CN102208811A

CN102208811A - 含微网的配电网络的接线结构

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Publication number: CN102208811A
Application number: CN2011101295571A
Authority: CN
Inventors: 程浩忠; 龚小雪; 缪源诚; 姚良忠; 王立峰; 张小越
Original assignee: Shanghai Jiaotong University; Shanghai Municipal Electric Power Co; Alstom Power UK Holdings Ltd
Current assignee: Shanghai Jiaotong University; Shanghai Municipal Electric Power Co; Alstom Power UK Holdings Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: CN102208811B

Abstract

一种电力系统配电技术领域的含微网的配电网络的接线结构，该接线结构的输入端与常规电网电源相连，由若干条以辐射状方式或树状方式连接的支路组成，该支路由一组或多组依次串联的电力传输线、变压器及微网组成。本发明综合考虑变电站、线路等设备的利用率及供电可靠性，能够使含微网的配电网具有较优的经济性、可靠性及适应性，可应用到实际含微网的配电网的建设和改造中。

Description

含微网的配电网络的接线结构

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统配电技术领域的接线方法，具体是一种含微网的配电网络的接线结构。

背景技术

在时代高速发展的今天，电力需求迅速增长，负荷加大，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上来。但是，随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。从而微网应运而生，用于解决远距离超、高压输电的弊端，以及满足用户越来越高的安全可靠性需求。而微网接入配电网对传统接线方式有了新的考虑。目前，常用的中压配电网接线方式有单电源辐射状接线、单侧电源双T接线、不同母线出线连接开关站接线、双电源手拉手环网接线、双电源手拉手双环网接线、“N供1备”接线、4＊6接线等。其中单电源辐射状接线比较经济，配电线路和高压开关柜数量相对较少，但是故障影响范围较大，供电可靠性较差；单侧电源双T接线中两回线路分别接自不同分段的母线，线路沿道路并行敷设，而每一个配电站可以从两回电缆上取得电源，但铺设两回线路导致成本上升；不同母线出线连接开关站以及双电源手拉手环网接线均具有备用接线，可靠性相对较高，但是经济成本高，其中手拉手接线的设备利用率只有50％；“N供1备”接线中N条线路联成电缆环网，1条线路作为公共备用线路，正常时空载运行，这种接线可靠性较高，但是供电能力，运行灵活性相对较弱；4＊6接线由于在网络设计上的对称性和联络上的完备性，使其在节省投资、提高可靠性、降低短路容量和网损等方面都很优越，但是该接线对电源数，以及负荷的分布等有一定要求，使其受到一定限制，实际应用并不普遍。

经对现有技术的文献进行检索发现，王成山等在《电力系统自动化》(2002，26(24)：34-39)上发表的《中压配电网不同接线模式经济性和可靠性分析》对中压配电网常见的几种接线模式进行了经济性和可靠性分析，并推荐不同可靠性要求下的接线模式；姚莉娜等在《电力自动化设备》(2006，26(7)：26-29)上发表的《城市中压配电网典型接线方式分析》从经济性、可靠性、灵活性等方面对城市中压配电网络的常用接线方式进行了分析比较，并推荐各种情况下适用的电网接线方式。但是以上文献均未考虑到微网的接入对配电网不同接线方式的影响并做出评价。鲁宗相等在《电力系统自动化》(2007，31(19)：100-105)上发表的《微电网研究综述》对微电网的概念、特点和结构进行了详细阐述，但该文献并没有提到将微电网接入配电网的接线模式。综上所述，目前尚无考虑微网接入及其作用对现有配电网接线模式的影响，本发明结合微网的特性，提出一种适用于含微网的配电网接线模式。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种含微网的配电网络的接线结构，综合考虑变电站、线路等设备的利用率及供电可靠性，能够使含微网的配电网具有较优的经济性、可靠性及适应性，可应用到实际含微网的配电网的建设和改造中。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述接线结构的输入端与常规电网电源相连，由若干条以辐射状方式或树状方式连接的支路组成，该支路由一组或多组依次串联的电力传输线、变压器及微网组成。

