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考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文

博今文化 / 2019-10-08
考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型 发布时间:2018-03-25   
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  【题目】地方电网自动化配电技术探究  
  【第一章】配电自动化研究现状  
  【第二章】配电自动化对配电系统供电可靠性的影响分析  
  【第三章】考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型  
  【第四章】配电自动化规划在实际电网中的应用  
  【第五章-参考文献】自动化技术在电网中的运用研究结论与参考文献
     第三章考虑供电可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型   
  DAS可以有效提高配网安全稳定运行能力、提升系统的供电可靠性,配电自动化系统的合理规划是有效发挥其功能的前提。目前,我国的DAS规划、改造等缺乏有效的系统性指导,在现有的DA规划设计技术导则中给出相关设备的安装原则,但并未有针对性的对于不同的系统进行优化配置,规划的经济性较差,如何在保证供电可靠性的同时提升DAS规划的经济性是需要考虑的问题。
  
  3.1考虑供电可靠性与经济性的配电终端规划模型。
  
  配电终端是提高配电自动化水平的关键设备之一,能够实现故障的快速判别,并完成故障区域的隔离以及非故障区域的恢复供电,可以有效缩小停电范围,提高配电网的供电可靠性。当配电网的网络架构一定时,配电终端数量及位置的优化配置对配电网处理故障的水平以及供电可靠性水平有着较为重要的影响。
  
  3.1.1配电终端。
  
  配电自动化终端(Remote Terminal Unit of Distribution Automation ),简称配电终端,位于DAS的基础层,主要负责数据采集并上传至配电主站,接收配电主站发出的控制信号,对相关设备进行操控,是DAS的重要组成部分。根据监控对象的不同,配电终端可以分为馈线终端(Feeder Termina丨Unit, FTU)売糜诶∠呖关设备的监测与控制、配变终端(Transformer Terminal Unit, TTU)和站所终端(DistributionSubstation Terminal Unit, DTU)三大类,用于实现柱上分段开关、环网柜、配电变压器等的监测与调控。本文中主要研究的是FTU的优化配置问题。根据监控功能的差别配电终端可以分为“一遥”、“二遥”、“三遥”和“四遥”四种终端类型,其中在实际电网中应用最多的是“二遥”和“三遥”终端,在实际应用中其投资收益比较高,适用于我国大部分地区的DA建设。因此,本文主要针对“二遥”与“三遥”终端在DAS规划中的优化配置进行研宄,建立优化模型,并采用算例进行仿真计算,得到配电终端的优化配置结果。
  
  3.1.2模型建立。
  
  DAS规划需要兼顾供电可靠性及投资经济性的要求,全面科学的实现DAS的规划。本文首先根据不同地区的经济发展水平、供电负荷密度等对供电区域进行了划分,各个供电区域对供电可靠性有着不同的要求,因此在规划中选择不同的规划目标和配置方案。本文提出了一种考虑供电可靠性与投资经济性的DAS终端优化配置方法,采用混合整数规划解决优化配置问题。假设各个区域的每条馈线均具备N-1能力,馈线上有x个用户,且用户负荷分布均匀[21];每条馈线单位长度的故障率相同。由于故障导致的停电时间主要由三部分组成,如下所示: 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  其中,^为故障区域定位时间;为将故障区域隔离开的时间;~为人工故障查找及修复时间。一般来说,故障区域定位时间为几十毫秒至几秒,因此相比较于其他时间可以忽略不计[29“31].1)馈线上只安装”二遥“终端该类终端只具有遥测与遥信的功能,不需要对开关进行改造,建设费用相对较低,有助于故障区域定位的精确化,可以缩小人工查找故障的范围,即可以有效缩短~,但是无法自动隔离故障以及恢复非故障区域的供电,需要人工操作,因此纟相对较长。对于全部安装”二遥“终端的馈线,假设安装《个”二遥“终端,则系统平均故障停电时间为:
  
  其中,B为整条馈线的故障率,6为第/个区域的故障率。若假设各区域故障率相同,以年为单位的供电可靠率RS为:   考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   若近似认为各个区域平均划分且故障率相等,则式(3-3)可以变换为: 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  可以看出如果只安装”二遥“终端,供电可靠性指标主要与故障隔离时间及人工修复故障时间以及”二遥“终端个数相关。
  
