智能電網(wǎng)在10kV線路快速?gòu)?fù)電的探討

1、    智能電網(wǎng)在10kv線路快速?gòu)?fù)電的探討    陳東揚(yáng)摘要：文章提出就對(duì)比傳統(tǒng)電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的優(yōu)劣，分析了智能電網(wǎng)在10kv線路故障方面的應(yīng)用，探討了基于智能電網(wǎng)下如何使得用戶快速?gòu)?fù)電。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；無功補(bǔ)償；自愈控制中圖分類號(hào)：u665.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：0引言隨著科技的進(jìn)步，電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)電網(wǎng)在快速自愈方面具有很大程度的局限性，而智能電網(wǎng)的興起則能彌補(bǔ)傳統(tǒng)電網(wǎng)在這方面的不足。結(jié)合工程實(shí)踐，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了“建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，突出 強(qiáng)調(diào)

2、的是堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架與智能化的有機(jī)統(tǒng)一。1城市電網(wǎng)特點(diǎn)本文研究的城市配電網(wǎng)具有以下特點(diǎn)： 電壓等級(jí)復(fù)雜，包括110 kv、10 kv、400 v； 長(zhǎng)、短線路并存； 架空線路與電纜直配線路并存； 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多樣，雙環(huán)、雙射、第三電源、多電源、多分段多聯(lián)絡(luò)方式并存；容量增大，大容量的動(dòng)態(tài)負(fù)荷增多。由于城市電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)行方式與大電網(wǎng)有很大的區(qū)別，對(duì)城市電網(wǎng)進(jìn)行自愈控制時(shí)，要對(duì)城市電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行分析。2智能電網(wǎng)的概念到目前為止，智能電網(wǎng)并沒有統(tǒng)一的定義。它是指一個(gè)完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個(gè)用戶和節(jié)點(diǎn)都得到了實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證了從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動(dòng)。通過廣泛應(yīng)用的

3、分布式智能和寬帶通訊及自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成，它能保證市場(chǎng)交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實(shí)時(shí)互動(dòng)。根據(jù)ibm中國(guó)公司高級(jí)電力專家martin hauske的解釋，智能電網(wǎng)有三個(gè)層面的含義，首先是利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、集合；最后通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化管理。埃森哲認(rèn)為，智能電網(wǎng)利用傳感、嵌入式處理、數(shù)字化通信和it技術(shù)，將電網(wǎng)信息集成到電力公司的流程和系統(tǒng)，使電網(wǎng)可觀測(cè)（能夠監(jiān)測(cè)電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)）、可控制（能夠控制電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)）和自動(dòng)化（可自適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自愈），從而打造

4、更加清潔、高效、安全、可靠的電力系統(tǒng)。2.1 智能電網(wǎng)的特點(diǎn)和目標(biāo)自愈，不論發(fā)生什么事故，智能電網(wǎng)都能自身解決以保證電力系統(tǒng)的安全性。鼓勵(lì)和包括末端電力用戶，使之與電網(wǎng)自適應(yīng)交互。防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和抵御自然災(zāi)害。提供21世紀(jì)所需要的電能質(zhì)量。優(yōu)化，以使資產(chǎn)和設(shè)備得到最好的應(yīng)用。協(xié)調(diào)發(fā)電和儲(chǔ)能選擇。使電力市場(chǎng)化可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。2.2 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基本要求未來智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必須能支持現(xiàn)在配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所不能支持的兩個(gè)基本要求。綜合考慮終端用戶（分布式電源、電力調(diào)節(jié)設(shè)備、無功補(bǔ)償設(shè)備和用戶能量管理系統(tǒng)）控制和總體配電系統(tǒng)控制，以達(dá)到系統(tǒng)性能的優(yōu)化，取得期望的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。支持高比重的分布式電源，以

