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電壓穩定的失穩特性、擾動大小和時間框架和功角穩定不同,早 期文獻一般認為,功角穩定問題是研究發電機在各種情況下的同步運行問題,而電壓失 穩是電力系統無功供給無力滿足負荷的無功需求的結果,因為通常情況下,電壓失穩是 以某些重負荷母線無功缺乏而導致的。即使現在看來,這種觀點在很大程度上也是正確 的,但是近年來對電壓穩定問題的認識的發展己經說明,電壓穩定問題實際上要復雜得 多。
研究電壓穩定問題,首先要有電壓穩定問題的定義,可是由于該問題研究歷史的短 暫因素和問題的復雜性,致使電壓穩定問題本身的定義經歷了一個很混亂的階段,一直 不能有一個最終統一的讓廣大學者和研究部門都接受的定義,直到最近幾年這種狀態才 稍稍改觀,但也仍然不能確定就是最終的定義。 本文的電力系統穩定性定義和分類是基于2004年IEEE和CIGRE聯合給出的定義 和分類方法,這種定義和分類目前已被國際電力界廣泛采納。
從物理本質上講,電力系統的電壓穩定性是電力系統維持系統所有的負荷點電壓處 于某一規定的運行范圍之內的能力,這種能力有時候主要取決于網絡輸送到負荷的功率 能否滿足負荷自身的功率要求。如果網絡輸送到負荷的功率不能滿足負荷自身的功率需 求,負荷電壓將會下降,嚴重時將失穩甚至系統電壓崩潰. 隨著電力系統的發展及電網規模的擴大,電力系統失穩的機理更加復雜。靜態穩定 和暫態穩定曾是早期電力系統穩定的主要問題,隨著電網互聯向著大電網、超高壓、大 機組、遠距離的發展,電壓失穩、頻率失穩和振蕩失穩己經成為電力系統失穩的更常見 現象。
IEEE電壓穩定工作小組和國際大電網會議的TF38.02.10工作組在上世紀九十年 代各自給出的定義基礎上又在2004年5月,聯合在一起開會討論并給出了一份關于電 力系統穩定性進行重新定義和分類的會議成果報告arm。這份聯合報告指出:電壓穩定 是指電力系統遭受擾動后系統中所有母線節點電壓都能保持在穩定的、可接受的水平, 它在一定程度上反應電力系統保持或恢復負荷需求的能力以及功率供給平衡的能力。 這份研究報告將電力系統穩定分為功角穩定、電壓穩定和頻率穩定三大類以及眾多 子類,具體分類框架所示。
1.大擾動電壓穩定:大擾動電壓穩定性關心的是大擾動,如:如系統故障、失去負 荷、失去發電機等大擾動之后系統控制電壓維持穩定的能力。它由系統、負荷特性、兩 者間連續和不連續控制及保護的相互作用所決定。大擾動電壓穩定性的判斷,需要考慮 系統的非線性響應特性。
2.小干擾電壓穩定:小擾動(或小信號)電壓穩定性關心的是小擾動(如負荷的緩慢 變化)之后系統控制電壓保持穩定的能力。它受負荷特性以及給定時間內的連續和不連 續控制作用的影響。這類問題可能是短期的也可能長期的,在分析時可適當的對系統方 程進行線性化,從而使方程變得簡單,計算速度大大提高。 根據研究的時間范疇,還可以將電壓穩定分為暫態電壓穩定、中期電壓穩定和長期 電壓穩定所示。
關鍵詞:電力用戶;電力負荷;特性研究
引言
電力負荷是一個周期性和隨機性都較強的系統,它與社會、經濟、政治、氣象等眾多的因素有著極為復雜的關系。一方面,電力負荷按一定趨勢有規律地發展變化;另一方面,負荷受眾多因素的影響,隨時都可能發生一定的波動。作為評價電網負荷狀況的主要指標之一,與時間有關的靜態負荷特性研究一直是電力科研人員的重要課題,在國內外受到普遍重視。
1.電力用戶負荷特性概述
1.1負荷特性,電力負荷從電力系統的電源吸取的有功功率和無功功率隨負荷端點的電壓及系統頻率變化而改變的規律。
電力負荷是電力系統的重要組成部分,它作為電能的消耗者對電力系統的分析、設計與控制有著重要影響。幾十年來,人們提出了大量的負荷模型,包括靜態負荷模型、機理動態負荷模型、非機理動態負荷模型。同時,也不斷積累了不少實測參數。建立一個負荷特性數據庫,能夠很方便地對歷史數據進行各種查詢以及調用,便于從一個整體、長期的范圍來對負荷特性進行比較、分析、綜合和應用。
1.2特性分類
負荷功率隨負荷點端電壓變動而變化的規律,稱為負荷的電壓特性;負荷功率隨電力系統頻率改變而變化的規律,稱為負荷的頻率特性;負荷功率隨時間變化的規律,稱負荷的時間特性。但一般習慣上把負荷的時間特性稱為負荷曲線(有日負荷曲線、年負荷曲線等),而把負荷的電壓特性和負荷的頻率特性統稱為負荷特性。
1.3模擬方法
在電力系統的分析計算中,模擬負荷特性的方法一般有以下4種。
①用恒定阻抗(或恒定功率、恒定電流)模擬負荷。這是最粗略的模擬方法,因而只適合某些近似計算。但因為這種方法比較簡單,所以應用較為廣泛。
②用負荷的靜態特性模擬負荷。這種方法比用恒定阻抗(或恒定功率、恒定電流)模擬負荷要精確一些。它實質上是恒定阻抗、恒定電流、恒定功率3 種簡單形態按一定比例的組合。一般在動態穩定和潮流計算中可以采用這種模擬方法。
③考慮感應電動機機械暫態過程的典型綜合負荷動態特性的負荷模型。因為感應電動機(見異步電動機)是電力系統負荷的主要成分,因此在暫態穩定計算中,往往采用這種負荷模型考慮感應電動機在暫態過程中其滑差變化對穩態等值電路阻抗值的影響。
④考慮感應電動機機電暫態過程的典型綜合負荷動態特性的負荷模型。這是比較精確的負荷模型。它既考慮感應電動機的機械暫態過程,又考慮電動機的電磁暫態過程。
2電力用戶負荷特性和負荷特性指標
電力系統的負荷隨時間在不斷發生變化,受到多種因素的影響,具有連續性和周期性的特點。掌握用電負荷的特性和變化規律,對于電力系統來講可以有利于系統安全、穩定地運行,對于供電部門來講可以獲得最佳的經濟效益,而對于用戶來講可以充分發揮每一度電能的效益。電力系統負荷特性就是指用電負荷的特點和性質,不同類型的用戶負荷表現出不同的負荷特性
例如,在前面所述的各類負荷中,城市居民負荷具有經常的年增長以及明顯的季節性波動特點,而居民負荷的季節性變化在很多情況下,直接影響系統峰值負荷的季節性變化,但其影響程度則取決于居民負荷在系統總負荷中所占的比例。尤其是隨著電熱器、空調裝置、電風扇、電冰箱之類的敏感于氣候的家用電器日益廣泛地采用,使得居民負荷變化對系統峰值負荷變化的影響越來越大。
商業負荷也同樣具有季節性變動的特性,而這種變化主要也是由于商業部門越來越廣泛地采用空調、電風扇、制冷設備之類的敏感于氣候的電器所致,并且這種趨勢正在增長。
相對來說,工業負荷一般都是受氣候影響較小的基礎負荷。當然,這并不是說它一點不受影響。然而,由于工業負荷本身基礎很大,尤其是由于三班連續生產,因此這類負荷變動較小。而其他各類負荷,根據他們的不同特點,也可能具有季節性等特點。
要描述和區分各種不同類型用戶負荷的特性,就需要使用負荷的特性指標。為加深對全國負荷特性的了解,統一負荷特性指標。2000年3月,國家電力公司組織各省電力公司全面、系統收集有關負荷特性數據,同時選取華東、浙江、湖北、四川四個電網和北京、上海、福州、蘭州、長沙、南寧、大連等八個城市進行負荷特性的重點調研和分析,在此基礎上,對我國的負荷特性進行了全面的分析。2001年國家電網公司對《電力工業生產統計指標解釋》中的指標進行了補充修改,增加了負荷差率等指標。
3.現階段電力用戶負荷分類存在的問題
雖然電力系統的負荷類型可以按照上述標準進行劃分,但是這樣的分類并不嚴格和準確。在實際分類時,可能會發生把某些實際負荷歸算到哪一類的爭執。在這種情況下,一般都是由供電部門自己主觀進行決定。因此,在一些供電部門中,可能各自有其更具體和詳細的負荷分類目錄,以備負荷分類之用。然而,上述供電部門所采取的負荷分類方法在實際應用中還存在著一些問題:
3.1同一行業內的用戶可能具有不同的負荷特性。目前,供電部門對電力系統用戶負荷進行分類,大多數依據的是用戶負荷所屬的行業以及用戶的經濟活動特點。然而,隨著用戶負荷設備的構成越來越復雜以及人們生產、生活方式的變化,同一行業內的用戶負荷特性也并不完全一致,其負荷曲線可能存在著較大的差異。
