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  配电自动化是智能配电网的技术基础,我国配电自动化起步于20世纪90年代,经历了起步阶段、反思阶段以及发展阶段。随着我国社会经济在不断的迅速发展,电力作为推动国民经济发展的主要能源之一,对人们的生产和生活作用越发重要,人们对供电质量的要求也越来越高。在电力系统中配电网是最终将电能发送到各生产企业、各家各户的主要通道,因而配电技术在配电网的应用中,需随着人们的要求而不断改进。增强配电负荷的耐受力、改善电网输送过程中电能的损耗等,都是对配电技术改进的要求。

  由于我国对电力事业投资与重视的不足、管理与科研的缺乏等,造成配电技术在发展中存在着一定的问题,因此加强配电技术的革新与发展非常重要。故而配电网也是目前电力系统创新性发展最为集中的地方,大多数配电网的创新发展都集中在配电设备以及配电系统的技术进步方面,各种新材料、新元件和新系统都在不断测试和试点应用中。

  “十三五”电力规划的出台让配电领域的技术走向成为业内焦点,在国家政策的支持下,配电网迎来了发展新机遇,而建设改造的精细化深入、分布式能源比例的不断升高,对未来配电网技术要求也不断的提高。那么,配电网现有技术都有哪些,未来又会出现哪些新技术?

  配电自动化利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备与系统应用技术,实现配电网正常及事故情况下的监测、保护、控制以及计量功能,并与配电管理工作有机融合,与用户密切互动,改善供电质量,提高供电可靠性和经济性,使得企业管理更为高效。配电自动化是提高供电可靠性和供电质量,扩大供电能力,实现配电网高效经济运行的重要手段,也是实现智能电网的重要基础之一。配电自动化在工业发达国家已经有近四十年的发展历史,尤其是近十多年来,配电自动化成为各大电力公司进一步提升用户服务质量和提高企业经济效益的主要内容,已成为电网现代化管理中不可缺少的组成部分。

  在配电技术不断完善的今天,北极星输配电网盘点了当下热点的配电技术与大家分享。

  1.主动配电网规划技术

  适应多类型分布式电源接入和需求响应的配电网技术体系架构及其规划运行控制技术,利用可控资源,实现主动规划、感知、管理、控制与服务。

  (1)考虑多能源互补和需求响应的、基于GIS的空间负荷预测技术

  (2)智能配电网自愈供电模式优化和电器可靠性评价方法

  (3)基于资产管理和可靠性要求的变电站优化规划和网架优化规划方法

  (4)基于GIS和多目标模型的只能配电网规划平台

  2.智能配电网自愈控制技术

  (1)自愈控制

  (2)态势感知

  (3)分布式电源/微网/柔性负荷集群控制

  (4)电压无功优化技术

  3.配电网态势感知

  配电网态势感知:在一定时空尺度下,对当前电网状态的直观全面感知,对可能引起电网态势发生变化的各种要素获取、综合、预测并可视化未来的发展趋势。

  驱动力:配电网运行控制需要对系统当前状态有总体的掌握,需要调度和方式人员及时。协同地有效发现并解决问题,保证系统经济可靠运行。

  4.配电设备智能化及柔性配电技术

  智能化配电设备:

  (1)数字化处理+自我检测诊断+自适应控制+信息交互通讯

  (2)电气量信息+噪音信息+温度信息+气象信息……

  柔性配电技术:

  (1)配电系统电能质量相关技术,如:净值无功补偿器、静止同步补偿器、有源滤波器、动态电压恢复器等

  (2)固态电力电子设备,如:电力电子开关、电力电子限流器、电力电子变压器等

  (3)柔性潮流控制技术,如:统一潮流控制器、潮流路径开关、分布式电源控制器、可调度负荷控制器、微电网控制器等。

  5.储能在配电网中的应用

  (1)负荷平衡:动态的对负荷进行补偿,负荷跟踪,实现削峰填谷和系统备用等辅助服务;延缓配电网建设投资。

  (2)提高供电可靠性和电能质量:抑制电涌,补偿电压跌落;抑制频率偏移,对三相不平衡进行补偿;后备电源等。

  (3)促进分布式电源友好接入:平缓分布式风电、光伏等的输出波动。

  (4)微电网和工业用电

  6.ICT在智能配电网的应用

  (1)ICT/大数据在智能配电网的应用:

