引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,人們對生活質(zhì)量的要求也不斷提升,而配電網(wǎng)供電可靠性直接關(guān)系到用戶用電安全和經(jīng)濟效益。配電房是配電網(wǎng)供電末端環(huán)節(jié),提升配電房末端供電可靠性對整體提升用戶供電質(zhì)量至關(guān)重要。國家"雙碳"戰(zhàn)略的實施,對配電房也提出了新的要求,在滿足供電可靠性的基礎(chǔ)上需要進行經(jīng)濟化運行控制,以達到節(jié)能減排、低碳環(huán)保的要求。同時,充電樁等新型負荷的出現(xiàn)也給配電房運行帶來了新的問題。

文獻使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對配電房的全面監(jiān)視,但未能參與配電房運行控制:文獻針對居民配變進行了經(jīng)濟運行相關(guān)控制和效益分析,但未能處理故障情況供電恢復(fù):文獻對儲能和充電樁接入進行運行分析,提出了優(yōu)化運行模型和策略:文獻系統(tǒng)分析了配網(wǎng)備自投功能和作用:文獻介紹了高壓側(cè)備自投控制策略:文獻和文獻提出了多種變壓器經(jīng)濟運行策略。

鑒于上述情況,本文提出了一種應(yīng)用于配電房場景,包含低壓側(cè)備投、變壓器經(jīng)濟運行、負荷管理、配電房信息整合等功能的系統(tǒng)解決方案,用于提高配電房供電可靠性和運行經(jīng)濟性。

1設(shè)計方案

目前,新建住宅配電房主要采用的是雙臺區(qū)設(shè)計,即配電房配備兩臺變壓器,由兩條來自不同電源的10kV線路供電,兩路電源分列運行,各自帶低壓負載。圖1為主流的雙臺區(qū)典型設(shè)計架構(gòu)。

為提高配電房供電可靠性和運行經(jīng)濟性,在配電房部署一套配變運行控制器,控制器實時采集當前兩個配變的電氣信息和各個開關(guān)電氣狀態(tài)。當檢測到一路電源失電后,自動控制低壓母聯(lián)開關(guān)閉合,實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)供。當失電電源恢復(fù)正常時,控制器完成自恢復(fù)操作,切換成正常運行模式。通過低壓備投功能,提高了配電房低壓供電可靠性。

控制器識別兩臺配變的實時負載和綜合負載率,判定當前站所內(nèi)兩臺配電變壓器當前運行狀態(tài),并根據(jù)預(yù)設(shè)方式進行智能的變壓器投切,優(yōu)先使用并聯(lián)切換方式,實時判定兩臺配電變壓器低壓側(cè)電壓同期狀態(tài),在合環(huán)時間不超過200ms的情況下實現(xiàn)低壓側(cè)負載無感知、不停電的運行方式轉(zhuǎn)換功能。在多種運行工況下進行兩臺變壓器的經(jīng)濟運行控制,不僅能降低配電房內(nèi)變壓器的自身損耗,還能避免變壓器在運行過程中過載、重載運行,延長變壓器使用壽命。

控制器能根據(jù)配變的運行狀態(tài)和負載特性,進行負荷管理。控制器具備多輪負荷減載與負荷恢復(fù)功能,同時支持充電樁通信接入,實現(xiàn)群控充電樁、管理充電負荷的功能。

2備用電源自投、自復(fù)功能

控制器內(nèi)集成了分段備自投、進線備自投、主變備自投功能以及備自投自復(fù)功能。在多種運行工況下發(fā)生上級電源失電或進線電源、變壓器保護動作時,能夠快速恢復(fù)失電區(qū)域供電。

2.1母聯(lián)(分段)備自投功能

在低壓系統(tǒng)中配置母聯(lián)(分段)備自投功能,在雙變壓器處于分列運行工作模式下,任一變壓器低壓側(cè)失電,則啟動備自投功能,確保低壓側(cè)負載能在一定時間內(nèi)恢復(fù)供電。

2.1.1充電條件

(1)1#變壓器低壓側(cè)開關(guān)、2#變壓器低壓側(cè)開關(guān)均在合位,低壓側(cè)分段開關(guān)在分位:

(2)1#變低壓側(cè)、2#變低壓側(cè)均有壓:

(3)軟壓板、控制字均投入:

(4)無放電條件。

上述項均滿足,延時15s后充電完成。

2.1.2動作邏輯(以1#主變低壓側(cè)失電為例)

(1)在充電狀態(tài)下,當1#主變低壓側(cè)三相無壓且無流,或1#主變低壓側(cè)缺相時,備自投啟動:

(2)備自投啟動后,經(jīng)過備自投跳閘延時后,跳開1#變低壓側(cè)開關(guān):

(3)確認1#變低壓側(cè)開關(guān)跳開后,經(jīng)過備自投合閘時間后,合低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān):