3.2不能反映出電網的變化和差異。隨著經濟和社會的發展,電網中會不斷出現一些新的類型的用戶負荷,而這些類型的用戶負荷可能會與已經定義的用戶負荷類型之間存在著較大的差異,因此需要重新考慮對其類型的劃分與定義。并且不同地區電網之間的負荷構成也存在一定的差別,應當針對實際情況對電網的負荷類型進行劃分。
3.3分類結果不準確,影響了在此基礎上的進一步應用。傳統的負荷分類方法,沒有充分考慮用戶負荷的實際特性和變化規律,缺乏理論依據,存在著較大的人為因素,降低了分類結果的準確性和合理性,使得在此基礎的一些應用受到影響,例如降低了分類負荷預測的準確性,電價制定的不盡合理等等。
因此,為解決上述存在的問題,需要研究一種科學準確的負荷分類方法,為供電部門進行負荷分類以及在此基礎上的應用提供有力的參考和依據。
4.結束語
深入研究電力負荷分類的方法及應用,有利于及時掌握用電負荷的變化規律和發展趨勢,有利于用電負荷的科學管理,有利于計劃用電工作的開展。因此具有重要的理論意義和現實意義。
參考文獻
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【關鍵詞】城市;配電網規劃;負荷預測
一、傳統負荷預測方法分析
負荷預測方法主要分為傳統的預測方法和基于數學模型的預測方法。傳統預測法主要有用電單耗法、電力彈性系數法、負荷密度法、外推法、回歸預測法、人均用電量指標法等,基于數學模型的預測方法有灰色預測法、神經網絡預測法、模糊負荷預測法等等。傳統的負荷預測方法如用電單耗法、電力彈性系數法、負荷密度法是依靠專家的經驗或一些簡單的變量之間的相關關系對未來負荷做一個方向性的結論,預測精度較差,但在實際的中長期負荷預測時,結合工作人員的具體經驗,可用這些方法進行預測結果的驗證。神經網絡預測法基于神經網絡理論,利用神經網絡的學習功能,讓計算機學習包含在歷史負荷數據中的映射關系,再利用這種映射關系預測未來負荷。神經網絡預測應用于短期負荷預測比應用于中長期負荷預測更為適宜,模糊預測法應用模糊邏輯和預報人員的專業知識將數據和語言形成模糊規則,單純的模糊預測法的結果不夠準確,因為模糊預測沒有學習能力,因此模糊預測法常和神經網絡等預測方法組合使用。但以上方法不能體現具體負荷增長點,不能有效指導中低壓配電網規劃建設。
二、空間負荷預測方法分析
對于城市配電網規劃而言,更重要的是負荷的局部空間分布情況。福州配電網負荷預測采用了結合城市發展情況的空間負荷預測方法,不僅要預測負荷的飽和值,而且還要預測負荷增長的空間和時間,即空間負荷分布。在確定了負荷空間分布的基礎上,布局配電變壓器,再規劃變電站,由下而上逐級規劃城市電網。結合福州城區負荷發展特點,可將負荷分為若干個單元區塊,并對其進行負荷類型、負荷性質的定義,在此基礎上建立數學模型進行負荷預測。
首先應明確負荷單元區塊的劃分原則,單元區塊劃分是空間負荷預測的首要步驟,其目的是預測負荷增長的位置,為配電網規劃設計提供空間信息。單元區塊劃分得越細,負荷預測的空間分辨率越高,配電網規劃設計也會更準確詳細。對于每個單元區塊,城市規劃均對其用地性質、負荷密度、占地面積以及容積率作了規劃,通過向政府規劃部門收集各預測地塊未來的土地規劃方案,得到每個地塊各類負荷相關因素的歷史資料。其次對各單元區塊負荷類型進行定義,福州城區負荷類型主要分為居民用電負荷、商業負荷及工業負荷。最后對各單元區塊性質進行定義,可將負荷區塊分為負荷基本飽和區塊、負荷半飽和區塊、負荷新建區塊。
在完成負荷單元區塊劃分、負荷類型、負荷性質定義等工作的基礎上,對不同類型、不同性質的負荷單元區塊,采用不同的負荷預測方法。對居民用電負荷:負荷基本飽和區塊一般就是成熟社區(建成5年及以上),人口和用電情況已趨于穩定,在較短時間內負荷變化的空間不大,可以在現有負荷的基礎上乘以一個與經濟發展和居民生活水平提高相匹配的負荷增長系數,便可得到負荷預測數據。負荷半飽和地區一般是新建社區(建成2年及以上),有一定的負荷基礎,但是存在很大的負荷上升空間。負荷新建區塊主要是指建成2年以下社區和在建社區,負荷在短期之內基本無增長。對于居民用電飽和負荷的預測可參照《城市電力規劃設計導則》等技術標準,選定適合福州地區發展定位的飽和負荷密度進行測算。對商業負荷:這部分負荷往往是市政建設的重點地區,許多大型的寫字樓、商場、高級娛樂場所和高層居住小區,由于容積率比較高,成為空間負荷分布中的重要負荷和大負荷,這些大項目的新建所引起的負荷的跳躍式增長,對空間負荷分布的影響很大,必須在空間負荷預測中予以考慮。根據《城市電力規劃設計導則》等技術標準以及國內其他城市在不同發展階段下的負荷的用電指標,選擇福州城區此種類型負荷用地在負荷預測年的用電指標,以此進行測算。對工業負荷:根據福州市“十二五”規劃綱要,未來福州中心城區主要發展服務業和高新技術產業,工業逐步向南北兩翼轉移。因此,未來福州城區工業負荷應無較大增長,主要采用用戶報裝容量數據進行負荷預測。根據以上原則建立數學模型,選定合適的負荷增長率等參數,進行各單元區塊目標年份負荷預測。在完成單元區塊負荷預測的基礎上,對選定區域考慮同時系數后進行數據疊加,得到的就是任意目標區域的目標年份負荷預測值。
關鍵詞:可視化; 電力系統; 抗災變性評價; PowerWorld
中圖分類號:TN91134; TM74文獻標識碼:A文章編號:1004373X(2011)22020803
Visual Model Based on PowerWorld Simulator for Antiaccident Performance
of Electric Distribution Networks
WU Weili1, LI Xiaoming2
(1. College of Electronics and Information Engineering, Yili Normal University, Yili 835000, China;
2. Yili Branch, Xinjiang Telecommunication Company Limited, Yili 835000, China)
Abstract: Evaluation of the antiaccident ability of electric distribution networks is conducted for building a strong power grid and ensure the safety running of the power grid. The visual software PowerWorld Simulator developed by University of Illinois is adopted to build a visual model for antiaccident ability evaluation so as to intuitively reflect the status of system running and the result of recovery strategy under the real accident condition. The simulation results show that the model can intuitively reflect the status of system regular operation and fault situation, and intuitively show the result of recovery strategy.
