配电房高供电质量控制方案研究

引言

随着社会经济发展,人们对生活质量的要求也不断提升,而配电网供电可靠性直接关系到用户用电安全和经济效益。配电房是配电网供电末端环节,提升配电房末端供电可靠性对整体提升用户供电质量至关重要。国家"双碳"战略的实施,对配电房也提出了新的要求,在满足供电可靠性的基础上需要进行经济化运行控制,以达到节能减排、低碳环保的要求。同时,充电桩等新型负荷的出现也给配电房运行带来了新的问题。

文献使用物联网技术实现了对配电房的全面监视,但未能参与配电房运行控制:文献针对居民配变进行了经济运行相关控制和效益分析,但未能处理故障情况供电恢复:文献对储能和充电桩接入进行运行分析,提出了优化运行模型和策略:文献系统分析了配网备自投功能和作用:文献介绍了高压侧备自投控制策略:文献和文献提出了多种变压器经济运行策略。

鉴于上述情况,本文提出了一种应用于配电房场景,包含低压侧备投、变压器经济运行、负荷管理、配电房信息整合等功能的系统解决方案,用于提高配电房供电可靠性和运行经济性。

1设计方案

目前,新建住宅配电房主要采用的是双台区设计,即配电房配备两台变压器,由两条来自不同电源的10kV线路供电,两路电源分列运行,各自带低压负载。图1为主流的双台区典型设计架构。

为提高配电房供电可靠性和运行经济性,在配电房部署一套配变运行控制器,控制器实时采集当前两个配变的电气信息和各个开关电气状态。当检测到一路电源失电后,自动控制低压母联开关闭合,实现负荷转供。当失电电源恢复正常时,控制器完成自恢复操作,切换成正常运行模式。通过低压备投功能,提高了配电房低压供电可靠性。

控制器识别两台配变的实时负载和综合负载率,判定当前站所内两台配电变压器当前运行状态,并根据预设方式进行智能的变压器投切,优先使用并联切换方式,实时判定两台配电变压器低压侧电压同期状态,在合环时间不超过200ms的情况下实现低压侧负载无感知、不停电的运行方式转换功能。在多种运行工况下进行两台变压器的经济运行控制,不仅能降低配电房内变压器的自身损耗,还能避免变压器在运行过程中过载、重载运行,延长变压器使用寿命。

控制器能根据配变的运行状态和负载特性,进行负荷管理。控制器具备多轮负荷减载与负荷恢复功能,同时支持充电桩通信接入,实现群控充电桩、管理充电负荷的功能。

2备用电源自投、自复功能

控制器内集成了分段备自投、进线备自投、主变备自投功能以及备自投自复功能。在多种运行工况下发生上级电源失电或进线电源、变压器保护动作时,能够快速恢复失电区域供电。

2.1母联(分段)备自投功能

在低压系统中配置母联(分段)备自投功能,在双变压器处于分列运行工作模式下,任一变压器低压侧失电,则启动备自投功能,确保低压侧负载能在一定时间内恢复供电。

2.1.1充电条件

(1)1#变压器低压侧开关、2#变压器低压侧开关均在合位,低压侧分段开关在分位:

(2)1#变低压侧、2#变低压侧均有压:

(3)软压板、控制字均投入:

(4)无放电条件。

上述项均满足,延时15s后充电完成。

2.1.2动作逻辑(以1#主变低压侧失电为例)

(1)在充电状态下,当1#主变低压侧三相无压且无流,或1#主变低压侧缺相时,备自投启动:

(2)备自投启动后,经过备自投跳闸延时后,跳开1#变低压侧开关:

(3)确认1#变低压侧开关跳开后,经过备自投合闸时间后,合低压侧母联开关:

(4)低压侧母联开关合闸后,备自投动作完成。

2.2进线备自投功能

当处于经济运行方式时,若当前工作电源故障,则进行状态转换,尽快保证低压侧负荷恢复供电。

2.2.1充电条件

(1)任意变压器处于工作状态,高压侧开关、低压侧开关均在合位,另一台变压器处于冷备状态:

(2)低压分段开关在合位:

(3)变压器低压侧电压三相均大于有压定值:

(4)软压板、控制字均投入:

(5)无放电条件。

上述项均满足,延时15s后充电完成。

2.2.2动作逻辑

(1)在充电状态下,工作变压器低压侧失压,则启动切换:

(2)启动切换后,合冷备变压器高压侧开关:

(3)冷备变压器高压侧开关确认合位且低压侧有压,跳开当前工作变压器低压侧开关:

(4)工作变压器低压侧开关确认分位,合冷备变压器低压侧开关:

(5)完成后原冷备变压器转入工作状态,原工作变压器转为热备状态,动作完成。

2.3备自投动作后自恢复功能

当备自投动作后,原失电变压器恢复供电,在持续时间大于备自投自复时间后,返回原有分列运行方式。在返回原有分列运行方式的过程中,低压侧母线保持不失电。

2.3.1充电条件

备自投动作后,跳开失电变压器低压侧开关,确认失电变压器低压侧开关跳开后,瞬时充电。

2.3.2动作逻辑

(1)在充电状态下,失电变压器低压侧恢复有压,开始进入备自投自复功能:

(2)进入备自投自复功能,高压侧带电指示持续有压指示并经过备自投自复时间后,启动备自投自复动作:

(3)备自投自复完成。

当进入自复等待时间时发生当前工作变压器失电,且待恢复电源侧有压,则不经等待直接跳开当前工作变压器低压侧后,合低压侧开关,保证供电连续性。

3配电房内变压器经济运行控制功能

3.1分列运行转经济运行

在运行过程中,实时判定两台配变综合负载率,并进行叠加计算。当两台变压器叠加负载率在一段时间内持续小于变压器经济负载率时,满足经济运行切换条件,启动变压器分列运行转经济运行功能,如图2所示。在切换过程中,为保证低压侧母线不失电,使用并联切换方式,保证合环运行时间小于2.00s,避免两台变压器长时间合环运行造成其他不良影响。

动作过程如下:在系统充电状态下,当两台变压器叠加负载小于经济运行负载,持续时间大于启动经济运行时间后,启动变压器分列运行转至经济运行动作。具体动作流程如图3所示。

3.2经济运行模式中轮流切换功能

在运行过程中,实时判定工作主变低压侧负载。当负载在一段时间内持续小于变压器经济负载占比时,启动变压器轮流切换功能,如图4所示。在切换过程中,保证低压侧母线不失电,同时保证合环运行时间小于200ms,避免两台变压器长时间合环运行造成其他不良影响。

动作过程如下:在充电状态下,当工作变压器持续工作满足变压器轮换时间,并且工作变压器负载始终小于经济运行负载后,启动变压器轮流运行。具体动作流程如图5所示。

3.3经济运行转分列运行

在运行过程中,实时判定工作主变低压侧负载。当负载在一段时间内持续大于变压器经济负载时,启动变压器经济运行转分列运行功能,如图6所示。在切换过程中,保证低压侧母线不失电,同时保证合环运行时间小于200ms。

动作过程如下:在充电状态下,当工作变压器持续工作负载大于经济运行负载,持续时间大于返回分列运行时间后,启动变压器经济运行转至分列运行动作。具体动作流程如图7所示。

当正常运行过程中发生工作变压器过载时,经短时设定时间后仍持续过载,则立即开始进行切换动作。切换过程优先遵循并联切换方式,当同期条件不满足时,经过设定时间后仍持续过载,为了保证变压器运行安全,则启动串联切换功能,先跳开低压侧分段开关,此时会发生无源侧母线(低压侧Ⅱ母)短暂失电,确认分段开关跳开后合备用变压器低压侧开关,使Ⅱ母重新带电,完成切换动作。

4负荷智能管理功能

在运行过程中,控制设备和充电桩等可切换负荷建立通信,控制器实时采集配变电气信息,根据实时变压器负载率情况,对可控制负荷进行调节和智能投切操作,保证配电运行在安全负载率下。

控制器监测到分列运行情况负载率超过安全负载值,则启动负荷遥调,下调可控负荷负载值。如超过遥调控制延时,或配变负载率持续超过安全值,则控制启动智能投切功能,每台变压器均有两轮负荷减载与负荷恢复功能。

4.1第一轮负荷减载

当变压器负载大于安全值并达到延时条件,开始启动第一轮负荷减载,跳开第一轮负荷减载间隔,确认第一轮减载间隔为分位,第一轮减载完成:继续对当前负载进行监测。

当第一轮减载完成后,监测到负载小于负载安全值,则不再进行减载,在满足条件后开始负荷恢复。4.2第二轮负荷减载

当第一轮减载完成后,监测到负载率大于负载安全值,则进行第二轮负荷减载,跳开第二轮负荷减载间隔,确认第二轮减载间隔为分位,第二轮减载完成:继续对当前负载进行监测。

4.3负荷恢复

当第一轮减载完成后,在轻载判定周期内,负载率小于加载负荷安全值,开始进行负荷恢复:将之前的第一轮减载的间隔进行恢复,合第一轮减载间隔开关,动作完成。

5主站综合监控和管理

控制器具备基础测控功能,可实时监测两台配变低压侧的三相电流、三相电压(或低压母线电压)以及各主变的实时负载、综合电量、同期相角、频率功能,并具备就地一键顺控、就地切换主变经济运行方式、就地手动复归以及常规的开关遥控分合闸功能。控制器能够弥补常规的台区融合终端无法系统监测两台主变和对应低压侧台区整体运行工况的缺点,能够对低压台区互联时每台主变的运行工况进行监测与控制,能够更好地反映出配电室内变压器与低压侧台区的实时运行状态。

控制器内集成了数据监测及上送功能,设备所采集信息可通过调度数据网或4G/5G无线通信模块直接上送至对应调度主站,无须通过融合终端、站内DTU设备进行转换或二次上送,支持市面上绝大部分规约,对主站系统具备极大的兼容性。

6结语

配电房处于电网最末端,是与用户直接联系部分,其数量大,自动化程度较低,节能空间大。本文主要针对提高配电房供电可靠性和经济运行需求,提出了一套完整控制方案和具体控制策略,具体介绍了低压备投、变压器经济运行、负荷管理、配电房信息整合等功能。

本文将备自投功能延伸到配电房低压侧,同时支持负荷管理、配电房信息整合功能,提高了供电末端可靠性,在比较少的投资下,提高了整体供电质量。本文同时结合变压器经济运行需求,有效统一经济运行和可靠性要求,在满足供电质量的前提下,实现配电房变压器经济运行,具有良好的应用前景。