智能配电网技术研究Word文档下载推荐.docx

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电气工程

所在学院：

论文提交日期

智能配电网技术研究

论文作者签名:

指导教师签名:

论文评阅人1：

（姓名\职称\单位，下同）

评阅人2：

（隐名评阅学位论文省略）

评阅人3：

评阅人4：

评阅人5：

答辩委员会主席：

（姓名\职称\单位）

委员1：

委员2：

委员3：

委员4：

委员5：

答辩日期：

smartgridtechnologyresearch

Author’ssignature:

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ExternalReviewers:

（姓名\职称\单位，下同）

ExaminingCommitteeChairperson:

ExaminingCommitteeMembers:

Dateoforaldefence：

浙江大学研究生学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

签字日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

导师签名：

签字日期：

年月日签字日期：

致谢

两年过去了，我的也论文终于完成了，这两年来由于我的知识水平有限，再由于很多事情的干扰，这篇论文在完成的过程中总是磕磕绊绊的。

过程很长，但自己感觉离期望值还相差很远。

不过好坏总是写出来了。

在这过程中感想也多，受到的帮助也多，要感谢的人也多。

首先要感谢的是我的两位导师甘德强教授和胡弊老师，两位导师渊博的知识，严谨的学风，平易近人的个性，以及耐心传授知识的态度是令我终生难忘的，也是对我促动最大的。

和他们接触的两年中，不但学习了他们的知识，也学习了他们的钻研精神和待人接物的态度。

我们这组同学都已经把两位导师当成了不可多得的朋友。

从他们这里我的收获是巨大的。

其次要感谢的是我的妻子和家人，在这漫长的两年中，我的家人给了我很大的理解和支持，使我能够安心的工作，安心的将这篇论文完成。

再次要感谢我的领导们，感谢他们对我工作和学习的支持，在他们的支持下，我才有了这次充实自己，提高自己的机会。

最后要感谢的是甘老师教研室的博士生和研究生们，在我的论文写作过程中，他们在查资料方面给了我很大的帮助。

没有他们的帮助，也就没有我今天的论文。

总之，在这两年中，得到太多的帮助，在此一并深表感谢。

***

8888年88月

插图清单

图1故障选项流程图--------------------------------------------------------16

图2励磁涌流波形------------------------------------------------------------17

图3基于WTMS的行波启动程序主流程-------------------------------19

图4配电自动化总体示意图------------------------------------------------20

图5配电网载波通信模块的框图------------------------------------------21

图6配电网载波网络结构框图--------------------------------------------21

图7配电网载波通信结构框架--------------------------------------------21

图8配电载波的典型线路--------------------------------------------------22

图9环网供电网络-----------------------------------------------------------23

图10FTU实现方案----------------------------------------------------------24

图11智能配电网技术框架及关键技术----------------------------------25

图12智能配电网框架-------------------------------------------------------25

图13数字家庭网络----------------------------------------------------------26

图14LonWorks的网络结构-------------------------------------------------28

前言

随着电力工业的发展，电力市场机制的逐步引入以及智能系统技术的迅速发展，研究和开发基于智能系统的配电网规划智能决策支持系统及其算法，可为规划人员进行配电网规划提供科学决策的依据，因为我国电网结构还比较薄弱，电网自动化整体水平相对还比较低，缺乏继电保护系统的自适应技术研究的物质基础，因此提高配电网的安全性、经济性和可靠性，满足负荷需求，从整体上提高配电网规划的科学决策水平，减少因规划失误而造成的损失，具有重要的学术和实用意义。

本文在论述研发的基于智能系统的配电网规划智能决策支持系统的基本原理及总体结构方案基础上，着重研究将智能系统用于配电网优化规划的方法。

摘要

社会的发展对电能的要求越来越高，电网智能配电技术和新的装置的研究一直是国内外学术界关注的领域。

本课题是针对电网智能配电技术和装置展开研究，研究电网的无功补偿现状，无功补偿意义，作用，无功补偿装置和技术。

为解决振荡问题，提出一种基于模糊集理论的识别电网振荡中发生三相短路的新原理，基于空间综合矢量的概念提出一种高精度的综合负序分量的概念与算法。

为保护识别并切除振荡中的不对称故障，提出了一种对振荡中发生的接地故障进行故障选相的新方法。

为了解决变压器保护的核心问题励磁涌流的识别，提出了一种利用小波分析区分变压器励磁涌流和短路电流的新原理。

从描述波形不对称的角度，提出一种基于积分思想的识别变压器励磁涌流的新方法。

实现了基于网络化数字载波的配电网保护功能。

在此基础之上提出一种基于负序电流突变量的小电流接地故障选线、定段的新方案，该方案以分散布置的FTU提取电流负序突变量特征为基础，利用横向、纵向的特征比较识别出故障线路及故障区段。

