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面向电力客户的新型配电系统的构想(Ⅰ)——基本概念与电力需求侧网络结构           
面向电力客户的新型配电系统的构想(Ⅰ)——基本概念与电力需求侧网络结构
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:46:59

杨兵1,邓毅1,袁明友2,肖先勇3,杨洪耕3
1宜宾电业局,四川宜宾644002;2南充电业局,四川南充637000;3四川大学,四川成都610065    随着电力工业的飞速发展,电力市场运营模式逐步确立,电力与其他商品一样成为随意买卖的商品。同时,电力需求侧的电力客户就会向电力供应商提出电力商品的新要求,这样就必然会对配电网络和电力供应商提出新的要求。构造面向电力客户的新型配电系统,就成了配电系统发展的必然趋势。在当前正在进行的农村电网和城市电网改造的过程中,提出和研究这些新的概念与方法,对于保证两网改造的科学性、合理性、前瞻性和经济性,避免重复建设,提高投资的经济效益和社会效益具有十分重要的理论和现实意义。提出面向电力消费者的配电系统发展方向,对这种配电系统中电力需求侧网络结构优化的方法进行了研究,仿真实验证明了提出的方法是有效的,希望能通过这项工作引起广大电力工作者对未来配电系统发展和电力企业未来经营理念的探讨。     众所周知,电力客户向电力供应商购买的不仅是电力本身,同时包括对电能质量的要求。在过去总是认为电能质量就是一般意义下的频率和电压,实际上,电能质量问题除了频率(随着发电容量的增加,频率可以通过整个电网的合理调度来保证)以外的电能质量,应该从三个方面来认识,即:     配电系统相对于输电网络,需要更加可靠、更高质量的电能,电能质量同电力商品一样可以销售给电力客户,配电系统直接面对广大电力客户,对电能质量有直接的要求。通常,除频率以外的电能质量水平可以用下面三相指标来衡量,即:供电的连续性(瞬间电力中断、临时停电和计划停电等)、电压稳定性(电压偏低或偏高、电压骤降、电压骤升、闪变等)、电压波形(谐波、三相不对称等)。为了维持电力需求侧的电能质量,可以采用DVR、DSTATCOM等,控制和补偿手段,这些电力电子设备的集成,就可能会自然地形成面向电力客户的新型配电系统。     另一方面,现有配电系统中分布式的发电机组和分布式电能存储系统的存在,必然会导致绿色能源和新能源等发电优先,我国现在正在进行的小型火电机组关停就是典型事例。在传统的典型配电系统中,这些分散的电源点可能会导致馈电侧末端过电压或者故障保护、环境保护、资源浪费问题等的困难和问题。如果通过有效地使用这些分散的电源,也可以缓减上面提到的需求侧的电能质量问题,避免由于设备的分散可能导致的问题,因此构成新型的面向电力客户的配电系统已经成为当前电力系统发展的趋势和可能。     在面向电力客户的配电系统中,当分散发电机组(DG)和分散电能存储系统(DESS)分配到需求侧时,建立最理想的配电网络结构,可以提高可靠性和适应系统运行策略的供求平衡,通过灵活改变配电网结构来保证对电力客户的不间断供电。同时,电力客户可以通过设在配电系统中的电能质量控制中心(Power Quality Control Center,QCC)选择电能的质量,QCC设在配电网运行调度和控制中心,同时在电力客户侧设立信息终端,就如同数据交换中心一样,控制着各个电力装置。     联系近期对配电网络的研究成果阐述了什么是面向电力客户的配电系统,第二节简要介绍了面向电力客户的概念,第三节介绍配电网络优化网络结构的方法,第二篇文章中,进一步介绍面向电力客户的电能质量控制方案,讨论电能质量控制中心的配置技术,最后,从不同的角度展现未来配电系统的发展。   1面向电力客户的配电系统     面向电力客户的配电系统是一种新的配电概念,通过采用分散发电机组和电能储存系统(DGS)、电力电子技术、信息技术和智能设备实现下面功能:         1) 在正常和故障情况下系统结构的灵活重构;         2) 提高电力供应的可靠性;         3) 向电力客户进行多菜单服务或按照用户制定的电能质量标准服务,使消费者可以选择电力商品及其质量,甚至选择电力供应商;         4) 提高配电系统的负荷水平和供需平衡;         5) 提高对消费者的综合信息服务,提高配电企业的综合经济效益;         6) 建立高效的电力需求侧管理,等等。     有了面向电力客户的配电系统概念后,系统出现故障时,可以通过灵活改变配电网络的结构,保证供电的不间断,此外,每个消费者可以通过电能质量控制中心(QCC)独立选择电能质量要求。更特别是,对于不同的消费者满足其个性化的电能质量要求,可以称之为,为面向消费者的电能质量服务。面向消费者的或无约束的电能质量服务的概念可以通过图1来表示,消费者可以根据自己的需要独立地选择电能质量。     在面向电力客户的配电系统中,QCC通过多条电力线路可以从几个变电站向用户供电,提高供电的可靠性。通过电能质量控制中心,为了满足用户的电能质量多菜单服务,采用大量的开关装备使高低压线路之间的切换非常灵活,为了提高供电的可靠性和能量平衡,需要在QCC中引入分散发电机组和能量储存系统。此外,QCC还有向控制中心的设备提供数据处理和数据交换的职责,提供多类型的数据信息。通过开关的运行和控制,在计算机的辅助下可以在配电公司的部门办公室、变电站或者个别消费者处实现不同的需求。