2021年4月12日,

配电网监控的进步使电压控制得以改进
公用事业公司面临着分布式可再生能源发电带来的电压波动加剧

NovaTech的康拉德·奥基(Conrad Oakey)著

中国的配电网正经历着前所未有的变革。传统的单向电压调节模型假定电压沿馈线从变电站到用户的可预测下降。然而,沿着馈线的大规模分布式能源(DER)的扩散,使得传统的模型和调节技术无法在ANSI C84.1的指导方针内维持供电电压。

这种扩散正在推动提供实时测量的电网测量、监视和控制的新方法,使配电管理应用程序能够更好地管理电压并保持高电能质量。

DER的电压波动

传统的电力输送模式将电力从一个集中的发电厂通过配电馈线输送到消费点。乐动平台电力沿线路消耗,公用事业使用分接开关、电压调节器和电容器组来调节电压,以确保输送保持在ANSI指导范围内+/- 5%,一直到线路的末端。从历史上看,关键的问题是确保电压不低于或高于这些标准。

进入DER,发电资源或乐动平台可控负载,连接到本地配电系统。DER包括太阳能电池板、风力涡轮机、电池存储、发电机和电动汽车。

这些发电点沿着配电馈线注入电力,可能增加或降低超出ANSI准则的电压水平。换句话说,增加可再生能源的整合意味着可变的负荷和发电波动,这与恒电压剖面模型相悖。

此外,太阳能和风能本质上都是间歇性的。在没有测量、监视和控制的情况下,管理不可预测的间歇性更加困难,可能会导致系统中的电压振荡。注入点电压升高也可能造成系统逆流。

因此,公用事业公司需要更先进的电力监测和控制系统,能够准确、快速地测量电压,使其配电管理系统(DMS)能够响应和调节其馈线上的电压。但这意味着DER集成需要实时数据来实现它们的控制策略。

这个问题不仅仅是在家里烤面包。对于不可预测的电压输送,我们担心的是供电线路沿线的家庭、商业和工业客户的服务中断,包括电机和设备的损坏和服务中断。

更精确的监控

有效控制不可预测、可变和潜在的双向电压流的挑战始于测量。控制这种变异性的唯一方法是沿着配电馈线进行精确的测量,并能够以足够快的速度将数据传递给控制系统,从而调制电压并使其处于控制之下。本质上——实时。

电压输送的监测和控制可以作为DMS的领域。这些系统经过多年的发展,现在使用先进的DMS模型,使用伏特/Var优化(VVO),其中电容器组、电压调节器和固态系统的开关,以保持可接受的功率因数和电压水平。最近,分布式能源资源管理系统(DERMS)应运而生,以应对日益增多的可再生分布式能源。这些是用于监测和控制能源来源的复杂控制系统。

皮肤科医生要求准确、实时地测量电压、负荷、无功功率、故障数据甚至天气数据。一个关键的考虑是如何设计和安装这些监测系统,使其对公用事业公司具有成本效益。这对传统的电网监测方法提出了质疑,即传统的磁电流互感器(CT)和电压互感器(PT)。CTs和PTs的安装成本昂贵且耗时,而且安装时馈线必须断电。

另一种成本较低的方法是采用低电压(0-10V交流)传感器技术来测量所有电压和电流。这些传感器是安全的,对所有需要的测量都是准确的,并且可以在没有中断的情况下安装。

三个原始电压和电流可以连接到一个配电网监视器(DGM),一个极点顶测量系统和几十个有用的测量,包括电压更好的0.5%,负载,功率因数,实际和无功功率。ANSI 51过流元件能够报告故障拾取和峰值故障电流。所有这些测量结果都通过DNP3通过无线电报告给DMS和皮肤部门。

在新英格兰公用事业公司首次部署DGM,进一步推动了DGM的增强。这包括新的“标准化电压”测量,以适应传感器读数,而不是PTs和CTs,额外的浪涌抑制和“安全屏蔽”,以防止篡改电缆连接器。公用事业委员会要求准确测量和报告线路终了电压,推动了这个重大项目。

鉴于趋势表明DER集成每年将显著增加,因此也需要将电压、功率因数和频率保持在所需的范围内。新的电网测量和监控技术对于控制这些因素至关重要。

康拉德太他是NovaTech的战略和通信副总裁,NovaTech是一家为电力设施和过程制造行业提供自动化和工程解决方案的供应商,已有30多年的历史。