最后，在实现基于通信的配电网保护实现的基础上，提出了以功能优化为鲜明特点的配电系统综合自动化方案。

关键词：

智能配电网振荡

Abstract

Socialdevelopmentoftheincreasinglyhighdemandforelectricity,powergrids,intelligentpowerdistributionequipmentandnewtechnologyresearchhasbeentheacademicareasofconcernathomeandabroad.

Thistopicisforintelligentpowerdistributiongridtechnologiesanddevicestoconductresearchstudiesreactivepowercompensationforthestatusquo,meaningofreactivepowercompensation,theroleofreactivepowercompensationdevicesandtechnologies.Tosolvetheoscillationproblem,fuzzysettheoryisproposedbasedonidentificationofthree-phaseshortcircuitoccursintheoscillationpowerofthenewtheory,basedontheconceptofvectorspacepresentsacomprehensivehigh-precisionintegratedtheconceptofnegativesequencecomponentsandalgorithms.Toprotectidentificationandremovaloftheoscillationoftheasymmetryfault,made​​akindofoscillationinthegroundfaultoccurredinthefaultphaseselectionofthenewmethod.Inordertosolvethecoreissueofthetransformerinrushcurrentprotectionidentification,proposedadistinctionbetweentheuseofwaveletanalysisoftransformerinrushcurrentandshortcircuitcurrentofthenewprinciple.Fromtheperspectiveofasymmetricwaveformdescriptionisproposedbasedonidentificationofintegralthinkingofnewwaystomagnetizinginrushcurrent.Toachievenetwork-baseddigitalcarrierdistributionnetworkprotection.,Onthisbasisisproposedbasedontheamountofnegativesequencecurrentmutationsofsmallcurrentgroundingfaultline,agivensegmentofthenewprogram,toextractthescatteredarrangementoftheFTUmutationsintheamountofnegativesequencecurrentcharacteristics,basedontheuseofhorizontal,verticalcomparefeaturesandidentifythefaultlinefaultsection.Finally,communication-basedprotectiontoachievethedistributionnetworkisproposedbasedonthedistinctivecharacteristicsofthefunctionaloptimizationofpowerdistributionsystemfortheintegratedautomationsolutions.

Keywords:

Intelligentdistributionnetworkoscillations.

1概述

1.1当前配电网的基本状况

电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，长期以来配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成电力需求与电网设施不协调的局面。

国家颁布设施的电力法的贯彻后，电力作为一种商品进入市场，接受用户的监督和选择，甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。

另一方面，高精密的技术和装备对电能质量要求，配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。

随着市场观念的转变和电力发展的需求，配电网的自动化已经作为供电企业十分紧迫的任务。

城市电网，从八十年代就意识到配电网的潜在危险，并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程，并组织全国性的大会对配电网改造提出了具体实施计划，各种渠道凑集资金，提出更改计划利用高技术、好性能的设备从事电网的改造。

例：

1990年5月召开了全国城网工作会议，提出了城市配电网在电力系统的重要位置，要求采取性能优良的电力装备，以提高供电能力、保证供电质量。

根据电网供电的要求，供电部门提出了配电系统对用户供电的可靠性要求，供电可靠性指标达到99.6%，对机场、银行及计算机网络和服务监控中心是电力质量要求高的场所，没有可靠的配电网是无法保障的。

配电网综合实施的改造是实现配电网自动化的基本前期，没有好的电网和电网结构、好的设备是不可能实现配电网自动化，由于早期的配电网已经基本形成，只能在原有配电网的基础上进行改造，难度大，要力争达到高自动化的目的，做好统筹规划，从装备上符合现代城市的发展要求，因此，城市配电网电力装备的基本要求是技术上先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护要求。

1.2发达国家的配电技术

1.2.1美国

美国拉多州的波尔得（BouIder）已经成为了全美第一个智能电网城市美国多个州已经开始设计智能电网系统，每户家庭都安排了智能电表，人们可以很直观地了解当时的电价，从而把一些事情，比如洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时间段。

