電網(wǎng)電能監(jiān)管平臺

精品文檔-下載后可編輯電網(wǎng)電能監(jiān)管平臺引言

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷構(gòu)成的變化以及電力用戶向高可靠性、優(yōu)質(zhì)供電和合理電價(jià)的需求轉(zhuǎn)變［1］，特別是智能電網(wǎng)的提出［2-3］，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量已成為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和滿足用戶要求的迫切需要。目前，在電能質(zhì)量管理方面，我國實(shí)行“誰污染誰治理”、“統(tǒng)一電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”等原則，沒有電能質(zhì)量經(jīng)營的想法。建立電能質(zhì)量市場體系能夠提供一個高效合理解決電能質(zhì)量問題的有效途徑，該市場體系具有利益刺激、資源優(yōu)化配置、市場導(dǎo)向、價(jià)值評估和獎優(yōu)罰劣的功能，而電能質(zhì)量市場體系建立的基礎(chǔ)和平臺是電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，并且完善的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)可為電網(wǎng)優(yōu)化、事故分析、電能質(zhì)量評估提供切實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，是電力企業(yè)面向市場適應(yīng)競爭的有力手段［4］，因此，開發(fā)智能化的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。與傳統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)相比，電能質(zhì)量智能管理平臺在功能上有了明顯改善。通過采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和智能算法，該平臺可實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量問題的分析、故障源定位和自動識別、電能質(zhì)量評估及治理等一系列功能，為治理電能質(zhì)量問題和建立電能質(zhì)量市場提供了有效保障［5-6］。電能質(zhì)量智能管理平臺較強(qiáng)的功能性體現(xiàn)在：電能質(zhì)量評估功能，為供電方和用戶提供形象化的電能質(zhì)量水平狀況；電能質(zhì)量預(yù)警功能，可對電能質(zhì)量問題做到及時(shí)預(yù)警；薄弱環(huán)節(jié)／干擾源識別模塊可找出配電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量水平干擾源，進(jìn)而提出合理的解決措施；平臺可以為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和事故分析提供可靠歷史數(shù)據(jù)；高智能的專家系統(tǒng)可以提供綜合解決電能質(zhì)量問題的建議，并可利用仿真工具校核改進(jìn)措施，為供電部門實(shí)際應(yīng)用提供參考。最后，依據(jù)電能智能管理平臺功能性和用戶電力技術(shù)的快速發(fā)展，本文提出將該平臺與優(yōu)質(zhì)供電區(qū)結(jié)合的應(yīng)用構(gòu)想。

1電能質(zhì)量智能管理平臺

1.1電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢目前，國內(nèi)電能質(zhì)量監(jiān)測正處于專門測量和定期或不定期監(jiān)測階段，電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測也尚處于試點(diǎn)階段。隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等迅速發(fā)展，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)正朝著在線監(jiān)測、實(shí)時(shí)分析、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)不斷完善有利于電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電力信息技術(shù)發(fā)展。電能質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展主要經(jīng)歷了如表1所示的幾個階段，未來電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)圍繞2個方面逐步完善：其一，從保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的潛在電能質(zhì)量問題隱患，同時(shí)對已發(fā)生的電能質(zhì)量事件能進(jìn)行更科學(xué)的分析，進(jìn)而采取合理的治理措施，予以防范；其二，從電能作為商品意義上而言，應(yīng)該本著對電網(wǎng)用戶負(fù)責(zé)的態(tài)度，全程監(jiān)視這一特殊商品的產(chǎn)、供、配、用環(huán)節(jié)，同時(shí)，在電能質(zhì)量市場交易中，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能為制定不同等級的電價(jià)提供參考依據(jù)，在滿足用戶不同電能質(zhì)量水平需求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)交易的公平和合理性，從而促進(jìn)電力資源的優(yōu)化。