所述的辐射状是指：并联结构的完全放射状连接方式，所有支路的电力传输线的输入端均并联于一点；

所述的树枝状是指：若干条支路以辐射状方式连接组成的子接线结构与另一条支路的电力传输线的输出端相连。

所述的变压器和微网之间设有连接点，各个支路的连接点通过含联络开关的联络线与位于同一子接线结构中的其他支路的连接点相连。

所述的常规电网电源为35kV变电站、中压开关站、中压开闭所、中压配电室、中压配电站、中压环网单元或电厂等，此处的中压指标称电压在3-25kV范围内的电压。

所述的微网是指：含有分布式电源和负荷的具有并网运行和孤岛运行方式的单元模块，而且并网和孤岛运行方式间可以随着故障的发生和消除自动完成切换。微网的并网运行即微网和主电网相连接，微网中的负荷可以从微网或者主电网得到电力供应，微网也可以向主电网供电；而孤岛运行是指微网与主电网断开，没有电气连接，微网内的负荷只能由微电源提供。当主电网发生故障时，相应的保护设备将微网同主电网公共连接点处的开关跳开，此时微网产生的电能同微网内的负荷需求不平衡会导致系统不稳定，微网通过相应的控制策略改变微电源出力或切除部分负荷，来继续维持微网的电压频率稳定，继续为微网内的负荷供电，从而完成从并网运行到孤岛运行的切换，当主电网故障消除时，微网调节微电源出力并合上公共连接点处的开关，完成从孤岛运行到并网运行的过度。

所述的分布式电源为微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、太阳能电池、风力发电机或生物质能。

所述的联络开关在电网正常运行时断开，电网发生故障时选择性闭合。

本发明采用一个常规电网电源向一个区域的多个微网辐射状供电，邻近的微网间通过联络线相连，电网正常工作时微网间联络开关断开，微网并网运行并为当地部分负荷供电，且微网拥有一定的备用容量；在电网发生故障时，根据故障的情况开闭微网间的联络开关，同时确定微网的并网或孤岛运行状态，继续为当地或邻近负荷供电，从而形成一种可靠性较高的含微网的配电网的接线方式向供电区供电。

附图说明

图1是含微网的完全放射状接线图；

图2是含微网的完全放射状接线一条线路段故障时运行接线图；

图3是含微网的完全放射状接线孤岛运行接线图；

图4是含微网的具有中介点的放射状接线图；

图5是实施例1中具有中介点的放射状接线故障时的接线图；

图6是实施例2中具有中介点的放射状接线故障时的接线图；

图7是含微网的树枝状接线图；

图8是实施例1中线路段故障时的接线图；

图9是实施例2中线路段故障时的接线图；

图10是某城市一地块的示意图；

图11是某城市地块中压配电网采用本发明的含微网的接线方法的地理接线图；

图中：1为35kv电源、2为变压器、3为输电线路、4为微网、5为分布式电源、6为公共连接点、7为联络开关、8、9、10均为含联络开关的联络线、11、12、13、14、15、16为支路、

为线路故障或开关断开、

为线路正常或开关闭合。

具体实施例

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

某城市一地块最大用电负荷50MW，占地面积4km²，区域形状、建筑及道路情况如图10所示，由一座35kV变电站向该区域供电，中压电压等级为10kV。该地块采用了辐射状接线，具体为完全放射状接线。

如图1所示，本实施例由若干条以辐射状方式或树状方式连接的支路x组成，该支路x由一组或多组依次串联的变压器2、电力传输线3及微网4组成。

所述的变压器2和微网4之间设有公共连接点6，各个支路x的公共连接点6通过含联络开关7的联络线8与位于同一子接线结构y中的其他支路x的连接点6相连。

所述的常规电网电源1为35kV变电站、中压开关站、中压开闭所、中压配电室、中压配电站、中压环网单元或电厂等，此处的中压指标称电压在3-25kV范围内的电压。

所述的微网4是指：含有分布式电源和负荷的具有并网运行和孤岛运行方式的单元模块，而且并网和孤岛运行方式间可以随着故障的发生和消除自动完成切换。微网的并网运行即微网和主电网相连接，微网中的负荷可以从微网或者主电网得到电力供应，微网也可以向主电网供电；而孤岛运行是指微网与主电网断开，没有电气连接，微网内的负荷只能由微电源提供。当主电网发生故障时，相应的保护设备将微网同主电网公共连接点处的开关跳开，此时微网产生的电能同微网内的负荷需求不平衡会导致系统不稳定，微网通过相应的控制策略改变微电源出力或切除部分负荷，来继续维持微网的电压频率稳定，继续为微网内的负荷供电，从而完成从并网运行到孤岛运行的切换，当主电网故障消除时，微网调节微电源出力并合上公共连接点处的开关，完成从孤岛运行到并网运行的过度。

