新时期下配电网新能源与多元负荷接入研究

国网乌鲁木齐供电公司 居来提 阿不力孜 顾 铭 张振亮 魏弋然 青 华

新能源作为传统能源的后备能源，是有效解决当今社会中能源缺口问题的一个主要途径。虽然在我国整个发电体系内新能源发电占比偏低，但其是21世纪电力行业的中主要发展趋向，能使电力系统运行更加可靠、灵活，故而其应用情况也得到社会的广泛重视。

1 配电网新能源与多元负荷接入的应用现状

在科学技术水平日渐发展的大时代背景下，配电网系统的平稳运行直接关系到广大人民群众的生产和生活，为了确保供电网系统提供的电力能源具备充足的安全性和稳定性，国家电力管理部门紧密结合时代发展契机，投入适当建设资金，集中为配电网结构提供了分布式能源与多元符合接入的场地，为后期可再生能源发电及电动汽车等设备多元负荷工作奠定夯实基础。

2015年11月中旬，国家电网技术研究院会同各部门举办了一场电网经研体系配电网主题交流会，并邀请了10位电力知识较多、实际工作经验丰富的专家对相关工作展开了深入交流和探讨。值得注意的是，国外西方国家对配电网整体的经济效益研究工作却相对较少，在国外，配电网企业管理者更加关注配电网的可靠性效益及网损效益。

与此同时，在国家日渐倡导科学发展观理念后，清洁能源的普及和推广一直是社会广泛关注的热点话题，经过大量的模拟试验和实践探索，电网管理人员利用合理管控技术将配电网系统的规模逐渐扩大，在后期多元负荷接入研究工作中，配电网管理人员还应密切联系配电网运营的具体数据，从供电企业经济效益方面出发，结合国内外成功的下配电网新能源与多元负荷接入方式设计科学完整的配电网最优投资方案。

2 新能源接入对配电网形成的影响

2.1 新能源的负荷特性

近些年中，我国风电技术已经很成熟，建设周期明显缩短，成为了处理海岛及偏远地区等供电需求相关问题的主要手段，也是一种具有很大发展空间的新能源。集中式风力发电通常处于风力资源较富足的地区，利用千百个风力发电机为电网集中供电；而相比之下分布式风力发电相对较分散化，通常直接被接进本地的380V 或者10kV 配网系统内。

本文提及的新能源针对的主要是配网系统内常见的光伏发电、风电以及电能储存装置，借此方式确保能够在夜间或者阴雨天等没有阳光、无风的天气中依然能正常的提供电能资源，且能维持电能输送过程的稳定性。

先对新能源与配网系统进行综合协调规划，建设出由新能源主导的供电模式。针对新能源在配电网内的最优规划及模型，既往国内外发表的很多文章内均有论述，本文的关注点主要集中在新能源和配电网共同建设时的数学模型，由充电设施与新能源共同组建成的微电网，对外界的配电网系统表现出的用电特性可以采用下式表示：。

在本式中，P(t)代表的是微电网对外界表现出的综合用电负荷；P(ti)是充电站的用电负荷是储能装置内部存储下的能量，分别代表的是光伏发电、风电装置各自的发电负荷量。

2.2 对配电网形成的影响

对负荷预测的影响。新能源电源、特别是分布式电源，风力、光照强度、温湿度等均影响其出力情况，以致其实际出力过程掺杂着很多不确定因素、波动性很大。部分负荷节点接进配电网以后，新能源电源成为广大用户的首选，在这样的工况下负荷用电数值降低，伴随电源接入容量的增加，形成的偏差也会加大。历史负荷曲线是当下规划设计电力系统的重要凭据，配电网项目建设实践中新能源电源的应用范畴呈不断拓展趋势，带来的直接影响是历史负荷曲线的相似性明显跌落，负荷指标预测的精准度随之降低，不利于配电网的可靠运行。

