在线监测, 能够记录、传输故障 与电能质量扰动数据。 (4)具有良好的开放性, 支持络端设备与应用软件 的“ 即插即用” 。做到这一点的关键是通信协议 的标准化。 (5)具有网络与系统管理功能, 能够收集网络管理 信息, 向网络管理工作站报告网络与终端设备的错 误信息。 (6)能够提供安全访问控制, 使系统免受非法访问 与恶意攻击的损害。

三.新型传感与测量技术 传感和测量技术对ADA技术的发展也至 关重要。研发应用新型的传感与测量器件, 如 小型电压与电流传感器(小信号输出)、电子式 互感器、光学互感器等。此外, 需要开发新型 气体、温度、局部放电等传感器件, 满足配电 设备在线监测的应用。 现有DA系统一般采用电磁式互感器(电压 互感器、电流互感器)测量电压、电流信号, 成本高, 安装不方便一些站点(主要是环网柜) 往往因为没有合适的空间安装互感器, 而不得 不放弃对其进行监控。

四.故障定位技术 配电网接入大量的DER、DFACTS设备, 使故障电流不再是由系统侧单向流人故障点, 其分布规律与传统配电网有很大的不同, 需要 研究新的故障检测和定位方法。其中二个解 决方案是比较故障电流的方向来检测故障区 段(故障区段馈线电流同方向), 故障电流方向 通过比较电压和电流相位检测另一个方案是 比较故障电流的相位故障区段馈线电流同相 位判断故障区段。相位法不需要测量电压, 但 需解决采样时间的同步问题。此外, DFACTS 设备的大量应用也会影响故障电流波形、频 率及其分布, 需要加以解决。

对于中性点非有效接地系统的单相接地 (小电流接地系统故障), 目前的故障定位方法 有利用故障暂态信号的方法(暂态法)、中性点 投人电阻法与注入信号寻迹法。对于电阻法 与信号注入法, 在SDG中也会遇到与上述短 路故障检测类似的问题而对于暂态法来说, 可 通过比较故障点两侧暂态零序电流波形的极 性或相似性实现定位。

五.快速仿真与模拟技术 配电网快速仿真与模拟D-FSM技术提供 实时计算工具, 分析预测配电网运行状态变化 趋势, 可对配电网操作进行仿真并进行风险评 估, 并向运行人员推荐调度决策方案。 D-FSM是保证SDG安全可靠、高效优化 运行的重要技术手段。配电网节点众多、网 络复杂,三相负荷不平衡现象严重、数据不健 全, 使得对其进行的计算分析不同于输电网, 考虑DER、DFACTS设备的大量应用, 更使其 难度与复杂程度大为增加, 因此还有大量的研 究工作要做。
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第六章 柔性配电与故障电流限制技术
第一节 柔性配电技术 第二节 柔性配电技术主要设备 第三节 故障电流限制技术

由变压器、机械开关、导线组成的传统 配电系统存在一些难以克服的技术问题, 如短 路引起的过电流与电压骤降危害、重合闸或 倒闸操作引起的供电短时中断、电压与功率 不能连续调节等, 而柔性配电技术、故障电流 限制技术的发展则为解决这些问题提供了技 术手段, 将使配电系统的构成与运行方式发生 革命性的变化。这两项技术对提高供电质量 与配电网运行效率至关重要, 也是智能配电网 的重要技术内容。

第一节 柔性配电技术
柔性配电技术是柔性交流输电( Flexible AC Transmission System, FACTS) 技术在配电网的延 伸, 简称为DFACTS( Distribution FACTS) 。 FACTS 是利用电力电子技术和控制技术对交流输 电系统的阻抗、电压、相位等基本参数进行灵活快 速地调节, 进而对系统的有功和无功潮流进行灵活 地控制, 以提高输电系统的输送能力与稳定水平。 作为提高电力系统安全稳定水平与运行效率的重要 技术手段, FACTS技术已在电力系统中获得广泛应 用。

智能配电网的一个重要特征是具有很高 的电能质量, 能够为用户提供定制电力 ( Custom Power) 技术或定质电力。所谓 定 制,是指用户根据其负荷运行需要向供电企 业提出的对供电质量的特殊要求, 如要求供电 一刻都不能中断, 没有电压骤降、谐波、电压 波动的影响等。而依赖传统的供电技术难以 满足用户的这些特殊要求, 这就需要应用 DFACT S 技术对各种电能质量问题进行有效 地控制。电能质量控制是DFACT S 技术的一 种主要的应用领域, 鉴于此, 有人将其称为定 制电力技术。

