网运行监测

网运行监测（通用7篇）

网运行监测 篇1

0 引言

针对北京燕山石化配电系统现有电气设备的监测大都还处于传统的预防性试验(离线监测)、文字报表、手工操作的管理方式的现状,必须加强对电气设备运行状态实时监测(在线监测),加强配电系统的统一调度、集中管理,以实现整个配电系统的安全、稳定、经济运行。

1 配电系统电气设备的技术现状

北京燕山石化是大型石油化工企业,炼化装置众多。公司下属的生产运行保障中心(以下简称“运保中心”)负责生产装置的供配电系统的运行、维修工作,运保中心下辖6个电气作业部。众多变(配)电所分布在各炼化装置内,呈现“电源相对集中,用电负荷相对集中和电动机数量众多”的特点。

配电系统电气设备总体表现出技术装备落后、自动化程度低、缺乏在线监测手段等问题。为保证燕山石化的持续稳定生产,满足专业化管理的需要,迫切需要提升配电调度自动化程度和管理水平,推广电气设备运行状态监测技术的应用。

2 配电调度自动化系统规划及探讨

2.1 系统方案

根据燕山石化运保中心配电系统的特点,运保中心配电系统调度自动化系统可以采用集控站自动化系统。包括:运保中心调度、各作业部调度、集控站、无人(或少人)值班变电所、0.4k V配电室多级结构。公司总调通过网关接入运保中心调度。系统配置见图1。

集控站自动化系统是电网调度自动化系统的中间层次,处于调度中心和无人值班变配电站之间,具有承上启下的作用;同时,集控站是变压运行和管理的区域中心,实现对所辖变配电站系统运行参数、各种电气设备状态的信息采集、监视及对设备的操作和控制等。作为若干6kV变电所和0.38kV配电室的信息汇集点,需要将调度关心的部分信息送到调度中心,同时它接受并执行调度中心的控制和操作命令。集控站自动化系统中各个部分的功能和职责非常明确,集控站处理所辖区域电网运行参数和相关变电站全部信息,能够监视绝大部分现阶段需有人值班变电所所能反映的信息,从而为无人值班或少人值守改造创造技术基础条件。

集控站按照集中监控、下级站无人值班(或少人值守作为过渡)模式建设,一个集控站管辖多个6kV变电所和0.38kV配电室,集控站设操作班。

方案采用分层分布式结构,应用直采直送和分层转发相结合的数据传输方式、开放式的组态工具、操作告警视频联动、遥控闭锁等技术手段,以及双电源、双主机冗余配置的嵌入式通信管理机、跨平台监控软件、配置灵活的大容量测控装置等高性能设备,使得系统具有良好的实时性、可靠性、操作安全性和可维护性。

运保中心调度配置一套调度自动化主站系统,负责对运保中心配电系统进行监视、分析、调度和管理。

作业部调度配置调度/集控自动化系统,负责对作业部配电系统进行监视、分析、调度和管理。

集控站所辖的变配电所配置变电所综合自动化系统和远动通信管理机,负责本变电所和所辖低压配电室设备监视、控制、管理和数据的远传。系统采用直采直送和分层转发相结合的方式,变电所远动通信管理机直接向各集控站传送数据。

2.2 系统功能组成

系统功能包括集控自动化系统(调度、监控)功能、防误功能、遥视功能。

(1)集控自动化系统和防误系统之间:自动化系统向防误系统传送遥信遥测实时数据,自动化系统遥控前需要向防误系统申请遥控设备的解锁操作,符合防误逻辑,遥控命令才可以执行。

(2)自动化系统和遥视系统之间:当自动化系统进行遥控操作时,可以同时向遥视系统发出视频联动指令,让遥视系统前端摄像头切换到指定的监视区域。遥视系统可以向自动化系统传送前端视频信息,作为自动化系统遥控前后的场景信息参考。

(3)防误系统和遥视系统之间:防误系统进行模拟操作时可以向遥视系统发出视频联动指令,让遥视系统前端摄像头切换到指定的监视区域。遥视系统可以向防误系统传送前端视频信息,作为防误系统模拟操作的场景信息参考。

2.3 集控站设置原则

综合考虑变配电设备的地理分布、优化运行操作班组布点以及电气设备台数、调度监控信息量等因素,各作业部设置集控站的原则为:

(1)分区监控、集中监控;

(2)下级站无人值班,可设置少人值班作为过渡方案;

(3)每个集控站监控一般不超过10个6kV及以上配电室;

(4)集控站设操作班,操作班负责生产装置的巡检。

据此,电气一部设立7个集控站,电气二部设立5个集控站,电仪三部设立2个集控站,电仪四部、电仪五部、电仪六部设1个集控站。

电气一部、电气二部、电仪三部设作业部调度。调度自动化系统分为3级,即:作业部调度、集控站、石化装置变配电所。

电仪四部、电仪五部、电气六部作业部调度站即是集控站,调度自动化系统分为2级,所辖各变电所由该作业部调度直接管辖。

2.4 集控站系统主要功能

集控站系统主要功能如下:

(1)监视功能。对所辖6kV及以上变电所的各线路的电压、电流、有功、无功、功率因数、谐波进行监视;对开关、小车、地刀等位置信息进行监视;对UPS、直流电源、变频器、软起动等设备运行情况能够进行监视;对变压器、电动机温度进行监视。

(2)控制功能。对6kV及以上变电所除电动机回路之外的开关进行遥控,低压配电室控制进线和分段开关。

(3)报警功能。位置信号变化报警;保护装置预告及事故告警;遥测越限告警监视。

(4)校时功能。通过GPS对子站设备进行校时。

(5)管理功能。报表、事件检索、设备参数等管理功能。

2.5 中心调度系统主要功能

中心调度系统主要功能如下:

(1)监视、控制、报警、对时、管理功能等,同集控站相应功能设置。

(2)除具有集控站功能外,增加多个分析功能的应用系统,例如能源管理系统(EM S)、电能量计量系统(Electric energy metering system)、配电管理系统(DMS)等。每个系统中可以包括多个应用,例如E M S包括SCADA、网络分析和调度员培训(DTS)等应用,DMS包括馈线自动化(FA)、地理信息系统(GIS)和负荷监控与管理(LCM)、静态安全分析等。

2.6 防误系统

运保中心调度的监控系统不对站端设备直接进行控制,所以该层不配置防误系统。

根据规范和文件要求,各作业部集控站及无人值班的6kV配电室配置集控防误系统,满足对整个石化供配电系统就地和远方的安全操作要求,实现对各个变电站的防误操作闭锁功能。

集控站防误系统由调度子站的防误工作站、操作票系统、集控模拟屏、电脑钥匙及安装在现场的各种防误锁具组成。

防误闭锁的主要对象是:6kV及以上电压等级的进线开关、分段开关、馈线开关、变压器开关、电容器开关等。

2.7 遥视系统

在运保中心调度、作业部调度/集控站、集控站及6 kV配电室/低压配电室安装遥视系统,实现对整个运保中心供配电系统的视频监控功能,满足对生产安全监视的要求。

集控站遥视系统的组成:集控站的视频工作站、视频服务器、摄像机、变电站/低压配电室的各种摄像机以及网络传输设备等。

集控站可对各受控站断路器的遥控操作进行视频监视,还可实时监视操作前后现场设备情况。在发生事故时,遥视自动启停录像设备,实现事故时图像的自动记忆,捕捉现场发生事故过程的相关记录,以获得分析事故所需的宝贵资料。遥视子系统可以同防火保安等设备相联系,并设有报警联动功能,真正实现变电站的无人值班。