1.2平臺建立的意義建立電能質(zhì)量管理平臺，正是順應(yīng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向，體現(xiàn)從深層次角度解決電網(wǎng)電能質(zhì)量問題。建立電能質(zhì)量智能管理平臺具體意義有以下方面［7-11］。a.對配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測和評估是解決電能質(zhì)量問題，提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量水平的第一步。對各種電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與評估，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)基本運(yùn)行工況的觀察、記錄及動態(tài)分析。b.具備電能質(zhì)量事故診斷能力。針對具體的電能質(zhì)量指標(biāo)水平特征，完成對配電網(wǎng)干擾源的識別、提取和分析，可為實(shí)施治理電網(wǎng)污染的具體措施提供依據(jù)。c.可以更好地滿足不同用戶的電能質(zhì)量需求。通過提供電網(wǎng)特定區(qū)域內(nèi)單個指標(biāo)或綜合電能質(zhì)量水平和電能質(zhì)量水平的未來趨勢，以及對重點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)的預(yù)警，可以更好地保證電力用戶生產(chǎn)的正常運(yùn)行，提高電力公司社會形象。d.提供建立電能質(zhì)量等級服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)供電部門是否履行合同約定的技術(shù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對配電網(wǎng)電能質(zhì)量水平全面評估，可以使梯級電價(jià)的制定更合理，促進(jìn)電力資源的優(yōu)化。在現(xiàn)有電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，此平臺主要在監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)做了改善。通過現(xiàn)有通信傳輸協(xié)議（LAN／WAN），電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備上傳監(jiān)測到的電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過電能質(zhì)量數(shù)據(jù)通道，電能質(zhì)量智能管理平臺下載分析所需數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)以公認(rèn)的PQDIF格式上傳。經(jīng)過平臺功能模塊處理，可以得到供電部門和用戶所需電能質(zhì)量報(bào)表，該平臺可納入現(xiàn)有的配電管理系統(tǒng)中。其系統(tǒng)框架如圖1所示。

2電能質(zhì)量智能管理平臺架構(gòu)電能質(zhì)量智能管理平臺通過對配電網(wǎng)關(guān)鍵連接點(diǎn)和重要用戶接入點(diǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)智能分析，可全面快捷地為供電部門和電網(wǎng)用戶提供如下信息：a.監(jiān)測時(shí)間內(nèi)，配電網(wǎng)完整的電能質(zhì)量單項(xiàng)和綜合指標(biāo)報(bào)表；b.特定區(qū)域監(jiān)測時(shí)間內(nèi)，電能質(zhì)量指標(biāo)預(yù)警情況報(bào)表；c.配電網(wǎng)內(nèi)諧波潮流情況；d.配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和干擾源識別報(bào)表；e.未來時(shí)段電能質(zhì)量趨勢預(yù)測圖；f.故障時(shí)段，電能質(zhì)量診斷結(jié)果；g.全面合理的電能質(zhì)量綜合治理建議。

2.1平臺功能介紹電能質(zhì)量智能管理平臺功能如圖2所示。管理平臺主要分4個模塊：數(shù)據(jù)傳輸層是平臺數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源，可以是配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備或軟件仿真上傳的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)；作為平臺重要組成部分，功能模塊對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，進(jìn)而得到所需電能質(zhì)量水平信息，功能模塊分電能質(zhì)量評估、電能質(zhì)量預(yù)警、諧波潮流、擾動源識別、電能質(zhì)量趨勢預(yù)測、綜合管理措施6個部分，各個模塊可相互配合，分析結(jié)果信息為其他模塊共享；查詢系統(tǒng)模塊主要是對歷史報(bào)表的存檔，為應(yīng)用層解決電能質(zhì)量問題服務(wù)；應(yīng)用層模塊為供電部門進(jìn)行技術(shù)檢修和供電規(guī)劃等實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。下面給出各功能模塊的實(shí)現(xiàn)策略。

