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摘 要：针对独龙江乡孤立电网大负荷扰动振荡，供电设备故障频繁、自动化水平低等问题，分别从电源机组参数优化、电网一次设备改造升级、二次保护控制系统建设等方面提出了优化完善方案。结果表明，实用型微电网规划可有效指导独龙江乡微电网建设实施，以改善孤立电网的供电可靠性及微电网系统的运行管理水平。
关键词：微电网；规划；机组参数；保护控制
中图分类号： 文献标识码：A
0引言
云南怒江独龙江乡位于贡山独龙族怒族自治县西部，地处中缅、滇藏结合部，是独龙族其唯一的聚居地。该乡电网与外界电网无任何联络，为孤立电网。孔目电站是唯一的电源点，孔目电站装机容量640千瓦，经两级升压后通过两条20千伏配电线路送出，为整个独龙江乡约696户， 3109人供电。鉴此，在独龙江乡整乡推进、独龙族整族帮扶、全乡基本通电的基础上，提出电源机组参数优化、电网一次设备改造升级、二次保护控制系统建设等优化完善方案，以改善独龙江乡孤立电网的供电可靠性及微网系统的运行管理水平。
1微电网规划研究
云南怒江独龙江微电网规划研究主要包括电源机组参数优化、升压站优化改造、20kV网架优化、供电线路分段控制优化、微网控制系统优化方案等五部分内容。
1.1电源侧优化
利用DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上搭建独龙江电网全部网络元件。通过仿真平台把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，既能对独龙江电网的暂态故障进行分析，又能研究长期的电能质量问题及控制方法。通过仿真模拟独龙江电网受到较大负荷干扰情况下主要指标参数曲线。图2为20kW电动机直接启动和停机情况下，电网末端雄当400V母线及钦兰当400V母线电压情况、电网频率情况。从仿真波形可以看出，较大负荷扰动情况下，独龙江电网电压波动较小，较为稳定，这主要是因为独龙江电网主要以阻性负荷为主。然而，频率波动较大，波动范围为48.105Hz～50.417Hz，且波动时间较长。
通过仿真校验和理论分析，建议孔目电站调速PID参数设定为：kp=2，ki=0.07，kd=0，ef=0.1Hz。但由于目前独龙江电网电源容量较小，对于扰动负荷响应比较敏感。通过分析当扰动负荷量在7kW以下时，独龙江电网变化频率波动范围在（49.5～50.2Hz）内，满足电网频率要求，当扰动负荷超过7kW时，独龙江电网频率波动不满足电网频率要求。建议采用降压启动等方式，减少对电网的冲击。
1.2升压站优化方案
孔目电站升压站优化建议，独龙江电网为孤立电网，对电网的供电可靠性要求较高，改造20kV主变2台；0.4kV断路器4台；考虑到原升压站为户外设置，建议出线断路器选用20kV柱上斷路器3台； 0.4kV为单母线，20kV为线变组外桥接线。
1.3 20kV网架优化方案
现阶段独龙江乡由单电源孔目电站和两条20kV单辐射供电线路组成，供电可靠性较差。2014年底麻必当水电站可建成投产，将π接20kV钦兰当线219号杆接入独龙江电网。届时麻必当水电站将与孔目水电站20kV输电线路联网，实行联合调度。麻必当水电站和孔目电站可互为备用电源，起到电源支撑作用，保障独龙江乡的供电的质量，提高供电的可靠性。同时使20kV钦兰当线形成双电源供电线路，其中包括的乡政府、学校、移动基站等22个台区571户用户将实现双电源供电。
1.4供电线路分段控制优化方案
孔目水电站20kV熊当线为单辐射线路，推荐加装带控制保护智能柱上断路器3台。并按电流时间型馈线自动化提出断路器推荐值。
麻必当水电站投产后π接20kV钦兰当线。其中219号杆前段线路为双电源供电线路，首端为孔目水电站，末端为麻必当水电站。219号杆后段线路由麻必当电站供电，为单辐射线路。推荐该条线路主干线加装带双向保护及方向控制元件智能柱上断路器4台。支线控制智能柱上断路器3台。具体分段优化如下：
1.5微网综合控制系统方案
