智能配电网自愈控制技术发展与展望

大规模分布式电源、柔性负荷、用户互动负荷等接入占比不断增加,配电网运行方式日趋复杂多变,分布式电源出力的随机性、波动性以及电动汽车等多元化负荷时空不确定性,为智能配电网实现自愈控制带来新挑战。微型同步相量测量技术在配电网中的应用,增强了其可观测性和精准数据支撑能力。文章基于国内外研究现状,分析了智能配电网自愈控制实际需求,明确了基于同步相量量测的快速感知、精准协调控制等新支撑技术与实现方法,设计了新技术支撑下智能配电网自愈控制架构,再结合大数据、云计算、物联网、移动互联以及人工智能等先进技术的应用,能够实现多类型、弱特征故障的准确检测和精确定位,挖掘分布式电源可调控潜力及供电支撑作用,提升智能配电网安全可靠和经济高效运行水平。     

特约主编寄语

正大规模分布式电源接入配电网、电网与用户供需互动日益频繁、储能和电动汽车充电负荷不断增长等因素,使得配电网出现潮流双向化、源荷智能化、电力电子高比例应用等新特征,配电网呈现更强的时空不确定性和常态化的随机波动。为了保障新形势下配电网的安全可靠运行,需要发展同步相量测量等新型配电网测量技术与装置(PMU),探讨配电网多类型终端的相互关系,研究配电网海量多源数据的采集、传输、集成、分析和应用等关键技术,     

基于同步相量测量信息的配电网多功能终端设计与应用

将同步相量测量技术应用到配电网中,设计可大规模应用的微型化、低成本化,并配置兼具配电网保护、控制等多功能的同步相量测量装置,可以全面提高配电网的可观、可测和可控的能力,这将会是未来配电网发展的一个必然趋势。设计了一种基于同步相量测量信息的配电网多功能终端装置,研究了装置的功能需求。在硬件设计上采用融合配电自动化终端架构的分层式集成架构,软件上采用低耦合、分层式软件架构。同时,设计了装置的数据动态融合方案,保证运行效率。设计的基于同步相量测量信息的配电网多功能终端装置灵活运用同步量测信息技术,解决了规模分布式电源、电动汽车和互动负荷等接入对配电网带来的可靠性和电能质量问题,具有很高的工程应用推广价值。     

配电网同步相量测量技术与应用综述

随着分布式清洁能源和柔性负荷渗透率不断提高,配电网的电力电子化趋势明显增强,动态过程也更加频繁、复杂,系统状态可观与协调控制愈加重要,亟需同步相量测量技术以提供高频、精确的数据支撑。首先综述了配电网同步相量测量技术的发展现状和应用情况,进而从装置功能及系统架构方面归纳了配电网同步相量测量技术的特点,并总结了近来我国在运行状态估计、故障诊断及精确定位以及源网荷协调控制等方面的典型应用,最后讨论了配电网同步相量测量标准化需求和技术发展趋势。     

基于广域量测信息的配电网协调控制技术展望

分布式电源等电力电子设备的大规模接入,对配电网控制灵活性以及控制时间尺度提出了新的需求。配电网同步相量测量装置（D-PMU）的配备将为配电网在线监测及实时控制打开新的局面。对于D-PMU数据融入配电网量测系统后形成的新调控框架、新调控手段,提炼总结了基于广域量测信息的配电网源-网-荷协调控制技术中亟待研究的内容,包括多源数据融合背景下的分布式电源功率预测与柔性负荷建模、解决新能源功率波动与配电网电压安全问题的配电网源-网-荷快速协调控制、利用D-PMU数据快速同步特点实现的孤岛平滑切换与稳定控制等。针对上述内容,构思了相应的技术路线,对关键技术难点进行了展望,并介绍了部分技术在示范工程的应用情况。     

基于多分支电流混合量测的配电网三相状态估计

同步相量测量应用于配电网高级应用中是近年来的研究热点。针对配电网同步相量与智能电表的混合量测问题,提出一种以支路电流为状态变量的配电网状态估计方法。该方法在含分布式光伏接入的配电网中,将微型同步相量测量单元(Micro-Synchronous Phasor Measurement Unit,μPMU)和智能电表量测数据进行等效变换,实现异构数据支路电流幅值量测误差最小。首先,基于混合量测系统,推导三相量测方程模型。然后,运用加权最小二乘法实现了三相支路电流的状态估计。所提方法适用于三相不平衡、多分支电流量测的配电网。最后,通过对含分布式光伏的IEEE 37节点系统进行仿真,验证了方法的有效性。     

