主动配电网研究国外研究现状-会议材料之二
国际配电网保护配置与整定现状调研
国际配电网保护配置与整定现状调研摘要：本文对世界各国配电网保护现状进行调研、分析和总结，着重介绍了中国、美国与法国的配网保护的做法。
以架空线路保护为例，对中国配电网的保护配置、整定及其运行情况进行介绍。
美国中压配电网主要采用反时限过电流、重合器与熔断器保护；法国配电网保护的配置与整定做法和中国类似，主要采用三段式电流保护与熔断器保护。
关键词：配电网保护整定配置1引言长期以来,中国配网保护只强调保证变电站设备的安全运行，对线路保护不够重视,由于保护配置不完善以及整定配合方面的问题,导致配网保护动作的选择性差,故障停电范围扩大。
此外,还存在因线路出口故障不能及时切除，造成主变压器损坏、跌落式熔断器因开断电流不满足要求而烧毁等问题。
目前，中国许多供电企业在积极实施配电网自动化。
配电外自动化是继电保护的延伸与补充。
为了减少故障停电影响，我们应完善配网的继电保护。
相对于配网自动化，配网保护的完善还远远不够。
配网保护的动作性能对配网的安全运行、故障停电时长及电压暂降指标都有很大的影响。
制定完善的配网保护方案，对配网的安全运行和提高供电质量来说都非常重要。
下面，以架空线路保护为例，对中国配电网的保护配置、整定及其运行情况进行介绍。
2中国配电网保护配置与整定情况在中国，以架空线路为主的中压配网的中性点通常采用小电流接地方式。
而对于小电流接地的架空配电网来说，由于允许其在出现单相接地时带故障运行不超过2小时，所以，其中的配电线路（包括架空电缆混合线路）只设相间短路保护。
中国架空配电线路保护的配置主要有以下三种情况。
2.1 二级保护配置图2-1给出了典型的架空配电线路结构与二级保护配置方案，主干线路用负荷开关分段，分支线路采用负荷开关。
第一级保护是变电站线路出口断路器保护，保护配置有两种情况，一种是配置电流I段与III段保护，再就是将电流I段保护退出运行，只配置电流II段和III段保护。
第二级保护是配电变压器的保护。
主动配电网研究进展
中图分类号：TM71
文献标志码：A
0 引言
1 主动配电网的基本概念
目前 ，随着社会经济的不断发展，电力需求的 持续增长以及整个电力市场开放程度的增加，越来越 多的分布式能源（distributed energy resource，DER）接 入到配电网中，在传统配电网（traditional distribution network，TDN）下，过多的分布式能源容易对配电网造 成很多不利的影响，如提高短路电流水平、影响无功 功率和电压分布、改变系统潮流、降低供电可靠性降 低以及恶化电能质量等 。 [1] 为了应对和解决这些问 题，传统配电网已逐渐从被动模式向主动模式转变， 国际大电网会议（CIGRE）配电与分布式发电专业委 员会(C6)对含分布式能源的配电网进行了深入的研 究分析，并于 2008 年在 C6.11 工作组所发表的“主动 配电网（active distribution network，ADN）的运行与发 展”研究报告中明确提出了主动配电网以及分布式能 源的概念和定义[2]。工作组认为，对配电网的所有组 成部分进行主动的优化控制能够消纳分布式能源的 高渗透率问题，从而提高配电网的安全经济性。
配电管理系统
通信网
通
信
网
配电网
变压器 电力电子元件 分布式能源
先进计量装置
需求侧
图 1 主动配电网的基本组成结构
作者简介： 欧阳武（1978-），男，高级工程师，工学博士，现从事配电网规划和配电自动化相关工作。
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分布式能源主要由分布式电源构成，另外还包括 分布式储能和可控负荷等。分布式电源主要为可再生 能源，包括光伏发电、风能发电等；可控负荷包括电动 汽车和响应负荷等[3]。在理论研究和分析中，出于简化 考虑常常用分布式电源来代替分布式能源，由于目前 分布式电源的应用广泛，这种简化代替是可行的。文 献[4]研究了可以灵活控制分布式电源的主动配电网， 结果表明主动配电网能够有效提高网络负载能力。
配电自动化国内外发展现状
法国配电公司(eRDF)运营的配电网中压电网电压等级是20kV，所管辖的区域约占法国国土面积的95%，设有30个配电调度中心(DSO)，平均每个DSO大约负责100万客户的调度运行管理，调度范围是高/中压(H/M)变电站的变压器及以下的中低压电网，负责调度操作配电网上所有可以遥控操作的开关、eRDF根据对供电可靠性的要求，将供电区域分为大城市核心区、大城市郊区与中小城市以及农村地区，不同的区域的网架结构不同，配电自动化的方案也有差异。大城市核心区要求用户年均停电时间小于15min，大城市郊区要求用户年均停电时间小于30min，农村地区要求用户年均停电时间小于345min。
配电自动化国内外发展现状
欧洲发达国家的配电自动化应用较早，基本实现了配电变电站出线断路器、线路分段开关的远程监控，做到了配电网故障及时检测、处理及修复，且配电GIS获得了广泛应用，配电调度、停电投诉处理、故障抢修流程的管理基本都实现了自动化。
