新能源高比例接入电网的配网管理与技术措施

摘 要：在高比例新能源接入电网之后通过智能电网分析，以人工智能和大数据基础系统为核心，完成智能电网技术变革，这是关于配电网模式，以及电网调配控制的关键技术。该研究通过对电网配置以及目前电网结构体系进行分析，明确高比例新能源接入电网之后对部分地区的影响，并且对电网电压补偿、智能变电站等关键技术作出同步应用研究。进一步提高电网配置的有效性，也实现基于新电网配置及功能效率内容的调整。

关键词：配电网；低电压调节装置；保护与电压调整；电网配置；电网结构体系

中图分类号：TM73 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）31-0149-04

Abstract： After a high proportion of new energy is connected to the power grid， smart grid technology transformation is completed through smart grid analysis， with artificial intelligence and big data basic systems as the core. This is a key technology related to the distribution network model and power grid deployment control. By analyzing the power grid configuration and the current power grid structure system， the research clarifies the impact of a high proportion of new energy connected to the power grid on s4f676973aa6f05cea92f4212739b4be37f50a50d1a3f75ea08e731e8051bbdd0ome areas， and conducts simultaneous application research on key technologies such as power grid voltage compensation technology and smart substation technology， so as to further improve the effectiveness of power grid configuration and realize adjustments based on the new power grid configuration and functional efficiency content.

Keywords： distribution network; low-voltage regulator; protection and voltage regulation; power grid configuration; power grid structure system

进入21世纪后，中国经济发展迅速，电力行业发展机遇巨大，在此背景下，智能电网在能源行业的应用越来越广泛，已成为工业发展的方向。智能电网作为电力系统的重要组成部分，与传统电网相比具有很大的优势，技术含量高。建设智能电网，实现配电自动化已成为中国能源行业的重要任务，也是最大限度提高能源供应可靠性的主要保证。然而，近年来，由于配电网与运输网之间的不同步，中国的能源发展呈现出不平衡的发展趋势，这使得配电网的自动化水平高于运输网。近年来，由于配电网与运输网之间的不同步，中国的能源发展呈现出不平衡的发展趋势，这使得配电网的自动化水平高于运输网。但是，电力系统中的大多数错误都来自配电网络，而配电网络中的电力损耗远高于输电网络，后者占整个电力系统损耗的50％左右。另一方面，配电网是连接用户与供电企业的纽带，其运营质量将对用户产生更大的影响，特别是对于一些经济发达的地区，这些地区需要能源质量和供电可靠性更高，因此实现配电自动化已成为能源供应的紧迫任务。

1 造成低压配电网低电压问题的主要原因

1.1 配网自动化概念

所谓的配电自动化是指基于现代通信技术和行业电子技术，对配电网络中各种数据和参数进行有效的集成和分析。系统工程主要包括基站系统层、分配网络层、通信系统层及分配网络的最终系统层。其中，分发站点和中继站层是分发自动化系统的主要组成部分，因为主站层可以为其他终端系统和设备发出各种命令，并传输远程单元收集的信息。因此，主站系统和配电系统自动化中的配电质量是决定整个配电系统优缺点的关键。在大型电力系统中，配电线是电气系统中的最后一个连接，其主要功能是传输电力。它包括配电设备、继电保护设备、监视设备、通信和控制设备，以及电源、电流导体、补偿电容器、配电和构成整个配电系统的各种其他组件。根据具体的工作方式，我们尝试提供高质量的电力，以满足用户对电力的需求。

1.2 配电网自动化变电站系统

由于配电网络自动化系统必须控制多个设备，因此它主要包括打开和关闭站、配电室、配电盘和配电终端设备。但是，并非所有终端都能完全理解与站点主系统的直接连接，因此，系统必须安装一个称为配电自动化变电站的中间层。配电网络变电站的主要功能是与高层主站和底层终端提供通信和数据，以确保整个系统中信息的平滑性和系统的优化。终端的主要功能是使配送网络自动化：数据收集和处理，站点管理和远程控制，错误检测，货物转移，数据传输等。配电终端层是整个系统的底层，包括安装为配电网络自动化终端的FTU自动化终端，安装在配电变压器上的TTU自动化终端，以及安装在交换站，配电站和环网的自动化。FTU终端等主要完成上级站点发出的控制命令的收集、监视和执行，这些命令包括列交换机、分支配电变压器、导体、配电室、网络交换机和箱型变压器等，并在必要时（在断开连接的情况下）在网络恢复本身中执行智能功能。

