新型配电系统数字化及故障主动处置技术

汇报人：刘红文 云南电网有限责任公司电力科学研究院 2025年11月13日 汇报内容 数字化技术 故障主动处置技术 四应用与前景 、背景 “双碳”背景下，国家提出要加快构建“清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能”的新型电力系统，配电网作为新型电力建设的“主战场”之一，配网将面临运行复杂性显著提升与高质量发展要求带来的巨大挑战 背景 ■补齐配电网安全可靠供电和应对极端灾害能力短板，提高分布式新能源的接纳、配置和调控能力。■2030年，完成配电网柔性化、智能化、数字化转型 国家战略 《配电网高质量发展行动实施方案》 《关于新形势下配电网高质量发展指导意见》 >补齐配电网安全可靠供电和应对极端灾害能力短板，>提高配电网对分布式新能源的接纳配置和调控能力。 提出配电网转型发展的基本原购“坚持安全供电，>2030年，完成配电网柔性化、能化、数字化转型 背景 云南新型电力系统特征明显 口清洁能源赋突出：2024年云南以水电为主的清洁能源装机、电量占比分别达90%，86%，新能源远景可开发容量达1.5亿千瓦（其中风能2900万干瓦，太阳能1.2亿于瓦）新能源装机突破5000万，光伏、风电装机超过火电成为第二、第三 一、背景 随着大量分布式新能源和多元负荷灵活接入，配电网形态发生显著改变，已暴露出量测数据可用性不足、潮流分布不确定、高/低电压和不平衡时变性增强、运行控制决策困难等问题，驱待提升配电网“透明化”水平实现高效运行和智慧决策。 配电网“高质量发展背景下，追切需要推动配网数字化转型 汇报内容 数字化技术 故障主动处置技术 数字化技术 采用“轻量化数据采集”+“计算推演”方式，实现配电网数字化，解决配网老问题，如重过载低电压、三相不平衡、故障查找难等问题，同时也解决新型电力系统建设带来的新问题，如分布式光伏群调群控、源网荷储互动等，支撑规划、生产、运行、客服等业务。提出利用配电变压器低压失量数据反演计算中压电气参量的方式，实现中压透明化。 数字化技术 配电变压器参数计算 提出配电变压器绕组短路复阻抗在线监测与线路电压，电流透明化技术，实现配变高压熔断器熔断判别及配变关键参数在线检测。配变 二、数字化技术 配变开关状态主动测量 提出配电智能断路器状态主动测量方法。电压源主动依次调节系统A、B、C三相电压，配自开关测量线路电压、电流，实现保护整定校核、设备状态评价、部分线路参数的在线测量， 数字化技术 网络拓扑及潮流计算 通过网络拓扑和线路阻抗参数推演计算出未知节点电压。 故障位置计算 推演方法：利用配电变压器低压侧电压、电流失量演算出高压侧电压失量，根据配变高压侧故障点位置旁的相电压最低和相位差最小特征。 ！数字化技术 云-边-端系统构架 从层级划分来看，按照云-边-端分层分级实现区域调控、片区协同、台区自治。 按电压等级划分来看，中压构架：配自+配变新增终端+计算分析：低压构架：计量终端宽带载波升级+智能配电V3.0+计算分析。 数字化技术 汇报内容 数字化技术 三故障主动处置技术 应用与前景 三、故障主动处置技术 配电网联结复杂、穿越高山峡谷，易发生绝缘闪络、弧光放电、线碰树等高阻电弧故障，引发的停电事故占70%，具有间歇性、非线性、微弱性特征。 三、故障主动处置技术 不同于高压输电系统，配电系统电弧故障电阻大，可高达数十干欧，故障电流小，可低至0.1安培，消弧及保护极为困难 三、故障主动处置技术 可引发山火、触电和停电，直接影响新能源消纳。如2020年我国四小川西昌10kV预留引流线对电杆持续放电16分钟，故障未能快速隔离、引发森林火灾，直接经济损失9731万元，牺牲19人。 三、故障主动处置技术 提出“调控中性点电压一等效调控中性点对地阻抗一实现各种接地方式灵活切换的创新思路：实现接地故障点电流的宽范围控制，统一了中性点接地方式 三、故障主动处置技术 Yyn电力变压器型电压源 提出了Yyn电力变压器型电压源结构，分析了相位变换原理，确立了三相三柱式铁心结构 采用Yyn0型变压器，应通过li6调压变将电压反相。采用联结组别为Yyn6调压型电力变压器，可省略调压变，系统结构更为简单 三、故障主动处置技术 Dy电力变压器型电压源 提出了Dy电力变压器型电压源结构，分析了相位变化原理，确立该结构型式电压源实现全补偿的多种联结组别，给出开关动作逻辑 故障主动处置技术 Dy/Dyn电力变压器型电压源 提出了Dy/Dyn电力变压器型的全补偿消弧可控电压源结构，分析了相位变化原理，确立了该结构型式可控电压源实现全补偿的多种联结组别 三、故障主动处置技术 ZNzn6电力变压器型电压源 提出了ZNzn6电力变压器型的全补偿消弧可控电压源结构，分析了相位变化原理，该结构型式通过单台变压器构建系统中性点并实现全补偿消弧。 