張愛軍

（泰州三新供電服務有限公司姜堰分公司，江蘇 泰州 225300）

0 引 言

隨著經濟的發展，民眾對電力供應的穩定性要求越來越高，因此需要進一步提高配電網的運營效率和電力質量。目前，雙電源配電環網是提高電力供應可靠性的一種常用方式。然而，雙電源配電環網存在結構復雜、運維難度大、電流控制困難等問題，導致配電網的能耗偏高。在電力行業，如何有效地控制雙電源配電環網內的電流分布，以降低能耗，成為研究人員新的研究方向。柔性交流輸電技術的發展，尤其是統一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC）的出現，可以較好地解決這一問題。文章將UPFC 應用于雙電源配電環網的電流優化控制，并通過模擬實驗驗證該方法在優化電流控制方面的有效性。

1 環網柜雙電源自動投切的基本接線

雙電源環網供電配電網系統可以提高電力供應的可靠性，有效應對電源故障。在該系統中，聯絡開關（K8）在正常情況下保持斷開，使雙電源環網以開環模式運行，僅由一個電源供應電力[1]。而在任一電源發生故障時，K8閉合，實現雙電源供電，以確保供電的連續性。故障發生時，系統需要定位故障，并對故障所產生的電流大小和方向進行分析與診斷。在雙電源配電網設計和實施接線時，需要合理選擇自動切換設備，并根據技術規范進行正確的輸入、輸出接線。

2 雙電源自動投切系統構成

2.1 機械電氣雙重聯鎖功能

該功能是安全關鍵應用中的重要部分，廣泛應用于各種自動化和電力系統，包括配電環網柜等。機械電氣雙重聯鎖的工作原理主要包括機械聯鎖和電氣聯鎖2 個方面。

機械聯鎖通常涉及實物安全屏障或構造，如鎖具、插銷或其他形式的物理阻擋，確保只有在滿足特定條件時才能進行機械操作[2]。例如，在一個環網柜中，只有先打開一個保護開關，才能訪問內部的電氣元件，從而確保在人員接觸這些元件之前切斷電源。機械聯鎖作為一種預防性的安全特性，通過物理手段確保在合適的條件下才能執行操作。在電氣系統和自動化控制領域，尤其在環網柜這樣的配電設備中，機械聯鎖通常涉及一些物理裝置，如插銷、鎖具或其他阻擋機制，它們構成一道安全屏障，阻止在設備帶電狀態或在其他不安全狀態下的操作。

電氣聯鎖通過一個綜合的電氣控制系統來實現。該系統會監控設備和環境的狀態，并且在特定的安全條件未被滿足時，阻止電氣操作繼續進行[3]。在實踐中，電氣聯鎖通常利用傳感器、繼電器、邏輯控制器等元件來構建一套控制邏輯網絡。例如，在雙電源環網配電系統中，為保障在電源轉換或故障處理時的安全性，電氣聯鎖會禁止操作員在不安全的情況下切換電源或打開某些控制開關。具體來說，當饋線終端單元（Feeder Terminal Unit，FTU）檢測到電流數值超出正常運行狀態下的電流值時，則認為存在故障電流，并標記為“1”；若當前電流數值低于正常水平，則標記為“0”，表明系統運行正常，無故障發生。這種基于FTU 的監測方法為運維人員提供了一系列二進制的離散數據，即“0”和“1”的指示信息，能夠更直觀和便捷地判斷電網狀態。