优化智能配电网动态特性的技术方法

针对分布式电源、柔性负荷和电动汽车等在配电网层面的接入对智能配电网带来的影响,开展了智能配电网的不良动态问题研究。依据理论分析、多场景下PSCAD的仿真结果详细分析了分布式电源、柔性负荷和电动汽车等的接入可能会给智能配电网带来的不良动态问题。从整体出发,提出了若干优化智能配电网动态特性的技术方法,包括平抑智能配电网不良动态过程的能量动态补偿方法、综合改善电气联络关系和能量动态补偿功能的合环装置以及改善系统动态特性的附加控制方法。在此基础上,提出了基于人工智能的智能配电网系统动态模型构建的非解析方法。进而,提出了一种优化智能配电网动态特性的分层分布式精准协调控制系统框架。该文给出了对所提出的技术方法的原理框图,并阐明了它们的技术原理。     

基于多级自校验和多重切换的自适应相量算法

配电网同步相量测量装置可以大幅提升配电网的可测、可观、可控水平,可以解决大规模分布式电源和柔性负荷接入后现代配电网所面临的巨大挑战,促进配电网转型升级。本文提出了基于多级自校验和多重切换的自适应相量算法。在多级校验方面,提出了基于多级自校验识别稳态、动态和暂态3种模式,并设计了适应3种状态的算法。在多重切换方面,提出了通过校验算法、传感器类型、采样率、窗函数类型、数据窗长度和相量算法的多重自切换,以满足同步相量测量装置性能的要求。为进一步验证本文所提算法的优越性能,在仿真软件上进行了仿真测试分析,结果表明所提算法能满足实际应用要求。     

配电网高精度同步相量测量技术方案与展望

随着分布式新能源渗透率不断提高,智能配电网电力电子化趋势明显,可观问题更加严重,亟须适用于智能配电网的同步相量测量装置（D-PMU）研究。文中在调研国内外研究现状的基础上,阐述了适用于智能配电网的同步相量测量面临的科学问题,分别从高噪声和强瞬变环境下的高精度同步相量测量方法、弱通信条件下的时间同步技术、微型同步相量测量装置信息安全技术、装置研制、测试技术与测试平台5个方面,提出了配电网高精度同步相量测量技术的研究思路与框架。同时,初步提出了D-PMU的框架结构、相量测量方法与校准方法。     

基于SNOP的柔性配电网中分布式电源最大准入容量计算

分布式电源高比例接入配电网,将会引起配电网潮流越限等问题,影响配电网安全运行。基于智能软开关的柔性配电网为提高分布式电源消纳能力提供了新的思路。智能软开关的动态双向功率调节能力,有助于改善配电网中电压瓶颈节点和传输容量瓶颈支路的运行状态,实现全网潮流主动协同管理,从而提高柔性配电网中分布式电源准入容量。首先建立了柔性配电网中分布式电源最大准入容量模型,基于配电系统的多节点特性,该模型属于高维非线性优化问题。然后根据实际场景和参数设置的不同,分为传统配电网中分布式电源固定节点位置、柔性配电网中分布式电源固定节点位置、柔性配电网中分布式电源自由接入3种情况进行分析,并采用多种群遗传算法求解得到全局最优解。最后使用IEEE 33节点配电系统进行算例分析,结果验证了柔性配电网中智能软开关的应用对分布式电源接入能力的提升作用。所提方法在获得柔性配电网中分布式电源准入容量的同时,可从规划角度得到分布式电源接入的最优容量和位置。     

智能配电网多源信息集成模型系统研究

作为智能电网建设发展的重要技术支撑,智能配电网多源信息集成模型融合了配电网现有的自动化系统,并结合IEC 61968-11或IEC 61907-301相关规范标准,通过构建统一智能配电网信息集成互事模型,将智能配电网系统中所涉及输电、变电、配电、用电,以及电源环节的设备资源信息、子系统间点对点服务信息、能源供需信息、电力客户需求侧电能供应响应信息等作为集成模型的信息源,实现了配电网不同子系统间多源信息数据的一体化建模和智能集成共享,使配电网能够满足未来分布式新能源接入、复杂网络化架构、节能环保等智能电网多源数据信息集成模型组件的更高需求.     

