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分布式电源

目录

一、广域测量系统及其在配网中的应用分析1

1.1基本概念1

1.2广域测量系统1

二、灵活广域测量系统及其在配网中的应用分析1

2.1同步采样数据的处理1

2.2PMU布点优化配置算法2

2.3谐波状态估计算法3

三、中压配电网单相接地故障检测方法3

3.1基本知识3

3.2行波定位原理与定位方法3

3.3C型行波定位方法研究5

四、全寿命周期管理理论在配电系统规划与管理中的应用研究5

4.1配电网规划的任务和要求5

4.2全寿命周期管理概述6

4.3配电系统规划全寿命周期管理理论模型和方法6

4.4基于全寿命周期成本的配电网变电站选址定容规划优化6

4.5基于全寿命周期成本的配电网络规划优化8

4.6基于全寿命周期成本的配电网无功规划8

4.7结论9

一、广域测量系统及其在配网中的应用分析

1.1基本概念

广域测量系统WAMS：

由相量测量单元同步采集广域电网的实时运行参数，借助高速通信网络传输至数据处理中心站，得到同一时间坐标下电网全局的动态信息。

相量测量单元PMU：

是完成同步相量测量的基本设备，可以安装在电力系统中选定的不同地点，精确地同步实时测量系统的电压和电流值，然后可以将相量传送到距离遥远的检测中心。

卫星技术（定时）：

通过通信信道（互联网，无线通信技术（GPRS），光纤，局域网）等向测控中心发送信号。

采集同步，数据上传（例如我国北斗系统）。

1.2广域测量系统

广域测量的问题：

由于地理距离远，不能实现信号同步采集，无法实现准确有效的信号分析。

WAMS通过卫星授时实现广域信息同步采集，通过信道（互联网，无线，GPRS，光纤，局域网）等向测控中心发送信号。

WAMS与SCADA的对比：

SCADA不要求采集量同步，WAMS有时标，采集量严格同步。

例如：

一条线路，首端电压、电流（相位、幅值）、末端电压、电流（相位、幅值），用同一时间断面，同一瞬间的量，才能代入电路方程，用WAMS测量数据可直接代入，而用SCADA测量数据不可以。

SCADA在相当一段时间U、I、P是不变的，才能起作用，只适合稳态的分析和监测，而WAMS可以精准的分析相角，价值更大，适合暂态分析。

WAMS的应用现状：

测量发电机功角和母线相角，进行实时电力系统的稳定性分析与控制；全网动态过程事故记录及事故分析；稳态分析，PMU和SCADA结合提高系统状态估计精度；广域的保护问题；电力系统参数的在线测量。

WAMS主要技术：

广域测量的同步技术；高速数据通道（光纤）与海量存储技术；

WAMS具有固定组网模式；网络拓扑及节点信息不易改变。

灵活广域测量系统（FWAMS）：

把一片系统（个别时间，个别区域异常）看做一个“设备”，在故障块装设WAMS，装设PMU，临时监测，灵活根据需要装设，分析完毕撤回。

FWAMS的特点：

根据测量需要临时组网，成本低，方便，灵活。

二、灵活广域测量系统及其在配网中的应用分析

2.1同步采样数据的处理

灵活广域测量系统图：

特点：

测量系统可根据监测需要灵活组网；系统支持多种通信模式；FPMU具有便携、成本低、接入系统方便、等特点；主站对被监测电网拓扑及监测点的建模应灵活方便。

同步采样数据的处理问题：

FPMU采用锁相环电路跟踪系统频率存在一定同步误差，易导致PMU的相角测量精度偏低，因此，采用固定采样频率以保证采样同步的高精度，而通过软件算法解决由电网频率波动导致的数据非整数周期截断而产生的频谱泄漏问题是一种较为合适的解决方法。

