基于供电可靠性的配电网自动化理论与实践研究

摘要

配电网是电力系统中同用户相联系的重要环节，直接体现整个电力系统对用户的供电可靠性水平和服务质量。随着我国电力体制改革的深化，电力企业正面临着前所未有的挑战与压力。一方面企业内部需要不断加强管理、深化改革；另一方面，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，迫切需要提高供电可靠性与客户满意度。 2003年至2004年，为提高浙江海宁地区中压配电网的整体供电能力和供电可靠性水平，海宁供电公司对所管辖的红闸线广福线两条中压配电线路进行升级改造工作。作者所在的课题组承担了线路配电网自动化工程的开发和施工工作。该论文针对在工程规划和实施过程中重点解决的问题，从配电自动化故障区段定位和环网开关最优配置两方面论述了提高系统供电可靠性的方法。 提高配电网供电可靠性最直接有效的方法是在配电网中安装分段开关和联络开关，形成“多分段、多联络”的供电格局；采用配电自动化中的故障区段定位功能自动判断并快速隔离故障区段，从而达到减少停电时间和停电范围，提高配电网供电可靠性的目的。目前普遍采用的配电自动化故障区段定位方法中存在着有通信方式完全依赖通信设备，可靠性和经济性不高；无通信方式判断故障时间长、对系统冲击次数多的问题。 该文从配电线路故障暂态信号的产生及在线路上的分布、常用的配电设备对暂态信号传播的影响等方面剖析了暂态信号在配电线路上的传播机理，通过理论及仿真试验提出基于暂态保护原理的配电网无通信故障区段定位方法，并研制了实验装置。当故障发生时，根据检测到的边界两侧特定频段暂态电流能量，该装置可依照事先设定的判据自主确定分段开关是否跳闸以隔离故障，从而真正实现了线路保护的绝对选择性和全线速动性。实验结果表明，该装置具有快速可靠的优点，且工作性能不受线路结构、故障类型等外部条件的影响。 在浙江海宁配电自动化工程实施中，为保证可靠有效地判断并隔离故障区段，防止在故障初始角为零或过渡电阻很大等极端情况下，由于暂态电流过于微弱而影响系统隔离故障区段的性能，设计并实施了以基于暂态保护的故障区段定位方法为优先处理手段，以基于重合器分段器的开关配合方法作为后备的无通信故障就地智能控制方案，保证了自动化系统动作的准确性和可靠性。 环网开关优化配置也是海宁配电自动化系统工程中需要重点解决的问题。论文结合海宁地区经济发展水平、电力用户的性质以及工程要求，通过分析配电网供电可靠性收益同设备投资的关系，提出配电自动化系统中环网开关配置的最优规划策略，建立了在满足供电可靠性要求的前提下使系统投资及可靠性损失等综合费用最低的环网开关最优化配置数学模型。并在算法中针对普通遗传算法不能得到全局最优解的问题，采用迁移策略进行多种群进化求解，提高了对全局最优解的搜索速度。

目录

文摘

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1绪论

1.1引言

1.2市场运营模式下的配电网供电可靠性

1.2.1我国配电网供电可靠性发展状况

1.2.2市场运营模式下对配电网供电可靠性的要求

1.2.3提高配电网供电可靠性的途径

1.3配电网自动化故障区段定位技术的研究进展

1.3.1目前配电自动化系统中故障区段定位的主要方法

1.3.2目前配电自动化中故障区段定位方法的特点比较

1.3.3基于暂态保护的配电网故障区段定位方法研究进展

1.4配电网供电可靠性评价研究进展

1.4.1配电网供电可靠性预测评估研究进展

1.4.2基于技术经济相协调的配电网可靠性研究进展

1.5配电环网开关优化配置的研究进展

1.6本文的主要工作

2基于暂态保护的故障区段定位的理论基础研究

2.1引言

2.2暂态信号在均匀传输线上的传播规律分析

2.2.1行波传播的时域解析

2.2.2行波通过不同波阻抗元件的时频域解析

2.2.3行波通过并联集中阻抗元件时的频域解析

2.3配电网短路故障暂态信号的产生及传播解析

2.4配电设备对短路故障暂态信号能量的影响分析

2.4.1信号能量的定义

2.4.2配电设备对暂态信号传播的影响分析

2.5三相输电线的解耦分析

2.5.1三相输电线路的相模变换

2.5.2不同故障类型中的模分量特性分析

2.6本章小结

3基于暂态保护原理的配电网故障区段定位方法

3.1引言

3.2基于暂态保护的配电网故障区段定位方法的基本原理

3.3基于谐波小波变换的信号分析原理研究

3.3.1传统信号分析手段的局限性

3.3.2基于谐波小波变换的暂态信号分析原理

3.3.3基于离散谐波小波变换的信号分析算法

3.4基于暂态保护的故障区段定位方法原理设计

3.4.1异常电流初始时刻的确定

3.4.2基于暂态保护的故障区段定位基本判据

3.4.3基本判据的仿真分析

3.4.4不同故障情况下的区段定位方法性能分析

3.4.5元件参数漂移情况下的改进判据

3.5基于暂态电流保护的单相接地故障选线功能实现

3.6本章小结

4基于暂态保护的故障区段定位装置研制及实验验证

4.1前言

4.2配电网物理模拟线路的实现

4.2.1模拟单位长度传输线所需链型等值电路的数量确定

4.2.2单段模拟线路元件参数的计算

4.3高频电流滤波装置的设计

4.4信号测控装置的研制实现

4.4.1系统整体结构设计

4.4.2信号调理及模数转换设计

4.4.3 FPGA模块的功能结构设计

4.4.4 DSP模块的功能设计

4.5基于暂态保护的故障区段定位方法的实验验证

4.6本章小结

5基于可靠性经济分析的配电网分段开关优化配置

5.1引言

5.2配电系统供电可靠性评估指标

5.2.1可修复元件的可靠性指标

5.2.2系统供电可靠性评估指标

5.3基于网络等效的复杂配电网可靠性评估

5.4基于网络等效的可靠性评估算例

5.5配电网可靠性投资的经济收益分析

5.6基于综合费用最低的开关优化配置数学模型

5.7基于迁移策略的多种群遗传寻优算法的环网开关优化配置

5.7.1普通遗传算法的求解方法

5.7.2普通遗传算法的早熟收敛

5.7.3基于迁移策略的多种群遗传算法

5.7.4基于迁移策略的多种群遗传算法算例分析

5.8本章小结

6浙江海宁配电网自动化系统的工程实现

6.1引言

6.2海宁配电自动化系统整体方案设计

6.3海宁配电自动化系统环网开关数量及位置的确定

6.4海宁工程馈线自动化方案设计

6.4.1馈线自动化故障处理模式的选择

6.4.2线路保护参数的整定

6.4.3馈线自动化故障处理流程

6.5海宁配电自动化通信系统设计

6.5.1 CAN总线控制模块的工作特点

6.5.2海宁配电自动化通信系统的总体结构

6.5.3基于CAN总线系统的通信流程设计

6.5.4通信系统上位机监控软件的编制

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

创新点摘要

致 谢