对配电网可靠性的影响。接入新能源可能会降低电网调度运行的风险，但也可能不利于电网的安稳运行。当适当电源容量接进电力系统且选址科学时，接入新能源可能会消除一些负荷增长情况，降低潮流堵塞情况的发生率，进而辅助电网输电能力的提升过程。接入适量新能源有助于提升电力系统电压水平，尤其是在系统无功容量不够造成用电高峰期电压降低时，在提升电网电压方面表现出良好效能。一旦电网突发断路故障时，新能源电源依然能维持电网正常运行状态，能降低切负荷量，并且还能延缓电压的下降速度，增强电压调控能力，使系统电压更具稳定性。

对实际电网建设的影响。当下，国内大部分新能源电站是在既有网络基础上扩建而成的，但原始网架内的很多电路不能满足新能源接入时对电压、继电保护提出的要求，尤其是在初有馈线尾端直接接入分布式电源时，容易造成馈线末端电压值显著上升。针对以上情况，既有的处置方法有直接增加线路保护的电压整定值，有利于减少电压上升造成的线路跳闸情况，但此时电压稳定裕度会下降，配电网运行风险相应增加。实际建设中也可以应用电压等级更高的线路型号，其能减少电网运行风险，但资金投入较高、经济性较差。故而，应在理论分析的基础上，综合现实条件编制符合区域实况的配电网建设方案，这样方能为本地区后期电网建设提供科学指导，提高未来配电网系统的坚强度。

2.3 多元化负荷及清洁能源接入存在的主要问题

多元化负荷接入。政策方面：在过去的很长一段时间中，国内各级政府习惯把生产单位GDP 电耗值作为测评能源双控效率的主要指标，部分用户担心迎峰度夏及度冬期的电力资源供应过程的稳定性，电力企业自身也担心新能源将传统电能取代或降低生产效率，影响经济收益；电价优惠及附加减免政策没有全面贯彻落实，替代性或环保性补贴等政策支持力度尚不大；技术方面：一方面增加配电网供电水平及设备运行稳定性是大量接入的重要基础，另一方面相配套的技术标准与法律还不完善。

清洁能源消纳。技术性方面：当下国内电力系统建设过程中，没有从多个方面分析虑新能源接入的实际需求，相关部门应加速配电网适应性与设施智能化水平的进度，进而更好的满足分布式电源即插即用的实际需求；建设方面：针对分布式电源并网接入实践中衍生出的外接电网改造项目，统统交由电网公司负责实施，在这样的情境下发电项目属于两方所有，那么在电力工程建设实践中要及时做好进度、成本等要素的协调工作。

3 馈线自动化模式研究

3.1 电缆网馈线自动化

总体技术方案。从动作敏性、低成本性及运转安稳性等角度分析问题，结合相应结果构建配电智能架构。基于专用型通道实现对相关数据的有效保护，使DTU 之间的横向通信效果得到更大保障。在双纤环形组网模式的协助下实现通信网组网，将其设定成DTU 和配电网主站纵向上可靠通信的基础型通路，具体是由多种光纤组建而成的，异常运转活动中互为主、备投入使用。

3.1.1 配套要求

一次开关装置应用全断路器形式，本课题研究时建议应用完全绝缘、绝对密封开关柜装置，其作用主要是断离相间短路、负荷以及零序电流。在主干与次干、分支线路上表现出高度适用性，可以用来配置电压、电流互感器，将其装设在开关柜中局部以更好地满足分布式电源在并网管理控制实践中提出的内在需求。

通信通道自身要满足双信道可靠运行的基本要求，能严格按照信息分信道的差异执行通信任务，选用光纤直联模式作为维护性信息通路，借此方式使保护性信息交互过程的安全性得到保障；信息通道和以太网交换机要连接成一个整体，进而完整、安全的把相关信息传送到汇聚中心或主站系统。

3.1.2 技术原理

节点故障电流判断原理：具体是把和开关元件相连接的馈线视为节点，监测节点内开关故障电流的具体流向，就能精准的辨识出故障节点。

隔离故障点位前端的故障：将单个配电室设定成所属单元，采用交互式办法解读单元本体内及单元间负载电流、保护启动等诸多信息，据此能精准的判断出区域内外的故障发生情况，进而在极短时间内隔离网架下馈线进线、开关母线等故障。