2.1.1電能質(zhì)量評估模塊電能質(zhì)量評估，主要依據(jù)電能質(zhì)量國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估，評估可分實(shí)時(shí)和離線數(shù)據(jù)評估，電能質(zhì)量指標(biāo)評估可以分為：系統(tǒng)評估、單項(xiàng)評估、定制評估和專業(yè)技術(shù)評估等［12］。供電部門可以針對用戶關(guān)心的指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。該平臺電能質(zhì)量評估分為單項(xiàng)指標(biāo)和綜合評估［13］?，F(xiàn)有電能質(zhì)量綜合評估方法有：模糊綜合評判方法、模糊統(tǒng)計(jì)與矢量代數(shù)方法、模糊模式識別方法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和遺傳投影法等［14］。本平臺采用基于灰色理論的電能質(zhì)量評估［15］，該方法保留了電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的特征，克服模糊評估方法中模糊區(qū)間確定時(shí)的人為依賴性，具有較好的評估準(zhǔn)確性，并采用組合賦權(quán)確定電能質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重，線性加權(quán)熵值法和改進(jìn)的AHP方法權(quán)重結(jié)果，可以獲得更加科學(xué)的各指標(biāo)的權(quán)重值。

2.1.2電能質(zhì)量預(yù)警模塊電能質(zhì)量預(yù)警模塊主要針對正常運(yùn)行時(shí)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的挖掘。對出現(xiàn)電能質(zhì)量指標(biāo)異?；虺瑯?biāo)的相關(guān)線路及時(shí)給出預(yù)警，專家系統(tǒng)針對預(yù)警情況，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)潛在的電能質(zhì)量問題，并進(jìn)行擾動原因識別，從而做到對電能質(zhì)量問題早發(fā)現(xiàn)、早解決。預(yù)警模塊將由電能質(zhì)量問題引發(fā)電力事故的可能性降到最低，可提高重點(diǎn)用戶電能質(zhì)量水平。電能質(zhì)量預(yù)警分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)指標(biāo)預(yù)警，預(yù)警流程分別如圖3和圖4所示。穩(wěn)態(tài)指標(biāo)包括電壓偏差、電壓總諧波、電壓三相不平衡度等，暫態(tài)指標(biāo)主要針對電壓暫降。由于暫態(tài)指標(biāo)無相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定預(yù)警閾值，主要依據(jù)電壓暫降歷史數(shù)據(jù)記錄和電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定預(yù)警等級閾值。預(yù)警從輕微到嚴(yán)重分4個等級：一級黃色警告、二級橙色警告、三級紅色警告、四級特級警告，分2種情況（超標(biāo)和異常）給出，指標(biāo)異常為一級、二級警告，指標(biāo)超標(biāo)依據(jù)超標(biāo)次數(shù)分三級、四級警告。電能質(zhì)量預(yù)警分為3個層次進(jìn)行：指標(biāo)超標(biāo)次數(shù)判別、95%概率值判別、滑動窗口異常判別。電壓暫降預(yù)警嚴(yán)重程度制定依據(jù)：電壓暫降次數(shù)較多；單次電壓暫降深度較大和持續(xù)時(shí)間較長。可依據(jù)用戶設(shè)備電壓暫降容限來確定電壓暫降限值。

2.1.3諧波潮流模塊諧波分析是電能質(zhì)量分析的重要組成部分，現(xiàn)代工業(yè)大規(guī)模發(fā)展以及大功率電力電子器件的廣泛應(yīng)用，給現(xiàn)有供配電系統(tǒng)帶來大量諧波污染，對電力系統(tǒng)進(jìn)行諧波潮流計(jì)算，分析其諧波水平狀況，可以更有效治理電網(wǎng)諧波。諧波潮流流程圖如圖5所示。諧波潮流計(jì)算模型，采用基波與諧波部分解耦潮流算法［16］，進(jìn)行三相諧波潮流計(jì)算。b.諧波評估。利用諧波潮流計(jì)算結(jié)果，評估諧波和諧振以及干擾程度，研究諧振傳播的范圍，確定電網(wǎng)“諧振中心”及諧振涉及的主要元件。c.報(bào)表。結(jié)合公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)，集成優(yōu)秀的報(bào)表開發(fā)工具，產(chǎn)生諧波分析規(guī)范報(bào)表，為技術(shù)運(yùn)行人員提供可視化數(shù)據(jù)。d.諧波治理環(huán)節(jié)。依據(jù)評估結(jié)果和相應(yīng)報(bào)表，專家系統(tǒng)給出合理的諧波治理措施，校核濾波器參數(shù)，并重新評估諧波治理情況。