  ①提升生产运维工作效率:故障点快速定位,缩短抢修时间

  ②提升信息决策准确度:资产运行情况分析,明确资产投资需求

  ③提高客户满意度:优化电网结构,提高供电可靠性,提供优质建议

  电力大数据在配电网中的应用场景

  ①规划:更准确掌握负荷分布和变化规律,提高负荷建模和预测水平,优化配网规划和供电计划。

  ②物资基建:提高备品备件管理水平,有助于项目精细化管理。提高安全风险管理水平。

  ③配网运行:提高风电/光伏功率预测水平和负荷需求预测水平,提高配电网监测、保护和④控制水平,提高故障定位查找水平,提高事故的响应速度,提高运行管理水平和供电可靠性。

  ⑤检修:研究环境、设备缺陷,运行工况等对设备状态的影响,更准确的进行设备状态评估和风险评估。

  ⑥营配:提高用电行为分析能力,提高对客户用电需求和负荷模式的认知水平,有助于提高差异化客户服务水平。

  ⑦协同:解决跨业务多维度关联分析,提升业务协同和营配信息集成能力。

  ⑧客服:有助于服务资源优化分配,提高客户服务能力。

  (2)ICT/通信技术在配电网的集成应用



  (3)ICT/移动终端在配电网的集成应用

  借助无线网络和移动设备随时随地了解配电网运行概况和KPI信息,提高配电网运行管理的效率和效益



  7.分布式电源与微电网技术

  分布式电源接入配电网后带来一些列问题,包括电能质量。电压调节、保护协调控制和调度管理等。



  微电网控制器:

  通用功能:

  ①紧急调频

  ②动态无功电压调节

  ③低压低频减载

  ④平滑分布式电源波动

  ⑤联络线功率从控制

  ⑥多电源系统控制

  ⑦离网稳定与经济运行

  ⑧并离网控制

  ⑨保护与黑启动


  8.直流配电网技术

  目前配网运行面临的挑战:

  (1)分布式能源的高密度接入及充分利用

  (2)重要敏感负荷的高可靠、优质供电

  (3)提高配电走廊的供电容量

  (4)直流及变频负荷用电的需求

国内外现状



  9.配电网防灾减灾抗灾技术

  (1)灾害预警技术(自然灾害、树木、人为破坏等)

  (2)灾害评估技术(网络评估、可靠性评估、资源评估)

  (3)系统灾害能力提升技术(抗风防雷等)

  (4)救灾资源配置优化和应急保障能力提升技术



  10.能源互联网技术

  定义:能源互联网是通过先进的电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术,将大量由分布式能量采集装置和分布式能量储存装置构成的新型电力网络节点互联起来,实现能量和信息双向流动的能量对等交换与共享网络。——国防科技大学能源互联网研究小组

  特征:

  (1)可再生:以可再生能源为主

  (2)分布式:大规模分布式能量收集和存储

  (3)联起来:传统上更关注“接进来”

  (4)开放性:扁平对等、双向流动、即插即用

  (5)融进去:与传统电网融合

  11.先进的配电网自动化技术

  配电自动化对配电网中的重要设备进行持续监测和自动控制,整合了配电网监测控制系统和数据采集系统(SCADA)。

  先进配电自动化(ADA)包含从重要馈线采集信息的智能传感器,电子控制器,双向通信系统。ADA系统采集并显示电压、电流、有功、无功、设备状态、运行状态,事件日志以及跟配电系统状态有关的其他信息。

  其优点是操作员可以很方便地远程控制电容器的接入、断路器的开断以及电压的调节。变电站自动化如果装设了自动开关、重合器、电容器和高级计量装置,可以使电网实现最优重构,提高系统的可靠性和技术性能,即可以充分地发挥智能电网的功能。

  12、智能馈线重合器和继电器

  预计到2030年,70%的馈线都将配备智能继电器和重合器。在馈线末端用基于微处理器的继电器和重合器来替换传统的电子机械式的继电保护和控制设备是智能电网的发展必然过程。

  智能馈线重合器和继电器的控制设备优点如下:

  (1)测量仪器能够持续地对测量值进行监测分析,能及时处理测量信息并计算出有用数据(如到故障点的故障距离)。

  (2)能将IEDs测量或计算出的数据通过基于工业标准协议的通信系统传送给外部或者用户。

  (3)具有自我检测能力,使得IEDs能够检测自身的内部故障并及时通知工作人员进行维修。

  (4)可存储多种运行方式,可按要求将负荷切换到最佳的运行方式。

  (5)功能多样化。比如说,一个继电保护的IED就具有快速过电流保护、自动重合闸、馈线保护,还有测量和监测设备环境的功能,这些功能都集成到一个设备中了,从而减少了设备内部的绕线和控制板体积。