如图1所示，所述的辐射状是指：完全放射状接线以及通过中介点放射的接线方式和树枝状接线，完全放射状接线中(以图1为例)，电源通过不同线路(11、12、13、14)分别辐射状向多个微网4MG1、MG2、MG3、MG4供电，邻近的微网4间(MG1和MG2，MG3和MG4)通过联络线连接，联络开关常断。这里邻近的微网是指把不同微网所在的母线连接起来的联络线的长度不应超过2km，在实际工程中，在考虑实际道路及建筑允许的情况下，不超过该距离的微网可用联络线将其母线连接。

如图4所示，所述的树状是指：电源通过不同线路(11、12)分别向微网4(MG1、MG2)供电，分别以微网4(MG1、MG2)所在母线处设中介点向更远处微网4(MG3、MG4、MG5、MG6)放射状供电，其中MG1和MG2通过有联络开关的联络线8连接，联络开关断开；MG3和MG4、MG5和MG6之间也分别用联络线9、10连接，联络开关断开。树枝状接线中(以图7为例)，电源通过供电干线分别向不同微网4(MG1、MG2、MG3、MG4)供电，邻近的微网4间(MG1和MG2，MG3和MG4)通过联络线连接，联络开关常断。

所述的微网4间的联络线是指临近的微网4所在母线或公共连接点6间的联络线路，含联络开关，正常运行时联络开关断开，电网故障时视情况闭合。

所述的电网故障是指包括从电源及其出线开始的供电干线和分支线的故障，相当于所在线路的隔离开关断开，停止了该线路的供电。

所述的可靠性是指系统平均供电可靠率指标(ASAI)和系统平均停电持续时间指标(SAIDI)，其表达式如下所示：

式中：ASAI为系统平均供电可靠率指标，SAIDA为系统平均停电持续时间指标，min/(用户·年)或h/(用户·年)，U_i为负荷点i的年停电持续时间，N_i为负荷点i的用户数。

辐射状接线按照完全放射状、具有中介点的放射状接线和树枝状接线配合微网4，分为正常工作及电网不同部分故障情况下的工作情况，如下所述：

完全放射状接线：

(1)正常运行方式

含微网4的配电网完全放射状接线方式下，电源通过各条线路向微网4供电，微网4间的联络线开关断开。如图1所示，电源通过线路11、12、13、14，分别向MG1、MG2、MG3、MG4四个微网4供电，邻近的微网4间通过联络线8、9连接，联络开关7常断。

(2)一条线路故障运行方式

如图2所示，当11发生线路故障停止供电时，相当于11上的分段开关处断开，此时合上MG1和MG2之间联络线8上的联络开关7，通过MG1自身的分布式电源5和MG2的备用部分给MG1内部用户供电。从而使MG1在线路故障时仍然可以使负荷不失电，提高了用户可靠性。不失电的用户比例由MG1内部分布式电源5容量大小以及MG2的备用容量决定。12、13、14任一线路发生故障情况相同。

(3)孤岛运行方式

如图3所示，当11和12线路同时发生故障时，MG1和MG2不再同大电网相连，形成孤岛，且备用开始出力，根据分布式电源5容量和备用容量支持微网4整体或者部分负荷的正常供电。13和14同时发生故障的情况相同。

具有中介点的放射状接线：

(1)正常运行方式

如图4所示，含微网4的配电网具有中介点的放射状接线方式下，电源通过线路11和12分别向MG1和MG2供电，分别以MG1、MG2所在母线处设中介点向MG3、MG4、MG5、MG6放射供电，其中MG1和MG2通过有联络开关的联络线8连接，联络开关断开；MG3和MG4、MG5和MG6之间也分别用联络线9、10连接，联络开关断开。

