动态配电管理（共7篇）
动态配电管理 篇1
0 引言
在未来的飞机, 飞机上的设备和系统的二次电源被电源取代。如何有效和高效地管理和控制所有的这些设备变得越来越重要。
动态配电管理, 需要供电的设备需获得足够的电源, 这就意味着发电机提供的总功率需足够大地满足整个飞机的需求。于是, 按照各种各样的飞行剖面和不同状况, 配电管理负责采用合适的方法给所有的负载调节和分配电源。为了充分利用可利用的电源, 每个负载的性能特性和运行情况需要进行全面详细的研究。所有负载的供电优先级要求管理需要进行讨论和研究。电气负载的电源需求方程和控制方程将会建立。通过采用动态配电管理方法, 电源系统的可靠性和维修性将会有显著的改善。
1 负载优先级
当一个或多个飞机电源失效时, 剩余的电源无法满足正常情况下所有用电负载的电源需求。动态配电管理系统将会按照预先确定的负载优先级自动卸载一些电气负载, 保证剩余负载的功耗与供电系统的容量匹配, 从而继续保证飞机的安全飞行。
电气负载的自动管理是基于负载的优先级。设置负载管理的优先级别取决于发电机的数量、发电机的容量、飞行阶段、汇流条的配置、负载的类型和电源要求。
依据负载分析结果, 需要控制的所有电气负载可按照其在每个飞行阶段的重要性进行排序。每个负载的重要性和额定功率需要详细地研究。供电的优先级说明了负载获得电源的优先级。每个需要管理的电气负载在每个飞行阶段都有相应的优先级。序号越小, 供电的优先级越高。这些优先表存储在汇流条功率控制器 (BPCU) 中。当BPCU检测到发电通道产生了过流, BPCU将会比较过流值和基限值, 从而决定卸载哪些负载来消除过载问题。随后BPCU将给远程功率控制器 (RPDU) 和电气负载管理控制器 (ELMC) 发送卸载要求卸载相关负载。
2 功率需求方程
动态配电管理系统通过智能接触器和SSPC执行负载控制功能。在各飞行阶段, BPCU将飞行任务信息发送给RPDU和ELMC。RPDU和ELMC将计算相应的功率需求方程和负载控制方程, 从而控制每个电气负载的通断。
在不同的飞行阶段, 需在不同的飞行任务下进行供电的相关负载, 当电源系统正常运行且负载状态控制逻辑满足要求时, 这些负载将被接通供电。当负载应该且可以被接通时, 功率需求方程将会发送供电需求信号给电源系统。功率需求方程取决于飞行模式和状态控制逻辑信号。所有的输入变量都是逻辑信号, 方程的输出结果也是逻辑状态。Q=1表示电气负载要求供电。Q=0表示电气负载不需要供电。功率需求方程如下:
3 负载控制方程
如果负载的功率需求信号有效, 意味着负载需在目前的飞行阶段工作。然而, 负载的开关控制不仅与负载的功率需求信号有关, 而且与控制装置本身的缺省状态、高级控制信号和电源的功率容量有关。如果电气负载的控制装置失效, 相应负载的供电将会被禁止。若目前的电源功率容量无法满足运行的该飞行阶段电气负载的功率需求时, 动态配电管理系统将会自动卸载一些负载。负载控制方程如下所示:
Con:负载接通控制命令。Con=1:表示接通控制命令可以发送给控制装置, 相应的负载将会在接通后开始工作。Con=0:表示控制装置不能被接通, 相应的负载无法获得电源。
N:每个电气负载的状态标志。N=1:表示电气负载正常工作, 可以获得电源。N=0:表示电气负载故障。
D:目前飞行阶段, 电气负载的供电缺省状态。D=1:表示在目前的飞行阶段需要向该负载供电。D=0:表示在目前的飞行阶段该负载不需要工作。
Q:表示上面提及的电气负载的功率需求信号, 是功率需求方程的结果。Q=1:表示这个负载能获得电源。Q=0:表示这个负载不能获得电源。
S:表示来自BPCU的卸载信号。S=1:表示卸载信号有效, 该负载需被卸载。
H:表示来自驾驶舱的高级控制信号。H=1:表示高级控制信号有效。H=0:表示无高级控制信号。驾驶员通过位于驾驶舱的触摸屏接通或关闭一些重要负载, 拥有较高的优先级去干涉系统。
需要控制的每个负载分别拥有独特的控制方程, 这些负载的控制方程通过RPDU和ELMC解决。
4 动态配电管理
正常运行时, 电源的功率容量足够每个电气负载运行。然而, 当发电系统发生故障, 或一个或两个主发电机不可用时, 剩余的功率容量不足以支持所有的电气负载。在这种情况下, 一些非重要负载应该被自动卸载。因此, 动态配电管理系统将会运行去管理电气负载。对于多发动机的飞机, 配电管理包括两个阶段:系统重构和电气负载自动卸载。
首先, BPCU实时收集飞行任务剖面和电源的状态。当BPCU监测到发电通道发生故障时, 它将会进行系统重构, 如图1所示。
之后, BPCU仍然监测发电通道的过载信号, 它将决定哪些负载需要卸载, 然后将这些负载的卸载信号发送给相应的RPDU或ELMC。RPDU和ELMC将会等待负载管理程序解决负载控制方程。然后一些非重要负载将会自动卸载。
当飞行阶段转换或发电系统故障时, 电气负载控制程序将会被触发。按照飞行阶段, 每个负载对应的故障状态和电源状态, 电气负载控制程序能够确认负载的电源请求信号。随后负载控制程序将会计算当前每个负载的控制命令, 将能够为一些电气负载供电。负载管理流程图如图2所示。
负载管理工程由RPDU和ELMC实现。在飞行过程中, RPDU和ELMC监控状态控制逻辑信号、飞行阶段信号、供电通道状态和控制装置的目前故障状态, 并完成功率需求方程。随着SSPC/接触器失效状态信号、来自BPCU的卸载信号和来自驾驶员的高级控制信号, RPDU和ELMC将会完成负载控制方程。最后, 每个负载将会按照负载控制方程的结果获得电源, 整个过程是自动运行的。
4 结论
通过使用此动态配电管理方法, 所有的电气负载可以有效地管理。通过使用此方法, 依据详细的负载分析和负载分配, 确认开关设备的故障状态矩阵, 供电系统的电源容量可以得到有效地减小。更重要的, 当发生过载故障时, 通过使用动态负载管理, 剩余的供电电源容量能够尽可能地得到更有效地利用。
摘要：提出了一种新颖的动态配电管理方法 。首先, 依据电源的容量、飞行阶段和负载的重要等级, 来确认负载优先级。从而依据各个飞行阶段的状态逻辑信号和故障状态量来建立功率需求方程。然后, 建立电气负载控制方程。最后, 详细地分析动态配电管理过程。
关键词：动态配电管理,负载优先级,功率需求方程,负载控制方程
参考文献
[1]Joseph A.Weimer.Electrical Power Technology for the More Electric Aircraft[G].Wright Patterson AFB, OH 45433-7658.