1.3 配网自动化实现技术

中国的配电网由城市配电网和农村配电网组成，包括不同类型的电源，城市配电网的主要设备包括环网柜、交换站和农村线路。它主要用于电力线和开关的复制，架空线的清洁主要是使用松弛法进行的，松弛法的使用大大增加了电网的独立运行。在配电网中安装远程控制系统的主要目的是有效地实现对网络中部署的每个设备的监视功能，其主要问题是不能完全掌握用于通信的标准信息。当前，在应用COT和POLLING法律方面存在某些缺陷，虽然已经开发了新的法律标准，但是该标准仍在开发中，尚未在实践中实施，并且尚未对其应用进行测试。可靠性是实现配电网络自动化的基础，最简单的维护方法是使配电网络能够在恶劣的条件下运行并实现整个系统之间的平滑连接。万一发生错误，主站会迅速接收收集器终端提供的信息，迅速了解错误的位置，解决问题并恢复供电。2个站点必须进行双向通信，通信的基本设备包括电力线通信、GPRS通信（无线通信模块）和光纤通信。

2 电压型智能电容器的原理及组成

2.1 采样原理

低电压智能电容器是用于0.4 kV配电网的新型无功补偿装置，它由智能组件、基于微电子的电磁同步开关电器、微型电流采样互感器、快速断路器和低电压电力电容器组成，通过对系统中的电压信号进行采样，获取实时的电压数据用于后续的控制和调节。根据采集到的电压数据，利用控制算法计算出应该接入或退出的电容器容量，以实现系统的无功补偿目标。智能电容器通常具有通信功能，可以与系统中的监控设备或主控系统进行通信，实现远程监控和控制（图1）。

交流采样一般采用传统的同步采样算法，要求采样间隔与电网频率同步，由外部硬件电路跟踪电网频率，再由处理器软件调整采样频率，达到同步采样的目的。由于电网复杂的谐波环境会导致锁相环电路失锁、比较电路失频等故障，影响无功补偿装置稳定工作。基于同步迭代算法原理，电压型智能电容器采用准同步采样法，固定采样频率，通过软件实现同步迭代算法原理，使采样计算不需要硬件实现与电网频率同步，降低了硬件的复杂性。基于同步迭代算法原理实现的准同步采样，在工程应用中具有广泛的适用性。

2.2 同步开关原理

开关电器投入时，智能元件通过检测触点两端的电压，控制触点在电压零时闭合，同时检测闭合时间，动态校准开关电器的投入动作时间；投料时，智能元件通过检测触点电流，控制触点在电流零时闭合，同时检测开关电器的投入动作时间，动态校准开关电器的投入动作时间。采用开关电器实现“零投切”功能，使投切后产生涌流I<2In，在退运时无燃弧现象，延长了低压电力电容器的寿命。

