配电网
- 配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。
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配电网一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状。采用闭环结构是为了提高运行的灵活性和供电可靠性；开环运行一方面是为了限制短路故障电流，防止断路器超出遮断容量发生爆炸，另一方面是控制故障波及范围，避免故障停电范围扩大。
电网电压等级一般可划分为：特高压（1000kV交流及以上和±800kV直流）、超高压（330kV及以上至1000kV以下）、高压（35～220kV）、中压（6～20kV）、低压（0.4kV）五类。我国配电系统的电压等级，根据（Q/GDW 156-2006）《城市电网规划设计导则》的规定，35kV、63kv、110kv为高压配电系统；6kV~10kV（20kV）为中压配电系统；220V（380V）为低压配电系统。于是，配电网的分类如下：
高压配电网（6～110kV）；
低压配电配电网网（0.4kV）。
城市配电网；
农村配电网；
工厂配电网。
主网（66kV及以上）；
配网（35kV及以下）。
66kV（110kV）电网的主要作用是连接区域高压（220kV及以上）电网。35kV及以下配网的主要作用是为各个配电站和各类用户提供电源。10kV及以上电压等级的高压用户直接由供电（农电）变电站高压配电装置以及高压用户专用线提供电源。
配电网络的拓扑分析是根据配电电气元件的连接关系，把整个配电网络看成线与点结合的拓扑图，然后根据电源结点、开关结点等进行整个网络的拓扑连线分析，它是配电网络进行状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢复、网络重构等其它分析的基础。
配电网络的结构庞大且复杂，网络结构由于故障或负荷转移操作中开关的开合，经常发生变化。作为配电网络分析的基础，网络拓扑计算需要进一步提高，因此迫切需要一个好的网络拓扑算法。好的网络拓扑算法应该有效且直观，它不仅能满足配电网自动化中的不同高级功能的要求，还应能实现配电网络连通性的快速跟踪和识别，适应事件变化。同时还应节省存储空间和其他高级计算功能的时间。目前国内外在这方面现有的研究有关联表矩阵表示法、网基矩阵表示法、结点消去法、树搜索表示法、离散处理法等。
(1)关联表矩阵表示法，联表矩阵，设备编号来分析设备的连接关系，得到网络的拓扑。其中建立了两个表矩阵，N行13列的结点描述矩阵和M行16列的支路描述矩阵。这两个矩阵即包含了每一个结点和每一条支路所相关联的结点或支路号，以及各自的属性。由于配电网络结构复杂，基于关联表的搜索分析方法会很复杂费时，难以实现网络拓扑的快速跟踪。
(2)网基矩阵表示法:该方法是基于图论的表示方法。其基本思想是:配电网络是一个变结构的网络，网络由结点和弧构成。称变结构网络的各种允许结构形态为网形，称所有网形中出现的弧的并集对应的基础图为变结构网络的网基。网基用网基结构矩阵来描述，对于一个N结点的网络，网基结构矩阵为N行N列的方阵，该矩阵表示了结点间的连接关系。网形则采用弧结构矩阵来描述。将网基矩阵经基形变换得到描述网形的弧结构矩阵。该方法从配电网络的变结构特点出发，能有效的表示配电网络拓扑，但是它是基于矩阵的表示方法，而配电网络的矩阵稀疏程度很高，占用了较大的存储空间。
(3)结点消去法:该方法即通过消去中间节点，降低邻接矩阵的阶数，减少计算量和计算冗余度，提高计算速度。这种算法的基本思想是忽略掉中间结点，只分析对拓扑结构具有重要影响作用的结点之间的连通状态。结点消去法适用于任何接线方式，尤其对复杂的接线分析非常有效。大大减少了计算冗余度和计算量，提高了计算速度。但会影响到状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢复、网络重构等其它分析。
(4)树搜索法:在树搜索中，将母线看作图的顶点，将支路看作是图的边。通常对配电网来说，开关变位造成网络结构发生重大变化的情况是很少发生的。在大多数情况下，开关变位的影响是局部的，基于此当开关状态发生变化时，只搜索断开开关所在的厂站电压等级的拓扑分析方法，可提高网络拓扑分析效率。