奥地利EVN公司维也纳地区的中压电网基本实现了自动化，安装配电网终端10000多套;意大利ENEL公司全国有80000多个中压/低压开闭所实现了远程遥控;法国20kV中压配电网全部实现了自动化;英国伦敦电网公司自1998年起，先后安装了5000个配电网终端;中部电网公司安装配电网终端7000个。此外在德国、芬兰、葡萄牙、丹麦等国馈线自动化都有一定的应用面。
国内外配电网发展的比较研究
国内外配电网发展的比较研究目录1 概述 (2)2 国内外GDP、发电量、人均水平的比较 (2)2 国内外发输配投资力度的比较 (10)3 发输配容量比的比较 (14)4 国内外供电企业的比较 (16)5国内外配电网技术经济指标的比较 (17)6配电网资产统计方式的比较 (25)7国内外配电网发展城市情况的比较 (26)8电力企业政策的比较 (29)9供电企业状况 (30)1 概述国际上电力工业发、输、变、配、用的投资中输、变、配的投资国际上占总投资的50%，发、输、配的投资比例为1：0.5: 0.3，输配电设备的资产约占电力系统总资产的一半，输配电网的运行费（输变配部门）占电力系统总费用的10~20%。
美国为10%，日本为20%。
（1）国外电力系统关于输配电网可靠性的探讨，考虑以下4个方面：1）政府（重点防止对社会有重大影响的大规模停电；把握供电可靠性对费用影响的程度）2）供电企业（维持供电可靠性与费用的合理水平；支持用户自行保护的政策；提高技术水平）3）用户（认识自行保护的重要性；如果需要高可靠性，则自行配置安全装置）4）厂家（制造受停电影响小的设备）（2）国外认为能够降低网络投资和运行费用各种因素的顺序如下：系统规划、设备、购买、运输、实验、接电、维护（生命周期内）。
其中系统规划为第一重要。
为了找到我国配电网投资与高指标的平衡点，我们考虑进行以下几方面的比较研究。
2 国内外GDP、发电量、人均水平的比较GDP和发电量是最重要的宏观经济统计指标，从生产角度看，GDP和发电量不仅能够反映一个国家的生产规模，而且能够反映这个国家的产业结构。
从使用角度看，GDP和发电量不仅能够反映一个国家的需求规模，而且能够反映这个国家的需求结构。
从地域角度看，GDP和发电量不仅能够反映各个地区的经济总量，而且能够反映各个地区的产业结构、需求结构。
2002年全年GDP (国内生产总值)跃上10万亿元的新台阶，达到102398亿元，见图3-1，翻两番则为40万亿以上，达到日本1990年的水平。
主动配电网文献综述
主动配电网文献综述摘要：分布式电源( distributed generation, DG)和电动汽车的大量接入、智能家居的普及、需求侧响应的全面实施等显著增强了配电系统规划与运行的复杂性，同时，未来的配电网对规划与运行的优化策略提出了更高的要求。
作为未来配电网的一种发展模式，主动配电网( active distribution network, ADN)开始受到人们的关注。
本文主要探讨总结了主动配电网的国内外现状，主动配网网工作原理，主动配电网的运行方式、标准、对应的国内外指标及计算方法以及主动配电网的算法研究。
关键词：主动配电网，分布式发电，潮流算法，粒子群算法，混合算法0引言近年来，全球范围内气候变暖及极端天气事件日益频发，严重威胁着人类社会的可持续发展。
在诸多因素中，人类过度排放温室气体被认为是导致全球气候变化的重要原因[1,2]。
为应对上述挑战，英国政府于2003年首次提出了低碳经济的发展理念。
发展低碳电力系统的根本任务是要形成稳定的低碳电能供应机制，其关键在于对可再生能源的有效开发与利用。
对此，一种解决思路是从配用电环节入手，建立协调关联分布式可再生能源发电、配电网络与终端用电的集成供电系统，实现对可再生能源的就地消纳与利用。
分布式配用电系统优点有建设周期短、投资成本低、运行灵活，且抗风险能力更强[3,4]。
传统配电网中，电力潮流一般由上端变电站单一流向负荷节点，其运行方式和规划准则相对简单。
然而，分布式能源的规模化接入与应用将对系统潮流分布、电压水平、短路容量等原有电气特性造成显著影响。
而传统配电网在设计阶段并未考虑上述因素，因此难以满足低碳经济背景下高渗透率可再生能源发电接入与高效利用的要求。
与主要关注用户侧的微电网（Micro-Grid, MG）不同，ADN 主要面向由电力企业管理的公共配电网。
它是一种兼容电网、分布式发电及需求侧管理等多类型技术的全新开放式配电系统体系结构。
ADN 的技术理念将系统运行中的信息价值及电网-用户之间的互动能力提升至一个新高度，强调在整个配电网层面内借助主动网络管理（Active Network Management, ANM）实现对各类可再生能源的主动消纳及多级协调利用，最终促进电能低碳化转变及电网资产利用效率的全方位提高[5]。
浅析国内外SNOP在配电网中的研究现状
浅析国内外SNOP在配电网中的研究现状摘要：我国配电网发展相对落后，网架结构不合理，调控方法不灵活，越来越多的冲击性负荷加入威胁着配电网的安全稳定，故障是难以避免的。
