配电网多元化负荷接入和清洁能源消纳下的馈线自动化研究

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配电网多元化负荷接入和清洁能源 消纳下的馈线自动化研究

珠海许继电气有限公司 张丽晶 郭上华 陈奎阳

摘要：本文分析了多元化负荷接入以及清洁能源消纳对配电网提出的适应性要求，分别针对电缆线路、架空线路提出适用的馈线自动化解决方案，为未来能源互联网、智能配电网建设提供参考和探索依据。

关键词：城市配电网；多元化负荷；清洁能源消纳；馈线自动化；故障处理

能源互联网是结合了新能源技术和信息

技术的新型能源体系，其依托电网实

现对多元化负荷和其它形式的能源进

行互联互通。然而，更多类型的能源和负荷接入电网势必带来一系列新的问题，这也正是能源互联网急需解决的问题[1-3]。本文就配电网多元化负荷接入和清洁能源消纳下的馈线自动化作研究分析。

1 多元化负荷接入对配电网适应性分析

多元化负荷包括电动汽车及电采暖、电锅炉、港口岸电等多项电能替代技术。

对电网负荷特性的影响分析：电采暖项目负荷。对电网的负担会逐渐增重；电动汽车充电设施负荷。电动汽车一般白天使用较多、晚上通过充电桩充电，就对于电网“削峰填谷”、平衡变电站的负荷情况有很好的促进作用。

对电网经济运行的影响分析：对电气设备的影响分析。电能替代接入，线路损耗会比以往有所增加，电网负荷随之上升，为提高电网稳定性、可靠性等，需调整适当的变压器电压等级和容量，增加导线截面；对电网结构的影响分析。电网能够承担的负荷类型越来越多，对于电网稳定性带来较大的挑战。在丰富了电网结构的同时，更加增加了电网的复杂性，改变了原本规划电网的平衡情况。

2 新能源及分布式电源接入配电网适应性分析

由于分布式电源的接入，配电网变成了一个多源网络，正常运行时网络中的潮流分布会产生相应改变；当出现故障时，短路电流的大小、流向和分布也会发生变化。这就改变了传统电力系统的运行模式，增加了对配电网进行有效控制的难度。中小规模分布式能源接入对配电网运行控制的影响主要如下。

电能质量。对电压波动的影响：分布式电源与当地负荷协调运行时，即负荷与分布式电源输出量的变化同步，分布式电源并网将会抑制系统电压的波动，否则将会加重系统电压的波动。并网分布式电源的不合理接入，如接入位置、容量的不理想，常常会造成配电线路上负荷潮流剧烈变化；造成电压闪变：分布式电源起动和停运的不确定性造成了配电网的电压闪变；分布式电源的输出量突变化，也会直接或间接导致电压闪变；产生谐波污染：由于电力电子技术逆变器的开关器件频繁开断，会产生开关频率附近的谐波分量，多余的谐波分量对电网造成谐波污染。

配网损耗。电网的损耗主要取决于系统的潮流，分布式电源影响系统的潮流分布，也必然会对网损造成一定程度的影响。根据分布式电源的接入位置、注入容量、负荷量的相对大小以及网络的拓扑结构等不同，分布式发电可能增大或者减小系统的损耗。

继电保护配置。传统配电网中的继电保护系统具有单向性的特点；分布式发电接入配电网后，辐射式的网络将变为一个遍布多电源和用户互联的网络，潮流也不再是从变电站母线流向各负荷的单方

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向流动，配电网根本性的变化使得电网各种保护定值与机理发生了深刻变化。分布式电源并入配电网对继电保护系统的影响主要体现在：过电流保护、距离保护、孤岛运行、自动重合闸和故障电流方向等方面，尤其在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到分布式电源的影响。当故障发生时，为确保保护装置正确动作，应切断电网中的分布式电源。

供电可靠性。在线路发生故障时，分布式电源可以为停电的用户供电，降低了年平均断电时间；分布式电源受环境、气候影响很大，在没有配套储能的情况下，对供电可靠性的提升也有限；分布式电源可能会引发配电网“孤岛运行”，增加电网检修人员的安全风险。

对电网规划的影响。大量分布式发电的接入降低了配电网对大型发电厂和输电网的依赖程度，节约了电网建设的成本，使得分布式电源的并网成为时下电网改造的热点。考虑到分布式发电对配电网的影响，如何在配电网中确定并配置合理的电源结构、协调和有效地利用各种分布式电源，成为国内外学者急需解决的研究课题。

3 多元化负荷和清洁能源接入配电网存在的难题

从多元化负荷接入看主要存在以下问题：政策方面。一是政府将单位GDP电耗作为政府能源双控的考核指标，另外部分用户对迎峰度夏及度冬期间的电力稳定性产生担忧，以及企业担心电能替代之后生产工艺会受到影响；二是电价优惠和附加减免政策还未落到实处，替代补贴、环保补贴等政策支持力度还不够大；技术方面。一是大批量接入需要提升配网供电能力和设备稳定性；二是技术标准和法律法规仍不完善。

从清洁能源消纳看主要存在以下问题：技术方面。目前由于配网设施建设时未充分考虑新能源的接入需求，需要加快配电网的网络适应性和设备智能化水平的提升，满足分布式电源即插即用；建设方面。保障分布式电源并网引起的外部电网改造工程由电网公司负责建设，与发电项目属不同的建设方，工程进度的相互衔接工作还需加强协调。

4 馈线自动化模式研究

建设目标：针对分布式电源大规模接入带来的潮流变化和传统保护以及自动化模式的适用性问题，提出适用于大量分布式电源接入的馈线自动化解决方案，满足分布式电源接入故障定位隔离需求；开展网架梳理和设备选型布点优化，构建分布式电源接入后的产权（故障）分界、离并网仲裁（电能质量）分界以及防非计划性孤岛等管理方式，完善故障处理和复电策略，切实提升配网自愈能力。

4.1 电缆网馈线自动化

4.1.1 技术方案

从灵活性、经济性和可靠性等角度考虑，按照图1构建配电自动化系统架构。保护数据采用专用通道，实现DTU之间的横向通信。自动化数据通信网采用双纤环形组网，实现DTU与配电自动化主站的纵向通信通道，由不同的光纤建立，正常工作时互为主、备用。

图1 智能分布式系统架构

4.1.2 配套要求（实现基础条件）

一次开关采用全断路器方式，推荐采用真空灭弧、六氟化硫气体绝缘的全绝缘、全密封开关柜，可切断相间短路电流、负荷电流、零序电流。适用于主干和次干、分支线路，配置电压互感器PT、电流互感器、零序电流互感器。应用于分界的开关柜满足分布式电源并网管理功能要求。

智能配电终端不仅需要满足常规三遥功能基础，还要满足网格化故障速动功能要求，具备基于对等通信的就地保护功能；满足区域化快速复电功能要求，具备联络转供过载预判功能和联络线电压异常闭锁及其它闭锁功能，可实现区域化转供电优化决策功能。

通信通道满足双信道要求，按不同信息分信道通信，保护类信息通道通过光纤直联方式，交互保

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