(5)离散处理法:电力系统既含连续动态，也含离散动态。开关状态变化引起电力系统网络结构变化，是一种典型的离散事件动态过程。把整个电网拓扑分析问题分解为若干基本分析单元，采用基本分析单元的有色Petri网模型，当开关状态发生变化时，只需重新计算受变化的开关状态影响的母线，可提高拓扑分析的效率。通过对上述算法的比较、分析，可以看出各有特点，然而孤立地使用其中任意一种都无法达到直观、有效、快速等配电网拓扑的综合要求。因此要充分借鉴前人的研究成果，根据实际情况来实现配电网络的拓扑分析。
配电网按电压等级来分类
可分为高压配电网(35-110KV)，中压配电网(6-10KV，苏州有20KV)，低压配电网(220/380V);
在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功能。
按供电区的功能来分类
可分为城市配电网，农村配电网和工厂配电网等。
在城市电网系统中,主网是指110KV及其以上电压等级的电网，主要起连接区域高压(220KV及以上)电网的作用
配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源
配电网一般采用闭环设计、开环运行,其结构呈辐射状。配电线的线径比输电线的小,导致配电网的R /X 较大。由于配电线路的R /X 较大, 使得在输电网中常用的这些算法在配电网的潮流计算中其收敛性难以保证。
这个图上是不是前段为高压配电网，中段为中压配电网，后段为低压配电网？
中段也是高压（配电网），即；变电站...箱变、台变。
配电网络的拓扑分析是根据配电电气元件的连接关系，把整个配电网络看成线与点结合的拓扑图，然后根据电源结点、开关结点等进行整个网络的拓扑连线分析，它是配电网络进行状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢...
输电网是以高电压或超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络。配电网是直接或降压后将电能送到用户的电网。
配电网基本情况的数据有线路数、总长度、传送容量、传输距离、绝缘状态、开关数、导线情况等。配电网存在的主要问题有如下7方面：
(1)现存配电网能否满足负荷发展的需要；
(2)绝缘老化程度如何；
(3)导线线径是否过细，有无“瓶颈”线路存在；
(4)各线路供电可靠指标高低；
(5)线路中开关的数量、投入时间、运行中发生过哪些故障；
(6)线路损失率指标高低；
(7)线路维修情况。
在配电网规划时要考虑规划区的经济地位，规划区在经济发展中的地位对配电网的规划任务有着重要的影响。规划区是否为工业开发区、商业中心、经济作物区、旅游区、农业开发区、科技中心区等，对规划区负荷的发展、供电可靠性的要求必将有所不同，也会影响规划的电网等级和规模。
配电网规划是指在分析和研究未来负荷增长情况以及城市配电网现状的基础上，设计一套系统扩建和改造的计划。在尽可能满足未来用户容量和电能质量的情况下，对可能的各种接线形式、不同的线路数和不同的导线截面，以运行经济性为指标，选择最优或次优方案作为规划改造方案，使电力公司及其有关部门获得最大利益的过程。
配电网规划的主要内容如下：负荷预测、变电站优化、配电网网架优化、配电网潮流计算、正常和故障状态下的可靠性分析等。
配电网规划是配电网发展和改造的总体计划。包括近期（1～5年）、中期（6～15年）和远期（16～30年）规划。规划制定的顺序是从长期开始，依次为中期规划和近期规划。远期规划属于战略规划，它主要决策城市电网发展的重大问题和发展方向（如建立新的电压等级、确定新的城市电网电源点、论证规划末期的城市需电量以及城市可能发生的改造和扩展方向），为中期和近期规划制定目标。中期和近期规划属于战役规划，主要为远期规划的任务和目标如何实施确定时间表。远期规划要求中期和近期的城市电网建设和改造是远期电网发展目标的一部分，保证近期和远期投入的设备在规划期间不会发生拆除的现象。一般是以长期规划指导中期和近期规划，以中期、近期规划落实和调整长期规划。配电网规划的流程如下：
(1)原始资料的收集准备：配电设施从负荷密度大的大城市到负荷密度小的乡村，其对象广、数量多，而且是多样化的。因此，必须掌握各种配电地区的特性及将来经济结构的变化趋势。