Keywords: visualization; power system; antiaccident evaluation; PowerWorld
收稿日期:20110710
基金項目:伊犁師范學院院級項目(2009,228)0引言
全球范圍內頻發惡劣的大面積停電事故引起電力工作者的廣泛關注,自2003年美加大電網停電事故以來,不少電力工作者致力于研究通過規劃未來電網和對現有電網的改造來降低大停電的概率,國外相當一部分電力研究人員對配電網的安全提出了新的要求與看法。在國內,一部分電力工作者提出配電網的靜態安全評價和可靠性評價的方法[14],作者一直從事配電網配電網的安全評價工作,并提出了考慮配電網區域故障權重的配電網抗災變性評價指標[5]。在研究中發現,采用已有的配電網的模型在展示配電網的災害性事故發生的后果與影響方面不夠直觀,同時對配電網故障的恢復策略也只能夠用抽象的數值表示。這給使用或者想利用配電網抗災變性評價結構的電力運行、規劃和建設的部分帶來不便。為此,考慮對配電網模型采用可視化的技術[68],直觀地展示出配電網故障后災害情況以及恢復策略,以便于上述機構的工作人員快速了解、掌握電網的情況,從而達到建設、優化堅強電網的目的[911]。
1PowerWorld simulator簡介
PowerWorld電力系統仿真軟件(PWS)是一個電力系統仿真軟件包,其構筑在對用戶良好交互性的基礎上。它的核心是一個功能強大的潮流計算軟件,可以有效求解多達60 000個節點的系統。這使得電力世界仿真器作為一個獨立的潮流分析軟件包十分有用。與其他同類商業應用軟件不同,PWS允許用戶通過可縮放的彩色動畫單線圖來模擬一個系統。在PWS中,輸電線路的通斷、變壓器或發電機的增加、以及聯絡線功率的交換,一切僅需點擊鼠標即可完成。此外,圖形和動畫演示的廣泛使用增加了用戶對系統特性、存在問題和限制條件的理解以及如何修改。
PWS提供了極為方便的模擬電力系統時間特性的工具。同樣,它可以圖形化地顯示負荷、發電量和聯絡功率隨時間的變化,以及因此產生的系統運行條件的變化。這項功能在解決電網擴建引起網絡結構變化之類問題十分有用。
除了上述特點外,PWS的一體化經濟調度、聯絡功率交易經濟性分析、功率傳輸分配因子(PTDF)計算和突發事故的強大分析能力都可以通過一個易用的界面來實現[11]。
2 配電網抗災變性模型的建立
2.1原有的配電網抗災變性模型[6]
配電網原有的抗災變性模型建立在配電網簡化模型的基礎之上的,采用網基結構矩陣DT節點關聯矩陣CT以及負荷矩陣LT表示各節點之間的電氣聯系和各節點的負荷情況,應用此類模型進行配電網抗災變性評價即使在節點眾多的情況下仍具有運算速度快的優勢,同時為進一步簡化計算,簡化模型采用電流代表功率從而簡化運算。
(1) 定義N行5列的網基鄰接表DT反映網架結構,其中的元素di1描述節點i的類型,其取值可以為1,2,3,4或5,分別表示該節點是源點(10 kV出線開關)、開關節點、T接點、末梢點或母線節點。di2描述節點i是否過負荷,若過負荷則di2=1,否則di2=0。di3~di5描述和各節點鄰接的節點的序號,如果節點vi和節點vk,vm和vn相鄰接,則di3=k,di4=m,di5=n,在DT中的空閑位置填1;對于母線節點di2,di4和di5沒有任何含義,而在di3中描述反映母線相鄰節點序號的數組的地址(指針),母線節點數組的第1個單元存放母線相鄰節點的個數,以后各個單元分別存放各個相鄰節點的序號。
(2) 定義N行5列的網形鄰接表CT反映當前的運行方式,其中的元素ci1描述節點i所處的狀態(一般的,源點、T接點和母線節點均認為處于合閘狀態;聯絡開關節點和末梢點均認為處于分閘狀態),1表示合、0表示分。對于除過母線節點之外的其他節點,ci2和ci3分別表示以節點i為終點的有向邊(即“弧”,其方向為相應饋線段上潮流的方向)的起點序號,ci4和ci5描述以相應的節點為起點的弧的終點序號;在CT中的空閑位置填1;對于母線節點ci1,ci3和ci5沒有任何含義,而在ci2中描述母線的入點的序號,在ci4中存放母線數組的地址(指針)。
(3) 定義N行4列的負荷鄰接表LT,則li1表示流過節點(開關)i的負荷;li2~li4分別表示以節點i為端點的邊(饋線段)供出去的負荷,在LT中的空閑位置填1。負荷鄰接表LT中的元素的順序和網基結構鄰接表DT的第3列至第5列對應的邊的順序一致。
(4) 定義N行4列的額定負荷鄰接表ET,以反映各個節點和邊所代表的元件的電氣極限參數,其中ei1描述節點i的額定負荷;ei2~ei4描述以相應的節點為端點的邊的額定負荷;在ET中的空閑位置填0.01(這樣做是為了在計算時不至于使分母為0)。額定負荷鄰接表ET中的元素的順序和網基結構鄰接表DT的第3列至第5列對應的邊的順序一致。
(5) 定義N行4列的歸一化負荷鄰接表LnT,以反映負荷的相對輕重程度,即: ln i,j = li,j /ei,j 若LnT中某個元素大于1.0,則表示相應的節點或邊過負荷。
2.2配電網抗災變性可視化模型
在實際的電力工程中,節點電流往往不易獲得,而節點功率卻可以確定。同時,考慮到在實際的電網絡中,功率潮流往往是電力工作者所關心的,采用電流代替功率雖然可以簡化模型方便計算,但與電力系統真實的運行狀況相差較大。為此,本文采用可視化軟件PowerWorld simulator建立與電網實際運行更為貼近的模型,同時將代表電流還原為有功功率和無功功率[12]。
建立可視化的配電網抗災變性模型如圖1所示,它是根據該地區的實際地理分布情況和各負荷分布建立的模型。
圖1某地區配電網抗災變性可視化模型3可視化結果
3.1正常運行仿真圖
輸入上述數學模型進行計算,可視化結果如圖2所示,箭頭的方向表示功率的走向,箭頭的大小表示功率的大小,通過可視化圖形可以很直觀、形象地觀察到電網的運行狀況和功率潮流的走向。
3.2故障情況下系統的可視化分析
假設該地區母線2與母線5之間的線路發生斷線故障時,退出運行,則可從圖3中看出配電網在故障情況下的運行狀況。
由圖3可以看出,當線路故障時,線路兩端的斷MW路器就變成了空心方框,同時對應的輸出功率也變成了0 MW;向母線5輸送功率的一條線路由于要承擔此故障線路甩下的負荷而使其功率增至其極限功率的85%,輸送功率從14 MW增大到46 MW,這一點可以從餅狀圖可看出。同時,另外一條向母線5輸送功率的線路其功率也從39 MW增至84 MW,總體填補了母線2至母線5間的線路斷線而停送的77 MW功率,可見,除了停運線路的負荷受到影響外,母線2和母線5所帶的負荷均能正常用電。
圖2某地區局部正常運行狀態圖圖3母線2與母線5間的線路故障時的系統運行狀態4結語
采用PowerWorld可視化軟件對電力系統進行抗災變性評價,可以很直觀地觀察在故障情況下采用恢復策略時的電網的運行狀態,從而可以很形象地展示哪條線路能夠轉供負載,哪條線路斷開后對系統的危害以及故障后的影響區域,從而可以使電力規劃、運行和建設部門的工作人員能夠迅速地理解電力系統運行的基本原理,這對保證電力系統安全、可靠的運行,以及建設堅強電網都有很大的幫助。