故障点后端的供电复原：在成功隔离故障节点以后，由建造在网络开关房内的汇聚中心执行非故障区内正常供电活动的恢复任务，安置在汇聚中心的DTU 接收到故障成功隔离的讯息后，科学分析线路实时运转情况，有针对性的完善转供电方法，闭合主干线联络开关：当待转供电区段负载低于非故障电源节点的备用容量值时，会优先启动实际负载偏轻电源点；故障被成功隔离后，开关所处方位及网络通信状态均正常，智能化复原功能正常启用。

和主站系统之间的配合：当配电系统运行过程中线路没有出现故障情况时，分布式终端装置把遥测、遥信以及开关状态信息等传送到主站系统内，以上是实时监测电网运行状态的重要基础；当线路突发故障时，配电终端开启分布式执行故障定位隔离以及非故障区正常供电复原任务，在以上过程中配电主站不会操作开关，仅推送故障分析以及处置信息。

3.2 架空线馈线自动化

技术方案。为处理小电流接地故障高发及传统故障处理方法的不足，本文提出以一二次融合装置为基础的单相接地故障快定位隔离方法，进而使以上问题迎刃而解；对于光纤短期无法到位及不具备敷设光纤条件的架空线路差异性，需要建造出符合不依赖后台的重合式馈线自动化。

配套要求。出线断路器（CB）：一般要设置延时速断保护、限时过流保护，这样当电力线路突发短路故障时，能够实现对跳闸的有效保护并符合一次重合功能；设置CB 保护定值时要分析到分布式电源实际接入容量带来的影响，安装方向保护器件，其具有故障电流方向辨识功能；线路分段开关（FB）：其功能主要表现在来电延时合闸、失压分闸两大方面上。需要安装电流方向辨识元件，有合闸后加速及单相接地故障处置功能；网源分界开关（KB）：配置的功能有双向故障保护、反孤岛、电能品质监测等，有双向电能计量功能，双向故障保护能够直接作用在保护跳闸上。

单相接地故障选线原理。针对小电流接地形式的配电网，出线开关仅设置绝缘监测装置，在线路突发接地故障问题后依然能正常运行2h 左右。为了能精准的探查到故障点，技术人员可以尝试于馈线线路上安装选线开关形式完成接地故障选线任务。当发生单相接地故障时，整个配电网便会出现零序电压，零序电压高于整定值时被启动；零序电流依然经由母线流向线路，通过故障点位原路返回；前2个周波内所有零序电流均经线路流到母线、和健全线路方向相反，据此可以判断出该线路是故障线路，采用选线开关主动跳闸执行故障选线过程。

短路故障处置流程：在F 点发生短路故障的工况下，CB1保护动作分闸，KB1-Kb3执行反向故障保护功能，FB1-FB3因失压二分闸；CB1历经单次重合闸，FB1得电以后会延长合闸时间（一般是5s）。FB1发出合闸动作后，FB2得电启动延时合闸功能；FB2合闸动作发出后，如果是永久性故障则合闸知故障点，合闸后加速跳闸并闭锁正向来电合闸过程，FB3自感到短时来电，执行闭锁反向来电合闸动作，成功故障隔离及复原电源侧非故障区的供电状态；在故障成功隔离后，开关LS 合闸复原非故障区供电过程；在电网正常供电被恢复后，KB1、KB3均合闸，真正实现了分布式电源并网。

接地故障处置流程：当FB1检测出F 点发生接地故障，通过延时去保护动作分闸，KB1-Kb3保护跳闸，FB2-FB3因失压而分闸；FB1则重合闸，FB2得电进行延时合闸；B2完成合闸以后，如果面对的是永久性故障，FB2便会在发出合闸动作检出零压突变以后加快分闸进程，进而成功隔离故障。FB3因感受到短时来电情况，执行反向来电合闸的闭锁操作。

4 结语

本文方法能有效处理处理光纤无法覆盖区的配电线路故障定位难搭设实际问题，真正实现了快速隔离；也能快速、精准定位由单相接地故障，进而降低局部线路短路故障问题；单次合闸后便会快速恢复非故障区的供电情况，较好地满足双向电能计量监测的实际需求，值得推广。