同时这一系统还应该可以进一步进行功能的扩展和完善,如DSM功能、电能质量选择/控制功能、信息服务、电力客户个性化综合信息服务等功能也可以包括进来了。 2面向电力客户的配电网络结构优化 2.1网络结构问题     认识面向电力客户配电网络,第一个问题就是从不同的网络结构中找出最佳的网络结构,面向电力消费者的供电网必须是一个如图2所示的连接到QCC的系统。虽然网络结构的优化必须从不同的角度去讨论,这里以城镇配电系统的网络结构优化为例,主要从提高供电可靠性、设备安装费和日常维护费等方面来考虑优化问题,确定在保证DGS单元容量最大、线路容量最大和向用户不间断供电等约束条件下,使电力线路安装费、DGS安装费用最小。     这个问题可以用下面的数学函数来描述:     目标函数:       约束条件: DGS最大安装容量       这里,ND:是在第n个QCC的DGS的数量;BR:是可能的线路数;Xn:第n个QCC的DGS的容量;YNn:如果Xn不为0时,YNn=1,否则,YNn=0;YLm:数值在0~1之间,具体取决于是否安装在线路m;R:负荷的状态数量(包括故障状态);Prm:在第r次故障时线路 m 的潮流;:分别是线路 m的最大和最小容量限制;αn:第n个QCC和DGS单位容量的可变费用;bn:第n个QCC和DGS单位容量的固定费用;cn:是线路 m的安装费用;FLT:故障数;Olosst:第i种需求模式下的配电损失;T:是需求模式数量。     方程1中,第一项是线路和GD的安装费用,第二项是运行费用(含配电损失)。方程2,是从多个候选容量中选择一个DG容量。必须注意,由于仅考虑城网,严重的电压降不会发生,因此电降约束没有包含在上面的方程内。当然这个方程只是一个供电约束详细方程的简化,这个约束只是为了考虑求解算法。 2.2求解算法     上述问题是一个组合优化问题,可以用列表法求解。为了求解这个问题,暂时将它看成一个过负荷消除问题,包括在故障状态下通过负极性线路向所有的负荷强行供电。这样,这个问题就从一个规划问题变成了容易求解的系统运行问题。为了减少计算量,引入灵敏度分析,通过灵敏度分析找出对过负荷最灵敏的设备,限于文章的篇幅,这里就不多讨论了,在此只需强调,为了更好满足电力消费者的需求,应该通过增加线路(目前正在进行两网改造工程应该可以比较好地解决这个问题)和DG、DESS等来弥补,而不是通过引起过负荷来解决。 3结论     基于现代电力系统的发展,尤其是在我国电力市场逐步建立、“两网”改造工作顺利进行的基础上,提出的面向电力客户的新型配电系统必将逐步得以形成,加快对此的研究和探索,对于适应时代要求,促进电力体制改革,改变电力企业经营理念和营销思想有重要的理论和现实意义。文中仅对基本概念做了说明,还有许多重要问题需要作更多进一步的研究,在下一期文章中将对面向电力消费者的电力需求侧电能质量控制系统作进一步的研究。 参考文献   [1]J.Douglas.Power quality solutions,IEEE Power Engineering Review,pp.3-7,Mar,1994. [2]S.Santoao,E.J.Powers,+,Power quality disturbance waveform recognition using wavelet-based neural classifier classifier(Part-Ⅰ),IEEE Transaction Power Delivery,Vol.15(1),Jan,2000,pp.222-228. [3]S.Santoao,E.J.Powers,+,characterization of distribution Power quality events with Fourier and wavelet transforms,IEEE Transaction Power Delivery,Vol.15(1),Jan.2000,pp.2472254. [4]N.Hingorani,Overview of Custom Power Application,IEEE PES SM98,San Diego,1998. [5]Koich Nara,Jun Haseawa,Tsutomu Oyama,etc,FRIEDS-Forwarding to Future Power Delivery System, 9thICHOP Proceedings,Vol.1,pp.8-18,Oct.1-4,ORLANDO,FLORIDA,USA,2000. [6]H.Yang,+,Comparison between emission limit and emission level after dommissioning of a nonlinear load,13thInternational Couference on Electricity Distribution,Vol.1,pp.2.18,1-2.18.6,1995. [7]Alberto Berizzi,+,Harmonic filter location related to the distribution of disturbing loads,13th International Conference on Electricity Distribution,Vol.1,pp.2.14.1-2.14.5,1995.

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