  13、智能线路开关技术

  预计到2030年将会有25%的配网馈线会加装智能线路开关。目前,部分智能线路开部分智能线路开关技术已经得到应用。这些技术使得配电网具有自愈性。同时,它也支持馈线终端实现满足分布式发电与负荷平衡需求的最优网架重构。

  具有如下主要特征:

  (1)具有工业标准的通信系统,用于支持远程控制和数据获取功能。该开关也支持与其他智能设备(如其他智能开关、开关电容器、分布式电源等)进行点对点通信。可靠性高的通信系统是实现上述目标的必要条件。

  (2)每个智能线路开关必须包含一个独立的本地控制器,以获取本地数据,实现自动开关。

  (3)智能线路开关和相关的控制器必须支持“双向”操作,可检测潮流流向,并根据潮流流向进行响应。对于配电网馈线的重构(在智能配电系统中经常发生)以及可能出现潮流逆流的配电网中,双向操作能力非常必要。

  (4)同时支持单向操作(只对需要跳闸相跳闸)和三线操作(三相同时跳闸)。如果分布式发电设备在智能线路开关的下游(远离变电站),其单相跳闸的功能将被禁用,以避免对发电机造成损害。

  14、电力电子技术

  电力电子技术不仅可以为用户提供稳定的电能,还能同时实现频率、相位、电压等的灵活控制。静止无功补偿器、短路电流限制器就是配网中的两个典型电力电子装置。

  两种典型的电力电子装置:

  (1)静止无功补偿器静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。它不再采用大容量的电容、电感来产生无功功率,而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃,特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。静止同步无功补偿器能够消除一个周波内的微小电能质量扰动。因此,它可以处理由于出力波动性DERs(风电、光伏等)接入引起的配电网电压波动问题。

  (2)短路电流限制器另一个典型例子是短路电流限制器,在国内常被称为故障限流器。SCCLs技术可以用于处理输电系统中短路电流较大的问题。发电容量越大,造成的故障电流也越大,很可能会超出运行设备的承受能力。基于电力电子技术的SCCL可有效解决这一问题。SCCL的核心理念是:正常运行时呈零阻抗(或低阻抗),短路故障时呈高阻抗,从而起到限制短路电流的作用。

  15、智能逆变器技术

  逆变器是将直流电能变换为交流电能的设备。逆变器是光伏发电系统中最为复杂的设备,是系统中成本第二高的设备,同时也是系统中最脆弱的环节。光伏电池板一般非常坚强可靠,有长达25年的使用寿命,而逆变器的寿命一般不超过10年。

  小型逆变器在光伏中的应用目前的光伏系统设计中,所有的光伏电池板均是串联的。若光伏板上的某部分被遮挡了,则整个系统的发电效率就随之降低。此外,如果要想让光伏模块最优工作,则所有的光伏板必须具有相同的朝向和倾斜,这就限制了屋顶光伏的布局。

  与之不同的是,未来的光伏发电系统则要求每个电池板都连接在它自带的微逆上,这就能充分挖掘每一个光伏板的发电潜能,提升整个系统的发电效率。尤其是应用于错落有致的屋顶时,系统设计的灵活性就增强了。随着光伏发电技术的普及,以及光伏在电网中渗透率的增加,电力公司正在大力推进智能逆变器,它除了完成直流-交流转换的基本功能以外,还将提供如下辅助服务:低/高电压穿越,自动发电,自动弃光,谐振抑制,阻尼振荡,电网支撑……

  16、智能变压器

  传统变压器在轻负载下的效率很低,有液体介质泄漏的隐患,并且只有升/降压这一单一功能,不能提供实时电压调节和系统监控的功能。

  同时,它们不能通过单相电路提供三相电能,不能部分拆开逐个修复。未来配电变压器将作为分布式电源的接口,能接入储能,能接纳电动汽车,采用电力电子器件替代传统配网变压器的设备。

  美国电力科学研究院研发出的智能变压器,可以作为可再生能源并网的接口,包括一个双向功率接口,方便光伏、储能、电动汽车的接入,也包含系统整合、本地控制和孤岛控制方面的指挥和控制功能。此外,EPRI还研发出了中压智能通用变压器。该技术替代了独立的电能转换器和传统的变压器,完全摒弃了传统变压器的笨重结构和大量的接线。多功能的IUT可提供400V的直流母线电压,用于供应直流配电系统或为电动车快速充电。

  如上所述,配网中的智能新技术还有很多,例如:多功能固态开关技术、配电网故障预测及定位技术、先进的计量设施(AMI)、本地能源网络控制器、分布式电源、包括分布式发电设备,可再生能源,储能设备等。

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