2.1.4薄弱環(huán)節(jié)／擾動源識別模塊對電能質(zhì)量污染源進(jìn)行監(jiān)測，可為分析電能質(zhì)量問題和實(shí)施治理措施提供有效數(shù)據(jù)［17］，電能質(zhì)量擾動源定位可以明確供用電雙方的責(zé)任［2］。平臺進(jìn)行薄弱環(huán)節(jié)／擾動源識別實(shí)施策略如下：a.分析某一地區(qū)設(shè)定時(shí)間內(nèi)單項(xiàng)和綜合電能質(zhì)量評估水平中電能質(zhì)量指標(biāo)較差的結(jié)點(diǎn)；b.進(jìn)行相關(guān)區(qū)域干擾源統(tǒng)計(jì)，建立干擾類型庫、專家系統(tǒng)進(jìn)行干擾相關(guān)度的識別；c.提出綜合解決措施，在軟件仿真環(huán)境下校核改善措施。該模塊可為負(fù)荷接入電網(wǎng)提供入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)［18］，目前相關(guān)工作正在開展。

2.1.5電能質(zhì)量趨勢預(yù)測模塊對特定區(qū)域進(jìn)行定期電能質(zhì)量預(yù)測，有利于掌握配電網(wǎng)電能質(zhì)量水平走向，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的電能質(zhì)量問題，同時(shí)與預(yù)警模塊配合可更準(zhǔn)確地跟蹤配電網(wǎng)運(yùn)行情況，更好地保證重要用戶供電，且有利于電網(wǎng)規(guī)劃和電能質(zhì)量決策的制定。未來配電網(wǎng)電能質(zhì)量水平預(yù)測，主要依據(jù)三大支撐：歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、未來時(shí)段關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況和合理的預(yù)測模型。其中未來時(shí)段關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況主要指對電能質(zhì)量影響較大的設(shè)備投運(yùn)狀況，例如：特定線路檢修和投運(yùn)情況，大型負(fù)荷接入情況和大型污染源運(yùn)行狀況，預(yù)測模型采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來建立。電能質(zhì)量趨勢預(yù)測的正確性很大程度上依賴于電能質(zhì)量預(yù)測模型正確性、歷史數(shù)據(jù)參考全面性以及未來時(shí)段關(guān)鍵設(shè)備投運(yùn)信息準(zhǔn)確程度。

2.1.6綜合管理措施模塊與傳統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)相比，電能質(zhì)量智能管理平臺優(yōu)勢在其綜合管理層：結(jié)合電能質(zhì)量評估、電能質(zhì)量預(yù)警、趨勢預(yù)測和諧波潮流模塊的分析結(jié)果，依據(jù)用戶不同電能質(zhì)量需求，綜合管理層給出配電網(wǎng)綜合治理建議，并通過軟件仿真評估治理建議，為配電網(wǎng)實(shí)施電能質(zhì)量措施，提供可靠參考。