5、提高系統(tǒng)的整體性、效率和靈活性。如，通過協(xié)同的、分布式的控制，可以利用分布式電源來優(yōu)化系統(tǒng)性能；而在發(fā)生重大系統(tǒng)故障時(shí)可利用它們進(jìn)行局部供電（微型電網(wǎng)）。傳統(tǒng)電網(wǎng)和只能電網(wǎng)的一般比較見表1。表 1 傳統(tǒng)電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的比較3配電線路自愈控制原理3.1 配電線路故障定位機(jī)理在一個(gè)多分段、多聯(lián)絡(luò)的架空線路中，因?yàn)榧芸臻_關(guān)不具備保護(hù)跳閘功能，任何一個(gè)開關(guān)的某一相流過了超過整定值的故障電流，則此開關(guān)以上直到變電站的出線開關(guān)，其間各開關(guān)（分段開關(guān)）均可感受到故障電流，其他開關(guān)則不感受故障電流。主站系統(tǒng)以該條線路的變電站出線開關(guān)為起點(diǎn)，判斷最后一個(gè)有故障標(biāo)示的開關(guān)與第一個(gè)沒有故障標(biāo)示的開關(guān)之間區(qū)域?yàn)楣收蠀^(qū)

6、域。以圖1為例：當(dāng)故障點(diǎn)出現(xiàn)在d、e之間時(shí)，s1、a、b、d這4個(gè)開關(guān)均可感受到故障電流，而開關(guān)d是最后一個(gè)帶故障標(biāo)示的開關(guān)，e、f、s2這3個(gè)開關(guān)均無故障標(biāo)示，e為第一個(gè)不帶故障標(biāo)示的開關(guān)，則主站系統(tǒng)定位故障區(qū)段為d和e之間。3.2 配電線路自動(dòng)故障隔離機(jī)制對(duì)于一個(gè)開環(huán)運(yùn)行的配電網(wǎng)，一個(gè)非聯(lián)絡(luò)開關(guān)（10 kv出線開關(guān)和饋線上的分段開關(guān)）故障隔離的機(jī)制如下：當(dāng)主站系統(tǒng)判斷出故障區(qū)段后，將自動(dòng)閉鎖故障區(qū)段兩側(cè)（或多側(cè)）開關(guān)的有壓合閘功能（目前城區(qū)范圍內(nèi)的架空開關(guān)均為“有壓合閘、無壓脫扣”的電壓型開關(guān)），以此隔離故障區(qū)段。若某一個(gè)開關(guān)的所有相關(guān)聯(lián)區(qū)域均未被配電自動(dòng)化系統(tǒng)判定成故障區(qū)段，則即使該開關(guān)

7、流過了故障電流，也不會(huì)被閉鎖，以此區(qū)分非故障區(qū)段。3.3 配電線路健全區(qū)域自動(dòng)恢復(fù)供電機(jī)制當(dāng)系統(tǒng)判斷出故障區(qū)段，并閉鎖了相關(guān)的分段開關(guān)后。會(huì)自動(dòng)發(fā)出一個(gè)遙控合閘命令，將已跳開的上級(jí)電源開關(guān)合入。這時(shí)，所有未被閉鎖的分段開關(guān)檢測(cè)到電壓后依次合入，直至被閉鎖的開關(guān)為止，以此恢復(fù)從變電站出線開關(guān)到故障區(qū)段間非故障區(qū)段的供電。對(duì)于線路末端未直接接入變電站，而是通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)與相鄰線路相連接的，則配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過負(fù)荷計(jì)算，從若干個(gè)相鄰線路中選擇滿足負(fù)載要求的線路，自動(dòng)遙控合入該聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以此恢復(fù)從相鄰線路到故障區(qū)段間的非故障區(qū)段送電。若相鄰線路均不滿足負(fù)載要求，即一條相鄰線路無法單獨(dú)承擔(dān)故障線路中非故障