[2]Mike Sinnett.787 No-Bleed Systems:Saving Fuel and Enhancing Operational Efficiencies[J].AERO magazine, 2007, 07: (28) .
[3]Moir, I.and Seabridge, A.G.Aircraft systems:mechanical, electrical, and avionics subsystems integration[M].3rd Ed.Wiley, Chichester, West Sussex, England;Hoboken, NJ, 2008.
[4]Bailey.Protection and Switching of Large Loads for the More Electric Aircraft[C]//EPE 2009 Conference, Barcelona.6.
[5]Mike Howse.All Electric Aircraft[J].IEE Power Engineer, 2003.
配电网动态无功优化设计 篇2
配电网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。在电力网中起重要分配电能作用的网络系统。电力系统无功优化作为配电网系统中的重要议题, 必然成为先进相关专业人员的探讨, 目前我国配电网中普遍存在着无功补偿不足、布置不合理的情况, 存在着城乡电网与区域电网电容器容量倒置现象。用电需求与配电电网的分布不合理与不协调。表现之一:10KV电压等级以上的配电电网用户无功需求量远远大于供给量, 这样在很大程度上造成了供电现状的浪费。因此, 有效合理的优化动态无功, 不仅可以达到节能降耗的目的, 还可以减少用电装置的损害及由谐波引起的事故。在这里, 本文对电力系统无功优化的定义先进行解释。
电力系统无功优化, 即以保证电力系统电压质量为前提, 利用无功补偿来改变全网潮流, 使系统的有功损失和无功补偿费用最小。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿, 由于在实际电网系统中, 实际电荷是动态运动的, 有时候负荷变化会很大。而传统的动态无功, 也就是静态无功优化, 无法充分考虑各个动态电荷的动态联系。再者, 传统的静态无功优化利用当时或过去某一时刻的优化结果来指导下一时刻的电力系统设备, 显然缺乏科学性。这样而言, 动态无功优化便应运而生了。一般而言, 无功优化主要包含两个方面, 一方面是无功补偿装置的优化规划, 另一方面是电压无功优化控制, 把电压无功优化控制叫做AVC。
1 无功补偿装置优化
所谓无功补偿指在电网中安装发出无功功率的设备, 从而使负荷所吸收的无功被就地平衡, 避免大量无功电流的远距离传输。由于实际系统的无功负荷主要是感性负荷, 因此实际系统的无功电流主要是感性无功电流。感性无功电流的相位滞后电压90度, 容性无功电流的相位超前电压90度, 容性无功电流与感性无功电流的相位正好相反, 因此容性无功电流可以抵消感性无功电流。在大部分情况下, 可以用电容器来补偿负荷产生的无功电流, 这就是无功补偿。简单的说, 就是电网发出来的有有功功率和无功功率, 而无功功率太大会增大电能损耗, 而一般负载如电机类的负载是感性的, 工作时需要消耗无功功率, 所以就需要给电网无功补偿, 目前常用的是电容补偿, 利用电容发出的无功给负载提供无功功率, 这样能减小电网的损耗, 还能提高设备的使用效率。配电网无功补偿装置的研发成功, 以及其真正的投入批量生产, 可带来较大的社会效益。在电力行业主要分为高压配电网和中低压配电网两个部分。
1.1 高压网———依据“分层分区、就地平衡”的无功补偿原则, 根
据电网实际负荷水平或负荷预测数据, 综合考虑设备投资、降损及调压效果, 应用改进遗传算法和快速潮流计算方法, 规划决策区域电网中各220kV、110kV及35kV变电所的并联电容器、并联电抗器的安装地点、安装容量和分组方式, 用以解决高压配网无功补偿计算长期沿用经验公式而带来的配置不合理的问题, 并且有效降低网损、提高电压合格率、减少投资、改善电网的稳定性。
1.2 中低压网———以电网有功网损和电容器的安装购置费用之
和最小为目标, 综合考虑各种典型负荷水平下的补偿需求, 对低压配网的无功补偿提出配置规划决策方案, 其中包括:无功补偿设备的配置位置、配置容量、分组方式, 并且指出配置前后的网损变化、补偿方案的工程预算、预期效益及回收年数, 用以改变中低压配网无功补偿配置计算繁杂、工作量大、配置管理不足等缺点, 解决中低压配网电容器的补偿容量、补偿地点和补偿分组的难题。无功补偿对改善电压质量起着重要作用。可以提高功率因素, 达到降低系统损耗和提高系统供电效率的目的。目前, 电力系统无功补偿主要采用以下几种方式:
(1) 同步调相机。同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表, 它不仅能补偿固定的无功功率, 对变化的无功功率也能进行动态补偿。
(2) 并补装置。并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置, 但电容补偿只能补偿固定的无功, 电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节, 不能实现无功的平滑无级的调节。
(3) 并联电抗器。目前所用电抗器的容量是固定的, 除吸收系统容性负荷外, 用以抑制过电压。
2 电压无功优化控制
电压无功优化运行闭环控制, 即通过调度自动化系统采集各节点遥测、遥信等实时数据以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件, 进行在线电压无功优化分析与控制, 实现主变分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标, 最终形成控制指令, 通过调度自动化系统自动执行, 实现了。国内在这部分的产品, 主要分为网调级别、省网和地区网以及县级电网几种, 在地区级和县级电网, 这个系统可以分为集中式模式和分布式模式。不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损, 使电力系统能够安全经济运行。无功优化是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下, 通过调节控制变量 (发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节) 使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。
通过无功优化, 使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美地结合在一起, 这也决定着无功优化的前景十分广阔。因此, 对电力系统的无功优化研究意义重大。
摘要：本文对当前配电网动态无功优化的意义进行了总结, 简要介绍了无功优化的重要性, 对电力系统无功优化的方法进行了简要探讨。
关键词：配电网,动态无功,无功优化,电能质量,无功补偿
参考文献
[1]诸骏伟主编.电力系统分析 (上册) [M].北京:中国电力出版社.1995.