(4)低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)合閘后,備自投動作完成。

2.2進線備自投功能

當處于經(jīng)濟運行方式時,若當前工作電源故障,則進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換,盡快保證低壓側(cè)負荷恢復(fù)供電。

2.2.1充電條件

(1)任意變壓器處于工作狀態(tài),高壓側(cè)開關(guān)、低壓側(cè)開關(guān)均在合位,另一臺變壓器處于冷備狀態(tài):

(2)低壓分段開關(guān)在合位:

(3)變壓器低壓側(cè)電壓三相均大于有壓定值:

(4)軟壓板、控制字均投入:

(5)無放電條件。

上述項均滿足,延時15s后充電完成。

2.2.2動作邏輯

(1)在充電狀態(tài)下,工作變壓器低壓側(cè)失壓,則啟動切換:

(2)啟動切換后,合冷備變壓器高壓側(cè)開關(guān):

(3)冷備變壓器高壓側(cè)開關(guān)確認合位且低壓側(cè)有壓,跳開當前工作變壓器低壓側(cè)開關(guān):

(4)工作變壓器低壓側(cè)開關(guān)確認分位,合冷備變壓器低壓側(cè)開關(guān):

(5)完成后原冷備變壓器轉(zhuǎn)入工作狀態(tài),原工作變壓器轉(zhuǎn)為熱備狀態(tài),動作完成。

2.3備自投動作后自恢復(fù)功能

當備自投動作后,原失電變壓器恢復(fù)供電,在持續(xù)時間大于備自投自復(fù)時間后,返回原有分列運行方式。在返回原有分列運行方式的過程中,低壓側(cè)母線保持不失電。

2.3.1充電條件

備自投動作后,跳開失電變壓器低壓側(cè)開關(guān),確認失電變壓器低壓側(cè)開關(guān)跳開后,瞬時充電。

2.3.2動作邏輯

(1)在充電狀態(tài)下,失電變壓器低壓側(cè)恢復(fù)有壓,開始進入備自投自復(fù)功能:

(2)進入備自投自復(fù)功能,高壓側(cè)帶電指示持續(xù)有壓指示并經(jīng)過備自投自復(fù)時間后,啟動備自投自復(fù)動作:

(3)備自投自復(fù)完成。

當進入自復(fù)等待時間時發(fā)生當前工作變壓器失電,且待恢復(fù)電源側(cè)有壓,則不經(jīng)等待直接跳開當前工作變壓器低壓側(cè)后,合低壓側(cè)開關(guān),保證供電連續(xù)性。

3配電房內(nèi)變壓器經(jīng)濟運行控制功能

3.1分列運行轉(zhuǎn)經(jīng)濟運行

在運行過程中,實時判定兩臺配變綜合負載率,并進行疊加計算。當兩臺變壓器疊加負載率在一段時間內(nèi)持續(xù)小于變壓器經(jīng)濟負載率時,滿足經(jīng)濟運行切換條件,啟動變壓器分列運行轉(zhuǎn)經(jīng)濟運行功能,如圖2所示。在切換過程中,為保證低壓側(cè)母線不失電,使用并聯(lián)切換方式,保證合環(huán)運行時間小于2.00s,避免兩臺變壓器長時間合環(huán)運行造成其他不良影響。

動作過程如下:在系統(tǒng)充電狀態(tài)下,當兩臺變壓器疊加負載小于經(jīng)濟運行負載,持續(xù)時間大于啟動經(jīng)濟運行時間后,啟動變壓器分列運行轉(zhuǎn)至經(jīng)濟運行動作。具體動作流程如圖3所示。

3.2經(jīng)濟運行模式中輪流切換功能

在運行過程中,實時判定工作主變低壓側(cè)負載。當負載在一段時間內(nèi)持續(xù)小于變壓器經(jīng)濟負載占比時,啟動變壓器輪流切換功能,如圖4所示。在切換過程中,保證低壓側(cè)母線不失電,同時保證合環(huán)運行時間小于200ms,避免兩臺變壓器長時間合環(huán)運行造成其他不良影響。

動作過程如下:在充電狀態(tài)下,當工作變壓器持續(xù)工作滿足變壓器輪換時間,并且工作變壓器負載始終小于經(jīng)濟運行負載后,啟動變壓器輪流運行。具體動作流程如圖5所示。

3.3經(jīng)濟運行轉(zhuǎn)分列運行

在運行過程中,實時判定工作主變低壓側(cè)負載。當負載在一段時間內(nèi)持續(xù)大于變壓器經(jīng)濟負載時,啟動變壓器經(jīng)濟運行轉(zhuǎn)分列運行功能,如圖6所示。在切換過程中,保證低壓側(cè)母線不失電,同時保證合環(huán)運行時間小于200ms。