独龙江乡微网综合控制系统，考虑在乡镇供电所建设集中监控中心站。配置一套集中监控系统，实现对孔目水电站、麻必当水电站的远方集中监控及自动发电控制；实现对20kV配网线路的稳态监视、故障定位及隔离、智能告警等功能。具备配网运行监视、小水电运行监视、二次设备监视、在线拓扑分析、节能环保监视、馈线故障处理、智能告警、自动控制、柱上断路器控制管理、配变监测终端管理、人机交互等十一个功能模块。并支持专用通信网络和公共通信网络等多种通信方式的信息接入和转发功能。另外，在孔目水电站和麻必当水电站配置一套计算机监控系统，按无人值班（少人值守）控制方式设计，实现指令式机组开机、并网或停机，发电、调相工况顺序自动转换，事故时自动停机；运行工况集中监视，全厂运行参数自动巡检；自动调整有功功率和无功功率；机组附属设备、全厂辅助设备的自动控制。通过“两站一中心”的构建模式形成独龙江乡微网综合控制系统。系统配置如图2所示：
2 供电可靠性提升效益分析
2.1独龙江乡现状孤立电网可靠性分析
独龙江乡电网现由单电源、单辐射线路组成，电网设备陈旧、自动化水平低、网架结构薄弱，严重影响了电力负荷的转供能力。根据2012年至2014年5月跳闸记录分析，20次故障全是机端断路器跳闸切机，出口断路器及保护装置没有动作。故障均造成了两条20kV线路的全停，涉及配变40台，用户数696户。通过分析，独龙江乡在现有供电条件下，用户平均停电时间为118.3时/户，供电可靠率仅为98.6495%。
2.2独龙江乡实用型微网构建后可靠性分析
通过电网优化、电源新建接入、线路分段优化、设备更新改造、自动化监控设备新建等五个方面提升独龙江乡供电可靠性的措施落地实施后。各类故障发生累加用户平均停电时间为3.272时/户，参考现有运行统计可能发生故障的次数。通过伦理计算，独龙江乡用户平均停电时间将下降至10.92时/户，供电可靠率达99.8753%。项目总体完成后，独龙江乡供电可靠性将提升1.22个百分点。
3 结论
独龙江乡实用型微网规划研究主要从电源机组参数优化、升压站优化改造、20kV网架优化、供电线路分段控制优化、微网控制系统优化方案等五部分内容开展。解决了独龙江乡孤立电网存在的问题，有效减少了独龙江供电系统停电次数和小时数，提升该地区的供电质量和供电可靠性。
参考文献
[1]. 王益民.实用型配电网自动化技术[M]，北京：中国电力出版社，2008.
[2]. 刘健.续电保护与配网自动化配合的配电网故障处理[J].电力系统保护与控制，2011，39（16）：53-57
[3]. 提高独龙江乡供电可靠性方案研究[R].昆明：云南电网有限责任公司
作者简介：冯磊 （1983-），男，云南电网有限责任公司，大学本科，工程师，主要研究方向：智能配用电以及新能源规划工作
关键词：微电网；规划；机组参数；保护控制
中图分类号： 文献标识码：A
0引言
云南怒江独龙江乡位于贡山独龙族怒族自治县西部，地处中缅、滇藏结合部，是独龙族其唯一的聚居地。该乡电网与外界电网无任何联络，为孤立电网。孔目电站是唯一的电源点，孔目电站装机容量640千瓦，经两级升压后通过两条20千伏配电线路送出，为整个独龙江乡约696户， 3109人供电。鉴此，在独龙江乡整乡推进、独龙族整族帮扶、全乡基本通电的基础上，提出电源机组参数优化、电网一次设备改造升级、二次保护控制系统建设等优化完善方案，以改善独龙江乡孤立电网的供电可靠性及微网系统的运行管理水平。
1微电网规划研究
云南怒江独龙江微电网规划研究主要包括电源机组参数优化、升压站优化改造、20kV网架优化、供电线路分段控制优化、微网控制系统优化方案等五部分内容。
1.1电源侧优化
利用DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上搭建独龙江电网全部网络元件。通过仿真平台把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，既能对独龙江电网的暂态故障进行分析，又能研究长期的电能质量问题及控制方法。通过仿真模拟独龙江电网受到较大负荷干扰情况下主要指标参数曲线。图2为20kW电动机直接启动和停机情况下，电网末端雄当400V母线及钦兰当400V母线电压情况、电网频率情况。从仿真波形可以看出，较大负荷扰动情况下，独龙江电网电压波动较小，较为稳定，这主要是因为独龙江电网主要以阻性负荷为主。然而，频率波动较大，波动范围为48.105Hz～50.417Hz，且波动时间较长。
通过仿真校验和理论分析，建议孔目电站调速PID参数设定为：kp=2，ki=0.07，kd=0，ef=0.1Hz。但由于目前独龙江电网电源容量较小，对于扰动负荷响应比较敏感。通过分析当扰动负荷量在7kW以下时，独龙江电网变化频率波动范围在（49.5～50.2Hz）内，满足电网频率要求，当扰动负荷超过7kW时，独龙江电网频率波动不满足电网频率要求。建议采用降压启动等方式，减少对电网的冲击。