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作者簡介: :吳偉麗1978年出生,新疆人,講師。從事配電網自動化和配電網安全方面的科研和電氣工程自動化方面的教學。
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關鍵詞:電能質量;指標;檢測;改善措施
0前言
電能是電力部門向電力用戶提供由發、供、用三方共同保證質量的一種特殊產品。電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質。隨著時代的進步與科技的飛速發展,現代電網與負荷構成出現新的變化趨勢,由此帶來的電能質量問題越來越引起電力部門和電力用戶的高度重視,如何更好的控制電能質量,具有很強的現實意義。
1 電能質量的內涵
電能質量是指供電裝置在正常工作情況下不中斷和不干擾用戶使用電力的物理特性。根據這一定義,現代電能質量除了保證額定電壓和額定功率下的正弦波形外,還包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相比平衡、波形畸變、所有電壓瞬變現象,如沖擊脈沖、電壓下跌、瞬間中斷及供電連續性等。電能質量的內涵包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量四個方面的內容。電壓質量是以實際電壓與理想電壓的偏差,反映供電部門向用戶供應的電能是否合格;電流質量是反映與電壓質量有緊密關系的電流的變化,是電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外,還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因數
運行;供電質量包括技術含義(有電壓質量和供電可靠性)和非技術含義(是服務質量,它包括供
電部門對用戶投訴與抱怨的反應速度和電力價格的透明度等);用電質量包括電流質量和非技術含義,它反映公用雙方相互作用與影響中用電方的責任和義務。
2電能質量的指標
電能質量指標的確定是質量、安全、經濟三方面綜合優化的結果,根據實際的運行經驗和相關標準的規定,供配電系統中影響電能質量的重要因素主要包括電壓偏差、電壓波動和閃變、頻率偏差、三相電壓不平衡及暫時過電壓和瞬態過電壓。
2.1電壓偏差
電壓偏差的定義為實際電壓偏離額定電壓的百分比。造成電網電壓偏差的最主要原因是無功
功率的傳輸,它是由于電網中的用戶負荷變化或電力系統運行方式的改變,使加到用電設備的電壓偏離其額定電壓。電壓偏差是指電力系統在正常運行條件下,供電電壓對額定電壓的偏離程度:
《電能質量供電電壓允許偏差》(GB12325―2003)對電壓偏差的限值規定為35 kV及以上供電電壓正負偏差的絕對值之和不超過10%; 10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%;單相供電電壓允許偏差為+7% ~-10%。
2.2電壓波動和閃變
電壓波動即電壓方均根植(有效值)一系列的變動或連續的改變;閃變即燈光照度不穩定造成的視感。電壓波動與閃變主要是由沖擊性功率負荷(如電力牽引機、煉鋼電弧爐、電弧焊機和軋鋼機等)引起的。這些非線性、不平衡沖擊性負荷產生的有功和無功功率會隨機或者周期性的變動,有功和無功的劇烈變化將會使電壓產生周期性或隨機的變化,從而使同一電網上其他用戶電壓以相同的方式波動。電壓波動對諸如調速電機、計算機、PLC、芯片制造生產流程線這些對電壓質量要求很高的敏感性負荷影響巨大,造成的經濟損失也不容忽視。電壓閃變超過限度值使照明負荷無法正常工作,損害工作人員身體健康。
2.3頻率偏差
頻率偏差的定義為系統頻率的實際值與標稱值之差。產生頻率偏差的主要原因是發電機的有
功輸出和有功負荷不平衡。頻率的變化對電力系統中的汽輪機、電動機、電氣設備正常運行影響很大,嚴重時會引起災難性事故發生。
2.4諧波
諧波即對周期性變流量進行傅里葉級數分解,得到頻率大于1的整數倍極薄頻率的分量。它是由電網中非線性負荷產生,例如可硅控整流裝置,電弧設備、電氣化機車、變壓器等都是高次諧波的電流源,它們接入電網后將使系統母線電壓畸變。高次諧波會使發電機端電壓波形產生畸變,從而影響供電電壓質量;諧波會引起供電線路損耗增加,損壞電氣設備、降低供電可靠性,還會干擾和破壞控制、測量、保護、通訊和家用電器的正常工作,諧波還加快旋轉電機、變壓器、電容器、電纜等電器元件中絕緣介質的電離過程,使其發熱絕緣老化壽命降低。間諧波是指非整數倍基波頻率的諧波,這類諧波可以是離散頻譜的或連續頻譜的,但其危害等同于整數次諧波電壓,其抑制與消除卻比整數次諧波困難得多,間諧波電壓是由較大的波動或沖擊性非線性負荷引起的。
2.5三相電壓不平衡
電壓不平衡的定義是三相電壓在幅值上不同或相位差不是120°或兼而有之,不平衡度是指三相電力系統中三相不平衡的程度,用電壓、電流負序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根植百分比表示。造成三相不平衡的主要原因有2類:一類是大容量非對稱負荷的接入,如電力機車、煉鋼電弧爐等;另一類是電網的諧波造成的三相不平衡。除此之外,系統故障,例如,短路故障也會造成三相不平衡。三相不平衡問題對整個電網的安全運行都會產生不良影響。
2.6暫時過電壓和瞬態過電壓
按過電壓的波形特點分為暫時過電壓和瞬態過電壓兩大類,因為過電壓的波形、幅值和持續時間決定了對設備絕緣和保護裝置的影響。暫時過電壓的定義是在給定安裝點上持續時間較長的不衰減或弱衰減的(以工頻或其一定的倍數、分數)振蕩的過電壓。瞬態過電壓的定義是持續時間數毫秒或更短,通常帶有強阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓,它可以疊加于暫時過電壓上,造成暫時過電壓和瞬態過電壓的重要原因是由于開關操作或雷擊等引起的。
3電能質量問題產生主要原因
隨著系統中非線性負荷的不斷增加,電力系統受到的諧波污染也越來越嚴重,加上電力系統可能出現的各種故障,均會影響系統的電能質量。
3?1非線性負載
在工業和生活用電負載中非線性負載占很大比例,也是電力系統諧波的主要來源。熒光燈和電弧爐是主要的非線性負載。電弧爐的諧波主要由起弧的延時和電弧的嚴重非線性引起。電弧長度的不穩定性和隨機性,使電流諧波頻譜復雜,而且隨時間會有明顯的變化。大功率整流或變頻裝置等也屬非線性負載,會產生嚴重的諧波電流,對電網造成嚴重污染,使功率因數降低。
3?2電力系統的非線性
在電力電子裝置大量使用前,電力系統中主要諧波源是發電機和電力變壓器。發電機是公用電網的電源,在實際運行中,由于多種原因使發電機的感應電動勢不是理想的正弦波(其輸出電壓中含有一定的諧波)。變壓器諧波電流是由勵磁回路的非線性引起。產生諧波電流的大小與變壓器的鐵心結構、鐵心飽和程度及變壓器的連接方式有關。
3?3電力系統故障
電力系統運行的各種故障也會造成電能質量問題。雷擊、誤操作、電網故障、短路故障時發電機及勵磁系統工作狀態的改變、保護裝置中電力電子設備的啟動等均會造成各種電能質量問題