为减小故障停电带来的损失研究配电网故障恢复策略迫在眉睫，典型的配电网故障恢复模式大致分为主站监控的故障恢复模式、重合器故障恢复模式、配电管理系统恢复模式三类。
为了更好的配电网故障恢复，代替传统联络开关的新型电力电子器件——SNOP(Soft Normally Open Point)近年步入我们的视线，引起了人们的重视。
关键词：配电网故障；故障恢复模式；SNOP1 引言配电网作为电力系统较末端的一环，从输电网或发电厂直配获得电能，再将电能通过配电装置输送给用户，将用户和电力系统联系在一起。
配电网的可靠性、安全性直接影响到用户乃至国家的利益，当前配电网大多使用传统联络开关或分段开关作为网络重构的基础，它们存在许多问题，如影响配电网控制的效率、影响配电网的安全性和可靠性等。
若不能及时恢复非故障区域供电，联络开关误动或拒动，进一步扩大故障影响范围，加重故障带来的损失，甚至还可能影响到公共基础设施的正常运行。
为了防患于未然，代替传统联络开关的新型电力电子器件——SNOP(Soft Normally Open Point)近年步入我们的视线，引起了人们的重视。
SNOP软常开开关相比传统联络开关具有诸多优点，例如可以精确控制其两侧馈线上的有功功率与无功功率，改善系统整体潮流分布；进行电压无功控制，改善馈线电压水平；通过交流变直流转交流来实现两端馈线电气解耦，确保故障情况下不间断负荷供电；响应速度快，不受动作次数限制，能连续控制；能有效降低损耗，提高经济性等等，对配电网长久稳定运行有着重要意义。
2 国内研究现状2.1 SNOP在配电网中的应用及优点SNOP作为一种代替传统联络开关的全控型电力电子器件，主要有3种装置：背靠背电压源型变流器(Back to Back Voltage Source Converter)、统一潮流控制器(UPFC)、静止同步串联补偿器(SSSC)构成。
配电网的主动管理现状和未来发展趋势综述
配电网的主动管理现状和未来发展趋势综述摘要随着智能配电网技术的发展，分布式能源的广泛使用，新型负荷（例如电动汽车）的应用，配电网正从被动配电网向主动配电网发展。
包括可再生分布式电源在内的分布式电源的并网，使得配电网的潮流从单向流动变为双向流动。
电动汽车的应用给配电网带来了更大的挑战。
因此，对主动配电网的管理必须通过新兴的控制、监测、保护和通信技术来实现，用最佳的方式协助配电网运营商管理。
这篇文章综述了主动配电网最新的进展情况，并确定新兴技术和支持配电网主动管理的未来发展趋势。
关键词：主动管理，分布式电源，配电网，智能配电网，智能电网引言为了安全和可持续能源的发展，智能电网已被广泛认为未来电力生产的基础设施。
配电网已成为电网中占据很大比例的基础设施。
在未来智能电网中，配电网会占据更重要的地位，且应当优先发展。
这是因为配电网是大多数终端用户、分布式电源以及电动汽车的接入点。
在美国，配电网为大约1.6亿用户提供服务。
越来越多DG和EV的接入、智能配电网技术的应用（例如高级计量架构（AMI）和智能家电（SAs））都促使配电网从被动向主动发展。
下一代配电网应该是高效、全系统最优化、高可靠性、坚强、且能够有效管理大规模接入的EV、DG及其他可控负荷的网络。
为了迎接新的挑战，下一代的配电网需要主动配电网管理。
各种配电网管理技术，例如配电自动化，AMI，故障定位，自动重构，以及V AR控制，已经在研究中，而且一些技术已经成功应用与当今的配电网中。
配电网最优化规划的各个方面也处于研究中，包括电容器和其他无功补偿设备、分段重合、以及分布式能源的最优调度。
此外，先进的新型DG技术，新型的功率电变换系统（PFC），例如能调节有功和无功的固态变压器（SST），智能家电和其他可控负荷的广泛使用，家庭和办公网络的智能化，都使得在下一代配电网中，ADN的应用成为可能。
本文综述了最新的进展并确定支持DN的发展的新兴技术。
第二部分给出ADN的构架的概述。
国外直流配电网研究现状
国外直流配电网研究现状与交流配电网相比，直流配电网存在较大优势，因此，世界不同国家均提出了不同的方案与标准。
美国早在2003年就提出了直流配电的相关方案。
北卡罗来纳大学提出的方案参考了舰船配电，其方案中直流电压母线采用400V作为其电压等级，并配有120V交流母线。
能量管理装置作为中继，从12KV交流母线获取电能，并通过400V直流母线和120V交流母线将电能分配给负荷。
2010年，弗吉尼亚大学提出了“Sustainable Building and Nanogrids（SBN）”研究计划，如图示：图？SBN直流配电网结构SBN计划中考虑不同负荷，直流配电网电压等级采用380V和48V双电压等级。
380V 电压主要针对家用和工业用负荷，48V电压等级考虑通信及小型设备，其供电能力及其有限。
此结构整合不同分布式电源并考虑了混合动力汽车的影响，具有前瞻性。
其后，弗吉尼亚大学在SBN系统基础上又提出改进方案，如图示，改进方案中采用交直流混合配电，并针对不同负荷和分布式电源进行分层，力求能源的高效利用。
图？交直流混合配电系统结构上图中交直流混合配电方案中网络分层明显，有子网、微网、纳网等多种结构，并通过整流器与上级结构相连。
