基于交直流混合的辐射型高可靠配电系统研究

基于交直流混合的辐射型高可靠配电系统研究

黎伟健

廉江市绿色东方新能源有限公司湛江524400

摘要：本文首先分析了配电系统可靠性研究对象，接下来详细阐述了其运行模式以及运行模式切换方案，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：交直流混合；辐射型；可靠性；配电网；模式切换

引言

电力是国民经济和社会发展的基础性、战略性、先导性产业，电力的安全、稳定和充足供应，是国民经济全面、协调、可持续发展的重要保障条件。然而随着国民经济的发展，电力需求旺盛，造成了电力资源的紧缺；从另外一个角度，配电网的运行方式是否灵活决定着其抗干扰能力。我国的配电网模式包括单辐射馈线、手拉手环网接线和多点联络接线，且均必须满足闭环设计开环运行，因此配电网运行方式相对的固定且单一，或者虽然配电网的负荷可有多供电路径。但是实际运行时，却又按照固定方式运行，抵御风险能力有限。当配电网络遭遇扰动或者故障时，通过有效的调度手段，保障调度切换的及时性和可行性，是配电网持续供电能力的重要体现。而且，随着越来越多的分布式电源的接入配电网，改变了传统的单向潮流的结构，且分布式电源波动性也给配电网的运行带来巨大的挑战。因此提出合理的配电网网架及运行模式是未来配电网可靠运行的必经路径。现在供配电方式有交流供电方式和直流供电方式。交流供电方式作为传统的供电方式分为有备用系统和无备用系统；直流配电作为发展中的供电方式有以下几点特点：1）整流器的交流电源由交流配电屏引入，整流器的输出端通过直流配电屏与蓄电池和负载连接；2）当通信设备需要多种不同数值的电压时，采用直流变换器将基础电源的电压变换为所需的电压；3）由于直流供电系统中设置了蓄电池组，可保证不间断供电；4）目前广泛应用的直流供电方式为并联浮充供电方式。并且分为集中式供电和分布式供电。以新能源接入为基础的微电网或配电的设计已经是当代一个非常重要和有前景的课题。而微电网是以分布式电源的接入并被负荷直接利用为目的的，这也正符合提高电力系统对清洁能源的接入能力和整体运行效率的发展目标。所以在设计新的供电网络中，可以借鉴微电网系统，使得新的供电网络清洁能源可接入。现在研究的微电网主要有交流微电网、直流微电网和还完全成形的交直流混合微电网。

1配电系统可靠性研究对象

配电系统可靠性研究的对象主要包括用户及统计单位、配电系统及设施、停电类型等。(l)用户及统计单位用户是指配电系统提供电能的对象,按其接入系统的电压等级用户可分为低压用户、中压用户、高压用户。由于用户接入系统电压等级不同,统计单位也存在差异。低压用户低压用户指的是基于380/22OV电压接受供电的用户。这样一个被电业部门进行计量收费的用电单位,就是一个低压用户统计单位。中压用户中压用户是指基于IOkV电压接受供电的用户。如果一个用电单位连接在同一条电力线路或者连接在在两条或多条电力线路上,那么其中的用户配电变压器和中压用电设施也只能作为一个电能计量点计入一个中压用户统计单位;专用线路和用户专用变压器也按照电能计量点区分,全线路为专用线路的,无论有多少台变压器,只以电能计量点区分专用用户数量;对于分别接在两条或多条线路上且互为备用的双电源用户,即使有两个或多个电能计量装置,也应记为一个电能计量点。高压用户以35kv及以上电压受电的用户,称为高压用户。一个用电单位的每一个受电降压变电站,作为一个高压用户统计单位。(2)配电系统及设施在我国,配电系统有三个部分组成,分别为高压配电系统、中压配电系统以及低压配电系统。压配电系统从10(6.3)/0.4kv低压配电变压器至客户端之间的电力网络系统称为低压配电系统。高压配电系统高压配电系统从与它直接相连的输电系统接收电能,采用直接放射的方式向负荷中心供电,或者经降压后配电。通常电压等级会设定为35kv、66kV或110kv,在某些大型城市中也存在把高压配电系统电压等级设置为220kV的情况,主要是为了适应高增长的用电规模。一般220kV或SO0kV中心变电站或者枢纽变电站作为高压配电系统的电能来源。(3)停电性质分类停电事故的发生概率是配电系统持续供电能力的衡量指标。根据配电系统停电原因的不同,可以把停电类型分为故障停电和作业停电。当配电线路或者配电设备出现运转故障导致继电器跳闸时,故障停电就发生了。另外,为了阻止系统中不正常运行的状态持续发生或扩大发生,但是没有在规定时间内(一般取6h)向调度提出中请以及向用户发出通知,这种情形下的停电状况也是故障停电。作业停电又可以称之为预安排停电,通常划分为计划停电和临时停电。两的区别是是否具有正式计划。例如计划中的系统检修、线路施工和计划限电等情况就是计划停电。临时停电则往往没有正式的计划和安排,例如突发的线路检修、系统施工或者电力调度倒闸等等停电情况。

2运行模式

为保障系统的可靠性，系统的运行模式可分为并网运行模式、直流分段运行模式、交流分段运行模式和离网运行运行模式。各运行模式中除了变流器根据电网状态自适应变化，变流器和储能均为直流下垂运行模式。该系统满足在以交流为主的电网应用现状，另外储能在直流侧配置具备较高的效率。前3种运行模式4个端口能够持续供电，保障各交、直流端口的供电可靠性。离网运行模式是在系统交流侧失电的工况下保障了高可靠交流端口和直流端口的持续供电。正常运行时，系统运行在并网运行模式，当任意变流器或储能出现异常退出，其余变流器无需更改运行模式，系统持续运行；当外电网出线故障，并网开关（开关）将执行孤岛保护跳开开关，使得系统自动不停电切换为离网运行模式；外电网供电恢复时，系统也能够自动判断开关电网侧电压状态自动恢复为并网运行模式，直流分段和交流分段模式为中间状态。

3运行模式切换方案

整个故障后不停电切换方法包括以下步骤：1）步骤1：开关①间隔投入孤岛保护功能，保护时间定值大于外部交流配电网系统重合闸时间；2）步骤2：开关②间隔投入孤岛保护功能，保护动作时间定值为0秒；3）步骤3：开关②孤岛保护动作则联动开关③断开；4）步骤4：检测开关②断开，自动切换变流器②为交流恒压恒频控制；5）步骤5：检测开关①合且交流有压，同期合闸开关②自动切换变流器②为交流恒压恒频控制。可以通过自动检测模式无缝切换方法的步骤1~4实现外部瞬时故障的不脱网和永久性故障的无缝并网转离网控制；可以通过自动检测模式无缝切换方法的步骤5能够实现外部恢复供电后的自动无缝离网转并网控制。

结语

文中提出了基于交直流混合的辐射型高可靠配电系统模式切换方案，模式切换方案包括故障后不停电切换方法和自动检测自启动方法。故障后不停电切换方法能够应对外网失电的工况，保障配电系统持续供电；自动检测自启动方法能够在检测恢复供电后系统恢复正常运行方式。经仿真验证，通过外网故障后能够保障持续供电，有效的提高系统内端口的供电可靠性。

参考文献

[1]费思源.大数据技术在配电网中的应用综述[J].中国电机工程学报，2018，3801:85-96，345.

[2]刘慧贞.基于信息集成高可靠性配网自动化方案研究[D].广州：华南理工大学，2017.

[3]任天喜.配电网可靠性与终端配置优化研究[D].天津：天津理工大学，2018.