[2]于尔铿等.能量管理系统[M].北京:科学出版社.1998, 281～291.
[3]朱太秀.电力系统优化潮流与无功优化[J].电网技术.1990 (4) :13～16
微电网的配电网动态无功优化研究 篇3
电压是电能质量的重要指标, 电压质量对电网稳定运行以及降低线路损耗等都有直接的影响。电力系统无功电压的控制与调度是提高电网电压水平的主要措施, 通过调节各种无功装置 (发电机、变压器和并联补偿装置) , 达到无功潮流的最优分配从而实现改善电压水平和降低损耗的目的[1~4]。
随着分布式发电 (Distributed Generation, DG) 包括风力发电[5]、光伏发电技术[6]的不断成熟, 分布式发电已经成为传统电力系统的有力补充。但是分布式发电具有发电随机的特点, 其输出功率随环境的变化具有波动性, 由此大大限制了分布式发电的接入方式[6]。为了解决分布式发电接入带来的问题, 近年来, 微电网作为分布式发电高效利用的网络组织形式被提出来, 微电网实质上是以独立小电网集分布式发电、负荷和储能于一体, 其可以独立运行也可以并网运行[7~9]。正常情况下微电网并网运行, 和配电网之间有功率交换, 故障情况下, 微电网和配电网脱离, 相互不干扰。
当微电网接入配电网时, 配电网无功优化将变得更加复杂, 如何根据配电网负荷情况和微电网运行特性来分配控制设备动作是配电网无功优化需要解决的问题。文献[10]研究了双馈风力发电接入配电网时的无功优化问题, 结合配网运行特性和风速变化情况, 通过调节又载调压变压器分接头和并联电容器实现了无功电压的协调控制。文献[11]讨论了风电场接入系统后的电压稳定问题。文献[6]针对光伏发电出力的随机性, 提出了一种考虑光伏电站随机出力的配电网无功优化问题, 通过建立随机潮流模型, 对电压进行机会约束, 通过无功优化, 有效降低了系统网损。
本文通过分析微电网运行特性和负荷时变特性, 建立包含微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中充分考虑微电网一天运行特性对配电网无功优化的影响, 并结合系统负荷日功率曲线进行时段划分。利用粒子群算法协调无功控制设备一天内的投切时刻和投切容量。通过对改进的IEEE33节电系统的仿真计算验证了本文方法的合理性和准确性。
二、配电网无功优化模型
配电网无功优化模型包括目标函数和约束条件, 本文建立以系统有功功率损耗最小为目标函数, 约束条件主要包含控制变量、状态变量的等式约束和不等式约束。
(一) 目标函数。
其公式如下:
其中, 为一天网络有功损耗, Ptloss为网络第t时段的有功损耗, Q1t为第t时段电容器投切容量。
(二) 约束条件。
变量的约束条件包括等式约束和不等式约束, 等式约束为节点有功Pi和无功Qj的潮流等式约束方程;不等式约束包括状态变量和控制变量的不等式约束。
1. 等式约束。
2. 不等式约束。
等式约束为一天内每一时段的潮流平衡方程;不等式约束包括节点电压、支路电流、电容器投切容量和电容器总动作次数。
(三) 包含微电网的配电网潮流计算。
微电网作为一独立单元接入配电网, 其和配电网之间的功率交换在一较短时间内相对比较恒定。配电网和微电网的功率交换可能是正的, 表示微电网从微电网吸收功率;也有可能是负的, 说明微电网向配电网注入功率。因此, 在潮流计算时, 针对微电网的运行特性, 将微电网定义为一般的PQ节点, 也就是功率恒定。
三、粒子群算法及其改进
(一) 基本粒子群算法。
粒子群算法是一种基于种群的启发式优化算法, 算法的本质是仿生鸟类觅食过程中的迁徙和群集行为[12~13]。粒子群算法根据粒子个体最优解和全局最优解来改变粒子的飞行速度, 从而改变粒子的位置。
其中, xk=[xi1xi2xij…xi M]表示第i个粒子, 粒子的维数为M维, vi (k) =[vi1vi2vij…vi M]表示为第i个粒子的飞行速度, pbesti (k) =[pi1pi2pij…pi M]为每一个粒子个体最优解, gbest=[g1g2gi…gM]为所有粒子经历过的最佳位置定义为全局最优解;ω为飞行速度的惯性权重;r1, r2, c1, c2为随机数分别取值为 (0~1) , (0~1) , (0~2) , (0~2) , k为迭代次数。
(二) 基于混沌变异的粒子群算法改进。
与其他启发式算法相比, 粒子群算法突出的优点是算法流程容易实现, 算法对于优化参数的灵敏度较低, 因此, 针对多变量的优化问题, 粒子群算法比较合适。但是标准粒子群算法由于其随机性较大, 算法容易陷入局部最优解。本文利用基于混沌[14~15]的变邻域搜索以提高算法的全局搜索能力。
1. 全局最优解的变邻域搜索。选择一定的停滞迭代次数来判断全局最优解的变化情况, 如果全局最优解停滞, 那么由当前迭代次数来确定邻域搜索半径, 在邻域内进行混沌搜索。当全局最优解停滞, 利用Logistic映射u1j=4u0j产生参数邻域变异量xj=-β+2βu1j。变异后参数变为X'ik=Xik+X, 比较变异前后全局最优解值的变化, 将适应度大的作为新的全局最优解。其中, u0j为随机产生的混沌变量, β为邻域半径, X=[x1x2…xM]为混沌变量, Xik为当前全局最优解, X'ik为变异后的全局最优解。领域搜索范围跟迭代次数有关, 随着代数的增加而逐渐减小, 他们之间的关系如式 (5) 所示。