2.8 变电所改造方案

对于已拥有比较完整的综保自动化系统的6k V配电室(具备数据远传功能),只需配置配电室到集控站的光纤通信设备即可。

对于有综保装置(综保装置具备联网功能),但未安装站端的远动通信装置的6kV配电室,需要配置1台或多台通信远动装置。配置数量可以按1台通信机8～24个RS-485口,每个RS-485接入8台综保装置来计算。

对于有综保装置,但综保装置不具备通信功能的6kV配电室,采用更新综保继电器方案。

对于开关柜仍使用传统保护继电器的6kV配电室,必须分阶段进行开关柜整体更新。

2.9 低压配电室改造方案

为完成对石化装置电动机等电气设备状态的监视,低压配电室电动机回路、馈线电源回路等需改造增加带联网功能的低压综合保护继电器装置。综保装置接入该配电室新增调度自动化系统的远动通信管理机,通过光纤收发器传到上级6kV变电所的远动通信管理机。

如果配电室的低压柜存在3种问题之一,需对低压开关柜进行更新:国家明令淘汰设备;设备老化、设备故障率高、无备件;不具有进行综保改造可行性的开关柜。

UPS、直流电源、变频器、软起动等设备,采用就近原则,连接最近配电室的远动通信管理机上传数据。

2.1 0 存在问题

(1)种类、型号各异的现场设备不一致的通信规约是建立和维护配电调度自动化系统的难点。因此,规范建立统一、开放的通信规约是配电调度自动化系统可靠、稳定运行的前提。

(2)电气系统发生故障时往往有多个变电所、多套保护同时启动。如果这些信息都往上传,集控站、调度系统将面临大量的数据信息涌入,不仅使通信速度大大降低,也不利于运行人员对事故的及时判断和处理。因此,必须设置传输优先级。将负荷开关的状态变化和电气系统的故障信号等重要的信息作为一级用户数据立即传输,并能暂时屏蔽传输非故障信息。优先、快速地传输故障状态信息,快速地完成故障识别,并快速地实现故障隔离和恢复供电。

(3)应充分认识到配电调度自动化系统的监控功能、防误功能、遥视功能之间的相互作用,可极大地提高操作的安全性和可靠性,防止人为因素造成的误操作的发生。不仅可以真正实现变配电室无人值守,也可以加快事故后恢复送电的速度。

(4)现阶段各作业部电气管理、运行检修班组人员配置是依据当前配电系统电气操控、巡检、维护的设备水平和技术水平确定的。为保证向“调度中心-集控站-无人(少人)值班变配电所”模式转变过程中,供配电系统的安全稳定可靠、现场服务的及时到位,各作业部要在不增加定员的基础上,结合石化企业现场定期巡检的特色,进一步落实集控站的班组设置和技术培训、人员定编方案,不能降低对生产装置电气设备的服务水平。

(5)“国家电网公司防止电气误操作安全管理规定”要求,各作业部集控站及6k V配电室必须配置集控防误系统。此项规定涉及相当数量的6kV配电室二次接线,这些配电室开关柜的二次线只能就地操作,不能满足远控和防误规定,必须加装就地/远方闭锁开关和防误装置。由于综保是由微机保护发展而来,因此相当数量的6kV配电室二次接线主要使用了综保的保护功能,对综保的遥控回路都没有接线。二次线只考虑配电室就地操作,开关柜上没有接地/远方闭锁开关。因此多数6kV配电室二次接线需要改造,应充分论证在用的综保之远动功能可靠性。

(6)目前运保中心所管理的6kV及以上配电室和低压配电室很多仍不具备接入调度自动化系统的条件。要制定分期、分步实施改造方案。

3 电动机运行状态监测系统规划及探讨

3.1 系统方案

电动机监测诊断系统应用先进的基于模型的检测诊断方法,用于三相交流电动机的预知性维修,只通过采集电机三相电压和电流数据就能够监测和诊断电机、连接到机器的设备、被驱动的泵或风机以及过程和负荷的故障和问题,包括各种电气和机械故障。它提供日益恶化的机器和过程状态的早期警告,提供诊断结论信息,并且还具有维修日程计划的能力,能够预防非计划停机和提高设备利用率,是一个自学习建模、自适应多种工况、自动发现和诊断故障、不依赖专家的智能状态监测和预测维修系统。

监测系统包括:电压互感器和电流互感器(已具备)、监测器、监测工作站、数据库服务器和系统软件等。

配电系统内现有6kV及以上电动机数百台,分布在数十个变电所。监测器安装在变配电室,分别安装在每个电动机开关柜内,或集中安装在一个监测柜内。各监测模块通过RS-485工业现场总线实现通信,用RS-485/232转换器连接到变配电室监测工作站,监测站PC连接公司局域网。数据库服务器设在公司信息中心,存储所有电动机的监测数据和诊断信息。运保中心各集控站设监测站。各监测站和服务器安装系统软件,用于监测和分析故障诊断结果。

3.2 系统功能

电气诊断功能:电机转子、定子、绕组问题。

机械诊断功能:负荷不平衡、不对中,连轴器和轴承问题。

电压及负荷监测功能:供电电源质量的数据,有功功率和无功功率可用于能量消耗估算;负荷变化报警。

软件主要功能:监测数据库管理;为专家提供设置、监测和分析工具;观察和显示来自监测器的实时数据和数据库的历史数据,数据可在TC P/IP网络上进行共享,通过局域或广域网可以进行远程监测和诊断。

显示功能:(1)连接到每个设备的状态汇总表,一览整个系统的监测情况。(2)每台设备的诊断表格,详细表示设备的健康状态,明确指示发生的故障和严重性程度。同时显示能量消耗的值(电压,电流,有功功率,无功功率和功率因数),以及电能质量(THD,谐波,电压不平衡和电流不平衡)信息。(3)可选择显示状态指示模型参数的趋势。(4)提供功率谱密度PSD图,专家用户可以更深入地解释故障,得到机械参数的频率并确定对应的故障,例如轴承、不平衡、松动等等。(5)可以在报警产生时通过e-mail自动发送报告。

3.3 存在问题

(1)故障的早期特征往往是细微的、短暂的、无规律的,只有通过在线监测设备才能捕捉并记录下来。但被监测对象的行为与特征在实际中的具体表征又形式复杂,需要结合人的经验进行推理判断。因此,既不能过分地依赖监测系统,也不能简单否定它的价值。只有做到“人与监测系统合一”才能充分发挥它的作用。

(2)设备的状态评估与故障诊断是一个复杂的分析推理过程。所得到的结论用于决定设备如何处理,尤其对关键主设备,处理方案直接关系到安全生产。如果决定推迟检修,能否保证推迟期间设备的安全;如果决定近期检修,又能否肯定解体后可以发现故障并能消除。实际中这些检修处理决定往往含有很大风险。

