配网技术的发展及未来展望

配电网技术的发展及未来展望一、配电网概述配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，并通过配电设施就地或者逐级配送给各类用户的电力网络，一般分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。通常所指的配电网为中压配电网和低压配电网，即从变电站10（6）千伏开关柜出线端子”到与客户分界点”。但也有个例存在，如有些发达地区110千伏线路也用于配电网，而有些县域的35千伏线路也用于主网，因此配电网的电压等级主要取决于各个城市电网规模或者城市用电量。配电网主要由相关电压等级的架空线路、电缆线路、变电站、开关站、配电室、箱式变电站、柱上变压器、环网单元等组成。根据不久前相关统计数据，国家电网公司拥有配电线路共计约360万千米，配电变压器共计约420万台，配电开关365万台。二、配电网现有基本网架结构及特点1.10千伏配电网网架结构现状无论哪一个电压等级的电力网络，网架都是其根本所在。因此优化网架结构，是提升现有配电网运行水平的基础。就配电网目前的现状而言，架空线路整体以多联络或辐射式网架居多，其中城网以多联络结构为主，农网以辐射式结构为主；电缆线路整体以单环网网架为主，其中城网以单环网结构为主，农网以单环网、双射式结构为主。2. 存在的主要问题A+、A类供电区双侧电源的电缆环网结构尚未完全形成，部分区域不满足N-1要求，变电站全停时负荷无法站间全部转供。B、C类供电区转供能力还需提高，部分架空网架结构不清晰，分段及联络点设置不合理，导线截面不匹配。D、E供电区供电半径长，分段数少。3. 主要解决思路（1）加强整体规划。原有配电网缺乏统一而长远的网架和接线规划，如哪一块区域的配电变压器过载了，就在哪新上配电变压器；哪里的配电线路供电“卡脖子”了,就在哪里拨接线路，等等，“头疼医头、脚疼医脚”的现象仍然比较常见。而目前国内主网网架发展水平处于世界领先位置，一个重要原因就在于其整体规划相对比较长远。（2）开展差异化建设。依据配电网技术导则等标准中网架结构的建设目标，在电源点充足的供电区域，采取多分段、适度联络的方式；在电源点有限的供电区域，采取多分段、单联络方式；单一电源点的供电区域，采取多分段、单辐射方式。通过配电网差异化建设，因地制宜提升配电网的运行水平。（3）适当借鉴国外设计理念。如苏州工业园区借鉴新加坡“花瓣型”配电网接线方式，供电可靠率进一步提高到99.9995%以上，达到或赶超新加坡、东京等世界先进城市配电网水平。当然，并不是国外城市配电网规划设计就一定非常完美，事实上也或多或少存在一些问题，但是至少有些理念和思路值得学习，如法国的哑铃式接线、英国的网孔式接线等。1. 三、配电网现有关键技术及应用情况带电作业我国的带电作业技术起步于20世纪50年代，当时在我国最大的钢铁基地鞍山，停电检修非常困难。为了解决线路检修而用户又不能停电的矛盾，在当时称之为“不停电检修”的技术开始得到发展与应用。随后不久，1957年湘中供电局设计制作“针式绝缘子检测器”应用于生产，拉开湖南带电作业序幕。随着现代带电作业技术的蓬勃发展，带电作业已成为提高配电网供电可靠性的重要抓手。目前配电网带电作业已推广绝缘手套作业法、绝缘杆作业法和综合不停电作业法等三种方法，针对普通消缺、装拆附件、装拆引线、更换避雷器等四大类33项内容开展了带电作业。2012年11月，长沙组织开展首次电缆旁路作业，进一步推动了配电网带电作业发展。目前检修造成的停电还占停电原因的40%左右，推广应用带电作业可以有效减少停电时间，提高供电可靠性，同时还需结合先进技术进一步研发安全、便捷、高效的作业工具。2. 小电阻接地技术我国原有的配电网中性点主要采用消弧线圈接地方式，师承前苏联经验与标准，在单相接地故障发生时允许带故障运行2小时。