2.2 自動切換裝置和邏輯判斷及其功能

在電力系統中，自動切換裝置（Automatic Transfer Switch，ATS）是一個關鍵的組件，確保在主電源失效時能自動無縫切換到備用電源，維持電力的連續供應。ATS 的核心在于依靠邏輯判斷來評估電源的狀況，涵蓋電壓大小、頻率及波形等質量參數[4]。ATS 的邏輯判斷功能不僅要監測電源的質量，還需要在毫秒級的時間內做出是否切換的決定。這種快速響應的能力，對于避免設備停機、數據丟失或者其他由電源問題導致的潛在損害極為必要。當主電源的質量超出預設的安全范圍時，ATS 觸發切換流程，這一過程包括斷開原電源連接、驗證備用電源就緒狀態，直至安全地完成供電轉換。為確保電源切換的平穩進行，ATS 內部設計了延遲和保護機制，以防設備受損。此外，自動切換裝置可以與監控系統集成，收集數據以便于后續的故障分析和系統維護。當ATS 與監控系統緊密配合時，可以實時監控電源的狀態、負載情況及切換次數等關鍵參數。這些數據對于評估電力系統的健康狀況、預防潛在故障以及優化能源使用，當發生故障時，集成的監控系統可以迅速捕獲故障發生前后的所有數據，包括電源質量參數、切換時間以及切換過程中的電流和電壓變化等。這些數據為后續的故障分析提供寶貴的線索，通過分析歷史數據，可以識別出電力系統中可能存在的瓶頸和問題區域，從而制定針對性的優化方案。例如，如果發現某個時間段內電源質量波動較大，需要對該區域的電源進行升級或更換。在更先進的系統中，自動切換邏輯可以融入智能算法，根據歷史數據與預測模型來提高決策精確度。這些智能化的特點不僅提高了配電網絡的可靠性，還提高了供電系統的韌性，確保在遇到電源故障時，能夠為重要區域和關鍵設備提供穩定持續的電力支持。

3 工程應用

3.1 UPFC 在潮流優化中的應用

UPFC 是電力系統潮流控制領域的一項顛覆性技術，在電力傳輸過程中通過調節線路參數，如電壓、阻抗和相位角，有效控制潮流。雙電源配電環網的核心優勢是有效保障供電的可靠性。但該系統的潮流管理是一個挑戰，需要精確地控制和優化2 個電源提供的電力。為解決這個問題，研究人員開發基于UPFC的數學模型和控制策略，致力于最小化潮流引起的有功功率損耗，并求解UPFC 串聯補償電壓的優化問題[5]。該模型采用先進的數學算法優化配電網的潮流分布，降低損耗，最終提高2 個電源的相互協同能力和能源效率。含分布式電源接入的簡化結構原理如圖1 所示。

圖1 含分布式電源接入的簡化結構原理

3.2 UPFC 應用實例分析

在雙電源配電環網等結構中，有效的潮流控制對于維護電力系統的穩定性和優化能源使用至關重要。UPFC 作為一種先進的潮流控制設備，能夠調整電網中的電壓和相位，顯著提升電力傳輸效率并降低能耗。UPFC 在雙電源配電環網中的應用有助于解決傳統潮流控制難以應付的問題，例如需要同時處理來自2 個不同電源的潮流輸入。針對這一應用背景，進行系統仿真實驗，分析UPFC 在實際電網運行中的性能[6]。仿真模型圖如圖2 所示，系統各節點電壓統計如表1所示。

表1 系統各節點電壓統計表

圖2 仿真模型圖

分析系統各節點電壓統計數據，深入探討UPFC在電力系統中調節電壓的作用和效率。由表1 可知：在未安裝UPFC 的情況下，系統節點電壓在9.27 ～9.40 kV 的范圍內波動，表示在無潮流調控的環境下，系統可能面臨電壓穩定性挑戰；UPFC 安裝在不同節點（分別標記為M 側與N 側）時，無論是在M 側還是N 側，各節點電壓均實現不同程度的提升。

具體而言，在M 側安裝UPFC 后，各節點電壓普遍增加0.5 ～0.6 kV，而在N 側安裝情形下，雖然提升幅度相近，細節數據卻有所差異，表明UPFC 安裝位置對于電壓調節效果十分重要，有必要根據具體電網需求來優化UPFC 布置。此外，UPFC 安裝在不同節點處，所引起的電壓提升并不均勻，可能受線路阻抗、負荷分布等多種因素的共同影響。為達到優化的電壓控制效果，制定UPFC 的控制策略時需要綜合考慮這些變量。研究結果表明，UPFC 技術的應用顯著提高了電力系統的電壓穩定性，并且其安裝位置對于優化效果具有關鍵影響。針對電網特定的需求和條件制定精確的UPFC 部署和控制策略，對于提高系統穩定性和效率至關重要。

4 結 論

文章深入探討雙電源接入配電網的重構與優化調度關鍵技術和策略，旨在提高配電網運行效率與可靠性。通過優化模型與算法創新，文章提出同時考慮電網可靠性與經濟性的配電網重構優化模型，并利用先進算法實現快速求解。對比不同雙電源接入方案，文章提出基于效益與成本的最優策略，有效平衡成本與可靠性。實證案例分析顯示，雙電源接入及其優化策略在增強配電網抗干擾能力、降低運營成本和提高可再生能源消納能力方面均表現出色，能夠促進雙電源技術應用和配電網可持續發展。