(3)状态监测实施中专业人员培训是十分重要的环节,而且还必须给培训过的状态监测人员技术成熟的锻炼时期。

(4)针对我国现有设备特点、测试系统、运行和检修方式,开发针对性强的系统与软硬件设备。

4 结语

采用配电调度自动化系统和电气设备运行状态监测等技术手段,提高配电系统的自动化程度和管理水平,及时发现设备的异常征兆、对故障进行诊断分析,并采取相应措施,把故障损失降低到最低水平,进而将目前实行的设备定期检修制过渡到更为合理的状态检修制,以实现整个配电系统的安全、稳定、经济运行,具有十分重要的意义。

孤网运行问题综述 篇2

孤网是孤立电网的简称,一般泛指脱离大电网的小容量电网。

电力建设规定曾有规定,电网中单机容量应小于电网总容量的8%,以保证当该机组发生甩负荷时,不影响电网的正常运行。例如20世纪60年代初期我国开发20万千瓦机组时,只有东北电网具有容纳该机组的能力。当时东北电网容量约为300万千瓦。

电网中的各机组,一般都有10%～15%的过载余量,如果电网中的机组调速系统都正常投入,一旦某机组发生甩负荷,并且该机组容量为电网总容量的8%,则电网所失去的功率可以暂时由网中其他机组转速下降12r/min,对供电质量的影响仍在运行规程规定范围内。

最大单机容量小于电网总容量的8%的电网,可以称为大电网。目前我国各大地区电网的机网容量比已经远小于8%,可以看作是无限大电网。

孤网运行突出的特点,是由负荷控制转变为频率控制,要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定特性和动态响应特性,以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。这就是通常所说的一次调频功能。运行人员关注的问题不再是负荷调整,而是调整孤网频率,使之维持在额定频率的附近。这用调整通过操作调速系统的给定机构完成,称为二次调频。由于孤网容量较小,其中旋转惯量储存的功能和锅炉群所具备的热力势能均较小,要求机组的调速系统具有更高的灵敏度,更小的迟缓率和更快的动态响应。

综上所述,为适应孤网运行要求,汽轮机的调速系统应具有下列特性。

①调速系统应采用有差调节,以实现一次调频;在小网中各机组调速系统应有相同的不等率,通常取为4.5%～5%,以适应负荷分配的需要。②对于单机带负荷机组,可增加无差二次调频,实现自动二次调频,其他情况下,二次调频应按调度要求,手动或自动实现。③一次调频的实施范围应涵盖油动机全行程。④调速系统的迟缓率应符合IEC规定,不得另设调频死区。⑤调速系统应具有良好的稳定性和动态响应特点。

2 DEH调频问题

20世纪80年代中期,我国引进了美国西屋公司的DEH技术,按照西屋公司的控制策略,当机组并往后,DEH即退出一次调频,按等负荷方式运行。电网的调频问题由网调去处理。这与我国习惯采用机械液压调速系统控制策略完全不同。机械液压调速系统能在机组负荷范围内参与一次调频,并能接受调度指令参加二次调频。电网中所有机组的调速系统都在正常投入状态,并且不能人为退出。虽然机械液压调速系统迟缓率略大,但在总体上保证了电网的安全运行。无论是大网、还是小网还是单机工况均能正常工作。

DEH控制为离散控制,其稳定性、快速线与连续性调节都有很大区别。在DEH实践中发现,DEH转速调节系统,稳定性远低于机械液压调速系统,这是由于离散控制系统存在采样失真和运算延迟,导致系统稳定性下降。只有将控制周期设定足够小其稳定性才能趋近于连续调节系统。

分析证明,现在各种DEH,其调速系统均不同程度地处于稳定性较差的状态。

由于调速系统的稳定性较差,在机组并网后,如果投入一次调频,便造成负荷波动大。许多人将这种现象解释为DEH太灵敏、抢负荷,所以设置调频死区,或干脆退出一次调频,回避了稳定性问题。这是一种不当的控制策略,其结果时DEH机组不参与调频。在大电网的情况下,少数机组不参加调频,对电网频率稳定性影响大,因而不为人们所重视,随着大机组进入主力,DEH不调频,对电网频率影响越来越大,尤其是发生在小网工况,往往因此造成网频大幅度波动,甚至导致停机或电网崩溃。

在孤网运行的情况下,网中的各机组必须参与一次调频,必须具有静态特性正确、稳定性好、动态响应快的调速系统,必须解决DEH参与一次调频的问题。这是DEH参与孤网运行的关键技术问题。

虽然机械液压调速系统迟缓率略大,但在总体上保证了电网的安全运行。无论是大网小网或单机运行工况,均能正常运行。因此机械液压调速系统的静态、动态性和控制策略,可以作为指导解决DEH调速系统一次调频问题的依据。

3 孤网运行策略

对于为孤网运行机组配套的DEH,建议采用下列控制策略。

3.1 一次调频特性

①调速不等率设置为5%。②调速系统迟缓率按IEC规定:15MW以下的机组,小于0.1%,150MW以上机组,小于0.06%。③不得再设置调频死区,设置调频死区等于增大迟缓率。④在油动机全行程范围内,均为一次调频范围。当电网周波低时,网中所有机组应尽其所能支持电网负荷,避免电网崩溃。因而不能人为限制油动机行程以限制一次调频范围。⑤调速系统应正常投入,不能人为切除。⑥DHE调速回路(一次调频)应设计成快速响应回路,其静态特性、稳定性和动态响应特性应符合一次调频的要求。⑦油动机时间常数小于0.3s,建议0.2s(注意:油动机时间常数是指小信号的响应时间,不是快关时间)。⑧在安排小网运行方式时,应考虑留有一定的旋转备用容量,以支持一次调频功能的发挥。

3.2 二次调频

①对于小网运行,二次调频应由网调执行,可以采用自动或人工方式,调整网中各机调速系统的给定机构。②对于单机带负荷或带厂用电工况,可采用无差调节方式实现自动二次调频。

3.3 OPC方式

①建议采用加速度信号作为OPC的启动判据。②取消103%no判据。③仍可保留油开关跳闸信号,该信号代表功率负荷的平衡,与加速度判据等价。④不建议采用负荷功率不平衡判据,原因是电负荷传感器延时和调节级压力测量延时,判据动作延时。

4 结论

①孤网运行的关键是如何维持网频稳定。②维持网频稳定的关键时调速系统的一次调频能力。③DEH一次调频的关键是如何解决离散控制系统的采样失真和运算延迟问题,即稳定性和动态响应问题。

摘要：在目前的形势下,孤网运行技术研究仍然具有重要意义和现实意义。简述了孤网运行的概念,探讨DEH调频问题,提出孤网运行策略。

辊道运行监测装置 篇3

目前工件镀铬装置使用槽镀式居多, 镀铬时工件不移动。河南济源中原特殊钢股份有限公司机加厂所使用的是无污染及环保型连续行进式镀铬设备, 通过辊道使工件边移动边进行镀铬。辊道运行由MICROMASTER440型变频器驱动。运行速度通过接于变频器模拟给定端的外接电位器调节。当变频器受到电磁干扰或调速电位器接触不良时, 辊道运行会停止。在实际工作中, 由于辊道运行速度仅1~1.5m/h。一旦辊道停止运行, 短时内很难被发现。若轨道停止运行超过一定时间, 被镀工件将会出现镀层超差、镀层起皮等现象。造成严重质量问题, 为此研发了辊道运行监测装置。

