智能配電網(wǎng)的自愈能力3

智能配電網(wǎng)的自愈能力

0引言:

“智能電網(wǎng)”具有自愈、優(yōu)質(zhì)、兼容、互動(dòng)等特點(diǎn)，是現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展方向.自愈作為保證電網(wǎng)供電可靠、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵功能，是智能電網(wǎng)技術(shù)研究的重點(diǎn)。輸電網(wǎng)的自愈能力在總結(jié)大停電的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，對(duì)提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平進(jìn)行了大量的研究，取得了一系列研究成果配電網(wǎng)自愈能力的研究相對(duì)較少配電網(wǎng)直接面向用戶是控制、保證用戶供電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)目前用戶停電95%以上是由配電系統(tǒng)原因引起的電網(wǎng)有一半的損耗發(fā)生在配電網(wǎng)分布式電源的影響主要在配電網(wǎng)目前配電網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化程度遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)1智能配電網(wǎng)自愈的基本概念電網(wǎng)的自愈(SelfHealing)是指其在無(wú)需或僅需少量的人為干預(yù)的情況下，利用先進(jìn)的監(jiān)控手段對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的在線自我評(píng)估，并采取預(yù)防性的控制手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速診斷、快速調(diào)整或消除故障隱患；在故障發(fā)生時(shí)能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，不影響用戶的正常供電或?qū)⒂绊懡抵磷钚?。自愈是智能電網(wǎng)的核心功能自愈就像人體的免疫功能一樣1.1自愈技術(shù)概念的提出自愈的概念最早出自美國(guó)電科院（EPRI）與美國(guó)能源部于1999年啟動(dòng)的“復(fù)雜互動(dòng)系統(tǒng)”聯(lián)合研究計(jì)劃。后來(lái)美國(guó)電科院的“智能電網(wǎng)Intelligrid”、美國(guó)能源試驗(yàn)室的“現(xiàn)代電網(wǎng)ModernGridInitiative”研究項(xiàng)目都把自愈作為主要研究?jī)?nèi)容，作為保證電網(wǎng)供電質(zhì)量的核心技術(shù)手段。自愈是傳統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的發(fā)展，它的終極目標(biāo)是為用戶提供永不間斷的理想電力

。1.2智能配電網(wǎng)的自愈功能1）配電網(wǎng)運(yùn)行的自優(yōu)化；2）配電網(wǎng)異常、故障的自行診斷、隔離和恢復(fù)；3）電能質(zhì)量的自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整。重點(diǎn)解決停電與電能質(zhì)量?jī)煞矫娴膯?wèn)題，即供電質(zhì)量問(wèn)題1.3當(dāng)前供電質(zhì)量的主要問(wèn)題

供電質(zhì)量=供電可靠性+電能質(zhì)量+(服務(wù)質(zhì)量)1）供電可靠性問(wèn)題：據(jù)美國(guó)能源部的報(bào)告“今天的電力可靠性99.97%，仍然有停電和中斷，每年至少要造成停電損失1500億美元”。中國(guó)2007年全國(guó)平均是99.88%，每年要造成停電損失是？！2）電能質(zhì)量問(wèn)題：據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在用戶電能質(zhì)量問(wèn)題投訴中，由于電壓驟降原因造成的占80%以上。據(jù)LeonardoEnergy最近對(duì)歐洲8個(gè)國(guó)家的電能質(zhì)量調(diào)查，在工業(yè)等領(lǐng)域，電能質(zhì)量每年大概造成損失超過(guò)150億英鎊，而其中差不多60%的損失是由于電壓驟降或短時(shí)中斷（shortinterruption）引起的。3）短時(shí)停電（3分鐘內(nèi)）問(wèn)題：目前配網(wǎng)中大量存在。如瞬時(shí)性故障時(shí)的跳閘與重合閘操作、故障自動(dòng)隔離與非故障區(qū)段恢復(fù)供電、變電所備自投裝置動(dòng)作等都會(huì)引起用戶供電出現(xiàn)數(shù)秒到數(shù)分鐘的停電。短時(shí)停電未納入可靠性統(tǒng)計(jì)，但同樣會(huì)引起用電設(shè)備停機(jī)或運(yùn)行不正常研究智能電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)力：不在電能的成本，而在于電能不合格的成本!1.4自愈功能作用1)對(duì)于輸電網(wǎng)，是環(huán)網(wǎng)多電源供電結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)甚至多個(gè)元件退出運(yùn)行，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常供電。因此，其自愈功能首先是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，再就是通過(guò)快速繼電保護(hù)切除故障元件；另一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線安全評(píng)估和預(yù)警控制，防止出現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故導(dǎo)致的大面積停電。