(2)确定可能的配电规划方案：在整个电力系统中，按地区从满足长期供电需要出发，并考虑经济等因素。确定各可行方案。
(3)对可行方案进行评价，对各可行方案的供电能力、供电可靠性、供电电压的要求及对未来发展和对环境的适应性进行详细的积极性评价。
(4)确定最佳配电网规划方案。
将电力系统中从降压配电变电站（高压配电变电站）出口到用户端的这一段系统称为配电系统。配电系统是由多种配电设备（或元件）和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统。
配电网由架空线路、杆塔、电缆、配电变压器、开关设备、无功补偿电容等配电设备及附属设施组成，它在电力网中的主要作用是分配电能。从配电网性质角度来看，配电网设备还包括变电站的配电装置。
配电网具有电压等级多，网络结构复杂，设备类型多样，作业点多面广，安全环境相对较差等特点，因此配电网的安全风险因素也相对较多。另外，由于配电网的功能是为各类用户提供电力能源，这就对配网的安全可靠运行提出更高要求。
配电线路导线线径比输电线路的小，且“主线段与分歧线”以及“上、下相邻线路”导线型号规格差异大，导致配电线的线路短路阻抗角φ较小，即R/X较大。不仅使得在输电网中所采用的潮流计算常规算法难以在配网潮流计算时得到收敛，还会因不同点故障的短路阻抗角不一致，对保护动作灵敏度和可靠性产生一定影响。
智能配电网讲座
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智能配电网讲座 徐丙垠 1 3 李天友 2 5 薛永端 3 金文龙 4 (1. 山东理工大学山东淄博 255031；2. 福建省电力公司福建福州 350003；3. 山东科汇电力自动化公司山东济南 250100；4. 中国电机工程学会北京 100044；5. 华北电力大学北京 102206) 目录 1. 前言 ........................................................................................................................................... 5 2. 第一讲 智能配电网概述 ....................................................................................
配电网是以使用电能为主要任务的那一部分电力网络，根据电压等级分为高压、中压和低压配电网。
高压配电网：通常为35-110kV，负荷密度大可用220kV。
中压配电网：通常6-10kV，6kV为淘汰型。
低压配电网：220/380V。
电压等级的选择问题是一个技术经济问题。需求随电压增大而下降的运行成本曲线与上升的投资成本曲线的交点。
我国中压配电网以10kV为主。随着近年来经济的迅猛发展，用电需求急剧攀升，10kV配电
系统呈现出容量小、损耗大、供电半径短、占用通道多等劣势，配电网建设与土地资源利用的矛盾日益显现。20kV中压供电优势：20kV是介于35kV与10kV之间的新供电模式。与35kV相比，20kV可降低造价、节约土地、减少电压转换环节、集约利用廊道资源。与10kV相比，20kV供电半径增加60%，供电范围扩大1.5倍，供电能力提高1倍，输送损耗降低75%，通道宽度基本相当，在输送功率相同时，可减少变电站和线路布点2100433B
由于大量的常闭分段开关和常开联络开关存在于配电网中有，调度员在正常、检修或事故运行方式下，需要根据实际情况对分段开关和联络开关进行操作来调整配电网络结构，以优化配电网运行模式，从而提高电网的安全性、可靠性和经济性。这种方式被称为配电网重构。按照应用侧重点的不同，配电网重构可分为网络优化重构（简称网络重构）和故障后重构（也称故障恢复）。
作为配电系统运行和控制的重要手段配电网重构在配电管理系统中起着重要作用。目前，配电网络广泛采用环状设计、开环运行。通常情况下，在沿馈线方向上分布了一定数量的常闭分段开关，而在馈线之间装有常开的联络开关。为了提高电网的可靠性和经济性，在正常运行状态下，根据负荷的变化需要定期调整这些开关的状态来重新建构配电网络的运行结构，使负荷在各馈线之间自由流动，从而达到合理分配的目的；在故障状态下，为了保证供电能够得到尽快地恢复，网络运行方式最为经济合理，相应的网络结构优化也是十分必要的。