  2)馈线上只安装‘’三遥”终端对于“三遥”终端,由于其具有遥控功能,因此可以实现故障的快速定位、隔离,故障导致的停电时间只需考虑人工修复故障的时间,即T = .对于全部安装“三遥”终端的馈线,假设安装/个“三遥”终端,则系统平均故障停电时间为: 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  因此,安装“三遥”终端的供电可靠率主要与故障率、人工修复故障时间以及“三遥”终端数量相关。3)综合安装“二遥”与“三遥”终端“二遥”终端的优势在于可以有效缩小故障区间定位,造价低,其缺点在于无法自动隔离故障;“三遥”终端的优点在于可以快速实现故障的隔离,但其价格较高。因此在实际工程应用中,可以考虑“二遥”与“三遥”终端的结合。假设某条馈线上安装“三遥”终端的数量为/,“二遥”终端均匀安装在由“三遥”终端分隔出的各个区域内,假设每个区域安装叫个“二遥”终端,则“二遥”终端模块的数量m,(/+l)。
  
  本文配电自动化终端优化配置的模型目标为在满足供电可靠性要求的前提下经济性最优,以设备的全寿命周期成本进行计算,假设“二遥”终端的全寿命周期成本为Ce, “三遥”终端的全寿命周期成本为Cs,馈线_/需要安装的“二遥”终端的数量为</),需要安装“三遥”终端的数量为/(_/),需要满足的供电可用率的设定值为/lS:se,,则配电自动化终端优化配置模型为:
考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  其中,RS的计算公式如式(3-9)所示。在满足供电可靠性的约束下,使得投资最少,计算得到满足要求的“二遥”和“三遥”终端数量配置。 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  3.1.3模型求解。
  
  针对式(3-10)的模型,本文采用变异因子改进的进化策略算法对模型进行求解。进化算法首先根据实际情况随机生成第一代种群,然后根据目标函数(适应度函数)情况计算种群中个体的适应度情况,并以此选出优选的变量;对优选的变量执行重组与突变操作,产生新的子代个体;随后计算新的子代个体的适应度,根据策略进行优选组成新的群体;这样就完成了一代的进化过程,对该进化过程进行重复操作,直到满足终止条件。新的一代既可以全部替换掉原来的父代群体,也可以选择其中较差的部分进行替换。对上述的优选与繁殖的过程进行不断重复,子代个体相较于父代个体有所进化,直到满足条件停止。在这个重复优选进化的过程中,最优解产生于最后优选出的子代群体[:a]. 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  进化算法相比较与其他算法具有以下特点。
  
  1)相比较于传统的优化算法,进化策略算法以解集为单位开始,有利于搜索全局最优解,而传统优化算法则是从单一初始值开始搜索,可能会造成最终结果是局部最优解而非全局最优解。
  
  2)在求解的过程中需要的特殊信息很少,算法具有较强的通用性。该算法不依赖于某些特定的技术或者知识,所受到的限制性的约束很少,因此,可以处理大部分优化问题。
  
  3)该算法有着较强的容错能力,可以有效适应不同的环境和不同的问题。
  
  4)在计算过程中,该算法进行择优、重组与变异的操作都是随机的,并非某一确定性的规则,利用随机的方法进行全局最优解的搜索。利用变异因子改进的进化策略算法对模型进行求解,流程如图3-1所示: 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  具体步骤展开如下:
  
  步骤1:以随机数的形式给出多组“二遥”、“三遥”终端的数量作为第一代变量。
  
  步骤2:根据模型的目标函数构造适应度函数,根据变量的适应度情况保留优选变量。
  
  步骤3:由保留的精英变量通过重组与突变产生子代变量。
  
  步骤4:同样由适应度函数筛选出精英变量。
  
  步骤5:判断是否达到终止条件,如果达到终止条件,选择最优的个体作为本算法的计算结果,输出最优解;否则,返回步骤3.
  
  3.1.4算例分析。
  
  该模型及算法在某城市核心区算例[21_22]上进行模拟仿真,假设该核心区共有馈线310条,包括电缆线路110条(其中50条线路为A类区域,60条线路为B类区域),电缆-架空混合线路120条,属于B类区域,怎么发表科技论文,架空线路80条,属于C类区域。上述线路全部采用“手拉手”接线,均满足N-1准则。
  
  对照第二章中区域类型划分,A类区域供电可靠性要求大于99. 999%, B类区域供电可靠性要求大于99. 99%, C类区域供电可靠性要求大于99. 965%.各类线路参数设置为:全电缆线路故障率为0.04次/千米年,全架空线路故障率为0. 4次/千米年,电缆-架空线混合馈线的故障率设定为0. 2次/千米年;“二遥”终端及其配套设施的投入为0.8万,电缆线路“三遥”终端及其配套设施的投入为3万元,架空线路“三遥”终端及其配套设施的投入为2万,混合线路“三遥”终端及其配套设施的投入为2. 4万元;对于所有馈线,6=0.56, ^=2/*;根据供电区域类型的不同,A类区域与B类区域的配电网馈线长度取为5km,C类区域的配电网馈线长度取为10km.
  