2)對(duì)于配電網(wǎng)，直接面向用戶，一般是輻射性供電，其中任何故障、電能質(zhì)量擾動(dòng)都直接影響到用戶，因此配電網(wǎng)的自愈功能作用主要有：一是減少停電時(shí)間與停電次數(shù)，特別是避免目前電網(wǎng)大量存在短時(shí)停電問(wèn)題，提高供電質(zhì)量；二是優(yōu)化電能質(zhì)量，尤其是抑制電壓驟降，提供優(yōu)質(zhì)電力；三是有效抵御攻擊，提高電網(wǎng)防災(zāi)能力；四是為用戶提供特定要求的“定制電力”，提高服務(wù)水平。2智能配電網(wǎng)自愈關(guān)鍵技術(shù)自愈功能的實(shí)現(xiàn)，涉及多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。首先一次網(wǎng)架的設(shè)計(jì)應(yīng)該更加靈活、合理，并應(yīng)用快速斷路器、故障電流限制器等新設(shè)備；在二次系統(tǒng)中，應(yīng)用廣域保護(hù)、自適應(yīng)保護(hù)就地快速故障隔離，以及實(shí)時(shí)在線檢測(cè)故障并快速自愈操作。同時(shí)集先進(jìn)的通信、遙感、仿真分析等技術(shù)都是自愈技術(shù)的基礎(chǔ)要素。在此基礎(chǔ)上，有關(guān)鍵技術(shù)如下：1）饋線自動(dòng)化技術(shù)目前的饋線自動(dòng)化技術(shù)依賴主站遠(yuǎn)方遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)，故障隔離與自動(dòng)恢復(fù)供電的時(shí)間在30s-60s之間;智能配電網(wǎng)采用廣域IP通信技術(shù)，饋線終端之間能夠?qū)崟r(shí)交換故障檢測(cè)數(shù)據(jù)與控制命令，可將自愈的速度提高至“幾秒級(jí)”2）配網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行故障隔離技術(shù)配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行且分段開(kāi)關(guān)采用斷路器，并配備差動(dòng)保護(hù)，則可在線路出現(xiàn)故障時(shí)快速（200ms之內(nèi)）切除故障，而使非故障線路的供電基本不受影響。3）配網(wǎng)廣域測(cè)控技術(shù)支持同步相量測(cè)量、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，記錄故障與電能質(zhì)量擾動(dòng)數(shù)據(jù)，提供配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、分析與管理服務(wù)，與用戶端的AMI一起，構(gòu)成智能配電網(wǎng)的信息交換與集成的基礎(chǔ)設(shè)施。4）微網(wǎng)技術(shù)微網(wǎng)（MicroGrid）是指接有分布電源（DER）的配電子系統(tǒng)，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的供電孤島，可在主網(wǎng)脫離后孤立正常運(yùn)行。5）柔性配電技術(shù)（DFACTS）

這是柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)在配電網(wǎng)的延伸。其設(shè)備包括靜止無(wú)功發(fā)生器（SVC）、靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）、有源電力濾波器（APF）、動(dòng)態(tài)不停電電源（UPS）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）、固態(tài)斷路器（SSCB）、固態(tài)負(fù)荷轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)（SSTS）等。應(yīng)用SSCB、SSTS可以提高故障切除與負(fù)荷轉(zhuǎn)移切換速度，提高自愈速度；而利用UPS與DVR可以補(bǔ)償配電網(wǎng)故障切除、隔離期間短時(shí)供電中斷與電壓驟降，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫自愈，保證重要敏感負(fù)荷供電不受影響。此外，作為配電網(wǎng)自愈能力的一部分，應(yīng)用SVC、STATECOM、APF可以消除諧波、電壓波動(dòng)的影響，改善電能質(zhì)量。3智能配電網(wǎng)自愈能力的評(píng)價(jià)