电表还可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源。

同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况。

一旦有问题出现，可以重新配备电力。

1.2.2欧洲

以欧洲为例从1984年起，欧洲开始实施自己的研究与技术开发计划（简称

“框架计划”）。

迄今，已经执行了六个框架计划。

该计划是欧盟成员国共同参与的中期重大科技计划，每期执行4年，具有研究国际前沿和预竞争性科技难点的特点；

是欧盟投资最多、内容最丰富、市场目的最明确的全欧洲性科研与技术开发计划。

历经20多年的发展和完善，欧盟框架计划已成为世界规模最大的官方综合性研究与2009年5月号开发计划，已纳入欧盟的政治战略轨道。

当前在第七个框架协议（FP7）下，就能源研究的讨论认定这一研究领域为智能电力网络。

这一新领域的最初目标是：

提高欧洲电气系统和网络效率、安全性和可靠性。

例如：

将现有的电网转变为用户与供电商交互的服务网络，有效地将可再生的、分布式的能源接入网络等。

欧洲智能电网技术平台着力于将来欧洲电力网络的研究和发展，fio立于2005年，它的目标就是规划2020年及以后的欧洲电网发展，是欧洲技术平台的重要组成部分。

意大利的特拉哥斯托里项目，开始于2000年，2700万家庭用户应用了通过窄带宽电力通讯的智能表。

德国施图登湖的虚拟电厂在该项目中大约400人居住在100个公寓和房屋里。

住宅区先前的能源系统已经转换为一个小型的虚拟电厂。

发电单元包括：

一个热电联产机组，一些太阳能光伏系统，一个即供电又当负荷的电池系统。

1.2.3亚洲各国

日本政府所定义的智能电网重点在大规模开发太阳能等新能源，确保电网系统稳定。

日本政府计划于2010年开始在孤岛进行大规模的智能电网建設试验，主要硏究在大规模利用太阳能的情况下，如何统一控制电力和频率的波动，以及储能技术等课题。

2009年3月，东京工业大学成立了“综合研究院”，并拟进行可再生能源如何与电力系统相融合的智能电网项目。

韩国把智能电网的重点定为电力产业供求双方的用户互动系统，并大力发展可再生能源发电的联网和存储技术，在不断降低成本和提高效率的同时，提高整个电网的可靠性及可用性。

韩国政府计划2011年前在济州岛建立一个智能电网综合性试点项目。

该项目将融合新型信息技术以及卫星定位技术，实现对电力需求和供应的在线实时监控，并可作为未来智能电网建设的测试基地，并在2030年成为世界上第一个真正意义上的智能电网国家。

1.3本文所要的研究方向

振荡问题是距离保护研究的焦点，本文提出一种基于模糊集理论的识别电网振荡中发生三相短路的新原理。

电网振荡与三相短路是十分相似的两个状态，本文从反映电气量波形的整体状态的改变入手，通过对振荡中心电压在振荡中及振荡中发生三相短路后的状态变化进行跟踪识别，识别的过程模糊化，具有较好的时间响应与鲁棒性。

该原理同样适用于对振荡中相间故障的识别。

本文基于空间综合矢量的概念提出一种高精度的综合负序分量的概念与算法。

负序分量是实时监视系统中发生不对称故障的有效的特征量。

现有的快速负序算法对系统频率的变化过于敏感，在电网振荡时有较严重的不平衡输出，这在很大程度上影响了负序分量的灵敏度，而综合负序分量不受频率变化的影响，具有很高的精度，综合负序分量与零序分量相配合，能够灵敏可靠地识别出振荡中的接地故障。

本文提出了一种对振荡中发生的接地故障进行故障选相的新方法。

对于距离保护而言，振荡中的故障选相是保护识别并切除振荡中的不对称故障的关键环节。

本文以Isinp元件为特征电气量，通过对三相Isinq在振荡中发生不对称故障前后的状态进行比较，实现振荡中的故障选相。

变压器保护的核心问题是励磁涌流的识别。

本文提出一种利用小波分析区分变压器励磁涌流和短路电流的新原理。

涌流波形的间断角特征十分明显，但是现有的间断角判据都未能充分发挥出基于计算机的数值计算和特征提取的判断与识别功能。

小波分析对于信号的奇异性十分敏感，小波变换的模极大值充分体现了信号奇异性的大小和位置，本文通过对励磁涌流波形的小波变换的模极大值特征的分析，定性地提取出励磁涌流的特征。