2. 惯性权重的非线性调整。通过改变惯性权重, 使得算法在初期具有较大的速度, 增加粒子的探索能力, 后期随着速度的降低, 其开发能力得到增强。由于优化问题的具有非线性特性, 在此构造余弦函数增强惯性权重变化的非线性特性, 增强系统的仿生能力。惯性权重变化的公式为:
其中, wmax为最大惯性权重, wmin为最小惯性权重, k为当前迭代次数, kmax为最大迭代次数。
(三) 基于粒子群算法无功优化。
基于粒子群算法的无功优化如图1所示。
四、算例分析
为了验证本文提出方法的合理性和有效性, 本文以IEEE33节点配电网系统为算例进行验证, 该系统电容器组的配置位置及容量见表1所示, IEEE33节点系统如图2所示。系统中有两个微电网系统接入节点15和20, 其中15节点微电网和配电网的功率交换如图3所示, 其中正的表示微电网从配电网吸收功率, 负表示微电网向配电网注入功率。系统各点电压的上限为1.05pu, 电压下限为0.9pu。
电容器的投切容量由各时段的静态优化决定, 电容器的投切次数受到电容器最大投切动作次数的约束。允许的投切动作次数越多, 系统网络降低也越多, 表2给出了当投切动作次数为5次时, 系统优化结果。从表2中可以看出, 受到投切动作次数的限制, 每一电容器的动作时间基本一致, 动作的时刻基本都在负荷变化较大时刻, 通过优化可以有效地减少系统有功损耗, 一天的电量损耗从3108.4 k Wh降低到2498.5k Wh。
从图3可以看出, 在有些时段, 分布式发电如太阳能, 风力发电发出的有功功率较多时, 其会将多余的功率注入到配电网中, 对于配电网提供支持。但是如果微电网接入点的电压过低会使微电网接入控制器误认为配电网发生故障并断开形成孤岛运行, 因此, 在有微电网的配电网络必须保证微电网接入点的电压。从图4可以看出, 当没有足够的无功支持时, 节点15的电压可以下降到0.932pu, 并且波动较大, 当提供足够的无功功率支持时候, 节点电压基本保持不变。实际上, 当提供足够的无功功率后, 整体上系统的电压平均值从0.967pu提高到0.980pu。
图5给出了动作次数和电量损失之间的关系, 从图中我们可以看出, 随着动作次数的增大, 有功电量的损失越来越小, 当动作次数大于6次时, 电量损失基本上保持不变。另外, 还可以看出, 动作次数为1次时, 其损失下降特别明显, 也体现了无功优化的意义。
五、结语
随着分布式发电的大量接入, 其随机性和波动性对配电网的无功优化必然产生影响, 微电网为分布式发电的接入提供了有效的途径。本文建立了含微电网的配电网动态无功优化模型, 利用改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点系统的仿真算例验证了本文提出方法的有效性和合理性, 通过无功优化不仅降低了系统有功功率的损耗, 同时有效提高了节点电压, 从而避免由于电压降低造成的微电网孤岛脱网运行, 提高了微电网和配电网的互动性。
摘要：微电网集中了分布式发电、负荷和储能, 其并网接入必然对配电网的无功优化产生影响。提出了考虑微电网的配电网动态无功优化模型, 在模型中考虑微电网运行特性对于动态无功优化的影响。利用基于混沌邻域搜索的改进粒子群算法进行无功优化求解, 通过IEEE33节点配电网系统的仿真算例验证了本文计算的合理性和有效性。
关键词：动态无功优化,配电网,微电网,运行特性
参考文献
[1] .Lai L L, Ma J T.Application of evolutionary programming to reactive power planning.comparison with nonlinear programming approach[J].IEEE Transactions on Power Systems, 1997, 12 (1) :198~206
[2] .张勇军, 任震, 李邦峰.电力系统无功优化调度研究综述[J].电网技术, 2005, 25 (2) :50~57
[3] .颜伟, 田甜, 张海兵, 等.考虑相邻时段投切次数约束的动态无功优化启发式策略[J].电力系统自动化, 2008, 32 (10) :71~75
[4] .段涛, 陈维荣, 戴朝华, 等.多智能体搜寻者优化算法在电力系统无功优化中的应用[J].电力系统保护与控制, 2009, 37(14) :10~15
[5] .刘学平, 刘天琪, 李兴源.含风电机组的配电网无功优化补偿[J].电力系统保护与控制, 2010, 38 (20) :130~135
[6] .郭康, 徐玉琴, 张丽, 等.计及光伏电站随机出力的配电网无功优化[J].电力系统保护与控制, 2012, 40 (10) :53~59
[7] .鲁宗相, 王彩霞, 闵勇等.微电网研究综述[J].电力系统自动化, 2007, 31 (19) :100~107
[8] .黄伟, 孙昶辉, 吴子平等.含分布式发电系统的微网技术研究综述[J].电网技术, 2009, 33 (9) :14~18, 34
[9] .肖朝霞, 王成山, 王守相.含多微型电源的微网小信号稳定分析[J].电力系统自动化, 2009, 33 (6) :81~85
[10] .陈树勇, 申洪, 张洋, 等.基于遗传算法的风电场无功补偿及控制方法的研究[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (8) :1~6
动态配电管理 篇4
1动态电能的质量
1.1 概念
