智能配网自愈过程过电压影响因素分析

邓远

摘 要： 随着科学技术的发展智能电网已经广泛应用于居民日常生活供电的电网建设，而用电设备数量与种类的迅速增加也对智能电网提出更高的要求，对智能电网自愈过程中的电压影响因素进行了分析，建立了电网的仿真模型，对电网规模以及设备之间电缆长度对电网过电压影响因素进行了仿真分析，实验表明电网规模与电缆长度对电网自愈过程中的过电压都有一定的影响，在后续智能电网设计的过程中需要将上述因素考虑进去。

关键词： 智能电网；自愈；仿真模型；电网规模；电缆长度；过电压

1引言

随着人们物质生活水平的不断提高，人们日常生活用电对配电网的供电质量要求越来越来越高。近年来智能电网的概念被提出，智能电网的出现在很大程度上解决了配电网的供电质量问题，目前智能电网也是研究的热点问题。智能电网的一个非常重要的特点就是带有故障自愈功能，而自愈功能的实现在很大程度上解决了配电网的不间歇供电问题，也就是在任何情况下电网发生故障的时候在很多的时间内电网就能自行的解决故障并恢复到正常工作的状态，与此同时将故障所造成的影响尽量减小，避免对整个配电网网络造成大的影响避免系统崩溃的现象发生，微网是智能电网技术的关键。本文对智能电网自愈过程中电压的影响因素进行研究，从而对影响智能电网自愈的影响因素进行研究，以提高智能电网的稳定性。对智能电网自愈过程中的电压影响因素的研究需要构建智能电网的仿真模型以便可以采用数学模型来对其进行分析。

2电网仿真模型

智能电网的基础网络模型结构主要有两种一种为含有微网的智能配网基础性模型也就是城市配电网中经常所采用的手拉手型的环网结构模型。另外一种为美国可靠性技术协会所提出的智能配网模型。智能电网中主要含有光伏发电、微型燃汽轮机和储能电池 几种分布式的电源。在配电网模型中，电源通常采用具有电感的三相电源来进行表示，电源的容量为0.1 MVA，输出电压为10 kV，内部电感的大小为16μH。在智能电网配网模型中，光伏发电与储能电池通过逆变与微网进行连接，所得到电源的出口电压为480 V，直流一侧的电压为1.5 kV，直流电容的大小为1 000 μF， 滤波环节的参数为 L=0.002 H， C=200 μF，通过0.48/0.4 kV变压器400 V 和微网系统进行连接；微型汽轮机可以采用小型的发电机来代替，发电机的励磁与调速采用PV控制，所得到电源的出口电压为 400 V，容量达到了30kVA。系统采用电缆供电，电缆埋设的深度为1 m；负荷为春阻抗性负荷，电压等级为400 V，功率为0.04 kW；微网中变压器容量为15 MVA，降压比为10 kV/0.4 kV。电缆长度的影响因素采用的是基础性模型，研究配网规模对配电网电压的影响则在基础模型上进行了适当的拓展，所基于的配网仿真模型如下图3-b所示。

图 1配电网仿真模型

3電压影响分析

3.1配网规模影响分析

本环节对配网规模对智能电网自愈过程中电压的影响进行仿真分析。所得到的过电压随着配电网规模的变化最大过电压标幺值的变化如下图2所示。

图 2过电压随配电网规模变化

根据上图2可以得到最大过电压标幺值随着电源变化规律，其中配电网规模的变化可以采用电网模型中配电柜的数量进行等效代替。通过上图的变化规律可以看出，最大过电压标幺值随着电网规模的逐渐增加呈现出逐渐下降的趋势。不同配电网规模下最大过电压标幺值随着规模的减少呈现出线性减小的趋势，从这角度上来看随着电网规模的不断增大可以在一定程度上减小最大过电压标幺值，也就是减小过电压对电网供电的影响；而在不同的操作时刻过电压的数值呈现出不同的分布特征：在基础网络模型中环网柜备用断路器分闸、环网柜微网侧断路器（T1）分闸、微网出口断路器（T2）分闸 等几个操作的环节未出现过电压情况，但是随着电网规模的增大出现了过电压；最大过电压发生的时刻也发生了相应的变化：如果环网柜的个数少于3个那么最大过电压出现在环网柜一侧断路器重新合闸的瞬间，而如果环网柜的数量多于3个那么最大过电压则出现在环网柜一侧备用断路器重新合闸的瞬间；而环网柜数量不同的情况过电压的电压值则基本一致，只是随着环网柜的数量的增多过电压的值开始逐渐略微减小。

3.2电缆程度影响分析

在上述图1所示的配电网模型中配电网的电源以及备用电源和环网柜之间的电缆的长度均为1千米、为了研究电缆长度对智能电网自愈过程中过电压的影响，现令上述设备之间的电缆从0～2 km长度范围内进行变化来开查看电缆长度对电网自愈过程中过电压的影响，取值长度以及仿真计算的结果如下表1所示。

表 1配网长度对过电压的影响

通过4个监测点可以得到过电压值随着电缆长度的变化情况。通过上表可以知道，最大过电压数值随着电缆长度的增加呈现出先增大后减小的趋势。其中增大与减小的分界点在1.25千米，如果电缆的长度小于该数值那么随着电缆长度的增加过电压值在不断的减小，而当电缆的长度大于1.25千米时过电压随着电缆长度的增加而逐渐增大；在电缆长度较短的时候，出现了7以上的最大过电压标幺值，因而需要对相应的设备增加防护装置。通过对不同监测位置过电压数值的比较，可以得到电缆长度与不同监测点最大过电压标幺值也存在着一定的关系。通过仿真可以得到不同操作情况下不同电缆长度下各监测点最大过电压的标幺值。其中自愈过程中过电压出现较为集中的时刻为故障隔离之后，也就是在环柜网一侧的电源断路器以及备用的电源断路器的重合闸的瞬间。造成这种情况的主要原因在于在断路器重新合闸的瞬间形成了两段空载的电缆并联在微网中，这个时候对断路器进行重新合闸也就是对空载电缆进行重合操作，因而目前来看智能电网自愈过程中产生过电压的主要因素在于电缆空载状况下的重新合闸，这种情况非常容易造成过电压的出现。通过对不同电缆长度下过电压数值的比较发现，如果电缆的长度小于1千米，在电网出现故障重新合闸的过程中所造成的过电压数值会远远超过所允许的最大过电压的标幺值，会对智能电网中的设备以及用电设备产生严重的安全威胁，必须要采取对相关的设备增加防护装置。

结论

随着配电网规模的不断增大最大过电压的标幺值呈现出线性下降的趋势，而最大过电压的数值相对较高，在3-6之间。增加配电网的规模可以使得最大过电压标幺值逐渐减小，不同的操作会导致过电压的时间分布明显的不同。电网最大过电压标幺值随着电缆的长度呈现出先减小后增加的趋势，其中1.25千米为分界点，过电压集中分布在断路器重新合闸的时刻。因而在后续智能电网设计的过程中，需要将配电网的规模因素以及电缆的长度对过电压的影响因素考虑进去，并通过对二者对过电压影响进行有针对性的仿真分析，结合仿真的结果来对智能电网进行设计。■

参考文献

[1]刘慧芳. 智能配电网故障自愈技术研究[D].天津大学，2014.

[2]苏雅聪. 探讨配网智能调控一体化系统建设[J]. 科技与企业，2013，（03）：302-303.

[3]袁鹏，郭创新，王康元，邵学俭，顾建炜，姜建. 调控一体化下的配电网自愈研究[J]. 电力系统保护与控制，2011，39（22）：150-154.