自愈是电网智能化的重要内容,也是智能电网的主要特征之一,指其对故障的自我预防、自我恢复能力。配电网自愈控制是故障在线监测、诊断、保护与控制技术的总和,它使配电网具有完善的自愈能力,避免故障对配电网安全运行与供电质量的影响或将其影响降至最小。
配电网自愈控制
利用现代传感、计算机控制与通信技术,自动检测配电网中存在的故障隐患或已发生的故障并进行纠正性操作的自动化措施。
- 英文名称
- self healing control of distribution network
- 所属学科
- 电气工程
主要是保证配电网安全运行,防止故障引起供电质量扰动或将供电质量扰动范围与程度降至最小,进而避免或减轻用户的经济损失。输电网自愈控制的目标主要是防止故障的连锁反应,保证系统稳定运行;而配电网故障一般不会给电力系统稳定带来实质性的影响,其主要的危害是造成供电质量扰动,因此,配电网自愈控制目标与输电网有着很大的区别。
包括在线监测、中性点非有效接地系统单相接地故障(小电流接地故障)电流自动跟踪补偿、故障限流、短路故障继电保护、馈线自动化、电能质量控制、计划孤岛供电等。
及时检测出配电网中存在故障隐患的元件,是对存在故障隐患的元件进行纠正性操作,是防止发生故障的基础。
通过对接地电容电流的自动跟踪补偿使流过接地点故障电流尽可能小,故障电弧自动熄弧,配电网恢复正常运行。是一种传统的、成熟且有效的自愈控制技术。
限制故障电流的幅值,减轻其对配电网的危害以及电压暂降的程度与危害范围。
主要解决故障元件的切除问题,避免事故扩大以及引起大面积停电。
主要完成故障区段的定位、自动隔离与非故障区段恢复供电功能,能够避免故障引起用户长时停电或减少遭受长时停电的户数。
利用柔性配电设备(包括静止无功补偿装置、静止同步补偿器、动态电压恢复器、固态开关)避免或缓解故障引起的停电、电压暂降对敏感用户的影响。
利用分布式电源,在主网停电时维持预先设计的配电子系统或微电网的正常供电,避免造成重要用户停电。
根据供电可靠性与电能质量改进情况,可将自愈控制效果分为完全自愈与部分自愈。
经过纠正性操作,故障没有引起任何用户停电或电能质量指标超出合格范围,没有给用户带来任何经济损失。因为用户在配电网发生故障期间实现安全过渡,又称无缝自愈。例如,在消弧线圈自动调谐的谐振接地系统中发生单相接地故障时,如果接地电弧在消弧线圈补偿电流的作用下自动熄灭,则故障自动消除,不会给用户造成任何影响,达到完全自愈的效果。
经过纠正性操作后,故障引起的遭受供电长时停电(持续时间大于3分)、短时停电(持续时间小于3分)或电能质量指标超出合格范围(主要是电压暂降)的用户数减少,或使电能质量偏离合格范围的程度减轻。
部分自愈效果可用停电或电能质量指标超标影响的用户户数减少的百分比进行量化评价,主要有长时停电、短时停电、电压暂降户数减少的百分比,分别称为长时停电自愈率、短时停电自愈率、电压暂降自愈率。①长时停电自愈率=实际遭受长时停电的户数/不采用自愈控制措施可能遭受长时停电的户数。②短时停电自愈率=实际遭受短时停电的户数/不采用自愈控制措施可能遭受短时停电的户数。③电压暂降自愈率=实际遭受电压暂降的户数/不采用自愈控制措施可能遭受电压暂降的户数。
根据停电恢复速度或电压暂降恢复时间,可对部分自愈的速度进行量化评价。根据停电或电压暂降持续时间对负荷影响的情况,可将自愈速度分成一、二、三级自愈:①一级自愈指恢复时间在一周期至100毫秒之间的自愈,对普通负荷和一般敏感负荷基本无影响。②二级自愈指恢复时间在100毫秒~0.5秒的自愈,对敏感负荷有一定影响,但对普通负荷无影响。③三级自愈指恢复时间在0.5秒~3分的自愈,会影响敏感负荷的正常运行,但对普通负荷基本无影响。
传统的小电流接地电流补偿、短路故障保护、重合闸、备用电源自投等技术的作用均是消除或减轻配电网故障的危害,都属于自愈控制技术的范畴。电网自愈的概念最早出自美国电力科学研究院(EPRI)与美国能源部于1999年启动的“复杂互动系统”联合研究计划,是智能电网研究的热点内容。智能配电网自愈控制是对传统电网故障保护与控制技术的发展与升华。它充分利用现代传感、通信、计算机、自动控制与电力电子设备技术,提供从故障发生到恢复供电全过程的系统解决方案,最大限度地避免或减轻故障给用户带来的经济损失。
未来智能配电网自愈控制技术的发展特点:①广泛采用环网结构,满足供电可靠性N-1要求;在部分对供电质量有严格要求的场合,采用闭式环网并配备快速保护切除故障区段,避免馈线故障引起短时停电。②大量应用非有效接地方式并采用基于电力电子器件的有源跟踪补偿装置,补偿接地电流中的谐波分量与有功分量,进一步减少剩余电流值,提高小电流接地故障自愈率;控制接地电弧熄灭后的电压恢复速度,避免故障电弧的重燃并减轻过电压危害。③故障限流器、固态断路器的研究与应用取得突破,广泛应用柔性配电设备进行电能质量控制。④计划孤岛供电与微电网技术取得突破,达到实用化水平。⑤应用基于先进的传感、通信、控制、快速仿真技术的高级配电自动化、广域保护与分布式智能控制,快速检出故障并进行纠正性操作。