  场景1: A类区域的全电缆馈线,i2S^299.999%,5 = 0.04次/千米年,馈线长度 5km.
  
  场景2: B类区域的全电缆馈线,似?,乏99.99%,5 = 0.0私欠/千米年,馈线长度5km .
  
  场景3: B类区域的混合馈线,兄1,之99.99%,5 = 0.2次/千米年,馈线长度5km.
  
  场景4: C类区域的全架空馈线,2 99.965%, 5 = 0.4次/千米年,馈线长度10km.
  
  仿真给出了四种场景,不同场景下对应的供电可靠性要求不同,在保证供电可靠性的前提下,给出最经济的终端配置方案。供电可靠性要求及线路的具体情况输入至进化策略算法中进行求解,各种情况下的配电终端配置情况如表3-1所示。根据表3-1中的结果,在场景1下,由于供电可靠性要求高,每条馈线上需要安装2台“三遥”终端,并且在每两台“三遥”终端之间需要配置2台“二遥”终端,从而提高故障定位的精准度,快速隔离故障区域,实现非故障区域的恢复供电,提高供电可靠性。如果只安装“三遥”终端,则每条馈线需要4台,总投入为600万元,因此,“二遥”与“三遥”终端的结合是有效且经济的。利用该优化配置模型及进化策略算法可以有效求解出各类终端的配置数量,给出终端的优化配置方案,论文发表核心期刊,具有很好的实用性和有效性。
   考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   3.2配电主站、子站规划原则。
  
  当地区的配电终端配置情况确定后,该地区采集信息量以及需要处理的倌息量就相应确定,因此根据配电终端的配置情况,可以确定该地区是否需要配置子站,配置什么规模的主站。配置配电主站与子站可以参照主站系统设计原则进行[3^].
  
  3.2.1配电主站规划原则崱
  
  娦乱淮鶧A主站系统应采用标准通用的软件和硬件平台,遵循标准性、可靠性、可用性、安全性、扩展性、先进性的原则。
  
  1、标准性。
  
  1)应用开放式的体系架构,支持多种硬件平台,可在国产操作系统环境下稳定运行。
  
  2)图形、模型及对外接口规范等遵循国网公司最新规范要求和IEC61970和IEC61968的标准要求。
  
  2、可靠性。
  
  1)硬件、软件产品经过行业权威认证机构检测合格通过。
  
  2)配电主站经中国电科院入网检测合格。
  
  3)关键硬件设备应进行冗余配置,关键软件系统应具备容错机制。
  
  3、可用性。
  
  1)具备诊断软件和维护工具,实现硬件、软件和数据在线维护;2)灵活配置功能模块,模块的增加和修改不影响其它模块正常运行;3)人机界面友好,操作与维护模块工具化、图形化。
  
  4、安全性。
  
  1)满足电力监控系统安全防护有关规定。
  
  2)具有完善的权限管理机制。
  
  3)具备数据备份及恢复机制。
  
  5、扩展性。
  
  1)容量可扩充,可在线增加测控、交互信息容量等。
  
  2)节点可伸缩,可在线增加服务器、工作站等。
  
  3)功能可升级,可在线版本升级、功能扩充。
  
  6、先进性。
  
  1)选用符合行业应用方向的主流硬件、软件产品。
  
  2)设计和架构具有前瞻性,利用云平台和大数据分析技术提升主站性能。
  
  3)支撑配电网状态感知、数据融合、智能决策。
  
  7、具体要求如下:
  
  1)若城市实时接入于DAS的遥信点位数量超过50万点时,则构建大型DA主站。若遥信点位数量在10到50万之中时,则构建中型DA主站;若遥信点位数量不超过10万点的城市,则构建小型DA主站。
  
  2)-般多个前置多个应用的服务器配备于大型主站内,而中、小型主站则多运用多个前置两个应用或两个前置的服务器,也可结合实际需求,对使用的服务器予以合并运用。
  
  3)在构建主站并改良时,需对系统装置配备情况、稳固程度、可用性能等开展可扩展程度的论证工作,需一次性构建起支撑平台,并分步对软、硬件进行扩展,以确保实用以及经济性。若配电主站已经构建,且评估结果表明性能己无法满足需求时,可上报公司,通过审批之后即可加以升级改造。
  