智能用电技术背景下的配电网运行规划研究综述

为适应大规模分布式电源、储能、电动汽车接入配电网后发电方式和用电行为的改变,智能用电技术成为当前及未来智能电网研究的趋势。基于智能用电技术的内涵及核心特征,从需求侧响应、电能质量调控、可再生能源消纳、最优潮流控制、设备利用率提升方面,综述了配电网灵活优化运行的应用需求;考虑配电网运行与规划的相互影响,从分布式电源规划、配电网规划以及储能和电动汽车规划3个方向对当前规划思路和研究现状进行总结分析。结合源网荷供需灵活互动对配电网运行规划提出的挑战和未来配电网发展趋势,提出智能用电技术背景下配电网运行规划中需要进一步深入研究的问题。     

LTE技术在智能配电网中的应用研究

电力系统建设“重发、轻供”的局面,导致配网结构薄弱,缺少有效的技术手段对配网信息进行实时监测,造成区域负载不均衡和停限电等现象.随着配电系统自动化、智能化的发展,迫切需要一个满足配电网智能化要求的接入层通信平台.文章提出基于LTE技术的配电网接入层通信系统架构,根据配电系统监测监控、预测预警、动态决策、综合调度等多种业务进行隔离服务,针对数据传输过程中高可靠性、低时延等需求,对LTE技术在配电网中的应用提出了优化方案.     

关于“十三五”配电网发展的思考

配电网直接面向电力用户,是保障电力“落得下、用得上”的关键环节,也是改善民生的重要基础设施。面对“十三五”期间配电网发展“高质量、智能化”的需求,在梳理总结当前存在问题的基础上,从经济社会发展、高供电可靠性要求、分布式能源与多元化负荷接入、外部建设环境变化等角度阐述了配电网发展面临的挑战与机遇,提出了未来配电网发展面临的关键问题,并从规划建设角度提出了应对措施与建议。     

基于mMTC技术在智慧电网分布式能源调控的应用

智慧电网在智慧城市占据核心地位,分布式能源更是智慧电网发展的主要构成.为了保证分布式能源发电与用户用电的安全性以及可靠性,构建一套完整的分布式能源监控网络已成为必然,而传统无线通信技术无法满足海量通信以及远距离传输的需求,此时迫切需要采用另一种安全可信、接入灵活、可实现双向实时交互的通信方式来承载大规模监控设备的接入.由于5G应用场景之一的mMTC拥有更高的频谱效率和海量连通性,因此文章探讨mMTC技术在智慧电网分布式能源调控中的应用,利用该技术支持大规模连接、低功耗及远距离传输的特点,弥补传统技术在连接数量上的不足,破除传统技术在传输距离上的局限,保证了数据传输过程的稳定性,同时为智慧电网中设备检测、信息采集和计量自动化等重要环节,提供了全新智慧电网与物联网技术融合的解决方案.     

基于同步相量测量技术的广域测量系统的应用现状及发展前景

同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时测量,为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机.卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础.文章介绍了以同步相量测量技术为基础的广域测量系统(WAMS)的发展概况,在体系结构、相量测量单元(PMU)分布、通信通道的选择、中心站功能设计等方面进行了分析.在回顾目前国内外WAMS工程应用情况的基础上,集中介绍了WAMS现有的在线监测、分析与控制功能,并展望了WAMS在未来电力系统闭环控制中的应用前景.     

智能电网用户端 讲座 第四讲 间歇式能源并网技术与储能

为满足智能电网发展的需求,研究了大规模集中间歇式新能源并网技术、大容量储能技术、电力电子等设备在提高间歇式电源接入能力的应用技术基础上,结合智能配用电系统来研究分布式电源并网控制技术、电动汽车充电桩和电网的交互影响、电能质量监测和治理技术,形成智能配用电多元化的互动运营模式。最后得出适应于现代电力系统的智能电网的技术方案,满足智能电网自愈、兼容,高效利用能源的要求。     

智能电网用户侧通信网络及技术挑战分析

为了实现智能电网的功能,必须建设高速、双向、实时、集成的通信系统,使智能电网成为一个动态、实时信息及电力交换互动的大型基础设施。在智能电网发展环境下,重点论述了智能量测在通信技术、网络安全及标准化方面的机遇与挑战,讨论了如何实现互操作性、建立可扩展的网络解决方案以及现有网络技术如何应用于智能量测等关键问题。最后,论述了国际上智能电网通信标准化工作的现状,对建立中国智能电网通信网络架构和解决方案具有一定的参考价值。     

促进主动配电网高效运维的虚拟微网分区划分方法研究

随着分布式能源的大量接入,还有储能、电动汽车、柔性负荷等新技术的进步,主动配电网的运行控制越来越困难。针对这一问题,基于虚拟微电网的概念,提出了一种主动配电网微网化的分区优化划分方法,以虚拟微网分区的形式简化主动配电网的运行控制。该方法以通信成本最低、分区功率不平衡最小及分区供电独立性最高为目标,建立主动配电网微网虚拟分区优化模型。基于广度优先搜索算法获取各分区信息,提出主动配电网微网化虚拟分区方法,将主动配电网划分为多个虚拟微网分区。以改进IEEE-33节点系统为例进行验证。研究结果表明,所提方法可以提供面向主动配电网的虚拟微网分区建议,为主动配电网的高效运维提供支撑。