8、區(qū)段的負(fù)荷，則系統(tǒng)將該非故障區(qū)段分解為若干小區(qū)段，由多個(gè)相鄰線路共同承擔(dān)。若故障線路只有一條相鄰線路，且不能承擔(dān)非故障區(qū)段的負(fù)載，或多條相鄰線路共同承擔(dān)也無法滿足負(fù)載要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將選定的相鄰線路分解為若干供電區(qū)段，再由其他線路協(xié)助承擔(dān)被選定線路及非故障區(qū)段的全部負(fù)荷。4自愈控制的處理圖1 所示的配電網(wǎng)劃分了7 個(gè)配電區(qū)域：p（s1,a）,p（a,b,c）,p（c,- ）,p（b,d）,p（d,e）,p（e,f）,p（f,s2）。與變電站出線開關(guān)s1 相關(guān)聯(lián)的區(qū)域?yàn)閜（s1,a）；與饋線開關(guān)a相關(guān)聯(lián)的區(qū)域?yàn)閜（s1,a）,p（a,b,c）；與饋線開關(guān)c相關(guān)聯(lián)的區(qū)域?yàn)閜（a,b,c）,p（c,-

9、）,同理可知其他相關(guān)聯(lián)的區(qū)域。變電站出線開關(guān)；饋線分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò) 開關(guān)（空心表示分狀態(tài)）圖1開環(huán)配電網(wǎng)示意圖對(duì)于圖1所示的配電網(wǎng)，若區(qū)域p(a,b,c)中發(fā)生故障，則開關(guān)s1和a均流過了故障電流，而其余開關(guān)均未流過故障電流。站內(nèi)開關(guān)s1的保護(hù)裝置感受到故障電流后跳開。由于線路開關(guān)具有來電合閘、無壓釋放的特性，因此線路a、b、c開關(guān)斷開。開關(guān)s1、a：開關(guān)s1和a都流過了故障電流，而開關(guān)a是有故障標(biāo)示的最后一個(gè)開關(guān)（若開關(guān)a與s1之間還有若干開關(guān)，則均可感受到故障電流，但不是最后一個(gè)有故障標(biāo)示的開關(guān)），則判斷出故障區(qū)段在開關(guān)a以下，而不在p(s1,a)區(qū)域；開關(guān)b和c都是沒有故障標(biāo)示的第一個(gè)開關(guān)

10、（若開關(guān)b與d之間還有若干開關(guān)，則均不會(huì)感受到故障電流，但它們不是第一個(gè)沒有故障標(biāo)示的開關(guān)），則判斷出故障在b、c開關(guān)以上，且a開關(guān)以下，即p（a，b，c）為故障區(qū)段，因此配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)閉鎖開關(guān)a、b、c，使其處于斷開狀態(tài)且來電不合，以此隔離故障區(qū)域。開關(guān)b、c：開關(guān)b和c都是沒有故障標(biāo)示的第一個(gè)開關(guān)（若開關(guān)b與d之間還有若干開關(guān)，則均不會(huì)感受到故障電流，但他們不是第一個(gè)沒有故障標(biāo)示的開關(guān)），則判斷出故障在b、c開關(guān)以上，且a開關(guān)以下，即p（a，b，c）為故障區(qū)段，因此配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)閉鎖開關(guān)a、b、c，使其處于斷開狀態(tài)且來電不合，以此隔離故障區(qū)域。開關(guān)e,f,s2未采集到故障信息，則判斷其關(guān)聯(lián)

11、區(qū)域都沒有發(fā)生故障，因此，分別保持原來的合閘狀態(tài)不變，且不會(huì)被閉鎖。故障區(qū)域p(a,b,c)被隔離后，p(b,d)為故障線路中的非故障區(qū)段，系統(tǒng)計(jì)算出s2線路滿足負(fù)載要求后，將自動(dòng)遙控合入開關(guān)d，以此恢復(fù)非故障區(qū)段p(b,d)的供電。由于開關(guān)b已被閉鎖，因此不會(huì)合入到故障點(diǎn)，造成二次跳閘。至此，線路自愈功能結(jié)束，從故障發(fā)生到故障區(qū)段的隔離以及非故障區(qū)段的送電，全部過程由配電自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)及自動(dòng)化終端配合完成。5結(jié)語(yǔ)智能電網(wǎng)通過采用傳感器和智能儀器儀表，使用雙向通道，建立具有分布式智能特征的高級(jí)分析和控制自動(dòng)化體系，通過分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能，防止斷電，更快地恢復(fù)供電。最終目標(biāo)是