科學(xué)、量化地評(píng)價(jià)配電網(wǎng)的自愈能力，是智能配電網(wǎng)自愈功能研究的重要內(nèi)容，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有這方面的標(biāo)準(zhǔn)。研究建立一套評(píng)價(jià)智能配電網(wǎng)自愈能力的指標(biāo)體系，是十分必要的，該指標(biāo)體系也將是智能配電網(wǎng)運(yùn)行管理指標(biāo)的重要內(nèi)容。配電網(wǎng)的自愈能力，可從自愈速度與自愈率兩方面來(lái)評(píng)價(jià)。3.1自愈速度指標(biāo)

根據(jù)供電質(zhì)量波動(dòng)對(duì)用電對(duì)象的影響嚴(yán)重程度，將電力負(fù)荷分為如下三類：1)普通負(fù)荷，即基本不受供電質(zhì)量波動(dòng)的影響或者所造成的損失較小的電力負(fù)荷。如一般照明設(shè)備、電加熱等。2)敏感負(fù)荷，指幾個(gè)周波的供電質(zhì)量波動(dòng)會(huì)對(duì)其造成影響和危害的電力負(fù)荷，如可編程控制器、變頻調(diào)速裝置等3)嚴(yán)格負(fù)荷，指對(duì)供電能質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，出現(xiàn)一周波以上的波動(dòng)即會(huì)對(duì)其造成影響和危害的負(fù)荷，如集成電路芯片制造流水線、銀行與證券中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。