图1是该装置控制电路图。装置采用集成运算放大器作比较器, 比较器的反向输入端接一比较电压, 电压由电位器RP调节。比较器正向输入端与信号隔离变送器输出端相接。信号隔离变送器输入端与变频器模拟输出端相接。变频器工作时输出0~20mA模拟电流信号, 经变送器转为0~10V电压信号加于比较器正向输入端, 通过电阻R2、R3和稳压管V1稳压后加于放大管V2基极 (图1a) 。设备开始工作时, 先启动变频器, 其内部继电器吸合, 继电器的常开触点K闭合 (图1b) , 延时继电器JS吸合, 经延时其延时闭合触点闭合, 为辊道运行出现自动停止现象时做好发出警示信号准备。正常工作时变频器的工作频率>5Hz。此时信号隔离变送器的输出电压>1V, 当将辊道电机工作频率调至5Hz时, 信号隔离变送器输出电压为1V。将比较器反向输入端设定的标准比较电压调至1V以内 (如0.8V) 。使设备正常工作时不产生警示信号。即比较器正向输入端电压大于反向输入端设定的比较电压, 比较器输出为一高电平, 使放大管V2饱和导通, 其集电极继电器J吸合, J的常闭触点断开, 报警器无警示。当变频器受到电磁干扰或调速电位器接触不良时, 变频器频率下降为0Hz, 此时信号隔离变送器输出电压也降为0V, 比较器正向输入端电压低于反向输入端设定的比较电压, 比较器输出就由高电平转为低电平。放大管V2也由饱和导通变为截止, 其集电极继电器J失电。J常闭触点闭合, 由此控制的中间继电器KA吸合, 其常开触点闭合, 使报警器发出报警信号, 警示操作人员辊道以停止运行。操作人员看到警示信号, 即刻对辊道运行进行调整, 这样就可避免被镀工件因辊道自行停止造成质量问题。

该装置使用一年多来效果显著, 彻底消除了因辊道工作不正常产生的产品质量问题。

网运行监测 篇4

关键词：微网,经济运行,运行调度模式,调度策略,遗传算法,热电联产,网架结构,模型

0 引言

微网[1,2,3]将各种分布式电源、负荷、储能单元及控制装置等结合在一起,形成一个单一可控的单元,向用户同时提供电能和热能,实现热电联产CHP(Combined Heat and Power)。微网已经成为智能电网中管理分布式能源的一种有效技术手段,针对微网的运行控制等方面已开展了广泛的研究[4,5,6,7]。

目前对微网系统的经济运行与优化调度的研究主要集中于分布式电源、负荷及储能装置等都集中接于同一母线的简化微网结构。文献[8]针对由风、光、储、燃料电池、余热锅炉及热/电负荷等构成的热电联产型微网系统,在微网可以与外网自由双向交换功率的调度模式下,建立了经济运行优化模型;文献[9]给出了供电、供热、供气一体化的微网结构,在考虑温室气体、污染物排放约束以及微网与外网可以自由双向交换功率的基础上,实现热、电、气各种能源的综合优化;国内学者刘小平、丁明等针对微网运行中各种不确定性因素的影响,在微网不可以向外网倒送功率的基础上,提出了基于机会约束规划的微网系统动态经济调度模型[10];文献[11]在微网可以从外网吸收功率、但不可以向外网输出功率的运行调度模式下,讨论了不同电力市场方案对经济调度的影响。但是,这些研究很少针对具体的网架进行经济调度,一般只考虑系统的有功平衡,较少考虑无功的影响,也并未考虑同时优化调度微源的有功和无功出力;另一方面,相应的约束条件过于简化,对微网联络线交换功率、旋转备用、储能元件充放电等指标与约束条件很少考虑。

本文以一个包含光伏PV(Photo Voltaic)、风机WT(Wind Turbine)、微型燃气轮机MT(Micro Turbine)、燃料电池FC(Fuel Cell)、蓄电池SB(Storage Battery)及热电负荷的微网为对象,建立热电联供型微网经济运行模型,在考虑FC、SB的同时输出有功和无功,并在满足能量供需平衡、电能质量和SB充放电深度等约束条件的基础上,运用改进遗传算法优化了考虑实时电价的并网运行方式下各微源的有功、无功出力,并对比分析了微网与外网交互功率的约束及不同运行调度模式对经济调度的影响。

1 微网系统运行优化模型

在单位时间间隔Δt内,本文作如下假设:微源的有功和无功出力恒定;热、电负荷需求恒定;微网与主网间的交互功率恒定且交互电价维持恒定。对于Δt选取不同的值,以下所建立的优化模型都适用,本文取Δt为1 h来分析。

1.1 微源建模

1.1.1 MT模型

含MT的热电联产系统的数学模型:

其中,QMT(t)为t时刻MT排气余热量;ηe(t)为t时刻MT的发电效率;η1为MT散热损失系数;Pe(t)为t时刻MT输出的电功率;Qhe(t)为t时刻MT烟气余热提供的制热量;Khe为溴冷机的制热系数;VMT为MT消耗的天然气量;Δt为MT的运行时间;L为天然气低热热值,取9.7 k W·h/m3。

MT的燃料成本计算式为:

其中,Cn1为天然气价格,本文取为2.5元/m3。

本文算例基于Capstone公司的C65型MT,其ηe(t)与Pe(t)的函数参见文献[12]。

1.1.2 FC模型

FC发电过程中的燃料消耗费用计算公式如下:

其中,PFC(t)、ηFC(t)分别为t时刻FC的输出功率与总效率。

本文算例基于质子交换膜FC(40 k W IFC PC-29),其ηFC(t)与PFC(t)的函数参见文献[12]。

1.1.3 SB模型

SB[13]在t时刻的剩余电量与SB在t-1时刻的剩余电量、t-1时刻到t时刻SB的充放电量和电量衰减量有关。

设SB在t时刻的充放电功率为PSB(t),放电时,PSB(t)≥0,t时刻的剩余容量为:

SB充电时,PSB(t)≤0,t时刻的剩余容量为:

其中,SOC(t)为t时刻SB的剩余容量;ηC、ηD分别为充、放电效率;DB为SB单位时间间隔的自放电比例;QBS为SB的总容量。

PV的出力模型参见文献[14-15],WT的出力模型参见文献[16]。

1.2 目标函数

本文未考虑微源的运行状态变化快等特点,仍采用常规的日前调度模型[17],目标函数为微网一天内由发电成本(包括燃料成本、投资折旧成本、运行维护成本)、污染排放物对环境的影响成本、微网与外网的交互成本以及热电联产系统的制热收益所构成的综合成本[18,19,20,21]最低。

其中,Cf(t)、CDP(t)、COM(t)、Ce(t)分别为t时刻各微源的燃料成本、投资折旧成本、运行维护成本、环境成本总和;Cgrid为微网与外网的交互成本;Csh为热电联产系统的制热收益;Fi为第i个微源的燃料成本函数;Pi(t)为第i个微源t时刻的有功出力;n为微源的个数;Caz,i为第i个微源的单位容量安装成本;ki为第i个微源的容量因数,ki=第i个微源的年发电量/(8760×该微源的额定功率);r为年利率;ni为第i个微源的投资偿还期;KOM,i为第i个微源的单位电量运行维护成本系数;Ve j为第j项污染物的环境价值;Vj为第j项污染物所受罚款;Qij为第i个微电源单位电量的第j项污染物排放量;m为污染物的种类;CP(t)、CS(t)分别为t时刻微网向外网的购电电价和售电电价;CGP(t)、CSP(t)分别为t时刻微网向外网的购电量和售电量;Qhe为热电联产系统的制热量;Kph为单位制热量的售价。