日本大阪大学在2006年提出双极直流配电网结构，此结构中6.6KV交流电先通过变压器变为230V，再通过整流器输出±170V直流电能。
双极母线的使用使得传输容量更大，电力电子器件的大量使用也将±170V直流电压变换为不同电压等级的交流、直流电压，供不同负载使用。
图？日本直流配电方案欧洲国家中，意大利和罗马尼亚对于直流配电网均有研究。
罗马尼亚在2007年提出的系统采用双电源交替供电。
如下图：系统中设计750V作为直流母线电压等级，整合各类分布式电源并与交流电网连接，其供电能力较强，供电可靠性也较高。
图？双电源交替供电直流配电结构图除以上国家外，其他各国和地区也对直流配电网展开了专项研究。
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§ Widespread communication between controllable devices and control units
§ Impact on reserve capacity
§ DER often an intermittent source (wind, water levels, sun…) •e.g. wind power changes with the 3rd power of wind speed § power reserves needed for production/consumption balancing •reserves based on fossil fuels
§ Difficult to control the network voltage profile only with the HV/MV transformer § Solutions
§ advanced transformer voltage regulation § voltage regulation with DER § active compensators
Dr. Boštjan Blažic University of Ljubljana Faculty of Electrical Engineering bostjan.blazic@fe.uni-lj.si
§ Communications media
§ power line carrier § landlines (telephone cable, optics) § wireless (radio, GSM)
Monitoring and Forecasting
§ Measurements of network parameters
P= 1 Cp ρV 3 A (W) 2
Active Network Concept
§ Network divided into local control areas
§ MV and NN network with DER, storage and controllable loads
§ A local control area is an energy exchange system
/ RFDO FRQ W U RO DU HD
' (5
&RQW U RO O HU
6 HFW L RQDO L ]L Q J VZL W FK &RP P XQL FDW L RQ
Key Technologies – Controllable DER and Loads, Electricity Storage
' (5 09
*
+ 9 1 HW Z RU N
75 09 /9
/9 O L Q H
75 +9 0 9
' ( 5 FRQQHW HG
1 R' ( 5 SX
Impact on Protection Operation
§ DER contribute to short circuit currents in case of faults
§ central control § peer-to-peer control § combination •sources autonomous to some extent •central controller for optimization of operation
' (5
&RQW U RO O HU
+ 9 1 HW Z RU N
75 +9 0 9
/L Q H SU RW HFW L RQ
09
§ Solutions
§ protection coordination § connect DER with a separate feeder § new protection equipment
*
) DXO W ' (5
§ distribution system is an energy exchange system
Ø Development of two power production areas Ø Influence of DER on systems depends on its share