2.2PMU布点优化配置算法

配电网谐波状态估计问题模型：

在部分节点布设PMU进行同步测量，估计所有节点的谐波电压状态。

通过合理布设PMU，以较少数目的PMU实现被监测电网的可观测。

设矩阵

表示PMU配置矩阵，

表示

节点不配置PMU，

表示

节点配置PMU。

数学模型：

常用算法：

遗传算法、粒子群算法、变权重蛙跳算法

2.3谐波状态估计算法

最小二乘法求解：

含有粗差时结果较差。

本课题选用抗差最小二乘估计。

下是两种抗差最小二乘估计的算法的几何解释：

Huber，在圈外的，减小权值，圈内的不变；Igg，大圈外舍去，小圈内保留，中间的减小权值。

三、中压配电网单相接地故障检测方法

3.1基本知识

电力系统中性点接地方式包括中性点有效接地方式和中性点非有效接地方式两种。

一般110KV及其以上的是大电流接地系统（中性点直接接地、中性点经低阻或电抗接地方式）。

35KV及其以下的是小电流接地系统，这种系统的中性点经消弧线圈接地或者经中高阻接地。

中压配电网单相接地故障检测方法就是针对小电流接地系统的。

配电网所发生单相永久性接地故障时，由于故障点电流较小，所捕获的电流信号较弱，故障定位困难。

另外，由于故障会引起其它相电压升高，给系统绝缘造成很大威胁，很容易发展成为相间、两点和多点短路，造成事故的扩大。

因此，城市配电线路单相接地故障定位方法的研究，对保证供电可靠性和电力系统的稳定运行有着重要的意义。

单相接地故障定位主要解决两个问题：

一是故障选线；二是故障选线后，判断故障点（区段和确定故障距离）。

国内采用的故障定位方法按原理可以分为阻抗法、S注入法、区段查找法、行波法和智能法等。

按电气量在线路上的采集位置可以分为两种，单端定位法和双端定位法；按在线与否可以分为在线定位和离线定位。

行波法一般分为A，B，C三种定位方法。

A型法：

利用故障产生的行波进行单端故障定位的方法。

B型法：

利用故障产生的行波进行双端故障定位的方法。

C型法：

人工注入脉冲信号的方法。

3.2行波定位原理与定位方法

3.2.1波在均匀传输线中的传播过程

均匀传输线：

线路的电阻、电感、电导和电容沿线路是均匀分布的。

在分析均匀传输线的波过程时，需要用线路的分布参数进行分析（集总电路的概念不再适用）。

下图为一均匀无损（忽略电阻、电导）线路及其分布参数等值电路图。

3.2.2行波的波动方程

假设一个均匀传输线，单位长度导线的电感及电阻为L0和r0，单位长度导线对地的电容及电导为c0和g0。

设观察点处的x=0，则行波的波动方程为：

其中，

为行波沿线路的传播速度，对于无损线路，等于光速。

为线路波阻抗。

3.2.3行波在波阻抗不连续点的折射与反射

配电线路是一段一段连接而成的，中间有分叉，分叉处的波阻抗不相同。

在波阻抗不连续点，行波会产生全部或部分反射。

下图是行波在波阻抗不相同的导线连接处A点发生折射和反射示意图。

3.2.4行波定位方法分析：

A型行波定位方法是利用故障产生的行波进行单端定位的方法。

在线路发生故障时，故障点产生的电流（电压）行波在故障点与母线之间来回反射，根据行波在测量点与故障点之间往返一次的时间和行波的波速来确定故障点的距离。

B型定位原理利用故障点产生的行波到达线路两端的时间差来实现定位。

C型行波原理与A型行波原理一样，是单端行波定位方法。

与A型行波不同的是，它检测的行波信号，是在故障后，人工向故障线路发射的脉冲信号的反射信号。

C型行波是离线定位。

3.3C型行波定位方法研究

3.3.1C型行波测距

⑴、C型行波测距原理

C型行波法是在线路发生故障后，由人工向故障线路发射一个行波信号。

行波信号遇到线路波阻抗不连续点就会发生反射和折射。

波阻抗不连续点包括线路的节点、端点和故障点。

在检测点接收并识别来自故障点的特征波，根据特征波往返一次的时间和波速来确定故障距离。

在检测点接收并识别来自故障点的特征波，根据特征波往返一次的时间和波速来确定故障距离。

⑵、C型行波测距方法

要确定故障距离，关键是找到来自故障的反射波。

利用比较故障线路与正常线路的反射波波形的方法来确定故障点的反射波。

故障相在故障点处将发生异于正常相的反射，因此，对比正常情况和故障情况的反射波，波形的第一个差异点必然是来自故障点的反射波，这就是故障特征波。

⑶、C型行波测距仿真

仿真时几个问题的处理：

注入信号、末端配变、采样时间。

3.3.2C型行波确定分支（区段）

⑴、外加信号方法

在线路首端向故障相注入直流信号。

电源的输出电压可调，调整电源电压来控制注入电流的大小。

一般将电流控制在0-200mA。

根据直流电流的流径，可以确定出故障分支。

⑵、模式识别方法

模式识别（PatternRecognition）是一门以应用为基础的学科，目的是将对象进行分类。

让机器能识别、分类，就需要研究识别的方法，目的是在错误概率最小的条件下，使识别的结果尽量与客观物体相符合。

人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）是模式识别中的一类方法，是一种模仿动物神经网络行为，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。

这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。

四、全寿命周期管理理论在配电系统规划与管理中的应用研究

4.1配电网规划的任务和要求

规划的任务：

（1）确定电网未来安装设备的规格；

（2）确定电网中增加新设备的地点及时间。

规划的内容和编制规划的要求：

（1）调查和搜集电力网现状资料，分析存在的问题，明确规划改造的重点。

（2）调查和搜集规划区内国民经济各部门发展规划和人民生活用电的发展变化资料，分区测算用电负荷对近期规划应逐年列出，而中期及远期规划列出规划年度总的负荷水平。

（3）依据规划地区配网的总体划及电力负荷的发展，分析规划年度的用电水平。

（4）分析规划区内无功电源和无功负荷的情况，进行无功平衡，合理地安排无功电源的位置，确定最经济的补偿容量。

（5）进行配电网布局规划及电网结构方案研究。

4.2全寿命周期管理概述

全寿命周期管理强调对产品全寿命发展过程实施持续不断、协调统一的管理，综合考虑各个阶段的问题，保证各个阶段的活动前后衔接，各个阶段决策的一致性，通过并行设计方法，达到产品在全寿命周期内技术最优、质量最可靠、时间最短、成本最低、服务最好、环保最佳。