该接地方式在原来经济技术条件下发挥了重大作用，但当前存在四个主要不足之处：电力电缆在城市大量应用，消弧线圈需不断增容；部分选线装置准确率低，效果不佳；系统长时间带故障运行，对线路绝缘薄弱环节造成很大危害，容易引发相间短路；永久性接地故障处置需进行拉路探索，造成同一10千伏母线非故障线路受累停电。随着现代配电网技术发展，用户对供电可靠性的需求，不在于能否带接地故障运行一段时间来满足，而是依靠电网结构的完善和调度控制措施来保障，于是10千伏小电阻接地技术应用而生。配电网系统经小电阻接地改造后，具有以下优势：容易检出单相接地故障线路，准确率高；迅速切除单相接地故障，避免过电压导致事故扩大；避免非故障线路受累停电。当然，由于小电阻接地技术对保护配置要求较高，且对接地线路直接跳闸停电，一般适应于电缆化率超过70%且网络较完善的供电区域。3. 配电网核相及不停电转供负荷技术严格来说，配网不停电合环转供负荷技术开展得比较早，2001年5月长沙配网用负荷开关进行10KV核相及不停电转供操作，开创了湖南配电网首次不停电转供负荷的历史，也是国网系统内较早开展配网不停电转供操作的单位之一，而且近些年来，长沙在该项技术的应用上开创了新的发展方向。随着城市化进程不断加快，配电网电缆化率程度越来越高，电缆线路的联络开关环网柜，采用“全绝缘、全密封”结构，原有技术无法一次核相，即使潮流计算、保护校核满足合环操作的要求，也只能停电调电操作。为此，国网长沙供电公司经过不断探索和研究，开发了基于“黑箱”模型的环网柜二次核相及不停电转供负荷技术，从根本上解决了环网柜核相位置问题和环网柜内部一二次接线判断问题，进行实现了环网柜互联线路不停电转供负荷。以中等城市长沙为例，该技术平均每年将避免配电线路短时停电1400次，减少电量损失300万千瓦时，节约调度与运检、营销、用户等单位之间协调时间2000余小时，大大降低一线人员负担，提高供电可靠性指标，有效避免优质服务事件和由此带来的经济法律纠纷。4. 配电自动化技术配电自动化对提高城市配电网供电可靠性具有投资少、见效快等显著优势。2012年1月长沙麓谷配电自动化试点项目通过国网公司工程验收，标志着湖南省第一家配电自动化建设取得阶段性成功，为提升配电网专业管理水平提供坚实的技术基础。根据相关统计，在国家电网系统内，配电自动化建成单位平均倒闸操作时间，由投运前的26.9分钟，下降至3.9分钟，降幅85.5%;非故障区域平均故障恢复供电时间，由投运前50.8分钟，下降至10.9分钟，降幅78.5%。随着新一代配电主站、一二次设备融合、即插即用终端等技术应用，将全面提升配电网网络与设备运行状态的主动感知和决策控制能力，全面服务于调度、运维、规划、建设、营销、抢修等各个专业，有效支撑配电网精益化管理水平提高。四、配电网未来技术展望未来的智能配电网网架将在现有网架优化目标的基础上，进一步综合考虑分布式电源接入、移动储能、故障自愈、虚拟电厂等多种因素。这些现有的或者未来即将发展的关键技术，将极大促进配电网的发展。1移动储能技术随着分布式电源接入比例提高、电动汽车拥有量的大量增加，原本就复杂的配电网综合负荷特性的复杂程度大为增加，带来配电网的负荷峰谷差增大、电压质量恶化、供电可靠性降低和分布式电源消纳困难等系列问题。为此，国网长沙供电公司提出面向配电网多应用场景的MW级电池储能系统调度策略研究课题，将重点研究在配电网中如何实现电池储能系统的优化调度与运行控制，为储能技术的工程化应用决策提供参考，该课题已纳入国网湖南省电力有限公司2018年科技项目库。