DFACTS 技术在智能配电网中的另一个 应用领域是解决分布式电源( DER) 并网问题。 一是提供动态无功补偿, 克服风力发电、太阳 能发电功率输出间歇性的影响, 使配电网在最 大程度地接纳风电、太阳能发电功率的同时, 保证电压质量与稳定性; 二是对有源配电网的 潮流进行调节与控制, 优化配电网潮流分布, 提高配电网运行可靠性, 减少损耗。

第二节 柔性配电技术主要设备
(1)固态开关。固态开关是应用电力电子器件 构成的开关设备, 分为固态转换开关( Solid State Transfer Switch, SSTS) 与固态断路器( Solid State Circuit Breaker, SSCB) 两种。它们利用电力电子器 件导通与截止速度快的特点, 解决传统机械开关动 作时间长( 达数个周波) 带来的问题。

(2)静态无功补偿装置SVC。SVC 包括 晶闸管控制的电抗器( Thyrisator Switch Reactor, TSR) 与晶闸管控制的电容器 (Thyrisator Switch Capacitor, TSC) 两种装置。 实际应用中, 也可将两者结合使用, 称为混合 式SVC。SVC 通过控制晶闸管的导通时刻来 改变流过电抗器或电容器的电流, 从而调节从 系统中吸取或向系统注入的无功电流, 可以平 滑、无级地调节容性或感性无功功率, 且具有 较好的动态响应特性。而常规的无功功率补 偿装置采用机械开关投切电容器, 响应速度慢, 且不能满足对波动较频繁的无功负荷进行连 续补偿的要求。

SVC 广泛用于抑制轧钢机、电弧炉等冲 击性负荷引起的电压闪变; 用于电气化铁路等 场合, 补偿不对称负载引起的电压不平衡; 用 于自动消弧线圈接地装置, 动态补偿中性点非 有效接地系统的接地电容电流; 用于风力发电 并网控制, 为风电场提供快速、连续地的无功 补偿。

(3)静止同步补偿器。STATCOM 又称 静止无功发生装置( Static Var Generator, SVG) 。它是一个基于脉宽调制( PWM) 技术 的无功功率发生器, 通过自动调节注入到系统 中去的无功电流, 实现对瞬时无功功率控制, 从而达到抑制电压波动、闪变与谐波的目的。 STATCOM 克服了SVC 仍然需要配置大容量 的电容或电感元件、仍然难以适应无功功率 的急剧变化这两个缺点, 特别适用于冲击性负 荷的无功补偿; 用于风电场的无功补偿时, 能 够很好抑制风力发电机并网或切机瞬间引起 的电压波动,并且在系统故障时, 能够提高机 端电压恢复速度,维持风力发电机在故障期间 继续平稳运行, 为系统提供功率支撑。

(4)动态不间断电源,DUPS( Dynamic Uninterrupted Power Supply) 由STATCOM 和一个直流储能系统构成, 其中STATCOM 作 为一个信号发生装置使用, 在供电中断时将储 存的直流能量转换成有功电流,维持一段时间 的供电。DUPS 作为应急后备电源使用, 可防 止敏感负荷因短暂的供电中断出现不正常。

下图所示为应用DUPS 的配电系统。母线I 上馈线出线 采用固态断路器SSCB1, 其余馈线仍采用常规机械断路器。 DUPS 通过固态断路器SSCB2( 正常情况下处于断开状态) 给敏感负荷供电。当负荷上游任一点发生故障引起供电中断 时, 在半个周波时间内SSCB1 断开、SSCB2 投入,DUPS 给 敏感负荷供电, 直至常规的机械断路器切除故障并恢复正常 供电或者将负荷转移到无故障的馈线上去。

动态电压恢复器。DVR(Dynamic Voltage Restorer) 由 直流储能电路、功率逆变器( PWM) 和串接在供电线路中的 变压器组成。DVR 在测出电压瞬时降低后, 立即直流电源通 过PWM 输出交流电压, 与系统电源电压相加( 串联) , 使负载 上的电压维持在合格的范围内, 直至系统电压恢复到正常值。 DVR 输出波形能够维持一段时间, 可以补偿系统电压的瞬时 下降, 防止电压骤降给一些敏感负荷带来危害。这种补偿方 式仅补偿电压的差值, 需要的补偿容量小, 且具有补偿效果与
系统阻抗、负荷功率因数无关等优点。

(6)智能通用变压器。IUT ( Intelligent Universal Transformer) 又称为电力电子变压 器或固态变压器, 是含有电力电子变换器且通 过高频变压器实现磁耦合的配电装置, 不仅实 现传统变压器的变压、电隔离和传递能量, 还 可以控制潮流、电压质量。作为一种集潮流 与电能质量控制为一体的DFACTS 设备, IUT 的推广应用, 对于建设智能配电网具有十分重 要的意义。

