新型配电系统数字化及故障主动处置技术

背景

• 国家战略: 《配电网高质量发展行动实施方案》和《关于新形势下配电网高质量发展指导意见》提出，2030年完成配电网柔性化、智能化、数字化转型，补齐安全可靠供电短板，提升分布式新能源接纳能力。
• 云南特征: 云南清洁能源占比高，2024年水电装机、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，光伏、风电装机已超过火电。
• 挑战: 大量分布式新能源和多元负荷接入导致配电网形态改变，出现量测数据不足、潮流分布不确定、高/低电压和不平衡时变性增强等问题，需提升配电网“透明化”水平。

数字化技术

• 技术路线: 采用“轻量化数据采集”+“计算推演”方式实现配电网数字化，解决重过载低电压、三相不平衡、故障查找难等问题，并支持分布式光伏群调群控、源网荷储互动等。
• 关键技术:
  • 配电变压器参数计算: 利用低压失量数据反演计算中压电气参量，实现中压透明化。
  • 配变开关状态主动测量: 通过电压源主动调节系统三相电压，测量线路电压、电流，实现保护整定校核、设备状态评价和部分线路参数在线测量。
  • 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未知节点电压。
  • 故障位置计算: 利用配变低压侧电压、电流失量演算高压侧失量，根据故障点相电压最低和相位差最小特征定位故障。
  • 云-边-端系统构架: 中压构架为配自+配变新增终端+计算分析，低压构架为计量终端宽带载波升级+智能配电V3.0+计算分析，实现区域调控、片区协同、台区自治。

故障主动处置技术

• 问题: 配电网易发生高阻电弧故障（占停电事故70%），具有间歇性、非线性、微弱性特征，引发山火、触电和停电，影响新能源消纳。
• 创新思路: 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”，控制接地故障点电流。
• 电压源结构:
  • Yyn电力变压器型电压源: 分析相位变换原理，确立三相三柱式铁心结构，采用Yyn0型变压器需通过调压变反相，Yyn6型可省略调压变。
  • Dy电力变压器型电压源: 分析相位变化原理，确立全补偿多种联结组别，给出开关动作逻辑。
  • Dy/Dyn电力变压器型电压源: 提出全补偿消弧可控电压源结构，实现多种联结组别全补偿。
  • ZNzn6电力变压器型电压源: 通过单台变压器构建系统中性点并实现全补偿消弧。
• 输出电压调节: 分析电压源内阻抗电压降落，提出通过调节变压器变比消除内阻抗影响，实现全补偿。
• 残压/残流分析: 推导有级调压下故障点残压和残流表达式，验证理论计算准确性。

应用与前景

• 装置研制:
  • Dy/Dyn电力变压器型电压源消弧装置: 设计一次电气主接线，选型关键设备。
  • Yyn电力变压器型电压源消弧装置: 设计一次电气主接线，选型关键设备。
• 故障隔离能力提升: 针对永久接地故障，调节电压源输出电压主动调控故障电压，提升保护能力2倍以上。
• 零序阻抗变化量主动保护: 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10kΩ以上。
• 高阻电弧故障识别: 基于暂态电流零休特征识别高阻电弧故障，识别准确率提升至98%。
• 示范应用:
  • 配电网中性点电力变压器型电压源全补偿消弧: 实现瞬时故障快速消弧及永久故障就地隔离，降低触电、山火风险。
  • 电力电子型中性点电压源消弧装置: 瞬时故障残压<150V，消弧时间低至<200ms（最快50ms），零序控制电流范围达200A，故障隔离准确率99.8%。
• 未来展望: 数字化驱动下，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“被动响应”模式。