按电能质量的产生与持续时间的长短, 可将其分为两种, 分别是动态和稳态。动态一般是以暂态的持续时间作为特征的。其暂态也有两种形式, 分别是振荡暂态与脉冲暂态。其具体表现是:①电压会出现骤升与骤降的现象, 且持续的时间是0.5个周期到1分钟, 其有效值是标称电压的10%～90%, 或者是110%～180%。②电压会发生瞬变。持续时间比较短的电压值会产生快速变化。③电压发生闪变。电压呈波形的包络线会出现规则性的变化, 或者是电压的幅值随机发生变化。
电能质量产生问题的根本原因是电压质量问题, 其中又以电压的跌落最为突出。其特征量一般都会表现在持续时间与跌落的幅值上, 但是, 目前对于持续的时间与幅值的大小还没有明确的范围规定。
1.2 质量问题产生的原因
①冲击性的负荷所生产的过程;②系统开关的正常操作;③带有储能性的电气设备的正常操作;④线路或者闪络出现对地放电现象;⑤系统本身出现短路故障。
1.3 造成的危害
当电压>80%的时候, 会出现电压跌落的现象, 这种现象的出现次数是供电完全中断的10倍。
当电压<90%时, 上述的用户作业会被中断, 并且严重地影响到信息业的正常运行。据调查统计, 电压跌落会造成80%的服务器产生瘫痪现象。因此, 在动态电能质量问题中, 最主要的还是电压质量, 而电压质量中还要以电压的跌落问题最为重要。
2动态电能的质量分析和控制技术
2.1 分析方法
像电压波动与谐波这些变化比较缓慢, 持续时间又比较长的电能质量方面的问题, 常常应用谐波分析法与对称分量法等时域的分析法。作为最成熟的处理信号手段, 傅立叶始终发挥着重要作用。但由于现阶段电压的骤升、跌落、瞬时终断等现象持续时间比较短, 而且随机性比较大, 所以传统的分析方法已经不能满足, 因此, 要加强新方法的应用。
新方法主要包括变换分析法、仿真分析法、小波分析法三种常用的分析方法。仿真分析法主要是利用各种时域对各阶段的电能质量问题进行分析研究。变换分析法主要是利用数学变化方式对需要的动态信号进行提取, 然后进行综合分析利用, 做出变换。小波分析法是这几年来比较新的分析方法, 他不仅能够呈现出整个过程中的变化面貌, 还能够对局部的变化特征进行合理分析。这三种方法的出现与应用, 对于动态电能质量的分析提供了巨大便利。
2.2 控制技术与方法
在控制技术方面, 虽然传统的控制技术PID依然被广泛地应用于工程当中。但是, 由于PID存在的某些缺点, 不得不对该技术进行更新发展和辅助研究。通过技术人员的不断努力, 变参数的PID控制技术与变结构结合的PID控制技术不断地被研发, 并应用到实际供电控制当中。根据电能质量一些相应方面上的要求, 具体的控制方法一般有无差拍的控制技术与滞环比较的控制技术。应用的同时还要与自适应控制与模糊逻辑控制互相结合, 用来适应不具备精准的数学模型和非线性系统的控制要求。滞环比较控制技术是利用被控制的量与给定的量值在预定范围之内进行比较, 然后得到相关的开关信号以及激活相应的开关。它所具有的优点是控制精度高、响应速度快、便于操作和实现。缺点是开关的频率不能固定。无差拍控制技术的主要思路是结合系统当前的状况信息与状态方程共同进行推算, 得出下一个周期所需的开关相应控制值量。这项控制技术的优点是可以缩短过渡所用时间, 消除稳态状况下产生的误差。缺点是鲁棒性能差、超调量过大, 并且对于硬件要求过高。
因为现阶段的控制技术还存在种种优点和缺点, 所以在实际工作过程中, 我们通常会将几个控制技术共同应用, 来完成过程中的互补, 提高供电质量。
3解决方案的总结与分析
3.1 电能质量的调节装置
在电能质量的控制方面, 电子设备为其提供了有力的技术手段。在当今的供电系统中, 灵活交流的电力输电系统不断地发展和延伸, 出现的新的DFACTS系统对于改善电能质量有着重要作用。它的核心技术器件IGCT, 具有关断容量较大、开关频率迅速、相应性能快捷等特点。
现有的装置主要有以下几种:不间断电源和超导磁系统, 固态转换开关和动态电压恢复器, 最后是配电型静止同步补偿器。除了这些装置以外还有很多改善电能质量的装置, 比如储能系统、分接开关、滤波器、质量调节器等。
DSTATCOM控制装置是由耦合变压器以及逆变器共同组成的。它的主要作用是供电系统出现扰动现象时, 输出的无功会由逆变器所产生的电压进行控制, 具有容性无功与感性无功的双方面调节能力。因为在设计的过程中使用了多重化的设计方法与结构, 这种结构的应用, 使电力输出时产生的谐波含量得到了有效的降低, 因此, 不需要使用额外的电力滤波装置。SSTA是固态的转换开关, 当供电的网络出现故障时, 可利用其立即把负荷在数ms转换到其他供电线路上, 在传统的电力切换设备当中一般>0.5 s。UPS可以被当成是敏感负荷备用电源, 可以有效的避免出现电压跌落和供电中断的现象。尽管它在响应性能上具有比较突出的特点, 但是, 由于成本较高、容量较小, 所以对大型的用户来说并不是很好的选择。DVR为电压恢复器, 一般是安装在敏感负荷与系统的馈线上, 逆变器发出的补偿电压会被串联的变压器叠加在馈线上, 因此来保证供电质量。因为DVR的主要作用是补偿系统中电压跌落时产生的差值, 因此, 在设计的过程中, 对其容量的要求要远远小于UPS。另外, 由于它较高的性价比和良好的响应性能, 所以被当做是解决供电方面电压问题的最为经济有效的手段。
3.2 调节装置在实际中的应用
在国外, 电能质量的补偿装置已经出现了产品, 很多装置已经被应用到了实际工作当中, 而我国也已经研制出了有源电力的滤波装置。而一些新型的装置已经通过了国家科技成果的检测与鉴定, 效果非常好。