4電能質量的檢測
電能質量檢測是解決電能質量問題的重要環節節,電能質量檢測技術是實現系統事件和事故的在線分析與電能質量控制的基本條件,是保證電力系統安全、可靠、經濟和優質運行的技術支撐。電能質量的檢測內容與方式:檢測內容(對于大型的電能質量而言)主要包括以下5個方面: (1)公用電網公共供電點的電能質量監測; (2)干擾負荷測試與評估; (3)電能質量糾紛測試; (4)電力設備電磁兼容測試;(5)電能質量控制裝置對電能質量改善效果的測試和評估。對于常規的電能質量測試主要是前兩方面,主要測試項目包括:頻率偏差,諧波電壓,諧波電流,電壓偏差,三相不平衡度,電壓波動與閃變等電能質量參數。檢測的方式可以分為連續監測、定期或不定期監測和專門測量。
5電能質量的改善
如何改善電能質量一直是各國專家和學者關注的一個熱點問題。傳統的方法主要有加裝并聯電容器、有載調壓變壓器、靜止補償器、同步調相機等,但不能完全解決電能質量問題。近年來,隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術的飛速發展,利用高性能的電力電子裝置改善電能質量成為可能。最常用的是PWM功率變換器(包括電壓型和電流型),利用不同的控制方法對PWM功率變換器進行控制,可以改善電能質量。
5?1有源電力濾波器
雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結構簡單及維護方便等優點(廣泛用于配電網中),但由于濾波器特性受系統參數影響大,只能消除特定的幾次諧波,而對某些次諧波會產生放大作用,甚至發生諧振。隨著電力電子技術的發展,人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器(APF)。APF利用功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為0,達到實時補償諧波電流的目的。APF不僅能補償各次諧波,還可抑制閃變、補償無功,在性價比上較為合理。濾波特性不受系統阻抗等影響,可消除與系統阻抗發生諧振的危險。APF具有自適應功能,可自動跟蹤補償變化的諧波,具有高度可控和快速響應等特點。5?2靜止無功發生器
靜止無功發生器SVG是利用PWM功率變換器通過一定的控制策略來進行無功補償(分為電壓源型和電流源型)。由于運行效率和控制難易程度的原因,目前投入使用的SVG大都是電壓源型。SVG的控制方法分為間接控制和直接控制。間接控制是根據電網吸收的無功電流計算穩態情況下橋式電路應輸出的電壓,通過PWM技術實現(通過控制電壓起到控制電流的目的)。直接控制是根據電網吸收的無功電流直接通過一定的電流控制技術來實現。
5?3統一電能質量補償器
統一電能質量補償器UPQC包含2個有源電力濾波器(APF)。APF1將電源和負載隔離,阻止電源諧波電壓串入負載端和負載諧波電流流入電網,對基波表現為零阻抗,對諧波表現為高阻抗;APF2提供一個零阻抗的諧波支路,對基波表現為很大的阻抗,對諧波表現為低阻抗,把負載中的諧波電流吸收掉,使負載中的諧波電流不會在無源濾波器上產生諧波電壓。
5?4PWM整流器
以上方法是從補償的角度來改善電能質量。還有一種方法是改進電網中的污染源,使其不對電網產生污染。要對污染源進行改進,首先應考慮對整流器的改進,即所謂的功率因數矯正技術PFC。PFC技術利用一定的控制策略,控制整流器交流側的電流和電壓同相,從而消除整流器對電網的諧波和無功污染。目前,單相PFC技術比較成熟,而三相PFC技術仍處于研究階段。越來越多的應用場合要求能量雙向流動,及時將能量返回電網以節約能源。在各種PFC電路結構中, PWM整流器因其能實現雙向流動而備受關注。
6 結語
在國家電力公司內進行電能質量控制技術的研究開發是非常必要的。提高供電網的電能質量已經成為我國電力系統優質、高效發展必不可少的組成部分。如何不斷的完善電能質量控制技術,使電網能夠更好的服務用戶,提供更加堅實的基礎,將是我們不斷研究和努力探索的方向。
參考文獻
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論文關鍵詞:用電信息采集系統,IEC61970,通用信息模型,通用接口規范,接口
0引言
用電信息采集系統是對電力客戶的用電信息進行實時采集、處理和監控的系統,實現電力客戶的全覆蓋和用電信息的全采集,全面支持費控管理,為營銷信息系統提供及時、完整、準確的基礎數據,為智能用電服務體系提供基礎用電信息數據接口,是智能電網用電環節的重要基礎。用電信息采集系統可實現電力用戶的和購、供電關口的全覆蓋和全采集,統一實現購電側、供電側、售電側電能信息的采集與處理,構建完善的電能信息采集與應用平臺。用電信息采集系統要求具有很強的開放性和靈活性,可方便地和其他系統包括電力市場技術支持系統、調度自動化系統、調度管理信息系統、綜合數據平臺系統和營銷管理系統等實現信息共享和互操作。
用電信息采集系統包含大量電力系統運行數據,其中包括電力系統設備元件模型、設備元件的連接拓撲關系、電能量數據、瞬時量數據等。隨著電力市場的不斷發展,用電信息采集系統的應用范圍越來越廣,用電信息采集系統迫切需要和其他異構系統實現數據共享,進而為電力市場系統的運營和電力企業的輔助管理決策提供支持。傳統的用電信息采集系統通常采用私有的信息模型,和其他系統的數據共享采用專用接口的方式。隨著和需要用電信息采集系統交互的系統越來越多,這種方式已經不能滿足用電信息采集系統應用的需求。
IEC61970標準是國際電工組織第57分會第13工作組制定的標準接口,它定義了能量管理系統應用程序接口(EMS-API)中國知網論文數據庫。CIM(Common Information Model)定義了這些API的語義,CIS(Common Interface Specification)定義了信息交換的內容。CIM中描述的對象類本質上是抽象的,可以用于各種應用。CIM的使用遠遠超出了它在EMS中應用的范圍。可以把CIM標準理解為一種能夠在任何一個領域實行集成的工具,只要該領域需要一種公共電力系統模型,使得應用和系統之間能夠實現互操作和插入兼容性,而與任何具體實現無關。
因此在用電信息采集系統中,采用基于IEC61970標準的信息模型,利用CIM XML或CIS方式和其他系統實現數據共享,可以使用電信息采集系統具有非常好的開放性。用電信息采集系統一方面可以使用CIM XML或CIS方式從調度自動化系統獲得完整的電力系統設備元件模型和設備元件的連接拓撲關系模型,并可以實時獲得最新的模型變化接口,實現模型信息的免維護,另一方面可以通過CIS方式向其他系統提供系統中的電能量數據、瞬時量數據等或通過CIS方式從其他系統中獲得數據。用電信息采集系統只需要支持CIS標準,就可以實現和其他各種異構系統的互聯和互操作。
1基于CIM的數據庫建模
1.1CIM簡介
公共信息模型(CIM)是一個抽象模型,它描述電力企業的所有主要對象,特別是那些與電力運行有關的對象。CIM 用面向對象的建模技術定義。具體地說,CIM規范使用統一建模語言(UML)表達方法,它將CIM定義成一組包。IEC 61970-301包括以下包:核心包(Core)、