可見(jiàn)，自愈速度的快慢直接關(guān)系到對(duì)用戶的影響，綜合考慮對(duì)用戶的影響及其所需要的緩解控制技術(shù)，可將自愈速度分為四級(jí)：（1）一級(jí)自愈速度，也稱為毫秒級(jí)自愈，指供電質(zhì)量波動(dòng)時(shí)間在一周波（50Hz電網(wǎng)是20毫秒）以內(nèi)的自愈恢復(fù)，其作用是讓用戶沒(méi)有“感覺(jué)”，因此可稱為“無(wú)縫自愈”。（2）二級(jí)自愈速度，也稱為周波級(jí)自愈，指供電質(zhì)量波動(dòng)時(shí)間在一周波以上、幾十毫秒以內(nèi)的自愈恢復(fù)，對(duì)普通負(fù)荷和一般敏感負(fù)荷基本無(wú)影響。（3）三級(jí)自愈速度，也稱為秒級(jí)自愈，指供電質(zhì)量波動(dòng)時(shí)間在幾秒鐘內(nèi)的自愈恢復(fù)，對(duì)敏感負(fù)荷有一定影響，但對(duì)普通負(fù)荷無(wú)影響。（4）四級(jí)自愈速度，也稱為分鐘級(jí)自愈，指供電質(zhì)量波動(dòng)時(shí)間在3分鐘內(nèi)即自愈恢復(fù)，雖用戶都“感覺(jué)”到停電，但短時(shí)間恢復(fù)，會(huì)影響敏感負(fù)荷的正常運(yùn)行，但對(duì)普通負(fù)荷基本無(wú)影響。對(duì)于停電時(shí)間超過(guò)3分鐘的，則為不自愈。自愈速度也是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，自愈速度越快，就意味著電網(wǎng)裝備投入越大，因此針對(duì)具體的配電網(wǎng)，要從滿足用戶負(fù)荷要求實(shí)際出發(fā)，選擇適中的自愈速度。自愈速度指標(biāo)也作為評(píng)價(jià)智能配電網(wǎng)某一饋線或者某一小區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)的自愈能力指標(biāo)。3.2供電自愈率指標(biāo)用于描述一個(gè)區(qū)域直至一個(gè)城市的配電網(wǎng)對(duì)事故隱患與供電故障的自愈恢復(fù)能力。在實(shí)際工程中，難以對(duì)故障隱患進(jìn)行準(zhǔn)確地的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，因此，將供電自愈率指標(biāo)限定為描述故障自愈恢復(fù)能力的指標(biāo)。3.2.1與供電可靠性關(guān)系供電可靠性是指對(duì)用戶連續(xù)供電的可靠程度，其指標(biāo)是對(duì)用戶停電時(shí)間和次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，直接體現(xiàn)了配電網(wǎng)對(duì)用戶連續(xù)供電的能力。我國(guó)原能源部的[1991]363號(hào)文《供電系統(tǒng)用戶供電可靠性統(tǒng)計(jì)辦法》中明確規(guī)定，“對(duì)供電系統(tǒng)停電時(shí)間不超過(guò)３分鐘的各類操作（如調(diào)電操作、開(kāi)關(guān)跳閘后試送成功等）不應(yīng)視為對(duì)用戶停電”。后來(lái)頒布的DL/T836—2003號(hào)文《供電系統(tǒng)用戶供電可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程》雖然刪去了這條款，但在實(shí)際操作中，還是不把短時(shí)停電納入可靠性統(tǒng)計(jì)中。英國(guó)等國(guó)家也是將３分鐘以內(nèi)的停電不納入統(tǒng)計(jì)。3.2.1供電自愈率供電自愈率是描述了配電網(wǎng)在減少故障停電方面的自愈恢復(fù)能力，重點(diǎn)是描述電網(wǎng)對(duì)3分鐘之內(nèi)停電的自愈恢復(fù)能力，3分鐘以上的停電納入供電可靠性統(tǒng)計(jì)。指標(biāo)如下：第一個(gè)供電自愈率指標(biāo)是供電故障自愈率，其定義為在統(tǒng)計(jì)期（如一年）內(nèi)故障自愈恢復(fù)的總用戶數(shù)與受故障影響的總用戶數(shù)的百分比值，即：供電故障自愈率=[∑（每次故障自愈的戶數(shù)）/∑（每次故障影響的用戶數(shù)）]×100%(1)式中，“每次故障影響的戶數(shù)”指故障影響范圍內(nèi)線路連接的用戶數(shù)；而“每次故障自愈的戶數(shù)”指由于配電網(wǎng)自愈操作供電沒(méi)受故障影響或經(jīng)歷短暫停電后恢復(fù)供電的戶數(shù)，它是故障影響范圍內(nèi)連接的用戶數(shù)與實(shí)際遭受停電戶數(shù)之差。

另一個(gè)供電自愈率指標(biāo)是用戶平均自愈次數(shù)，它是每個(gè)用戶在統(tǒng)計(jì)期（如一年）內(nèi)遭受故障的平均自愈成功的次數(shù)，即：用戶平均自愈次數(shù)=∑（每次故障自愈的戶數(shù)）/總用戶數(shù)（次/戶.年）（2）事實(shí)上，供電自愈的效果還與自愈速度有關(guān)，自愈速度的快慢直接關(guān)系到對(duì)敏感用戶的影響程度。嚴(yán)格地講，作為評(píng)價(jià)整個(gè)配電網(wǎng)自愈能力的供電自愈率指標(biāo)還應(yīng)考慮這些因素，這有待進(jìn)一步的研究完善。4、配網(wǎng)自愈技術(shù)研究建議在我國(guó)：電力用戶遭受停電的時(shí)間有95%以上是配電網(wǎng)造成的（扣除發(fā)電不足的原因）；造成電能質(zhì)量問(wèn)題的主要因素也在配電網(wǎng)。智能配電網(wǎng)代表著未來(lái)配電網(wǎng)的發(fā)展方向，其自愈功能在于減少停電、提高供電質(zhì)量、提供優(yōu)質(zhì)電力從而帶來(lái)顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此，結(jié)合我國(guó)實(shí)際開(kāi)展智能配電網(wǎng)自愈能力的技術(shù)研究和應(yīng)用，具有十分重要的作用和意義！1）要進(jìn)一步系統(tǒng)研究分析停電造成當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響，進(jìn)一步確立以供電可靠性為核心的價(jià)值觀；2）要進(jìn)一步系統(tǒng)研究分析