2.2動態(tài)仿真模塊分布式電源、電氣化鐵路和非線性負(fù)荷等接入電網(wǎng)，對配電網(wǎng)帶來了諧波、三相不平衡和電壓暫降等電能質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響電網(wǎng)中其他用戶正常生產(chǎn)，故有必要對負(fù)荷接入引起的電能質(zhì)量問題進(jìn)行研究。動態(tài)仿真模塊通過軟件（MATLAB／PSCAD）環(huán)境下建立多種分布式電源、電氣化鐵路、非線性負(fù)荷等模型，可以分析其波動性對配電網(wǎng)中敏感設(shè)備用戶的影響。例如：風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)速的間歇性對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，電氣化鐵路啟停階段引起電能質(zhì)量問題的嚴(yán)重程度等。同時(shí)，該模塊可以依據(jù)平臺綜合管理模塊給出的治理建議，動態(tài)仿真電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備（DVR、STATCOM、APF）對電能質(zhì)量問題改善情況，動態(tài)仿真模塊的仿真結(jié)果，可為薄弱環(huán)節(jié)／擾動源識別模塊分析提供數(shù)據(jù)支持，與電能質(zhì)量評估模塊配合可為研究分布式電源如何更好并網(wǎng)和減少電氣化鐵路并網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量影響提供參考。同時(shí)，仿真可促進(jìn)綜合管理建議模塊給出的建議更加科學(xué)化，進(jìn)而促進(jìn)資源更合理利用。

3電能質(zhì)量智能管理平臺應(yīng)用前景

3.1優(yōu)質(zhì)供電區(qū)用戶電力技術(shù)作為綜合解決電網(wǎng)各種電能質(zhì)量問題的有效辦法，其實(shí)現(xiàn)途徑為［19］：以用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求為依據(jù)，將用戶進(jìn)行敏感等級劃分，利用各種補(bǔ)償措施來解決電能質(zhì)量問題。優(yōu)質(zhì)供電區(qū)是依托用戶電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種新型供用電方式［20］：在一個指定的區(qū)域內(nèi)，通過一系列的手段提供不同的電能品質(zhì)來滿足不同電力用戶的需求，用戶可以選擇不同等級電能質(zhì)量，支付不同等級的電價(jià)。優(yōu)質(zhì)供電區(qū)建設(shè)的主要技術(shù)支持方案見圖6。優(yōu)質(zhì)供電區(qū)可提供不同電能質(zhì)量等級電能，如普通、良好、優(yōu)質(zhì)供應(yīng)等，可以滿足不同用戶優(yōu)質(zhì)供電需求，同時(shí)可提供不同類型（直流或交流）電力需求供應(yīng)。優(yōu)質(zhì)供電區(qū)可應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、銀行、工業(yè)園區(qū)等對國家經(jīng)濟(jì)、社會生活有重要影響的場合，具有較好發(fā)展前景。

3.2平臺與優(yōu)質(zhì)供電區(qū)結(jié)合電能質(zhì)量智能管理平臺可以為優(yōu)質(zhì)供電區(qū)的正常運(yùn)行提供必備技術(shù)支持。平臺單項(xiàng)指標(biāo)評估和綜合評估可為優(yōu)質(zhì)供電區(qū)實(shí)現(xiàn)電能優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、供電部門和用戶制定供電協(xié)議提供數(shù)據(jù)依據(jù)。對電能質(zhì)量的預(yù)警和趨勢預(yù)測，有利于供電部門對供電區(qū)電能質(zhì)量水平未來發(fā)展有一個客觀把握，在線的電能質(zhì)量預(yù)警有利于保證重要用戶的供電。預(yù)警功能可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中隱含存在電能質(zhì)量問題，并采取措施減少電能質(zhì)量事件發(fā)生。智能管理模塊加入專家系統(tǒng)和軟件的動態(tài)仿真，可以客觀評估改善措施的效果，從不同的角度研究供電的優(yōu)缺點(diǎn)，為優(yōu)質(zhì)供電區(qū)的規(guī)劃建設(shè)提供參考建議。因此，電能質(zhì)量智能管理平臺與優(yōu)質(zhì)供電區(qū)結(jié)合，具有較好的發(fā)展前景。目前，平臺和供電區(qū)的結(jié)合