域包(Domain)、發電包(Generation)、發電動態包(Generation Dynamics)、負荷模型包(LoadModel)、量測包(Meas)、停運包(Outage)、生產包(Production)、保護包(Protection)、拓撲包(Topology)和電線包(Wires)。
1.2 基于CIM模型的面向對象數據庫
目前主流的商用數據庫如ORACLE、DB2、SYBASE都是關系型數據庫。關系模型允許定義一組二維表,二維表之間通過索引關聯。關系模型具有以下特點:(1)概念單一,實體與實體之間的聯系用關系來表示;(2)以關系數學為基礎;(3)數據的物理存儲和存取路徑對用戶不透明;(4)關系數據庫語言是非過程化的。關系模型簡單、易維護,但對電力系統拓撲結構描述比較困難接口,也不便于基于CIM模型的應用軟件的運行。
面向對象數據模型允許定義對象類以及類之間的繼承和關聯等關系中國知網論文數據庫。面向對象模型的特點是按照客觀事物的本來面目描述實體,具有封裝、重用和多態等特點。其優點是:(1)數據結構清晰,便于表達CIM模型中電力系統中的各種對象。(2)對象具有獨立性,便于維護。(3)需求變化時,應用軟件和數據庫結構重用率高,修改少。
為了更好的遵循IEC61970CIM標準以及充分利用面向對象的數據模型的優點,系統可以采用DAO、HIBERNATE、實體EJB等O/R轉換技術,將關系型數據庫封裝成完全面向對象的數據模型。采用這些技術可以使模型數據完全基于面向對象的數據模型,支持對象建的繼承、聚集、聯系,完全可以表達CIM模型的所有語義接口,使得所有應用軟件所關聯的都是基于CIM的面向對象的數據模型。
通過建立基于CIM的面向對象的數據平臺,可以使用電信息采集系統具備很好的開放性。用電信息采集系統可以和各個獨立廠家支持CIM標準的不同EMS系統共享電力系統數據模型,通過共享EMS系統的數據模型,一方面可以很大程度上簡化系統的維護,更好的支持計量系統的各種應用,另一方面為用電信息采集系統和其他系統實現插入式的接口提供了基本條件。
1.3 系統數據模型和CIM的對應關系
CIM標準含蓋了電力系統中和運行相關的主要對象,應用的主要范圍包括EMS系統、配電管理系統等。但任何系統只要域需要一種公共電力系統模型,使得應用和系統之間能夠實現互操作和插入兼容性,就可以使用CIM模型。用電信息采集系統應用的數據范圍決定了它的數據模型可以是CIM標準的一個子集,下面列舉了數據模型和CIM的對應關系:
表1 CIM中的類和用電信息采集系統中的類的對應關系
所屬包
CIM類名
計量系統的類名/接口名
中文含義
Core
Company
Company
電力公司
SubControlArea
SubControlArea
子控制區
SubStation
SubStation
廠站
VoltageLevel
VoltageLevel
電壓等級
Terminal
Terminal
端點
Topologic
ConnectivityNode
ConnectivityNode
連接點
TopologicalNode
TopologicalNode
拓撲點
TopologicalIsland
TopologicalIsland
拓撲島
Meas
Measurement
Measurement
量測
MeasurementValue
MeasurementValue
量測值
MeasurementType
MeasurementType
量測種類
Wires
Line
Line
線路
AcLineSegment
AcLineSegment
線路段
PowerTransformer
PowerTransformer
變壓器
TransformerWinding
TransformerWinding
變壓器繞組
Compensator
Compensator
電容器
EnergyComsumer
EnergyComsumer
負荷
Disconnector
breaker
刀閘
Groud Disconnector
接地刀閘
Fuse
熔絲
Breaker
開關
LoadBreakerSwitch
負荷刀閘
Generation
GenerationUnit
【關鍵詞】分布式發電;微網;集中式發電
中圖分類號:TU271.1 文獻標識碼:A
為了滿足快速增長的電力需求,電力生產部門主要依靠建設超高壓長距離輸電線路,投資新的大型發電廠,集中向用電需求大的地區供電。建設大型發電廠以及輸電網絡都需要較長的工程建設時間,耗資巨大。與此同時,對一次能源的需求也隨之增大,自然環境惡化的現象日益明顯。由此希望在使用新技術促進經濟發展的同時,逐步改變當前以火電為主的發電結構,減少輸電損耗,提高一次能源利用率,抑制輸電網絡的擴大
一、分布式發電、微網以及集中式發電的定義
(一)分布式發電定義
分布式發電(DG) 或分布式能源(DER) 是一種分散、非集中式的發電方式,通常是指發電功率在幾千瓦至數百兆瓦(也有的建議限制在30~50兆瓦以下)的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電單元。主要包括太陽能光伏發電、生物質能發電、風力發電、燃料電池發電等,往往以新能源發電技術為主。
(二)集中式發電的定義
常規發電站,如燃煤,天然氣和核電站,以及水壩和大型太陽能發電站,是集中式發電,并且通常需要把電力進行長距離傳輸。
(三)微電網定義
目前對微電網尚未形成統一的定義,一般來講,微電網,是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統,是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統,既可以與外部電網并網運行,也可以孤立運行。
二、分布式發電的過程
分布式電源通常接入中壓或低壓配電系統,并會對配電系統產生廣泛而深遠的影響。傳統的配電系統被設計成僅具有分配電能到末端用戶的功能,而未來配電系統有望演變成一種功率交換媒體,即它能收集電力并把它們傳送到任何地方,同時分配它們。分布式發電具有分散、隨機變動等特點,大量的分布式電源的接入,將對配電系統的安全穩定運行產生極大的影響。
三、分布式發電的與集中式發電的優劣對比
(一)分布式發電的優點
1、分布式發電系統中各電站相互獨立,用戶由于可以自行控制,不會發生大規模停電事故,所以安全可靠性比較高;
2、分布式發電可以彌補大電網安全穩定性的不足,在意外災害發生時繼續供電,已成為集中供電方式不可缺少的重要補充;
3、可對區域電力的質量和性能進行實時監控,非常適合向農村、牧區、山區,發展中的中、小城市或商業區的居民供電,可大大減小環保壓力;
4、分布式發電的輸配電損耗很低,甚至沒有,無需建配電站,可降低或避免附加的輸配電成本,同時土建和安裝成本低;
5、可以滿足特殊場合的需求,如用于重要集會或慶典的(處于熱備用狀態的)移動分散式發電車;