1.3 约束条件

a.潮流约束。

其中,Pfs、Qfs分别为节点f(f=1,2,…,h)给定的有功和无功功率值,h为系统节点数;Gfg、Bfg、θfg分别为节点f和节点g之间的导纳和相角差;gf表示与节点f相连的节点。

b.运行电压约束。

其中,Uf,min、Uf,max分别为节点f上运行电压的最小、最大值。

c.PV、WT和MT的有功出力约束。

其中,Pi,min、Pi,max分别为第i个微源有功功率的最小、最大值。

d.MT爬坡率约束[22]。

增负荷时:

减负荷时:

其中,Rup,MT、Rdown,MT分别为MT增加和降低有功功率的限值。

e.微网与外网允许交互的传输功率约束。

其中,PGrid,min、PGrid,max、QGrid,min、QGrid,max分别为微网与外网允许交互传输的最小、最大有功功率和最小、最大无功功率;cosφ为联络线传输功率的功率因数;c为联络线传输功率的功率因数限值。

式(19)—(21)表明将微网作为外部电网的一个“可控负荷”,保证联络线与微网交互传输的功率保持在一定的范围,且具有较高的功率因数,确保了联络线传输功率的安全性且更符合供电公司对接入微网的要求。

f.SB运行约束。

其中,PSB,max、PSB,min分别为SB的最大和最小有功功率;Sinv,SB为SB逆变器的容量;PSB(t)、QSB(t)分别为t时刻SB交流侧的充放电有功功率和无功功率;SOCmin、SOCmax分别为SB的最小和最大剩余容量。

从式(24)可以看出,SB的无功出力仅受逆变器容量的限制,与设备本身的容量无关[23]。

g.FC运行约束。

其中,PFC,min、PFC,max分别为FC有功功率的最小、最大值;PFC(t)、QFC(t)分别为t时刻FC交流侧的有功功率和无功功率;Sinv,FC为FC逆变器的容量。

式(23)、(24)及(27)、(28)表明SB和FC逆变器的容量优先分配给有功出力。

h.旋转备用约束。

其中,PD(t)、Ploss(t)、RD(t)分别为t时刻微网系统的总负荷、总网损和所需备用容量。

微源和外网的无功出力影响系统的网损,而网损与系统总有功负荷之和与微源和外网的总有功出力相等,从而无功出力影响了微源和外网的有功出力,进而影响各项成本。从式(24)、(28)可看出,微源的有功出力又影响其无功出力的变化范围,故本文模型是在有功与无功相互影响的基础上优化求解的。

1.4 系统运行调度模式

微网经济调度模型需要基于一种确定的运行调度模式进行优化,本文根据微网与外网间的能量交互方式及微网内分布式电源是否享受优先调度权,将微网与外网间的交互运行分为以下3种典型的调度模式[24]。

(1)模式1:优先利用微源来满足微网内的负荷需求,若存在功率缺额,可以从外网吸收功率,但不可以向外网输出功率。调度策略为:

a.由于PV和WT发电具有不可控性,且作为可再生能源不直接消耗燃料,不污染环境,故优先利用其出力,跟踪控制最大功率输出;

b.为使热电联产系统运行效率最高,其采用“以热定电”的方式,由热负荷确定MT的有功出力;

c.当WT、PV和MT的有功出力超过微网电负荷和网损时,超出的部分给SB充电,同时监视SB的充放电状态,当SB充满时依次切除部分发电成本较高的PV或WT;

d.当WT、PV和MT的有功出力无法满足微网电负荷和网损时,首先令SB输出有功,同时检测SB的充放电状态;

e.若SB在出力范围内无法确保微网安全可靠运行(在不切负荷的基础上,微网能在满足所有约束条件下运行),则优先调用FC的有功出力,若在FC出力范围内仍无法满足微网安全可靠运行,则再从外网购电。

(2)模式2:微源与外网共同参与系统的运行优化,但仍只可以从外网吸收功率,不可以倒送功率。调度策略为:

a.前4条调度策略同模式1;

b.若SB在出力范围内无法确保微网安全可靠运行,则比较FC的发电成本与购电成本,若FC的发电成本高于电价,则FC不发有功,微网从外网购电,此时若在联络线交换功率范围内仍无法满足微网安全可靠运行,则再调度FC发有功来满足微网安全可靠运行需求;

c.反之,若FC的发电成本低于电价,微网优先调用FC的有功出力,若在FC出力范围内仍无法满足微网安全可靠运行,则再从外网购电。

(3)模式3:微网可与外网自由双向交换功率,谷时电价较低不向外网售电,峰时电价较高,微网在安全可靠运行的基础上,可向外网售电。调度策略为:

a.前2条调度策略同模式1;

b.当WT、PV和MT的有功出力超过微网电负荷和网损时,超出的部分在峰时向外网出售,在谷时向SB充电(峰时电价高,谷时电价低,而SB的储能有限,采用此运行策略能取得更好的经济效益),若SB充满则向外网售电,此时若FC发电成本低于电价,可在容量范围内增加出力向外网售电来获益;

c.当WT、PV和MT的有功出力无法满足微网电负荷和网损时,首先令SB输出有功,同时监视SB的充放电状态;

d.若SB在出力范围内可满足微网安全可靠运行,若在峰时可考虑增加SB的有功功率向外网售电,否则维持原出力;

e.若SB在出力范围内无法确保微网安全可靠运行,则再比较FC的发电成本与购电成本,若FC的发电成本高于电价,则FC不发有功,微网从外网购电,此时若在联络线交换功率范围内仍无法满足微网安全可靠运行,则再调度FC发有功来满足微网安全可靠运行需求;

f.反之,若FC的发电成本低于电价,微网优先调用FC的有功出力,若FC在出力范围内能满足微网安全可靠运行,可继续增加FC的有功出力向外网售电来获取收益,此时若在FC出力范围内仍无法满足微网安全可靠运行,则再从外网购电。

本文所提的经济调度策略与国家节能减排的政策相符,在满足节能环保调度的基础上,实现微网的经济效益最好。本文利用经济调度策略确定各微源的出力以及外网和微网之间传输功率的运行状态(即确定有功出力的状态变量),与下述改进遗传算法相结合,共同对模型进行优化求解。

2 模型求解算法

遗传算法是一种基于自然选择和基因遗传学原理的随机并行搜索算法,是一种寻求全局最优解而不需要任何初始化信息的高效优化算法。遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法性能的关键,Pc越大,新个体产生的速度越快,然而Pc过大时遗传模式被破坏的可能性越大,Pc过小,会使得搜索过程缓慢。对于变异概率Pm,Pm过小,不容易产生新的个体结构,而Pm过大,遗传算法变成了纯粹的随机搜索算法。M.Srinvivas等提出了一种自适应算法,Pc和Pm能随适应度自动改变,但此算法对个体适应度接近或等于最大适应度时,Pc和Pm接近或等于0,这对进化初期是不利的,使得进化初期的优良个体处在一种不发生变化的状态,导致进化走向局部最优解的可能性增加[25]。本文对Pc和Pm做如下改进:

其中,fmax、fmin和favg分别为种群中的最大、最小和平均适应度;f′为要交叉的两个体中较大的适应度。取Pc1=0.85、Pc2=0.5、Pc3=0.2、Pm1=0.09、Pm2=0.05、Pm3=0.01。

改进算法使群体中最大适应度个体的Pc和Pm不为0,分别提高到Pc3和Pm3,使优良个体不处于一种停滞状态,从而使算法跳出局部最优解。而当个体的适应度小于平均适应度时,适应度值比较集中,容易陷入局部最优解,此时改进算法增大了Pc和Pm,从而增加了种群的多样性。

本文运用改进自适应遗传算法并采取轮盘赌选择、多点交叉和多点变异来求解以下算例。群体规模为30,迭代次数为300。由于遗传算法属于启发式优化算法,本身具有随机性,每次优化会有不同的结果,故下文结果均是重复计算20次得到的平均值。

3 算例分析

3.1 微网系统结构

本文在文献[26]中微网结构图的基础上进行了相应的改动,如图1所示。

图1中,电负荷1为居民负荷,最大有功功率为15 k W;电负荷2为商业负荷,最大有功功率为30 k W;电负荷3为工业负荷,最大有功功率为2×15 k W,属于可中断负荷;电负荷4为工业负荷,最大有功功率为40 k W。3种负荷的功率因数都取0.85。考虑到配网辐射状的网络结构与低压线路参数的特点,取线路电阻R=0.64Ω/km,X=0.1Ω/km。

3.2 基础数据

本文中制热收益取为0.1元/(k W·h)[12];电压允许偏差为-5%~+5%;微网与外网传输的有功和无功功率上、下限分别为50 k W、-50 k W和30.987 kvar、-30.987 kvar(外网向微网注入功率为正,反之为负),联络线传输功率的功率因数限值为0.85;SB逆变器的容量为60 k V·A,SB的最大、最小剩余容量和初始容量分别为100%、30%、70%的额定容量,其额定容量为900 k W·h;FC逆变器的容量为40 k V·A;峰时为09:00—24:00,谷时为01:00—08:00。各微源的相关信息如表1所示,WT出力、PV出力、热负荷、由热负荷求出的MT有功出力曲线以及3种性质电负荷的日负荷曲线(与该日最大电负荷百分比)如图2所示。实时电价参见文献[24],各微源污染物排放数据、污染物价值标准、罚款等级参见文献[21]。

3.3 优化结果

本文假设各时段微网不能仅与外网交互传输无功功率,且MT不提供无功出力。

3.3.1 考虑/不考虑联络线功率的功率因数限制对比

并网运行时,由于节点1连接配网,潮流计算时将其看成平衡节点,同时取它的电压作为微网的参考电压,MT、FC和SB都采用功率(PQ)控制。微网运行调度采用模式2时,不考虑联络线传输功率的功率因数限制(即式(21))的有功优化结果如图3所示,无功优化结果如图4所示;考虑联络线传输功率的功率因数限制的有功优化结果如图5所示,无功优化结果如图6所示,其中有功缺额=总有功负荷-PV有功出力-WT有功出力-MT有功出力,无功缺额=总无功负荷。

从图3可以看出,采用调度模式2时,能量只能由外网系统向微网系统传输,微网内部的电源与外网共同参与系统的优化运行。17:00之前微网的有功缺额主要由SB提供,当17:00时SB剩余电量到达下限后,系统的有功缺额主要由外网来提供,联络线传输功率主要起到了调峰的作用,FC仅在发电成本低于购电电价时才提供有功出力。

从图4可以看出,SB和FC在优先满足有功需求基础上所提供的无功,配合联络线无功来满足微网的无功需求。微网负荷较轻的时段(01:00—07:00和23:00—24:00),微网系统的无功需求主要由SB来提供,而其他时段主要由FC和外网来提供。

微网运行调度采用模式2且不考虑式(21)的约束时,一天内SB只需充电2次、放电1次,延长了SB的使用寿命。一天内联络线传输功率的最低功率因数为0.000377,综合成本为1323.7元。

微网运行调度采用模式2时,考虑式(21)约束与不考虑式(21)约束时,各微源的有功出力及外网提供的有功出力具有相似的规律。

从图6可以看出,在微网负荷较轻时段(01:00—07:00和23:00—24:00),系统的无功需求主要由SB来提供,而其他时段主要由SB和FC共同提供,微网只从外网吸收较少的无功,且外网向微网传输功率的功率因数较高,与微网作为一个可控负荷接入配网,配网对负荷电能质量的要求相符。

微网在采用模式2且考虑式(21)约束时,一天内SB需充电2次、放电1次,各时段联络线传输功率的功率因数都不低于0.85,综合成本为1344.1元。

微网运行调度采用模式2时,不考虑式(21)相比于考虑式(21)更有经济优势,但联络线传输功率的功率因数较差,与微网作为一个可控负荷接入配网,配网对负荷电能质量的要求不符。

3.3.2 系统运行时采用不同调度模式对比

在考虑式(21)的约束下,微网运行调度采用模式1时有功优化结果如图7所示,无功优化结果如图8所示;微网运行调度采用模式3时有功优化结果如图9所示,无功优化结果如图10所示。

从图7可以看出,采用调度模式1时,能量只能由外网向微网系统传输,当微网中存在有功缺额时,优先调用微源的出力,当所有微源的出力范围内仍无法满足微网安全可靠运行时才向外网购电。17:00之前微网的有功缺额主要由SB提供,当17:00时SB剩余电量到达下限后,有功缺额主要由FC来提供,FC在这里主要起到了调峰的作用,微网只在仅由内部电源无法满足微网安全可靠运行的时段(13:00—14:00)才向外网购电。

从图8可以看出,在微网负荷较轻时段(01:00—07:00和23:00—24:00),系统的无功需求主要由SB来提供,而其他时段主要由SB和FC共同提供,微网只在仅由内部电源无法满足微网安全可靠运行的时段(13:00—14:00)才向外网吸取少量的无功,且外网向微网传输功率的功率因数较高。

从图9可以看出,采用调度模式3时,能量在微网系统与外网系统间可双向自由交互,峰时微源在满足微网安全可靠运行的基础上,在出力范围内可增加出力向外网售电来获益。17:00之前微网系统的有功缺额主要由SB来提供,当17:00时SB剩余电量到达下限后,有功缺额主要由外网来提供,FC只在发电成本低于电价的时段(14:00)才提供有功出力。

从图10可看出,在微网负荷较轻时段(01:00—07:00),系统的无功需求主要由SB来提供,而其他时段主要由SB和FC共同提供,微网仅在峰时段才向外网吸取少量的无功,且外网向微网传输功率的功率因数较高。