4结语
1) 在动态电能质量问题中, 电压跌落是未来解决质量问题的核心与重点。
2) 在电压跌落问题上, 动态电压恢复装置具有良好的性价比, 因此, 国家应将此作为未来研究和发展的重点, 尽快使其达到国产化。
3) 为了更好对电能质量的数据进行控制和采集, 对于现阶段的控制技术和分析方法要实行交叉结合, 优点互补的原则, 以求得更完美的动态特性。
摘要：针对现阶段动态电能质量出现的一些问题, 尤其是产生电压跌落的原因, 论述了动态的电能质量, 具体分析方法和质量控制技术, 并利用有效的分析方法, 合理地提出电能质量在动态特性方面所具备的一些参数。由于控制技术是保证调节装置动态特性的有效手段, 因此, 文章就分析动态电能的质量问题及产生的主要原因, 论述了它的分析方法与控制技术, 总结出电能质量问题较为有效的解决方案。
关键词：电能质量,分析方法,动态
参考文献
[1]王卫安, 桂卫华, 张定华, 等.电能质量混杂补偿控制及其在企业配网的应用[J].电机与控制学报, 2011 (5) :49-56.
[2]杨晓红.配电网动态电能质量问题及对策研究[J].硅谷, 2009 (21) :33.
[3]吕广强, 赵剑锋, 程明, 等.配电网动态电能质量问题及其解决方案[J].高电压技术, 2007 (1) :53-56.
动态配电管理 篇5
1引入无功动态补偿方式的背景
该局供电辖区共有10 kV线路158条、3 022 km, 公用低压台区1 764个, 用户配电变压器7 182台, 年供电能量8.98亿kW·h。长期以来, 在农网设备管理中, 特别是10 kV分支排灌线路、用户产权的线路以及低压线路, 由于历史原因和涉及用户投资等问题, 部分设备无功补偿状况不容乐观。加之无功负荷增长不均衡, 负荷的季节性特点比较鲜明, 负荷曲线起伏较大, 致使功率因数高低不稳。同时, 设备数量大, 线路分布广, 也降低了传统无功补偿手段的效果。
2 无功动态补偿工作思路
配电网无功优化坚持“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则, 逐步推广先进适用的无功动态补偿新技术、新设备。就降损节能效果来说, 最有效的手段就是实现就地补偿, 因此我们把重点放在中低压配电网方面。即:在10 k V线路原有固定补偿的基础上, 适当采用具有免维护动态连续调节功能的无功补偿装置, 低压配电台区采用电能质量同步补偿装置和低压无功动态补偿装置, 实现无功补偿由静态到动态的转变, 由原来的补偿基准点到补偿发源点的转变, 由局部补偿到全网综合优化补偿的转变, 全面提高了无功补偿装置的技术装备水平。
3 主要做法
3.110 kV线路的无功补偿
根据10 kV线路路径长、分支多、负荷分散的特点, 对10 k V线路主要采用分段和分散补偿及集中补偿方式, 确定相应的补偿容量, 优化设备的补偿位置, 提高电压质量。对供电半径较长的线路, 由于末端负荷的急剧增加, 补偿的重点也必须向末端移动。该局在全部158条10 kV线路上采用“三分之二法”进行线路无功固定补偿。
同时, 为了解决固定无功补偿装置易欠补或过补的缺点, 降低人员维护操作强度, 该局根据线路的电压、无功、功率因数等参数, 为多条功率因数低的10k V线路在合理的地点安装了无功自动跟踪补偿装置, 以单级或多级组合方式, 合理控制并联电容器组的投切, 补偿无功, 从而提高了线路的功率因数和电压质量。
3.2 10 kV配电台区的无功补偿
由于河间市农村村域经济的发展, 农村公用配电变压器的小工副业和家用感性负荷增长较快, 该局采取“试点先行、以点带面”的做法, 在认真分析、测算低压线路数据的基础上, 充分利用台区原有设备, 结合实际情况, 在变台上应用具备无功自动补偿功能的综合配电箱, 在低压线路上安装了低压线路无功补偿器。共在小村村、果子洼村、西庄村等25个试点台区应用了低压随线补偿技术。
根据农村电网无功补偿应遵循“集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主”的原则, 该局对100kV·A以上的工副业配电变压器安装了自动补偿JP柜装置, 此装置可根据负荷变化情况, 自动投入或退出补偿, 其补偿容量达到配电变压器容量的15%以上, 功率因数提高到0.92左右。针对农业排灌配电变压器点多、面广, 季节性应用较频繁的特点, 该局专门设计了带随机补偿功能的预付费磁卡电能表箱, 从低压负荷侧对无功进行补偿。目前75%以上的机井计量控制箱配备了随机补偿装置。
3.3用户无功补偿
对于用户的用电设备, 我们鼓励、督促用户对设备进行就地补偿, 加装随机补偿电容器, 将电容器组与用电设备的供电回路并联, 来改善电压质量, 提高功率因数, 降低线损, 提高电动机的可靠性和利用率, 激发了农村“五小”用户对无功补偿装置投资的积极性。
4 效益分析
以南洼线556路10 kV线路为例, 该线路长度24.343 km, 线路总容量5 540 kV·A, 出口电压10.3kV, 主干线型号为LGJ-70/50, 线路负荷率32%, 功率因数补偿前为0.83, 补偿后为0.92, 线损率补偿前为5.71%, 补偿后为4.92%。经计算, 可节省的线路损耗约为6.75 kW, 每千瓦时电能按照0.5元计算, 每年约可直接节约费用2.96万元。该线路无功动态补偿装置投资8.22万元, 由此可以算出收回投资的年限约为2.78年。以1台无功动态补偿装置寿命期为10年计算, 剩余的7.22年节省的电费开支约为21.37万元。