6、調峰性能好,操作簡單,由于參與運行的系統少,啟停快速,便于實現全自動。
(二)集中式發電的優點
1、集中式供電在我國電力工業中已是主要的成熟的模式
受各方面條件的限制,中國未來很長一段時期仍將以燃煤發電為主,國家批準投建的發電機組仍將是火電機組為主。而分布式能源屬新生事物,在許多地方還沒嘗到甜頭時,國家往往是不會做如此大的扶持力度的,必須靠不懈的推廣國家方才重視投入。
2、集中式供電模式下的電網建設已經覆蓋了我國的東西南北
全國電力聯網,有一個好處就是可以使高峰負荷得到一定的互補,東與西、南和北可以錯峰。發展分布式能源雖然有較多優勢,但就此好處而言是難以做到的。
3、國家在一定的時期將繼續對電力部門實行扶持
地方政府對居民、公共事業性質單位和農業用電會繼續補貼。理論上任何商品的價格都應受市場供求關系影響,電作為能源形式也不例外。
(三)分布式發電的不利之處
1、維修據點較多;
2、燃料供應問題;
3、大型集中式發電對于處理污染的成本較低;
4、當分布式發電發展到一定的程度,核電廠及燃煤發電廠將完全失去競爭力(就算不考慮重大核能事故風險、核廢料處理、排放處理及碳排放成本),此時多數電力用戶是電力公司當成備援電力、及用戶將電力網絡當成電力交換機制,發電需求很難預測,無法短時間內調整發電量的核電廠及燃煤發電廠,很難加入電網。
另外,分布式能源系統生產的各種能量首先供給附近用戶,多余的電上網銷售,用電高峰所發電不夠用時還需通過電網補充。而此時分布式能源站向電網買、賣價格是否象電網公司能得到政策扶持還有很多不確定的因素。這給分布式能源的推廣難度會加大。
二、分布式發電與集中式發電的關系
傳統的集中式發電具有大型化、巨型化的特點,分布式發電不僅可以作為集中式發電的一種重要補充,而且將在未來能源綜合利用上占有十分重要的地位。它們的關系主要體現在以下幾點:
(一)分布式發電直接接在負荷側,在意外、災害發生時能繼續供電,成為集中式發電的必要補充。
(二)對于經濟欠發達的農村地區,要形成一定規模的、強大的集中式輸配電網需要巨額的投資和很長的時間周期,而分布式發電可以彌補集中式發電的這些局限性。
(三)集中式發電與分布式發電的有機結合可以節省投資,降低能耗,提高能效。
結束語
分布式能源與微網建設是一個長期的漸進過程,它需要關鍵技術取得突破電力系統的能觀性、適應性、能控性、協調性等整體功能得到提高。分布式能源微網建設主要應該以關鍵技術突破為著力點,以創新為驅動力,以技術標準規范為準繩,探索合理的盈利模式和運營模式,遵循技術標準是實現分布式能源與微網科學發展和可持續發展的重要保證。
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關鍵詞:電網運行方式;風險評估;校正控制模式;電力系統;風險指標 文獻標識碼:A
中圖分類號:TM732 文章編號:1009-2374(2015)05-0025-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0345
電力系統規模的不斷擴大與新能源技術的發展使電網更加復雜,安全運行過程中存在的潛在風險也不斷增加。電力系統在人們的生產生活中發揮著非常重要的作用,必須確保電網的運行安全,避免出現大面積的停電事故。在確保電力系統安全運行的過程中,對電網的潛在風險進行正確的評估是非常重要的環節。安全評估包括確定性評估與不確定性評估兩種方法,風險評估屬于不確定性評估,主要評估的內容為事故的可能性與嚴
重性。
1 定義風險指標模型
1.1 電壓偏差風險
電壓是電能質量的評價指標之一,當前電力系統由于市場推進與容量提高而處于重載運行的狀態中,系統的電壓要低于正常電壓水平,如果這種電壓偏差的情況超過了允許的范圍,將會導致電壓越限情況的出現。如果出現電壓越限情況將會導致電力系統出現故障。為了確保電力系統的安全運行,要實時監視與調節系統母線節點的電壓。本文研究的重點主要為系統母線節點的低壓風險。
1.2 失負荷風險
如果電力系統出現越限情況時,可以通過校正措施使其恢復到穩定狀態,主要的方法為對系統運行狀態進行調整。如果在對電力系統的運行狀態進行調整之后依舊不能夠消除越限情況,則需要通過負荷削減方式進行校正。但是負荷削減方式將會帶來停電的結果,造成一定的經濟損失,因此要盡量避免使用該方式。負荷損失主要包括兩個方面:一方面是故障區域之內的固定損失部分,主要是由于故障隔離而產生的;另一方面是非故障區域可轉移損失部分,主要是由于電網輻射性結構造成的。
1.3 控制成本風險
電網安全面臨著新的挑戰,只有在確保電網安全運行的前提下才能夠實現市場成員經濟利益最大化。因此,在對電網系統安全問題進行決策的過程中需要考慮經濟性因素,通過最少的控制成本實現系統恢復到安全狀態。
2 基于風險的電網運行方式校正控制模型
電力系統的安全運行有著重要的經濟意義與社會意義,電力系統安全校正控制研究非常必要。電力系統具有復雜性、隨機性等運行特點,一旦出現故障將會使電力系統陷入到不安全狀態中。在對風險進行控制的過程中,只能夠盡量實現風險處于接受范圍之內,而不能夠實現零風險。基于風險的電網運行方式校正控制模型的構建主要是希望能夠在滿足運行約束的條件之下,通過特定的運行方式實現系統風險最小化。
2.1 基于風險的電網運行方式校正控制數學模型
基于風險的電網運行方式校正控制模型主要是對系統中可以調節的變量進行校正與控制,從而實現系統總風險的最小化。本文主要探討的校正措施包括發電機出力調整、負荷削減。基于風險的電網運行方式校正控制的數學模型為:
Minf=f(a,b,c)
St h(a,b,c)=0
≤g(a,b,c)≤
其中f代表目標函數;a表示狀態變量;b表示控制變量;c表示參數變量;h表示等式約束;g表示不等式約束。
2.1.1 目標函數。電力系統的目標函數包括多種形式,本文主要選擇的目標函數為風險指標:Minf=Risk。不同的風險類型有著不同的目標函數形式,例如低電壓風險最小的目標函數:minf=RV。
2.1.2 等價約束。等價約束主要指的是電力系統中的功率平衡方程,在對等價約束進行計算的過程中要對電網系統正常的運行狀態進行考慮,也要對所有能夠預想到的事故狀態進行考慮,將所有的等式約束方程進行聯立之后就能夠進行求解。
2.1.3 不等式約束。不等式約束指的是電網系統運行中所面臨的各種運行約束,主要包括發電機出力的上限約束與下限約束;電壓幅值的上限約束與下限約束、線路有功潮流約束、預想事故負荷調整約束、發電機有功出力調整爬坡約束。與等式約束相同,將所有的不等式約束進行聯立之后也能夠進行求解。
2.2 模型求解的方法
基于風險的電網運行方式校正控制屬于較為典型的非線性規劃問題,在求解的過程中包括多種求解方法,基本上可以劃分為經典類與智能算法兩種類型。其中應用較為廣泛的就是內點法,通過在應用過程中不斷的發展與完善,極大地提高了魯棒性與收斂性,在電力系統優化問題求解中有著非常廣泛的應用。內點法主要包括三種:第一,投影尺度法,需要將問題轉化為線性規劃問題,難度較大、實用性較低;第二,仿射變換法,在對初值選擇的過程中非常復雜,而且收斂性較差,在很多問題中都存在局限性;第三,路徑跟蹤法,利用拉格朗日函數法與對數障礙函數法實現等式約束與不等式約束的無約束轉化,再利用牛頓法進行求解,初值選擇簡單、收斂性好,應用較為廣泛。因此,通過內點法對基于風險的電網運行方式校正控制模型進行求解。