对比负荷需求全部由外网系统提供的模式,在满足微网与外网交互功率约束的基础上,采用上述3种调度模式所需费用对比情况如下:外网供电、调度模式1、调度模式2、调度模式3所需费用分别为995.889、1 404、1 344.1、1 317.8元。可以看出,微网系统相比于外网供电模式在经济上不占优势,但微网提高了用户的供电可靠性和供电质量,有效利用了可再生能源,提高了环境效益。对比微网运行调度分别采用模式1、2、3,可知:采用模式3时,在满足微网安全可靠运行的基础上,微网在峰时利用成本较低的分布式电源可向外网售电来获取收益,较之采用模式1和模式2,使微网系统的经济效益有所提高;采用模式2时,在电价低于微源发电成本的时段,可优先从外网购电来满足微网功率缺额,较之采用模式1,使微网更具有经济优势。

4 结论

本文建立了考虑微源同时提供有功和无功出力并计及制热收益的热电联产型微网系统经济调度模型,以一个包含WT、PV、SB、MT、FC以及热/电负荷的具体微网为例,提出了不同运行调度模式下的经济调度策略,运用改进遗传算法优化了考虑实时电价的并网运行方式下各微源的有功、无功出力,并对比分析了微网与外网交互功率的约束以及不同运行调度模式对微网经济调度的影响,验证了所提模型和算法的有效性。

刍议如何优化智能配电网运行 篇5

1 智能配电网功能要求及运行方式优化流程

1.1 智能配电网功能要求

(1) 基于通信角度, 智能配电网需具备依据开放式通信架构和统一技术标准构建的双向、高速、集成通信网络设备, 以确保信息流、电力流及业务流的优化配合;

(2) 基于网架结构角度, 智能配电网需具备有较高灵活性和可靠性分布局、分层的拓扑结构, 以符合系统调控、运行通信、故障维护的规定;

(3) 基于软件组成角度, 智能配电网应是可进行多平台运行的整体系统, 高度集成DMS、DA、SCADA、DMS, 以同时满足用户使用便利和配电系统工作安全的要求;

(4) 基于运行调控角度, 智能配电网不仅需具备实时智能调节、系统监控、优化运行、故障预测的功能, 且应具备在异常运行状态下的快速恢复、维护校正、预防检修的功能[1]。

1.2 智能配电网运行状态体现

配电网具有检修状态、故障状态、正常运行三种状态, 所以其运行方式优化也应包含此三个方面。在配电网正常工作过程中, 利用分段开关和联络开关的分合闸状态可对网络拓扑结构进行调整, 由此调节网络中的功率流, 实现配电网运行的整体指标的改善。在故障和检修状态下, 配电网运行优化通常是对非检修部分及区域进行快速供电, 并确保整体电网运行的安全性。

可利用配电网运行方式不同综合评价指标的组合来区别不同条件下的运行优化。因在不同条件状态下, 配电网优化运行会存在不同的着重点, 而层次分析法内的各指标属性权重可挑选各类值以表现不同指标在评价体系中的权重, 以实现不同状态不同侧重的优化。不同指标在不同条件状态下的属性权重, 可依据相关工作经验由技术人员实施不同程度调整, 进而满足不同条件下的优化运行需求。

2 基于遗传算法的智能配电网优化

遗传算法是一种以进化理论和生物理论为基础扩展出的随机统计理论, 在遗传算法求解时, 先计算预先选择的初始变量群, 并采用逐次递进的计算模式找出最优解, 直到获得可信度较高的结果为止。其计算公式为:

其中, Psi表示初始变量被选中的概率, 表示的是个体i的适应度站群体适应度的百分比, 当适应值越高时, 其被挑选出的概率也会越高[2]。

(1) 对于智能配电网优化运行的遗传算法, 通常将智能配电网的整体评价分数当作算法的目标函数, 也就是G (i) 。同时对各个选择的运行指标进行分别计算, 以得出不同运行指标所表征的配电网运行模式及状态。在采用层次分析法统计时, 通常将指标B1线路的负荷转移性能当作最大最优化指标, 其他指标则被选定作为最小最优化指标。如果对指标B1实行倒数转换, 可变化成为最小最优化指标。所以智能配电网的综合评价分数函数G (i) 属于一种最小最优函数, 且其计算值在0~1范围内。而各指标间的适应函数Fit (i) =1-G (i) , 也就是当指标具有较高的适应度时, 其相应的综合指标评分函数也就越低, 表明配电网运行方式越优良。

(2) 对于智能配电网优化运行的遗传算法, 一般采用精英算法对计算结果值实施筛选。实际计算时, 一般选用适应度函数高于选定的某特征值的方式来寻找最优解, 要求在限定的遗传算法中, 若适应函数值满足选定特征值后, 就应把此结果的初始指标当作评分函数的最优解。如果在限定的遗传代数计算内未能找出最优解, 则应使用遗传代数计算中末代最优个体当作算法最优解。选用精英保留策略算法, 可大幅度提高获取层次分析法内智能配电网最优解的效率。

(3) 对于智能配电网优化运行的遗传算法, 通常要求初始变量均属于有效解, 且需要保持足够的多样性, 以优化遗传算法的搜索起点。为满足此种保准, 可基于初始网络变化形成个体, 以构建初始化第一代个体。起初采用初始网络编码组成第一条个体;随后以第一条个体为基础将任意一个联络开关闭合, 同时在联络开关对应的回路上任意开启一个原有的分段开关, 重新组成环网结构开环运行。由此可继续将任意两个联络开关闭合, 开启对应环路上的分段开关;将任意三个联络开关闭合, 开启对应环路上的分段开关。最后在初始网络基础上组成有效数量的个体, 构建遗传算法第一代初始化变量个体。

(4) 对于智能配电网优化运行的遗传算法, 可采用两种方式处理不可行解:一种是修复策略, 修补染色体是采用修复算法将不可行染色体转换成可行染色体, 修复后的染色体可重新进入到初始变量中;另一种是拒绝策略, 该策略是将进化过程中所有不可行染色体放弃, 此为遗传算法的普遍操作方法[3]。

相对智能配电网而言, 在某种电网运行状态下, 不同线路及设备间的工作状态及组合方式都各不相同。所以, 对于各种运行状态, 选用基于层次分析法的智能配电网遗传算法可有效优化综合指标, 并可校验改善获得指标, 进而为相关技术人员开展科学操作提供支持。

3 结束语

智能配电网的优化运行水平将直接关系配电系统的运行质量及效益, 因此, 相关技术与研究人员应加强有关智能配电网优化运行研究, 总结智能配电网优化运行措施及关键操作要点, 以逐步提升配电网智能化水平。

摘要：作为电力系统的关键组成部分, 智能配电网的应用对于确保电力网络的正常运行具有重要作用。本文首先介绍了智能配电网的功能要求及运行状态体现, 然后具体探讨了基于遗传算法的智能配电网优化, 以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词：优化,智能配电网,运行

参考文献

[1]都健刚.典型接线方式下智能配电网自愈功能实施的探讨[J].四川电力技术, 2009, 13 (14) :74-75.

[2]杨滨.配电网运行方式优化方法研究[D].上海交通大学, 2009, 05 (35) :57-58.