本文从描述波形不对称的角度，提出一种基于积分思想的识别变压器励磁涌流的新方法。

该方法采用了积分运算，因而具有较强的鲁棒性，它与基于小波变换模极大值的判据相配合，分别从电流波形的谐波含量和间断程度两个角度很好地提取了励磁涌流的特征。

最后采用模糊综合评判构成了识别励磁涌流的判据。

配电网保护的关键在于通信。

本文提出并实现一种适用于配电网保护与控制的网络化数字载波通信系统（NDLC），分析了配电网载波的特点及配电网载波通信的通道衰耗，从实用化的角度研究了提高NDLC系统可靠性的措施及载波系统网络化的组网原则。

本文提出并实现了基于网络化数字载波的配电网保护功能.在此基础之上提出一种基于负序电流突变量的小电流接地故障选线、定段的新方案，该方案以分散布置的FTU提取电流负序突变量特征为基础，利用横向、纵向的特征比较识别出故障线路及故障区段。

1.4课题研究难点及研究可行性分析

本课题研究难点是针对电网智能配电技术和装置展开研究，研究电网的无功补偿现状，无功补偿意义，作用，无功补偿装置和技术。

由于社会的发展对电能的要求越来越高，因此，电网智能配电技术和新的装置的研究一直是国内外学术界关注的领域；

国内外很多公司、学者对电网智能配电装置和技术进行了深入的研究，有许多成功案例可供参考；

本实验室已经开展了相关的研究工作，收集了许多学术资料，积累了一定经验，并取得了一定的成果；

本人所学的电学知识，以及在工作中实际的经验的积累对本课题的研究不无裨益。

综上所述，本课题已具备基本的软硬件条件，在导师的指导和相关人员的配合下，完全可以开展本课题的研究工作。

2智能配电网新方法

2.1模糊集理论

电力系统振荡问题一直是距离保护中的关键问题之一。

在振荡中保持系统的完整性而将其留给调度处理是长期以来我国处理系统振荡事故的成功经验。

因此继电保护装置除在系统发生振荡时将保护可靠闭锁，还应该准确而及时地识别振荡中发生的故障，快速打开保护并切除故障相，以使系统尽快恢复正常运行。

根据单一的判据或利用精确而绝对的固定值来区分多种多样的振荡与短路是有局限性的。

本文基于模糊集合理论，应用模糊模式识别原理建立了振荡中发生不对称故障的模糊数学模型，该模型可在多种不利于识别的情况下比较迅速准确地识别故障。

不对称故障发生时三相电流不对称。

振荡过程中发生不对称短路故障时，三相电流大小必然不等;

如发生接地故障，同时还会出现零序电流因此可根据三相电流不等及零序电流的大小来识别振荡中发生的不对称故障，判据如下:

p=｜ⅠΦｍａｘ｜/｜ⅠΦｍin｜

P=｜3Ｉ0｜/｜ⅠΦｍａｘ｜

式中ⅠΦｍａｘ，ⅠΦｍin别为流过保护的最大、最小相电流Φ=A、B、C.Ⅰ0为流过保护的零序电流。

系统正常运行和振荡时，三相电流对称，ⅠΦｍａｘ=ⅠΦｍin,3Ｉ0=0.否则不对称[1]。

2.2综合负序分量

基于空间综合矢量的概念提出一种高精度的综合负序分量的概念与算法。

在负序补偿要求不高的情况下，考虑以补偿无功为主，兼顾负序分量补偿。

由于无功补偿与补偿容量在各端口的分配无关，只要总的补偿容量不变，无论容量在各个端口如何分配，补偿效果都是相当的。

但补偿容量在各个端口的不同分配却直接影响负序电流的大小。

对应式可推导出负序电流的方均根值为:

式中：

Kεy为端口负荷电流的有效值与平均值之比；

Iy为端口负荷电流的平均值，y=1，2、、、、。

令

考虑到两端口（臂）供电的牵引变电站通常取用3相电中的2相，为不失一般性，不妨设n个端口中前3个为牵引负荷端口（当根据具体情况确知某一端口为自由端口时，只要令此端口负荷为0即可），在此设I3=0。

仅在两端口进行补偿，设补偿端口电流为Ik、Il，