動作過程如下:在充電狀態(tài)下,當工作變壓器持續(xù)工作負載大于經(jīng)濟運行負載,持續(xù)時間大于返回分列運行時間后,啟動變壓器經(jīng)濟運行轉(zhuǎn)至分列運行動作。具體動作流程如圖7所示。

當正常運行過程中發(fā)生工作變壓器過載時,經(jīng)短時設(shè)定時間后仍持續(xù)過載,則立即開始進行切換動作。切換過程優(yōu)先遵循并聯(lián)切換方式,當同期條件不滿足時,經(jīng)過設(shè)定時間后仍持續(xù)過載,為了保證變壓器運行安全,則啟動串聯(lián)切換功能,先跳開低壓側(cè)分段開關(guān),此時會發(fā)生無源側(cè)母線(低壓側(cè)Ⅱ母)短暫失電,確認分段開關(guān)跳開后合備用變壓器低壓側(cè)開關(guān),使Ⅱ母重新帶電,完成切換動作。

4負荷智能管理功能

在運行過程中,控制設(shè)備和充電樁等可切換負荷建立通信,控制器實時采集配變電氣信息,根據(jù)實時變壓器負載率情況,對可控制負荷進行調(diào)節(jié)和智能投切操作,保證配電運行在安全負載率下。

控制器監(jiān)測到分列運行情況負載率超過安全負載值,則啟動負荷遙調(diào),下調(diào)可控負荷負載值。如超過遙調(diào)控制延時,或配變負載率持續(xù)超過安全值,則控制啟動智能投切功能,每臺變壓器均有兩輪負荷減載與負荷恢復(fù)功能。

4.1第一輪負荷減載

當變壓器負載大于安全值并達到延時條件,開始啟動第一輪負荷減載,跳開第一輪負荷減載間隔,確認第一輪減載間隔為分位,第一輪減載完成:繼續(xù)對當前負載進行監(jiān)測。

當?shù)谝惠啘p載完成后,監(jiān)測到負載小于負載安全值,則不再進行減載,在滿足條件后開始負荷恢復(fù)。4.2第二輪負荷減載

當?shù)谝惠啘p載完成后,監(jiān)測到負載率大于負載安全值,則進行第二輪負荷減載,跳開第二輪負荷減載間隔,確認第二輪減載間隔為分位,第二輪減載完成:繼續(xù)對當前負載進行監(jiān)測。

4.3負荷恢復(fù)

當?shù)谝惠啘p載完成后,在輕載判定周期內(nèi),負載率小于加載負荷安全值,開始進行負荷恢復(fù):將之前的第一輪減載的間隔進行恢復(fù),合第一輪減載間隔開關(guān),動作完成。

5主站綜合監(jiān)控和管理

控制器具備基礎(chǔ)測控功能,可實時監(jiān)測兩臺配變低壓側(cè)的三相電流、三相電壓(或低壓母線電壓)以及各主變的實時負載、綜合電量、同期相角、頻率功能,并具備就地一鍵順控、就地切換主變經(jīng)濟運行方式、就地手動復(fù)歸以及常規(guī)的開關(guān)遙控分合閘功能?？刂破髂軌驈浹a常規(guī)的臺區(qū)融合終端無法系統(tǒng)監(jiān)測兩臺主變和對應(yīng)低壓側(cè)臺區(qū)整體運行工況的缺點,能夠?qū)Φ蛪号_區(qū)互聯(lián)時每臺主變的運行工況進行監(jiān)測與控制,能夠更好地反映出配電室內(nèi)變壓器與低壓側(cè)臺區(qū)的實時運行狀態(tài)。

控制器內(nèi)集成了數(shù)據(jù)監(jiān)測及上送功能,設(shè)備所采集信息可通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或4G/5G無線通信模塊直接上送至對應(yīng)調(diào)度主站,無須通過融合終端、站內(nèi)DTU設(shè)備進行轉(zhuǎn)換或二次上送,支持市面上絕大部分規(guī)約,對主站系統(tǒng)具備極大的兼容性。

6結(jié)語

配電房處于電網(wǎng)最末端,是與用戶直接聯(lián)系部分,其數(shù)量大,自動化程度較低,節(jié)能空間大。本文主要針對提高配電房供電可靠性和經(jīng)濟運行需求,提出了一套完整控制方案和具體控制策略,具體介紹了低壓備投、變壓器經(jīng)濟運行、負荷管理、配電房信息整合等功能。

本文將備自投功能延伸到配電房低壓側(cè),同時支持負荷管理、配電房信息整合功能,提高了供電末端可靠性,在比較少的投資下,提高了整體供電質(zhì)量。本文同時結(jié)合變壓器經(jīng)濟運行需求,有效統(tǒng)一經(jīng)濟運行和可靠性要求,在滿足供電質(zhì)量的前提下,實現(xiàn)配電房變壓器經(jīng)濟運行,具有良好的應(yīng)用前景。