2.3 綜合風險控制模型
校正控制的不同控制量之間可能存在沖突的情況,因此需要對各個優化目標進行協調,確保電力系統能夠處于安全狀態中。綜合風險控制模型主要是對風險的級別進行考慮,針對風險級別進行解決。綜合風險控制模型為:
Minf=Rs
St h(a,b,c)=0
≤g(a,b,c)≤
3 結語
當前,電力系統安全問題已經成為了影響電力系統安全運行的最主要的因素。越來越多的大面積停電事故表明必須對電力系統的安全運行進行關注。傳統的電力系統安全評估方式已經不能夠滿足越來越復雜與隨機的電力系統安全評估需求,需要建立基于風險的電網運行方式校正控制模型,對電力系統運行過程中所有的不確定因素都進行安全評估,確保電力系統能夠處于安全狀態中。
參考文獻
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關鍵詞:配電網 電能質量 治理措施
1、配電網電能質量的定義
IEEE技術協調委員會給出電能質量相應的技術定義:“合格電能質量的概念是指給敏感設備提供的電力和設置的接地系統是均適合于該設備正常工作的。”另有部分專家采用如下的電能質量定義:表現為電壓、電流或頻率的偏差,造成用戶設備故障或錯誤動作的任何電力問題都是電能質量問題。根據這一定義,電能質量除了保證額定電壓和額定頻率下的正弦波形外,還包括所有的瞬變現象,如沖擊脈沖、衰減振蕩、瞬時間斷和諧波等。
2、配電網電能質量存在的問題及其危害
2.1 電壓偏差
用電設備的運行指標和額定壽命是對其額定電壓而言的。當其端子上出現電壓偏差時,其運行參數和壽命將受到影響,影響程度視偏差的大小、持續的時間和設備狀況而異。
2.2 公用電網諧波
由于硅整流、可控硅換流設備、電弧爐、電焊機等各種非線性負荷的增加,大量的諧波電流注入電網,造成電壓正弦波形畸變,使電能質量下降,給發供電設備、客戶用電設備、用電計量、繼電保護帶來危害,成為污染電網的公害。諧波使電網中感性負荷造成過電壓,容性負載造成過電流,影響用電計量準確度,對安全運行帶來危害。例如使繼電保護誤動,引起故障;干擾電子設備,使計算機誤動作,電子設備無觸發;通信回路、弱電回路產生雜音,造成故障。
2.3 電壓波動和閃變
無論電網低電壓或高電壓運行,都會給電氣設備的運行帶來較大的危害,照明負荷電壓低,使發光效率下降,影響照度;電壓下降時,經常是電動機過負荷而燒毀,同時與會使電動機的啟動十分困難,反之,長期高電壓運行,會對電機的絕緣造成危害;電壓偏低會增加供電線路及電氣設備中的電能損失;電壓偏低常常會引起低電壓保護裝置動作,電磁開關、空氣開關跳閘,影響生產的正常進行,反之,電壓偏高也將引起過電壓保護裝置動作,電氣設備的電壓線圈燒毀等。電壓偏高或偏低都會影響到通信、廣播電視等音像的質量,影響家用電器設備的正常工作,如電壓偏低電冰箱、空調等難以啟動;如果電網的無功功率嚴重匱乏,將導致電壓崩潰,系統震蕩,電網瓦解,嚴重危及供用電安全運行。
2.4 電網頻率
低頻率會使發動機,電磁開關等用電設備燒毀;頻率下降使電動機轉速下降,因而使一些產品出現廢品、次品、如紙的厚薄不均、棉紗的粗細等不均;低頻率運行的電網穩定性差,降低了電網應付事故的能力,稍有波動就可能導致系統的瓦解崩潰。
高頻率運行同樣也會產生危害,損壞設備,高頻率運行時,發電機、電動機和所有生產設備的轉速將增加,電壓上升,往往因超過原設計要求而遭損壞,影響廣播、通信、電視等音像質量。
3、電能質量的治理措施
對電能質量的治理主要采取以下措施:
3.1 無功功率補償
無功補償,就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率,以提高系統的功率因數,降低能耗,改善電網電壓質量、提高設備出力。無功補償設備的配置,應按照“分級補償、就地平衡、合理布局”的原則。
(1)總體平衡與局部平衡相結合,既要滿足全網的總無功平衡,又要滿足分線、分站的無功平衡。
(2)電力部門補償與用戶補償相結合。在配電網絡中,用戶消耗的無功功率約占50%~60%,其余的無功功率消耗在配電網中。因此,為了減少無功功率在網絡中的輸送,要盡可能地實現就地補償,就地平衡,所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。
(3)分散補償與集中補償相結合,以分散為主。集中補償,是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償,指在配電網絡中分散的負荷區,如配電線路,配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。
(4)降損與調壓相結合,以降損為主,兼顧調壓。這是針對線路長,分支多,負荷分散,功率因數低的線路,這種線路最顯著的特點是:負荷率低,線路損率大,若對此線路補償,可明顯提高線路的供電能力。
(5)高壓補償與低壓補償相結合,以低壓補償為主,這和分散補償相輔相成。
3.2 無源濾波裝置
該裝置由電容器、電抗器,有時還包括電阻器等無源元件組成,以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路,以達到抑制高次諧波的作用;由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區,所以濾波器與動態控制的電抗器一起并聯,這樣既滿足無功補償、改善功率因數,又能消除高次諧波的影響。
3.3 有源濾波器
由于無源濾波器特性受系統參數影響大,只能消除特定的幾次諧波,而對某些次諧波會產生放大作用,甚至諧振現象等因素,人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器,有源濾波器是利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比,有以下特點:一是能補償各次諧波,還可抑制閃變,補償無功,有一機多能的特點,在性價比上較為合理;二是濾波特性不受系統阻抗等的影響,可消除與系統阻抗發生諧振的危險;三是具有自適應功能,可自動跟蹤補償變化著的諧波,即具有高度可控性和快速響應性等特點。
4、加強配電網電能質量管理
電能質量問題會給客戶帶來損失,電能質量問題的解決需要各方協調合作。其中電力企業要做好的以下工作:一是開展電能質量量化調查工作;二是培訓客戶了解其用電設備的性能以及可能出現的問題;三是制定電能質量問題評估規范;四是進行電能質量案例研究。客戶要做的工作有:一是研究分析用電設備對電能質量變化的敏感度;二是制定設備技術規范,描述設備對電能質量變化敏感度以及可能產生問題(諧波,閃變);三是制定電能質量調整設備設計導則;四是制定用電設備評估規范。設備制造商要做的工作:一是制定設備測試規范,檢驗電能質量變化期間用電設備性能;二是提供設備的電能質量性能改善方案。
參考文獻
[1]肖湘寧,徐永海.電能質量問題剖析.電網技術,2001.