(7)轻型直流输电系统。轻型HVDC 系 统采用可关断电力电子器件( 如IGBT ) 构成 电压源型换流站( Voltage Sourced Converters, VSC) 进行直流传输。它具有一 系列传统直流输电所不具备的优点, 一是它可 以同时而且独立地控制有功功率与无功功率 输出, 不仅不需要交流侧提供无功功率, 而且 还能够动态补偿交流母线的无功功率; 二是电 流能够自关断, 可以工作在无源逆变方式,不 需要外加的换相电压, 其受端系统可以是无源 网络; 三是其交流侧的电流可控, 不会增加交 流系统的短路容量。

轻型HVDC 系统特别适用于远离电网的风电、 太阳能、小水电等分布式电源(DER) 的并网联络, 如用于海上风电场并网。此外, 还适用于远离电网 的海上钻井平台、小岛等孤立负荷供电。

第三节 故障电流限制技术
故障电流限制技术是智能电网的另一项 重要技术。一般情况下, 配电网短路会产生很 大的故障电流, 除可能造成相关的配电设备因 发热、机械应力损害外, 还会引起母线电压骤 降, 使同一母线供电的敏感用电设备受影响, 带来严重的后果。配电设备、导线的设计也 因此要留有足够的耐短路电流冲击的裕度, 这 都使配电设备、导线的制造成本大幅增加, 而 应用故障电流限制技术, 将短路电流降低到一 个合理的水平上, 则可以解决这些问题。

对于智能配电网, 由于DER 大量接入, 这 将造成配电网短路容量增加, 使之超过配电设 备与导线允许的设计值。如果因此而更换配 电设备与导线, 将造成极大的浪费, 而安装故 障电流限制设备来防止短路容量超标则是一 个比较经济的解决方案。因此, 故障电流限制 技术对于提高供电质量、减少配电网造价与 DER 并网投资都具有十分重要的意义, 是建 设智能配电网的一项关键技术。

限制故障电流的措施分为系统级措施与设备级 措施两类。系统级措施有电网解列运行、母线分列 运行、提高电压等级等; 设备级措施则是应用故障 电流限制器( Fault Current Limiter, FCL ) 。因受可 靠性、电压质量、损耗等因素的限制, 系统级限流 措施发挥的作用有限, 必须配合使用FCL, 才能把短 路电流降到一个较低的水平。FCL 是一种串接在线 路中的电气设备, 未来的智能配电网, FCL 将获得普 遍应用, 短路电流甚至可限制至2 倍额定电流以下, 使配电系统摆脱短路电流的危害, 传统的遮断大电 流的断路器或许从系统中消失, 配电网面貌、性能 与保护控制方式将发生根本性的变化。


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智能配电网的信息架构 中文
电网技术 2009 年 8 月第 33 卷第 15 期 智能配电网的信息架构赵江河,王立岩(中国电力科学研究院,北京市 海淀区 100192 ) 摘要: 智能配电网的信息构架是智能...
浅谈新能源接入对智能配电网的影响
浅谈新能源接入对智能配电网的影响_电力/水利_工程科技_专业资料。浅谈新能源接入对智能配电网的影响 摘要:智能电网的核心内容之一是解决各种新能源的接入问题。风能...
我国智能配电网通信组网技术的应用
我国智能配电网通信组网技术的应用_信息与通信_工程科技_专业资料。我国智能配电网通信组网技术的应用 摘要 智能电网的发展主要是依赖于智能配电网来体现的。 电能...
智能配电网建网模式
智能配电网建网模式_能源/化工_工程科技_专业资料。智能电网配电侧通信建设电力行业智能配电网解决方案 PON, 无线, PON,WiMAX 无线,工业以太网用于优化电力系统配网...
配电网智能调度模式及关键技术
配电网智能调度模式及关键技术 【摘要】配电网智能调度是未来配电网调度发展的必然趋势,其最大的优 势就是能够将配电网资源得到最合理的配置,减少资源的浪费。本文...
智能电网的现状和和发展趋势
那就是智能电 [8 网 ] 我国的智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信...(DCS)、配电管理系统(DMS)、能量管理系统(EMS)、相量测量单元/广域测量系统 (...
智能电网的发展趋势
人网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与用户用电 信息进行实时监控和采集, 并且采用最经济与最安全的输配电方式将 电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置...
国内外配电网及自动化系统存在的问题及发展趋势
管理高效且符合未 来社会发展需求的智能配电网,将是一项复杂且艰巨的任务,我们应从配电网规划、信 息化建设和智能配电设备的发展等多方面予以重视,并明晰当前配电...
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