1.2升压站优化方案
孔目电站升压站优化建议，独龙江电网为孤立电网，对电网的供电可靠性要求较高，改造20kV主变2台；0.4kV断路器4台；考虑到原升压站为户外设置，建议出线断路器选用20kV柱上斷路器3台； 0.4kV为单母线，20kV为线变组外桥接线。
1.3 20kV网架优化方案
现阶段独龙江乡由单电源孔目电站和两条20kV单辐射供电线路组成，供电可靠性较差。2014年底麻必当水电站可建成投产，将π接20kV钦兰当线219号杆接入独龙江电网。届时麻必当水电站将与孔目水电站20kV输电线路联网，实行联合调度。麻必当水电站和孔目电站可互为备用电源，起到电源支撑作用，保障独龙江乡的供电的质量，提高供电的可靠性。同时使20kV钦兰当线形成双电源供电线路，其中包括的乡政府、学校、移动基站等22个台区571户用户将实现双电源供电。
1.4供电线路分段控制优化方案
孔目水电站20kV熊当线为单辐射线路，推荐加装带控制保护智能柱上断路器3台。并按电流时间型馈线自动化提出断路器推荐值。
麻必当水电站投产后π接20kV钦兰当线。其中219号杆前段线路为双电源供电线路，首端为孔目水电站，末端为麻必当水电站。219号杆后段线路由麻必当电站供电，为单辐射线路。推荐该条线路主干线加装带双向保护及方向控制元件智能柱上断路器4台。支线控制智能柱上断路器3台。具体分段优化如下：
1.5微网综合控制系统方案
独龙江乡微网综合控制系统，考虑在乡镇供电所建设集中监控中心站。配置一套集中监控系统，实现对孔目水电站、麻必当水电站的远方集中监控及自动发电控制；实现对20kV配网线路的稳态监视、故障定位及隔离、智能告警等功能。具备配网运行监视、小水电运行监视、二次设备监视、在线拓扑分析、节能环保监视、馈线故障处理、智能告警、自动控制、柱上断路器控制管理、配变监测终端管理、人机交互等十一个功能模块。并支持专用通信网络和公共通信网络等多种通信方式的信息接入和转发功能。另外，在孔目水电站和麻必当水电站配置一套计算机监控系统，按无人值班（少人值守）控制方式设计，实现指令式机组开机、并网或停机，发电、调相工况顺序自动转换，事故时自动停机；运行工况集中监视，全厂运行参数自动巡检；自动调整有功功率和无功功率；机组附属设备、全厂辅助设备的自动控制。通过“两站一中心”的构建模式形成独龙江乡微网综合控制系统。系统配置如图2所示：
2 供电可靠性提升效益分析
2.1独龙江乡现状孤立电网可靠性分析
独龙江乡电网现由单电源、单辐射线路组成，电网设备陈旧、自动化水平低、网架结构薄弱，严重影响了电力负荷的转供能力。根据2012年至2014年5月跳闸记录分析，20次故障全是机端断路器跳闸切机，出口断路器及保护装置没有动作。故障均造成了两条20kV线路的全停，涉及配变40台，用户数696户。通过分析，独龙江乡在现有供电条件下，用户平均停电时间为118.3时/户，供电可靠率仅为98.6495%。
2.2独龙江乡实用型微网构建后可靠性分析
通过电网优化、电源新建接入、线路分段优化、设备更新改造、自动化监控设备新建等五个方面提升独龙江乡供电可靠性的措施落地实施后。各类故障发生累加用户平均停电时间为3.272时/户，参考现有运行统计可能发生故障的次数。通过伦理计算，独龙江乡用户平均停电时间将下降至10.92时/户，供电可靠率达99.8753%。项目总体完成后，独龙江乡供电可靠性将提升1.22个百分点。
3 结论
独龙江乡实用型微网规划研究主要从电源机组参数优化、升压站优化改造、20kV网架优化、供电线路分段控制优化、微网控制系统优化方案等五部分内容开展。解决了独龙江乡孤立电网存在的问题，有效减少了独龙江供电系统停电次数和小时数，提升该地区的供电质量和供电可靠性。
参考文献
[1]. 王益民.实用型配电网自动化技术[M]，北京：中国电力出版社，2008.
[2]. 刘健.续电保护与配网自动化配合的配电网故障处理[J].电力系统保护与控制，2011，39（16）：53-57
[3]. 提高独龙江乡供电可靠性方案研究[R].昆明：云南电网有限责任公司
作者简介：冯磊 （1983-），男，云南电网有限责任公司，大学本科，工程师，主要研究方向：智能配用电以及新能源规划工作