3 新型宽幅调压配电变压器设计

3.1 短路电流计算

短路电流计算见表1。

基准功率SB=100 MVA，基准电压UB=UN。

系统阻抗X*=0.06。

将短路电流最大点三相接地短路作为短路计算点，设置出如下3个短路计算点k1、k2、k3，将变电所110 kV的降压变电所的40 MW变压器并列运行。

3.2 配电自动化设备巡视管理

在供电站的运行过程中，自动化设备的应用成为了目前发展的主流趋势，尤其当前的科技发展速度较快，为了满足各地区的用电需求，针对实际的情况建立供电站实施输送电力资源，保障人们日常的用电安全。自动化设备的运行对比传统的供电站运行管理工作而言，降低了人力资源的消耗，全方位提高管理工作的效率和质量，实现24 h全程化的监管。过去的供电站运行管理需要，由人工的方式进行巡检，检查各项设备的运行状况，一旦出现有故障问题，则需要逐一进行排查，其中耗费的时间过长，也无法在第一时间解决问题，从而影响到了供电站的正常运行。而在配电自动化设备的运行过程中，可以全方位地提高巡视管理工作的效率和质量，快速准确地定位故障位置和具体原因，然后采取专业的方式进行处理，避免影响到供电站的正常运行。供电电站通过每天检查配电自动化设备来检查配电线路和设备。日常检查包括终端外观、终端板信息、操作状态、开关状态、本地无线信号、终端远程/本地手柄、终端操作指示灯状态、光缆外观和通信行业以太网交换机指示灯。调度员每天检查终端连接的状态，并提供通过调度自动化系统收集的信息，并在检查过程中及时通知问题和不足，为网络的未来运行做准备并等待全面分发。综合配电网类进行专项检查。特殊检查不仅包括例行检查之类的检查，还包括点表中的信息（电路访问顺序、电路说明等），端子内部接线、电池状态、端子参数（软件版本，常数等），包括一个终端。状态数据和测量数据收集、通信电缆弯曲、光缆设备运行状态、通信行业以太网交换机运行状态等。

3.3 配电自动化设备故障管理

随着科技的高速发展，自动化设备得到广泛应用，能够有效解决生产制作当中所存在的问题，同时还能够精准把控电力资源的输出，精准检测用电过程中可能会存在的安全隐患问题，以此保障用电的安全。配电自动化设备在运行的过程中，由于长期处于高强度的工作状态之下，设备内部容易出现损坏或者老化的情况，如果配电自动化终端发生错误或故障，供电站应根据故障及其严重程度和发展趋势采取必要的控制措施，并向县和地区办公室的配电网络类别报告，以便立即采取行动。通过对配电自动化设备故障问题进行深入的研究分析可以发现，常见的故障问题包括内部设备零部件需要进行更换、人员操作失误所导致的故障问题、数据检测出现故障等，这些常见的故障问题，导致现场的工作开展受到影响，无法准确检测到各项设备的运行状况及基本的参数变化，提高了配电站运行过程中的风险。为此，在故障管理工作中，国家和地区局的综合分销网络必须确认并在5个工作日内立即处理，以确保及时解决和报告缺陷。操作不良会影响配电网络通信设备的正常运行，需要联系系统运营部门（配电控制中心）发送通信，包括配电通信设备。在运行Ice Error/Error之前，应预先保存自动化设备的不受保护的消息和设备设置，以在发生错误之前检测并分析将来的错误。配电自动化相关的设备故障会错误地分配分散信号，占用配电网监控窗口的通道并干扰监控计划。必须提前通知调度员。配电自动化设备中的错误或不足应在信息系统故障管理模块中识别和开发。配电网自动化设备通信模块（站所终端设备DTU、FTU）一般故障处理方法。当站所终端设备DTU、站所终端设备FTU无法正常连接网络时，首先看SIM卡是否松动，是否安装正确，检查天线是否断线损坏，检查所处位置的运营商网络是否达标。当站所终端设备DTU、站所终端设备FTU的无线模块经常无法连接服务器时，首先，检查模块的网关和拓展参数的配置是否正确；其次，检查站所终端设备的网络信号是否稳定正常。当站所终端设备DTU、站所终端设备FTU未检测到数据收发时，首先，登录到主站后，检查数据线是否接反，设备的串口波特率是否正确；其次，检查主站是否给IP地址做了相应的数据修改。

4 结束语

高比例新能源接入对电网带来了新的挑战，包括电网稳定性、电压控制、无功平衡等方面的问题。通过本文研究，提出了针对这些挑战的一系列应对策略和技术措施。强调了智能化技术在配网调度、运维、控制和保护方面的关键作用，包括人工智能、大数据分析、物联网等技术的应用，提高了配网的响应速度和准确性。针对新能源接入波动性大的特点，论文提出了灵活控制策略和优化算法，实现了对新能源的精细化控制，提高了电网的运行效率和稳定性。通过对高比例新能源接入电网后配网的调度、运维、控制、保护与电压调整等方面的研究，进一步提升电网的智能化水平和运行效率。

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