无线传感网技术的能耗监测应用 篇6

WSN在建筑能耗监测中的适用性

建筑能耗监测平台的组网总体结构图如图1所示, 在系统的数据采集端采用WSN技术进行组网。整个WSN网络由若干个终端采集器以及一个汇聚采集器构成。通常将WSN的终端采集器称为采集节点, 将汇聚采集器成为汇聚节点。采集节点负责数据的采集和传送, 以及根据汇聚节点的控制命令设置相应的工作模式等;汇聚节点是网络的中心, 起到协调器和网关节点的作用, 汇聚节点负责整个区域网络的维护与数据的汇集, 再将数据通过Internet/GSM/CDMA上传到上级数据中心或中转站。系统最大特点就是基于WSN技术进行信息采集, 利用WSN节点与电表等与用能设备连接, 通过无线自组网方式自动采集分散在各处的电、水、气、冷热量等实时数据, 使用户随时监测现场耗能设备的运行数据, 为今后实施节能反馈控制系统的研发提供基础, 以达到优化能源供应、提高能源管理水平、提高能源利用效益、减少能源损耗、节约能源成本的目的。

基于WSN技术的建筑能耗监测系统属于WSN与节能的交叉领域, 以WSN和计算机信息处理为技术核心, 建设先进、功能强大的信息采集处理平台。该系统适用于各种既有和新建建筑, 系统组网方便, 不占空间, 无需综合布线施工, 项目实施快速方便。

在各种无线传感网技术中, Zig Bee的自组网能力以及高容量特性使其非常适合建筑能耗监测系统的应用, 在节点分散、数量众多、低速率传输的能耗监测采集端建设中, 有明显的优势, 是当前最适合建筑能耗监测系统数据传输的技术。

除了组网方便、安全、可靠, Zig Bee还有低传输速率、低功耗、高容量、低成本等特点。Zig Bee非常适合有大量终端设备的网络, 如能耗监测、楼宇自动化等场合。

自组网过程

对某个能耗监测区域而言, WSN网络包含一个Zig Bee汇聚节点和若干Zig Bee采集节点。汇聚节点在通信状态下, 每隔一段时间发送一次时标帧, 在汇聚节点通信范围内的采集节点在侦听状态下侦听到汇聚节点发送的时标帧, 确定汇聚节点为目标父节点, 并在下面的接入状态向目标父节点发送接入请求之后组成一个WSN网络。已经接入网络的节点通过转发时标帧, 向周围节点表明自己的存在, 其他未入网的节点在侦听状态下, 发现已经入网的节点并作为自身的目标父节点, 然后在接入状态下通过这些最先加入网络的节点作为中继加入网络。依次类推, 若干的Zig Bee采集节点和一个Zig Bee汇聚节点构成了WSN网络。为了延长网络生存时间, 降低节点功耗, 所有节点都会定时进入休眠阶段, 关闭射频收发器, 保持超低功耗工作, 最大限度地节省节点能量, 在定时器到期后节点被唤醒恢复正常工作状态并开启射频收发器。WSN网络中的所有节点定时在通信阶段和休眠阶段交替工作, 以保证网络的生存时间要求和通信要求。各WSN网络数据再通过无线网由将采集数据推送到数据中心进行分析处理。

WSN实施优势

内网组网灵活, 可随时增加或减少传感节点;

无需综合布线, 减少工程量与布线成本、提高安装速度;

与多种通信主干网融合, 方便用户实现远程监控;

WSN端机体积小、功耗低, 价格低;

根据WSN协议自动组成通讯内部网络;

系统易于维护, 任意节点的故障不会影响系统工作;

具有本地数据存储功能, 确保数据完整性;

减少建立建筑能耗及环境监测系统所带来的施工量以及综合布线对环境的影响, 减少投资和工期, 特别适用于既有建筑和设施。

设备改造方式

如果用户已有电表、水表等, 且带有485口, 则可直接接入采集器, 如已有仪表不支持485口, 则需要改造和更换设备。每户的总表最后统一为带485口的多功能表, 外接带无线传感模块的采集器, 可以每15分钟上送一次电量、电压、电流、功率因素等数据。数据采集频率可根据具体需要灵活设置, 数据采集频率可在15分钟/次到1小时/次之间调整。

设备改造的原则:在一定投资成本和不改动已有配电线路的前提下, 以最大程度地获得能耗公示需求数据为目标, 在既有配电支路上无拆换、无干扰方式安装。

WSN与通信网的融合应用

在节点分散且数量众多、需要低速率传输的组网要求下, 运用Zig Bee技术应是最佳解决之道。

配电网的经济运行管理 篇7

1 配电变压器的经济运行管理

由于配电变压器数量多, 其损耗在农网线损中所占的比例很高, 加强配电变压器的经济运行管理是重要措施之一。

(1) 在规划建设阶段科学、合理地选择配电变压器容量, 淘汰高能耗配电变压器, 推广使用节能型配电变压器和调容配电变压器。

(2) 运行中及时根据负荷的变化情况, 对长期轻载运行的配电变压器进行调整、更换, 避免出现“大马拉小车”的现象。

(3) 安装子、母变压器的台区, 应经过计算绘制子、母变压器经济运行曲线, 并根据实际负荷情况及时调整其运行方式。

(4) 对排灌用电等季节性较强的负荷装设专用配电变压器, 并建立相关的管理、考核制度, 及时停用空载配电变压器。

2 配电变压器低压三相负荷不平衡的管理

由于农村低压电网存在大量的单相负荷, 造成配电变压器低压侧三相负荷不平衡的现象比较普遍, 它不仅增加了配电变压器及低压线路上的损耗, 还给配电网的安全运行带来了隐患。因此, 县供电企业应将配电变压器低压三相负荷平衡管理作为低压电网一项重要的技术性措施常抓不懈, 要建立制度、强化考核, 使之成为供电所和农电工一项经常性、自觉性的工作。

(1) 一般要求配电变压器三相负荷不平衡率不大于15%, 只带少量单相负荷的三相配电变压器, 中性线电流不应超过额定电流的25%。

(2) 低压三相负荷调整平衡时段的选取应以晚上灯峰期间三相负荷平衡为基准, 兼顾其他时段;调整平衡的思路是, 从负荷侧平衡着手, 尽量从低压线路末端做起, 从而保证主干线和出线端的平衡。

(3) 在运行中要经常测量配电变压器出线端和一些主干线三相负荷电流及中性线电流, 尽量使三相负荷调整平衡, 可采用配电监测仪掌握配电变压器低压负荷运行情况。

3 配电网的无功补偿装置运行管理

配电网无功补偿包括10 (6) kV线路分散补偿、配电变压器随器补偿及就地补偿3种方式。过去无功补偿的重点放在了配电线路分散补偿上, 今后的重点应逐步转移到就地补偿和配电变压器随器补偿上来, 以实现就地平衡, 既要重视无功补偿设备的配置, 更要加强运行管理工作。

自动补偿装置正常情况下均应投入自动运行, 根据无功负荷或功率因数的变化自动投退, 提高功率因数;手动投退的电容器, 应认真总结运行经验, 掌握季节性的负荷、功率因数变化规律, 及时进行投、退。对县城电网或其他负荷较大的配电台区, 宜采用分级、分相自动投切的无功补偿装置。

4 加强配电线路及设备运行维护, 减小泄漏损失

(1) 定期巡线, 清理线路走廊下障碍, 清扫线路绝缘子, 清除杆塔上鸟巢等异物。

(2) 定期清扫配电变压器各侧套管, 保持其清洁。

(3) 定期检查线路引流线、接户线接头等有无接触不良及发热现象, 发现问题及时处理。

5 结语