动态配电管理 篇6
近年来,随着农网、城网改造及农网标准化工作的开展, 河间市供电公司开始应用10 kV线路动态补偿、低压无功随线补偿等新技术,不断优化无功补偿结构,改善电能质量、降低电网损耗, 全市10 kV线路平均功率因数现由原来的0.89上升到0.91,10 kV线损率下降到了4.11%,为提高企业经济效益和扩大社会效益找出一条新思路。
1传统无功补偿方式的局限性
河间市电力局辖区内共有10 kV线路158条,共计3 022 km,公用变压器低压台区1 764个,用户配电变压器7 182台,担负着河间市区和20个乡镇的24万用电客户的日常生产生活用电,年供电量8.98亿kW·h。长期以来,在农网设备管理中,特别是10 kV分支排灌线路、用户产权的线路以及低压线路,由于历史原因和涉及用户投资等问题,部分设备无功补偿欠缺,致使无功负荷增长不均衡,负荷的季节性特点突出,负荷曲线起伏较大,出现高峰时段部分线路超负荷、低谷时段没人用电现象,功率因数高低不稳。同时,设备数量大,线路分布广,也加大了传统无功补偿管理的难度。
2无功动态补偿的优化
配电网无功优化要坚持“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则,逐步推广先进的无功动态补偿新技术、新设备。就降损节能效果来说,最有效手段就是实现就地补偿,因此把重点应放在中低压配电网方面,即在10 kV线路原有固定补偿的基础上,适当采用免维护动态连续调节功能的无功补偿装置,在低压配电台区采用电能质量同步补偿装置和低压无功动态补偿装置,实现无功补偿由静态到动态的转变,由原来补偿基准点到补偿发源点的转变,由局部补偿到全网综合优化补偿的转变,全面提高无功补偿装置的技术装备水平。
3主要实施方案
3.110 kV线路的无功补偿
根据10 kV线路长、分支多、负荷分散的特点,对10 kV线路主要采用分段、分散补偿和集中补偿方式,制定相应的补偿容量,优化设备的补偿位置,提高电压质量。对供电半径较长的线路,由于末端负荷的急剧增加,使无功负荷向后移动,这样补偿的重点必须向末端移动。在全部158条10 kV线路上采用“三分之二法”进行线路无功固定补偿。
为了解决固定无功补偿装置补偿容量欠补或过补的问题,减少维护操作强度,根据线路的电压、无功、功率因数等参数,确定在多条功率因数较低的10 kV线路安装无功自动跟踪补偿装置,以单级或多级组合方式控制并联电容器组的投切,补偿无功,从而提高了线路的功率因数和电压质量。目前,共在南洼线556路、行韩线5477路、西君线5462路等11条10 kV线路上应用了无功动态补偿技术。
3.210 kV配电变压器台区的无功补偿
由于河间市部分农村区域经济的快速发展,农村公用配电变压器的小工厂和家用负荷增长较快,按照试点先行、以点带面的做法,在认真分析、测算低压线路数据的基础上,充分利用台区原有设备,应用无功自动补偿的综合配电箱,在低压线路上安装了低压线路无功补偿器,在小村村、果子洼村、西庄村等25个试点台区应用了低压随线补偿技术。
根据农网电网无功补偿“集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主”的原则,对100 kVA以上的工副业配电变压器都安装了自动补偿JP柜装置,此装置可根据负荷变化情况自动投入或退出补偿,其补偿容量达到配变容量的15%以上,功率因数水平提高到0.92左右。针对农业排灌配电变压器多、季节性应用较频繁的特点,该公司专门设计了带随机补偿功能的预付费磁卡表箱,从低压负荷侧对无功进行补偿。目前75%以上的机井计量控制箱具备了随机补偿装置。
3.3用户无功补偿
由于家用电器的应用使非线性负荷用户迅速增长,给本来无功配置不足的配电电网加重了负担,致使电网用户侧的无功需求较大且不能就地平衡,电网电压明显下降,有时会威胁电网的安全稳定运行。因此,对用户的用电设备需进行就地补偿,加装随机补偿电容,即将电容器组与用电设备的供电回路并联。改善电压质量,提高功率因数,减少线损,提高电机的可靠性和利用率。
4应用效果分析
4.110 kV配电网效益分析
由于10 kV线损的高低受计量装置误差、管理人员素质、无功损耗、线路绝缘水平等诸多因素影响,为排除这些因素干扰,下面以南洼线556路10 kV线路为例(以补偿前后的实际运行数据为计算输入值)分析比较无功自动补偿投运前后的经济效益。
南洼线556线路主要参数及优化补偿前后对比如表1所示。
由于线损和电流的平方成正比,输电线上的电流越大,线损就越大。在不改变电网输送能力的前提下,提高电网的功率因数,就能够减小输电线上的电流,减小线损。如果功率因数从cos Φ1提升到cos Φ2,当输电线上的电流减少为I′时,可节省的线路损耗为
如1 kW·h按照0.5元计算,运行1 a可直接节约费用为
W=6.75×365×24×0.5=2.96万元。
该线路无功动态补偿装置投资8.22万元,可以算出收回投资的年限为 8.22/2.96=2.78 a。以1台无功动态补偿装置10 a的寿命期计算,剩余的7.22 a节省的电费为 2.96×7.22=21.37万元。
4.2低压配电变压器台区效益分析
兴村乡小村村主要有家庭电动绣花、花生脱皮等小副业56户,村西公用变压器的容量为100 kVA,