实际上，由于配电网中的开关数目巨大，随之生成的环状网络树的数量也十分可观，因此在理论上配电网重构问题是一个庞大的非线性整数组合优化问题。考虑到开关组合数量巨大，将它们作为优化变量进行穷举搜索将面临“组合爆炸”问题，从而导致数学求解过程中计算量过大，占用大量的机时，并且无法确保计算过程的收敛性。为了解决计算速度的问题，研究人员提出了许多不同的方法来解决配电网络重构问题，目前大家将研究与改进的主要方向集中在优化算法和优化目标两个方面。
ADN一般是指由分布式电源、负荷、储能系统和控制装置构成的配电系统。
配电网是指电力系统中二次降压变电所低压侧直接或经过降压变压器降压后向用户供电的网络。配电网按电压等级可分为高压配电网(35~110kV)、中压配电网(6~10kV)和低压配电网((0.4kV)，而ADN多指含DG的更靠近用户侧的低压配电网。
低压配电网的结构按接线方式大致可分为三种:辐射网、树状网、环状网。如图1所示。图1中位于低压母线出口处的黑色方块代表断路器，馈线上的黑色圆点代表线路节点，箭头代表负荷。不管是何种结构，都是由高压电网经降压变压器降压后通过单个或者多个馈线向某区域内用户供电，而用户则可以处于馈线上的任意节点。
低压配电网一般具有如下特点:
1)深入城市中心和居民密集点;
2)传输功
率和传输距离一般不大;
3)供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求不同;
4)中性点不接地运行，单相接地时允许运行一段时间。
ADN结构中包含一个连接大电网的降压变压器，其额定容量等级通常在0.1~1MVA之间。额定容量的等级同时也决定了整个配电网中所能承载的负荷容量。变压器通常有一个典型的载荷调节范围为额定容量的士5%。变压器负荷率又称运行率，是影响变压器容量、台数和电网结构的重要参数，其表达式为:
式中，S1为变压器的实际最大负荷，Ssc为变压器的额定短路容量。KP取值大，则称高负荷率;KP取值小，则称低负荷率。
变压器的励磁电流通常占额定负载电流的百分比很小(正常低于3 %)，故励磁支路在谐波分析中经常被忽略，所以变压器一般利用它们的串联漏电抗表示。在谐波作用下，变压器绕组以及绕组匝间的电容将起作用，若谐波次数不太高，此作用可忽略。故变压器等值电路可简化为一个连接变压器原副边节点的阻抗支路，如图2所示。
ADN中的输电线路主要有地下电缆和架空线路。前者主要应用在高负荷密度的城市区域，而后者应用更为普遍，主要材料是绝缘A1芯或Cu芯导体。
在电力系统分析中，用电阻、电抗、电纳和电导参数反映输电线路特性。实际上，这些参数沿线均匀分布，即在线路任一微小长度内都存在电阻、电抗、电纳和电导，因此精确地建模非常复杂。输电线路模型可分为等值的集中参数元件模型和行波模型两大类。在仅需要分析线路端口状况，即两端电压、电流、功率时，通常可不考虑线路的分布特性，用集中参数元件模型模拟输电线路;当线路较长时，则需要用双曲函数研究均匀分布参数的线路。
ADN中的负荷按其特性分类大致可分为线性负荷和非线性负荷两类。线性负荷可作为抑制谐波畸变的元件，用接地等值阻抗可以模拟，在谐波频率下，其电抗随着频率变化。非线性负荷主要包括家用电子设备以及换流式开关电源等，这些非线性负荷对配电系统来说相当于离散型谐波源。随着非线性负荷的大量增加，会加重用户电流的畸变率，影响供电电流波形。但是由于不同非线性负荷的谐波电流分量存在相角差经常会发生相互抵消，因而降低了系统对电压畸变水平的有效影响。
同理，DG作为ADN中的有源非线性负荷，谐波之间也存在相互抵消的现象。有研究表明[[32]，对于同类负荷，低次谐波分量(如3次和5次)只有很少的抵消作用，而高次谐波分量的抵消作用却很明显。在对高次谐波需要关注的时候，这类抵消效应是很重要的，谐波之间的相位差、配电网的线路阻抗以及负荷都能消除部分谐波。同时，配电网中固有的单相负荷使得配网具有不对称的特点。
(1)线性负荷模型
在给定频率时，线性负荷等值阻抗为常数，负荷吸收的有功功率和无功功率与负荷的电压平方成正比。如图3所示为串联和并联的恒阻抗负荷模型。
(2)非线性负荷模型