通过该项新技术研发，国网长沙供电公司将力争在以下功能应用方面取得突破：利用电池储能系统，通过负荷高峰放电、低谷充电，减小配电网峰谷差，提高现有配电网设备利用率和电网运行效率；通过发出和吸收无功功率，改善配电网电压质量；通过其快速精确的功率跟踪能力，平抑分布式电源出力波动；通过快速精确提供有功、无功支撑，在发电厂、分布式电源或者特高压突然退出运行时辅助电网紧急控制（紧急情况下的调频、调压），有效应对电网故障的发生；通过充当起始电源，在供电恢复过程中辅助电网黑启动。未来分布式电池储能系统的规模应用还将有效延缓和减少电源与电网建设，提高电网的整体资产利用率。2.配电网精准切负荷技术2017年5月24日，央视新闻联播报道我国最大规模的虚拟电厂在江苏投入运行。那么虚拟电厂难道是实际上不存在的电厂吗，事实并非如此。实际上，本次新闻联播所指讲的“虚拟电厂”，正式的提法应为源网荷精准切负荷控制技术。众所周知，电力系统是瞬时平衡的。就像一个天平，一端连接用户，一端连接电厂，其平衡的支架就是电网。一旦平衡打破，电网将发生大面积停电，甚至系统瓦解。由于用户用电是不断变化的，要保持平衡，以往只能通过调节电厂发电量。而这套“配电网精准切负荷技术系统”，是通过智能化技术，在实现调控电厂发电的同时，也能调控用户用电，让两边都在不停适应变化使“天平”达到瞬时平衡。通过这套系统，控制线路不仅仅是一根主线连接到用户，而是延伸到用户每个用电设备，使得大量分散不可控的用电设备，转化为毫秒级的可控资源。该系统可以把一个企业的用电设备，细化分为生产用电、办公用电和生活用电，甚至是对照明、空调等都可以实时控制。一旦电力供应出现问题，可以做到对每一家企事业单位的生产、办公等用电不停，而部分照明中断、空调调高温度。换而言之，这些电力可以随时让出来供给其他设备使用，相当于新增了一座“虚拟发电厂”，而不是采取以往的“一刀切”模式，对某配电线路全线拉停。除了应对事故停电，源网荷精准切负荷控制技术在配电网日常运行中将发挥重要作用，通过需求侧响应和主动配电系统互动，实现消峰填谷和智慧用电。目前江苏已在1370家企业用户试点推广这套系统，可以随时停电、不影响企业正常生产生活的用电容量达到了376万千瓦，据了解，这套系统将开始在全国推广，预计到2020年，全国规模可达到1亿千瓦。当然，涉及到一列配套政策，尤其是激励措施的完善，如分时电价、可中断负荷补贴等。3.主动配电网技术随着电力电子及控制技术的发展，配电网逐步由自动化向智能化演进，主动配电网的概念应运而生。主动配电网，即分布式电源高度渗透、功率双向流动的配电网络。主动配电网有四个特征，一是具备一定分布式可控资源，二是具有较为完善的可观可控水平，三是具有实现协调优化管理的管控中心，四是可灵活调节的网络拓扑结构。主动配电网可以对有可能出现的危险进行预判，并制定一定应对策略，通过控制中心有效执行，而不是像配电自动化系统只能在故障发生后才被动地采取措施。如某区域将遭遇暴雨时，对于历史雷击故障较多的线路，可以通过控制中心对负荷潮流进行控制或者网络重组，使其绕过这些线路，从而避免或尽量减少停电损失。主动配电网通过自动采集到的信号，进行数据分析掌握相关信息，为用户提供最优方案。供电企业根据网络和负荷情况，提醒用户在合适的时机选择用电等。用户可以随时查询到实时的电价，查询到周边分布式电源售电情况，自主调整用电行为，节省电费支出。通过以上模式，从而实现一定区域内的电力资源最优分配等。随着互联网+智慧能源与主动配电网的深度融合，未来配电网将从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双向流动、高度自动化的方向转变，将产生越来越明显的经济效益与社会效益如果把主网比作人体的“主动脉”，那么配电网就是四通八达的“毛细血管”，是实现用户接入和控制的关键所在。随着各项新技术的飞速发展，不难想见，在下一个五年，我国的配电网发展水平将更上一个新的台阶，让更可靠、更清洁、更智能的电能惠及每一位用户的生产生活。