副业用电设备负荷为65 kW,台区低压线路为1.8 km,由于电机负载率较低,变压器容量利用率较低,变压器严重超载,所带用户不能同时运行。为了取得完整的数据,在安装低压电容器前后对低压线路实测电流、电压、功率因数、用电功率进行了比较。低压随线无功补偿装置功率因数由补偿前的0.71提高到0.92,变压器二次侧电流由151 A减少到106 A,台区年低压线损下降了1.11个百分点。
该台区年供电量32.21万kW.h,每年节省费用322 100×1.11%×0.5=1 788元。台区的低压随线无功补偿装置共投资6 900元,收回投资的年限为6 900/1 788=3.86 a。以低压随线无功补偿装置10a的寿命期计算,剩余的6.14 a节省的电费为 1 788×6.14=10 978元,投资回报率仍然较高。
4.3其它效益
a.功率因数的提高,使供电设备释放出更多容量,提高了主变、配变供电能力,缓解了电网压力和供需矛盾,减少了相当数额的设备增容投资。
b. 减少了线路末端电压降,提高了电能质量,节约了能源,为农村小企业的发展提供了可靠的能源保障,扩大了潜在的农村电力市场。
动态配电管理 篇7
在上述背景下,本文基于时序动态视角对配电网规划技术评价进行了研究。本文的构成如下:第二部分阐述了基于时序动态视角的评价方法;第三部分以吉林省3个地级市的配电网为算例,对配电网规划技术指标进行了评价;第四部分是本文的结论。
1 基于时序动态视角的评价方法
基于时序动态视角的评价方法可以分为五个步骤:1指标筛选;2指标类型一致化;3指标无量纲化;4应用“纵横向”拉开档次法确定不同时刻的排序;5应用TOWGA算子计算最终评价值。
1.1 指标筛选
本文采用最小均方差法筛选指标。对于n个取定的被评价对象,每个被评价对象可用m个指标的观测值xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m )表示。
其算法流程为:
1.2 指标类型一致化
在评价之前,必须将指标x1,x2,…,xm的类型做一致化处理。对于极小型指标xij,令
或
1 xij*=(x >0或x <0)(2)
式中,M为指标xij的一个允许上界。
1.3 指标无量纲化
本文采用极值处理法进行指标的无量纲化。这种方法的优点是无量纲化后xij*∈[0,1],取值具有区间稳定性。
对于指标xij,极值处理法的公式为
1.4 “纵横向”拉开档次法
为了既在 “横向”上体现时刻tk(k = 1,2,…,N )评价对象之间的差异,又在“纵向”上体现各评价对象总的分布情况,本文采用“纵横向”拉开档次法确定时刻tk评价对象的排序。
“纵横向”拉开档次法的算法流程为:
1)对于时刻tk,给定m个指标的n个评价对象的数值,用矩阵Ak表示,即
2)对于每个k,计算m ×m阶对称矩阵Hk= AkT·Ak;
3)如果Hk>0,计算与Hk相对应的经归一化的权重系数向量ω(tk),转到(5);
4)如果存在某个k,使Hk中有负元素时,权重系数向量ω(tk)可由下式得出
转到(5);
5)计算评价函数
1.5 TOWGA算子评价法
为了将评价对象在多个时间点上的评价值集结为一个点值,本文采用基于TOWGA算子[13]的二次加权评价法来集成指标维和时间维的数据。
TOWGA算子评价法的算法流程为:
1)给出评价对象si在时刻tk的评价值yi(tk);
2)确定时间 权向量。 时间权向 量 ω = (ω1,ω2,…,ωN)T可由如下的非线性规划问题得出
式中,λ表示“时间度”。本文取λ=0.1,即评价时非常重视近期的数据。
3)利用TOWGA算子对第一次加权的评价值进行第二次加权数据集结。最终的评价值为
式中,hi为最终评价值,G为n维TOWGA算子,tk为时间分量,yi(tk)为评价对象si在时刻tk的第一次加权评价值,〈ti,yi(tk)〉为TOWGA算子对,ω = (ω1,ω2,…,ωN)T为时间权向量,bik为tk中第k时刻所对应的TOWGA算子对中的yi(tk)。
2 配电网规划技术评价
2.1 指标选择
根据实际调研,本文选取供电可靠率、综合线损率、单位投资增供负荷、容载比、满足N-1主变比例、 联络率、线路电缆化率、架空线路绝缘化率8个指标对配电网规划技术进行综合评价。其中,供电可靠率、综合线损率属于整体效果指标,单位投资增供负荷属于效益分析指标,容载比、满足N-1主变比例、联络率、 线路电缆化率、架空线路绝缘化率属于成效分析指标。
以吉林省3个地级市的配电网作为算例进行分析,地区A、地区B、地区C的2012~2014年配电网规划技术指标观测值如表1所示。
2.2 算例分析
步骤1:通过指标筛选计算,供电可靠率的样本均方差为0.007,由此认为存在sk0≈0,则删除供电可靠率指标,配电网规划技术评价指标简化为7个。
步骤2:综合线损率属于极小型指标,单位投资增供负荷、满足N-1主变比例、联络率、线路电缆化率、架空线路绝缘化率属于极大型指标,容载比可以认为属于极大型指标。应用公式(1)对极小型指标综合线损率进行一致化处理,取M =1。
步骤3:应用公式(3),对一致化处理后的指标进行无量纲化。
步骤4:对无量纲化后的数据采用“纵横向”拉开档次法,应用MATLAB软件,计算出权重系数向量和评价值,分别如表2和表3所示。
步骤5:应用LINGO软件求解公式(6)中的非线性规划问题,得到时间权向量ω = (0.026 3,0.147 4,0.826 3)T。利用TOWGA算子计算得出地区A、 B、C的2012~2014年配电网规划技术评价的综合排序如表4所示。
从表4可以看出,整体排序结果为地区B优于地区C优于地区A。
3 结论