非线性负荷主要包括一些电力电子型设备，比如个人计算机、节能荧光灯、电视机和荧光照明设备等。这些负荷除了是谐波源之外，还不能用恒定的R, L,C结构来表示，而且其非线性特性不太适合用线性谐波等值模型表示。非线性负荷可以作为谐波注入电流源考虑，对于一些非线性负荷来说，只要实际的电压畸变低于1%左右，就可以看成是理想的电流源。
由于DG变流器是ADN谐波的主要来源之一，为了对ADN的谐波特性进行研究，有必要通过建立合理的模型研究DG变流器的谐波特性。
1、DG的分类
DG的形式主要包括微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏电池、风力发电以及储能装置等，其中以光伏发电和风力发电应用最为广泛。下面简要介绍一下储能装置、光伏发电和风力发电的拓扑结构及工作原理。
(1)储能装置
在配电网中接入储能装置，可以起到良好的移峰填谷的作用。在电量过剩时，储能装置可以吸收能量，反之，在电量紧缺时，储能装置释放能量。同时，为支持ADN的离网运行状态，ADN中通常安装能快速调节频率和功率平衡的储能装置。该储能装置可以是蓄电池组，也可以是飞轮储能等。其安装位置多在降压变压器低压侧出口母线处。典型的蓄电池接入电网的拓扑结构如图4所示。
(2)光伏发电(PV)
由于光伏发电受光照强度和天气情况等制约，输出功率具有随机性和波动性，故在ADN中通常采用电流型控制策略。其典型双级式并网拓扑结构如图5所示，太阳能电池组件发出的直流电经过直直变换器升压，再经并网变流器将直流电转换成工频交流电，最后经滤波装置、隔离变压器之后并网。采用这种双级式拓扑结构能简化每一级的控制方法，提高各级的控制效率。
(3)风力发电(WP)
风力发电(Wind Power)是一种由传动装置将风能转为机械能，再由发电机将风能转换为电能的发电技术。风力发电因为风速的不确定性，导致其输出功率与PV系统一样具有随机性和波动性。故其在ADN中同样采用电流型控制策略。以两大主流机型直驱型和双馈型风力发电系统为例，其典型拓扑结构如图6所示。图6中(a)为直驱永磁同步发电系统，同步发电机发出的电能经过交一直一交变流器转换为工频交流电，再经过滤波装置、隔离变压器之后并网。图6中(b)为双馈异步风力发电系统，双馈机的定子侧输出工频交流电直接与电网相连，转子侧则经交一直一交变流器再与电网相连，以提供可控的转子励磁电流。与双馈机组相比，直驱型风力发电机组由于省去了齿轮箱，具有结构简单，运行维护成本低，可靠性和效率高等优点。
2、DG的接入形式
DG接入系统有两种方式:并联接入电网或通过开关切换，如图7所示。
在并联接入方式中，当DG供电中断时，电网能瞬时弥补负荷差值。同样，当电网出现故障时，DG也能瞬时承担起负荷。这种方式可以保证负荷始终不间断供电。
在开关切换方式中，任一时刻DG与电网中仅有一个电源与负荷相连，而另一个仅在开关切换后工作，但负荷在开关切换过程中处于停电状态。
开关切换方式与并联接入方式相比有如下优点:
1)设备和运行简单，控制和调节回路较少；
2)由于DG一般只在需要时运行，因而DG运行成本较低;而并联运行时，DG始终保持运行，这不仅会增加燃料和运行维修费用，还会造成机组磨损等。
3、DG变流器模型
不同种类的DG通常需要通过电力电子装置接口并网，不考虑不同DG的特性，认为中间直流侧己控制恒定，只关注并网逆变器侧。以应用最广范的三相电压源型两电平PWM变流器作为研究对象，其输出电流的谐波与电网电压、PWM调制策略和开关频率、控制策略和参数、工作条件和输出功率等有关系。
三相PWM变流器最基本的工作原理是在维持直流电压Udc恒定的基础上，通过调节变流器交流侧输出电压的幅值和相位，改变网侧有功和无功功率的大小。
带PQ控制策略的Average模型框图，如图8所示。
图8中Pref和Qref是逆变器输出有功和无功的设定值，与q轴电压的1.5倍相除可以分别得到d、q轴电流的指令值(
等量变换的有功无功计算公式如下:
在Average模型中，忽略了直流侧电压的变化，在电网电压不变的条件下，只要改变框图中有功无功的指令就可改变变流器输出的有功功率和无功功率，这样就能模拟PV和WP等DG输出功率的变化。同时，与Detail模型相比，由于没有开关过程，Average模型的输出电压中不含高次谐波，只有受控制性能影响而产生的少量低次谐波。Average模型适用在不考虑SVPWM产生的低次谐波。
配电网结构简介