配电工程全寿命周期管理是以工程的全寿命周期各个环节为研究对象，以全寿命周期经济效益最优为研究目标，从系统的整体目标出发，统筹考虑工程的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废的全过程，在满足安全、效能、环保的前提下追求工程效益全寿命周期成本最优，创造最大的经济效益、社会效益和环境效益。

4.3配电系统规划全寿命周期管理理论模型和方法

配电工程全寿命周期阶段划分：

配电系统规划全寿命周期成本模型：

考虑资金的时间价值：

配电系统规划设计方案经济评价方法

（1）净收益现值计算模型：

（2）内部收益率计算模型：

（3）全寿命周期最小费用法：

4.4基于全寿命周期成本的配电网变电站选址定容规划优化

选址定容优化模型：

规划变电站高压侧线路的LCC模型：

其中：

规划变电站设备的LCC模型：

其中：

4.5基于全寿命周期成本的配电网络规划优化

基于全寿命周期成本的配电网规划模型：

其中：

从单阶段规划结果可以看出：

1）配电网工程全寿命周期内运行维护成本、停电成本占很大比重，应在规划时予以重视；以初始投资最小为目标函数的最优规划方案（方案1）不是全寿命周期费用最优的方案。

2）前期投资成本的高低会对后期的运营阶段的成本产生很大的影响，高的建设成本可能会降低未来运维、停电成本，从而使得规划方案的整个寿命周期内的费用降低。

3）在馈线不安装分段开关的情况下，方案的停电成本对网架规划方案优化结果影响不大。

如果馈线不安装分段开关时，通常以投资和网损成本之和最小为优化目标函数，可靠性分析作为规划结果的校验。

4）随着电力用户对供电可靠性要求的不断提高（停电损失费用逐渐提高），合理的安装分段开关可以显著提高供电局投资收益。

从两阶段规划结果与单阶段规划结果可以看出：

1）无论单阶段规划还是多阶段规划，合理的安装分段开关可以显著降低规划方案全寿命周期费用。

2）分阶段规划既可以满足负荷发展的需要，延缓配网建设投资，同时又减少了运行维护成本和停电成本，具有较好的经济性。

因此，在进行多阶段规划时，合理的安排规划期内的每条馈线的的建设时间，能保证规划结果在整个规划期内经济性最优的。

4.6基于全寿命周期成本的配电网无功规划

配电网无功规划数学模型：

其中：

年维护费用

电压越界惩罚费用

补偿设备的投资费用，由固定费用（基本建设工程费和控制装置费用，这部分费用和补偿容量无关）和动态费用（电容器组费用，等于单价乘以容量）两部分组成。

等式约束方程：

不等式约束方程：

4.7结论

1．配电系统具有系统性、长期性的特点，运营维护阶段发生的费用在配电系统全寿命周期成本中占很大比重。

规划设计阶段是第一个阶段，其设计的合理性直接影响到配电系统建设和运营阶段的经济性和可靠性，是项目全寿命周期管理中最为关键的阶段，因此在规划设计阶段开始实施全寿命周期管理方式是十分必要的。

2．基于LCC的配电网变电站选址定容规划模型，不仅合理地优化了配电变电站规划方案全寿命周期各阶段的成本支出，还协调了规划变电站上级输电网、下级配电网和变电站设备成本支出，使得规划方案不仅满足经济上的最优，同时兼顾了规划方案的可靠性水平。

3.基于LCC建立的多阶段配电网网架及开关布置规划新模型，不仅考虑了规划方案的初始投资和运行维护成本，还考虑了配电网的停电损失成本。

建立了配电网用户停电持续时间与停电损失模型，该模型反映了停电频率、停电持续时间及停电电量对停电成本的综合影响，能更科学准确地计算出停电损失成本。

通过算例数据分析可以看出，当配电网可靠性水平要求较高时，分段开关的配置能显著降低停电损失。

分阶段配电网规划方案能更好地适应负荷发展的需要，显著降低规划方案的运行成本和停电成本，具有很好的应用前景。

均值聚类与随机粒子群算法相结合的改进离散粒子群算法能很好地对上述模型进行求解。

4.以无功补偿方案的全寿命周期净收益现值（NPV）为目标函数的数学模型，能够充分协调无功补偿装置的设备购置及安装成本、运行维护成本和无功补偿装置投入后减少的网损收益之间的关系，能更直观地反映补偿方案全寿命周期的降损节能收益能力。