Impact of DER on System Operation
Future Development of Power Networks
§ Two energy production areas are emerging
§ production in large power plants in the transmission network § DER in distribution networks § The transmission network still represents the back-bone of the system
§ normally operates connected to the main network § possibility of islanded operation § enables power flow control § frequency regulation § voltage regulation
Network
UTM Z2 I2
U2
Z1 I1
Load
Ip Lp Up
Zb
§ Active compensators, active filters
§ based on voltage source converters § reactive power compensation, voltage control, harmonics compensation…
§ stand-alone equipment § integrated equipment § large number of sources § estimation of actual conditions
Source: Anemos project
§ Forecasting of
§ production § consumption § electricity prices § essential for system stability
§ malfunction of standard protection schemes
§ Islanded operation
§ in nowadays networks is usually not allowed § unintentional islanding consequences •voltage and frequency outside the limits •electricity shock hazard •problem of auto-reclosure
Impact on Power Quality and Power Reserves
§ Impact on power quality
§ Transient voltage variations •e.g. connection or disconnection of DER § Flicker •especially wind turbines § Harmonics •e.g. from power converters
§ generation and load control § network reconfiguration § control of active compensators § monitoring § prediction of consumption, production and prices
§ Main problem: large number of uncontrolled sources
Impact on Voltage Profile
§ Worst-case scenarios
§ low consumption, high DER generation § high consumption, low DER generation
0
Active Distribution Network Management in Europe
by Bostjan Bla i University of Ljubljana
Slovenia
December 10-12th, 2008 Nice • France
Starting Point
§ Centrally controlled transmission system forms the backbone of the system § Energy sources connected also in the distribution system § Bi-directional power flow
§ Controllable DER
§ normal operation: maximisation of revenues § emergency operation: maintain system stability
§ Electricity storage
§ enable production and consumption balancing
Active Networks Control