  4)投运自动化主站已超8年,且无法满足运行需求时,即可进行大范围改造,这一活动需以对当前软硬件资源的运用为前提,依照配电主站新建的标准,对此完成改造工作。
  
  3.2.2配电子站规划原则崱
  
  1)塂AS需优先对配电主站内直接接入配电终端进行考虑,若需对配电子站进行配置时,需结合系统需求、通信等诸多条件,对监控或是通信汇集型子站进行选定。
  
  2)配电子站功能。就通信汇集型子站而言,主要具备如下功能,如转发命令、收集数据、并进行转发等;而监控功能型,则具备收集数据、转发命令、处理当地故障等诸多功能。不论是变电站、还是配电室装置等,均不宜用于提供子站的功能。
  
  3)终端安装量偏大,不容易实现终端、主站等的直接信息交流,需能够依照类别、层次,来对数据进行管理,需对通信汇集型子站进行设置。若尚未配置DA主站时,若想具备FA功能,则需对监控型子站进行设置。
  
  4)塂A子站,可使得诸多通信方式得以满足,且可依据实际状况,对通信端口予以扩展、并进行灵活设置。其子站通信规约应保持与DA终端侧的一致性,以防止通信无法连接。无论对于DA主站还是DA子站规划配置,都需要考虑当地经济、社会的发展情嵖觯应具有一定的可扩展性与开放性。
  
  3.3通信系统规划原则。
  
  根据终端及主站的配置情况,依照通信系统配置原则对通信系统进行合理规划设计[关。
  
  3.3.1通信系删。
  
  1)在进行新建、改造配电网一次网架时,需同步开展光缆通讯专网的构建工作,或对具体通道线芯数以及位置予以预留,并通过对通信资源的合理规划,使得每个通道内配电通信光缆得到最大化应用,避免存在重复建设问题。以对满足当前系统每条线路3到5分段光纤ONU装置的需求为基础,对通信技术的前景、业务综合应用等进行充分考虑,统一完成规划、并分步骤施行,同时可适度超前。
  
  2)结合实用、简单这一基本原则,来搭建配网通信专网,既运用无线专网、光纤专网等相结合的方式。配网通信网需将终端、变电站以及主机等全部包括在内,需对可靠、成熟的设备加以运用,并应带有抗强磁场、高、低温等特性。
  
  3)以光纤作为配电通信网的首选通信通道。在难以敷设通信线路,且针对实时、稳定性并未提出过高要求以及数据突变量不大的终端,3G、4G模块的通信方法较光缆有线通信方法更为适用。依照如下原则,对通信方式予以明确:实现三遥功能的终端设备必须敷设光缆,以有线通信方式进行三遥传递,实现二遥、一遥功能的终端设备可以无线模块的方式进行替代。
  
  4)主站一变电站/开关站,属于DS通信网内的关键部分,运用以光通信SDH/MSTP为基础,由此形成了环形状态。以变电站/开关站一诸多配电终端作为其中的接入层,将光纤方式优先运用于三遥终端,并在骨千层内接入,而一遥以及二遥终端的通信方式,即为少量有线或是无线方式。GPRS无线公网情况如图3-2所示。 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  3.3.2信息交互原则。
  
  1)可结合数据交互总线方式,基于源头数据独一形、全部的数据都可以共有这一原则,令DAS得以互联于其他系统。如电网GIS、调度自动化系统、95598等均属于相互联系的系统,通过整理各个系统功能、数据共有,进而令分布电源加入、停电管理等得以实现。此外,需以实用为前提,来开展信息交互工作。结合具体需求,将对应的系统数据接入其中,论文网,以此保障系统的实效、简洁性等。
  
  2)与数据来源唯一性、描述一致性、电气图形模型等诸多原则相符。
  
  3)信息交互方面,需与相应规定相符,且能够结合正/反向物理隔离装置,来实现管理以及生产大区之间的信息交互。
  
  4)以IEC61968标准为基础,运用SOA,即面向服务架构,使得数据、模型等得以订阅以及发布。信息交互内容如图3-3所示。 考虑可靠性与经济性的配电自动化系统规划模型发表国家级论文   
  3.4本章小结。
  
  本章首先以经济性为目标,满足供电可靠性为约束建立了配电自动化终端数量优化配置模型,并采用变异因子改进的进化策略算法对模型进行求解,得出不同供电区域类型情况下的配电终端的优化配置结果,利用仿真算例进行验证。根据配电终端的优化配置结果,依照配电主站、子站、通信系统的规划设计原则对配电主站、子站以及通信系统进行规划,得到满足当地供电要求以及适应当地发展情况的配电自动化系统的合理规划。姡姡姡 返回本篇文章目录导航↑
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