(2)不同段线路故障运行方式

如图5所示，当11故障或者检修时，11上的分段开关断开，此时合上联络线8上的联络开关，通过MG1自身的分布式电源5和MG2的备用部分给MG1内部用户供电。从而使MG1在线路故障时仍然可以使负荷不失电。不失电的用户比例由MG1内部分布式电源5容量大小以及MG2的备用电源容量决定。同时，MG3和MG4通过自身的分布式电源5以及备用电源，各自形成孤岛运行或者合上联络线9上的联络开关形成联合孤岛运行方式供电。12单独故障的情况相同。

如图6所示，当13故障或者检修时，13上的分段开关断开，此时合上联络线9上的联络开关，通过MG3自身的分布式电源5和MG4的备用部分给MG3内部用户供电。从而使MG3在线路故障时仍然可以使负荷不失电。不失电的用户比例由MG3内部分布式电源5容量大小以及MG4的备用容量决定。14、15、16中任一线路故障的情况相同。

树枝状接线：

(1)正常运行方式

如图7所示，含微网4的配电网树枝状接线方式下，电源通过供电干线分别向微网4MG1、MG2、MG3、MG4供电，邻近的微网4间通过联络线8、9连接，联络开关常断。

(2)不同段线路故障运行方式

如图8所示，当电源或者11发生故障时，整条线路失电，MG1、MG2、MG3、MG4分别通过各自的分布式电源5以及备用容量形成孤岛运行或者通过联络线8、9同邻近微网4组成联合孤岛运行，维持部分或全部的用户供电。13发生故障，MG3和MG4的供电情况相同。

如图9所示，当12发生故障时，MG2、MG3和MG4不能直接从电网获得供电，此时，合上联络线8上的联络开关，通过MG1自身的分布式电源5和MG2的备用部分给MG1内部用户供电。14发生故障，MG3、MG4的动作情况相同。

本实施例的含微网4的中压配电网接线模式具有以下优点：

只需1个常规电网电源，以辐射状展开向负荷供电，在实际中非常容易实现，符合目前中低压配电网的实际需要；接线简单，易于实现。以放射状接线为基础，是目前中低压配电网最为广泛的接线方式之一；供电可靠性高。分布式发电可部分消除电网的过负荷和堵塞，增加电网的输电裕度，使系统可靠性提高；充分利用微网4的孤岛运行能力，不仅微网4本身可作为可作为备用电源，同时微网4之间互为备用，弥补传统放射状接线可靠性相对不高的缺点，从而在可靠性方面得到较好的效果；经济性较好。继承了放射状接线配电线路和开关柜数量相对较少的优势，理论上的线路负载率可达100％；组网方式灵活，易于扩展。通过电源出线或者中介点出线，方便分阶段、分期建设，方便电网的扩展；适用范围广。通过设计调整微网4的容量以及备用容量，既可用于负荷密度较小，可靠性要求较低的地区，也适用于对可靠性要求较高，经济发达、负荷水平较高的地区。

Claims

1.一种含微网的配电网络的接线结构，其特征在于，所述接线结构的输入端与常规电网电源相连，由若干条以辐射状方式或树状方式连接的支路组成，该支路由一组或多组依次串联的电力传输线、变压器及微网组成。

2.根据权利要求1所述的含微网的配电网络的接线结构，其特征是，所述的辐射状是指：并联结构的完全放射状连接方式，所有支路的电力传输线的输入端均并联于一点；所述的树枝状是指：若干条支路以辐射状方式连接组成的子接线结构与另一条支路的电力传输线的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的含微网的配电网络的接线结构，其特征是，所述的变压器和微网之间设有连接点，各个支路的连接点通过含联络开关的联络线与位于同一子接线结构中的其他支路的连接点相连，所述的联络开关在电网正常运行时断开，电网发生故障时选择性闭合。

4.根据权利要求1所述的含微网的配电网络的接线结构，其特征是，所述的常规电网电源为35kV变电站、中压开关站、中压开闭所、中压配电室、中压配电站、中压环网单元或电厂。

5.根据权利要求1所述的含微网的配电网络的接线结构，其特征是，所述的微网是指：含有分布式电源和负荷的具有并网运行和孤岛运行方式的单元模块，而且并网和孤岛运行方式间随着故障的发生和消除自动完成切换。

6.根据权利要求5所述的含微网的配电网络的接线结构，其特征是，所述的分布式电源为微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、太阳能电池、风力发电机或生物质能。