ZNzn6变压器型可控电压源全补偿消弧系统 三、故障主动处置技术 电力变压器型电压源输出电压调节 电压源输出受到其内阻抗影响，负载电压不同于空载电压，受负载大小的影响，从而影响可控电压源输出电压。部析了电压源内阻抗的电压降落 完全补偿接地电流状态下，可控电压源输出电流和流过系统的零序负载电流相等 内阻抗造成的电压降 结果表明：由于不电压源内部阻抗压降的存在，需要对电压源的输出进行调节。 三、故障主动处置技术 Yyn变压器型电压源输出电压调节方法 Yyn变压器型电压源，通过调节变压器变比消除内阻抗的影响，实现全补偿。 三、故障主动处置技术 ZNzn6变压器型电压源输出电压调节方法 ZNzn6变压器型电压源，调节变压器变比消除内阻抗的影响，实现全补偿 三、故障主动处置技术 电力变压器型电压源残压/残流分析 由于电压源采用有级调压方式，故障点必然存在残压、残流，推导出有级调压下故障点残压和残流表达式 接近最佳变比的变压器档位空载电压： 变压器输出电压与理想电压的偏差： 考虑电压偏差的故障点残压计算式 三、故障主动处置技术 电压源、电压源与消弧线圈配合消弧的残压和残流与理论计算对比，理论计算的开路电压、最大残压和残流准确 汇报内容 背景数字化技术故障主动处置技术四应用与前景 四、应用与前景 Dy/Dyn电力变压器型电压源消弧装置研制 设计了Dy/DVn电力变压器型电压源消弧成套装置的一次电气主接线，并对一次设备进行了选型 关键连接辅助电气设备选型： a）高压隔离开关，型号：GN19-12/630；b）投切高压真空接触器，型号：JZC1-630/12；c）三相电压互感器，型号：JDZX10-10;d）中性点零序电压互感器，型号：JDZ-6；e）中性点小电阻，型号：FNGR10.5kV/600A/17.52 四、应用与前景 Yyn电力变压器型电压源消弧装置研制 设计了Yyn电力变压器型电压源消弧成套装置的一次电气主接线，并对一次设备进行了选型 关键连接辅助电气设备选型： a）高压隔离开关，型号：GN19-12/630；b）投切高压真空接触器，型号：JZC1-630/12；c）三相电压互感器，型号：JDZX10-10；d）中性点零序电压互感器，型号：JDZ-6e）中性点小电阻，型号：FNGR10.5kV/600A/17.5Q2。 四、应用与前景 针对永久接地故障，提出调节电压源输出电压“主动调控故障电压-非线性快速增大故障电流，提升保护能力“的方法：故障隔离能力提升2倍以上 四、应用与前景 提出零序阻抗变化量主动保护方法，利用非故障线路零序阻抗不变，故障线路零序阻抗突变原理，提升高阻接地保护能力10kQ以上。 非故障线路零序阻抗仅由线踏自身参数决定： 故障线路零序阻抗由可控电压源输出决定：Zg 四、应用与前景 提出基于暂态电流零休特征的高阻电弧故障识别技术，利用电弧电流过零熄弧的零休特征识别高阻电弧故障，易发现潜伏性绝缘故障，识别准确率提升到98% 故障主动处置成套装备示范应用 采用配电网中性点电力变压器型电压源全补偿消弧+选线保护装置+智能断路器柜结合的方法，通过时限的配合实现对瞬时故障快速消弧及永久故障就地隔离， 四、应用与前景 故障主动处置成套装备示范应用 配电网森林覆盖率较高，配电线路穿越高山峡谷，某变电站10kVI段母线供电区域接地故障频发，易引发触电和山火次生事故，对生态环境构成威胁 四、应用与前景 故障主动处置成套装备示范应用 基于ZNyn11/Dyn7电力变压器型电压源的接地故障主动处置成套装置，主动处置接地故障，包括瞬时高阻故障、瞬时低阻故障等，故相电压最低抑制到10V 故障主动处置成套装备示范应用 提升了供电区域的可靠性，降低了因配电线路接地故障引发触电、起火的风险。 四、应用与前景 故障主动处置成套装备示范应用 Yyn6电力变压器型电压源的接地故障主动处置成套装置，变电站10kVI段母线实现了该供电区域接地故障消弧、选线、保护的系列安全处置 电力电子型电压源消弧装置示范应用 采用PWM背靠背全功率变换结构和随故障电流变化的故障相电压双闭环控制方法，电力电子型中性点电压源消弧装置并示范应用 四、应用与前景 电压源接地装置的性能指标： 瞬时故障残压<150V，极大提升消弧成功率，降低触电、山火风险弧光接地消弧时间低至<200ms，最快50ms； >零序控制电流范围可达200A，故障隔离准确率提升至99.8% 数字化驱动下，未来配电网将实现主动状态感知、主动运行维护、主动推演预警，彻底改变过去“被动响应”模式。 感谢各位专家敬请指导！