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李令冬—新能源发电并网条件下配电网经济运行评估与智能控制技术_图文

发布时间:

Economic operation evaluation and intelligent control technology of distribution network under condition of new energy generating power generation

新能源发电并网条件下配电网的经济运行评估与智能控制技术 李令冬

Education ministry power quality engineering research center of Anhui university 安徽大学教育部电能质量工程研究中心(EMPQERC-AHU) 2018年5月

Catalog 目录

一、Main problems of modern distribution network 现代配电网存在的主要问题

二、 Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网的经济运行评估方法 三、 Intelligent control technology of modern distribution network 现代配电网的智能控制技术 四、 Examples of case 案例

注:在本PPT中,为简便起见,我们将“新能源发电并网条件下的配电网”称之为“现代配电网”。

一、Main problems of modern distribution network 现代配电网存在的主要问题

三高
高密度新能源发电并网 高功率冲击性、非线性 、不对称性负荷接入电 网 高比例电力电子设备接 入电网

三降低
配电网电能质量降低

能源效率降低

电力资产利用率降低

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网经济运行评估方法
现代配电网的结构和数据采集与数据分析 现代配电网由若干个基本配电单元( Basic distribution unit ,BDU)构成区域配电网 现代配电网经济运行评估的基本内容是配电网潮流分析,配电网潮流分析由基本配电单元潮流分析仪(Basic distribution unit- power flower analyzer,BDU-PFA)完成。 BDU-PFA数据采集:B1、B2、B21、B22的三相录波数据;PCC、A1的远程输入数据。 BDU-PFA数据分析:基波功率潮流、谐波功率潮流、负荷与网络阻抗、电能质量及电磁暂态、机电暂态的分析计算;用户 (A1点)与设备的用电(B21)分析计算;重构配电网设计仿真等。 区域配电网潮流分析:对各BDU潮流分析结果进行综合。

图1基本配电单元单线图

图2基本配电单元等值电路

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网经济运行评估方法
现代配电网潮流分析中的主要新概念 广义负荷:在配电网潮流计算中,我们把接在计算节点及以下的用电负荷、分布式电源、储能装置统称为广义负荷。 集中负荷:若干个广义负荷的集合称之为集中负荷。 节点阻抗:
节点电压 节点电流 节点阻抗

U A1 ,he j?h

I A1 ,he j?h

Z A1 ,h e j? h ?

U A1 ,h I A1 ,h

e j ?? h ? ? h ?

阻抗角 0+~9090+~180180+~270270+~360-

阻抗属性 阻感负载 阻容电源 阻感电源 阻容负载

图1基本配电单元单线图

图2基本配电单元等值电路

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网经济运行评估方法
术语与定义 (1) distribution network,DN DN refers to the power network that connects and transfers power from the high-voltage power supply system to the users in DN. The voltage level of DN is below 220kV. (2) distribution loss,DL During the specified calculation period, the difference between the total purchase power and the total sale power of the distribution network operator is the distribution loss power, and the ratio of the distribution loss to the total purchase is the distribution loss rate. distribution loss ,DL. distribution loss rate,DLR. (3)Grid-connection volume of power plant,GCV-PP or GCV The output power to DN of outlet of PP ,outlet is set at the dividing line of PP and DN. (4)outsourcing power,OP The power consumption of PDN to the local power plant and the user's own power plant. Metering points are set up in PP and DN property rights dividing line. (1)配电网 distribution network,DN 配电网是指连接并从高压供电系统受电,向配电网内用户配送电能的电力网。 配电网的电压等级一般在220kV以下。 (2)配电损耗 distribution loss,DL 配电网运营商在规定的计算期内,总购电量与总售电量之差为配电损耗,配电损耗与总购电量 之比率为配电损耗率。配电损耗记作DL,配电损耗率记作DLR。 (3)发电厂上网电量 grid-connection volume of power plant,GCV-PP,简写为GCV 发电厂出线侧向DN输出的电量,计量点设置在PP与DN产权分界处。 (4)外购电量 outsourcing power,OP 配电网向地方电厂、用户自备电厂等购入的电量。计量点设置在PP与DN产权 分界处。

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 配电网经济运行评估方法
(5)Adjacent network input and output power,ANIOP The mutual supply of electricity between adjacent grids. The metering points are set at the boundary between the adjacent network and the DN property right. (6)Power supply,PS The total amount of electricity purchased by distribution operators from an external grid and a power supply. PS=GCV+OP+ANIOP Note: output power to adjacent network , ANIOP<0; input power from adjacent network, ANIOP>0. (7) electricity sales ,ES The total amount of electricity sold by distribution operators to the user. (8) distribution loss ,DL DL=PS-ES Total active power loss of DN. (9) distribution loss rate,DLR Total active power loss rate of DN. DLR=(DL/PS)Χ100% (5)邻网输入输出电量 adjacent network input and output power,ANIOP 相邻电网之间的互供电量。计量点设置在邻网与DN产权分界处。 (6)供电量 power supply,PS 配电运营商从外部电网和电源购入的总电量。 PS=GCV+OP+ANIOP 注:向邻网输出电量,则ANIOP<0;由邻网输入电量,则ANIOP>0。 (7)售电量 electricity sales ,ES 配电运营商向用户售出的总电量。 (8)配电损耗电量 distribution loss ,DL 配电网总有功电量损耗。 DL=PS-ES (9)配电损耗率 distribution loss rate,DLR 配电网总有功电量损耗率。 DLR =(DLP/PS)Χ100%

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 配电网经济运行评估方法
现代配电网潮流分析数据表 Reference period (T1, H) statistical data 基准期(T1,h)统计数据
发电厂 上网电 量 GCV1
104kWh

外购电 量 OP1
104kWh

邻网输 入输出 电量 ANIOP1
104kWh

供电量

售电量

PS1

104kWh

ES1

104kWh

分布式 发电供 电量 PS-DG1
104kWh

供电侧最 大需量 MDPS1
104kW

售电侧最 大需量 MDES1
104kW

供电电 价系数

售电电 价系数

配电变 压器容 量 DTC1
104kVA

PSPC1

ESPC1

电能质 量合格 率 PQQR1 %

Warranty period (T2, h) statistical data 保证期(T2,h)统计数据 符号及意义 GCV : grid-connection volume of power plant; ANIOP : adjacent network input and output power; ES : electricity sales ; MDPS : maximum demand of power supply ; PSPC:power supply price coefficient ; DTC : distribution transformer capacity;

OP : outsourcing power; PS : power supply; PS-DG : power supply of distributed generation ; MDES : maximum demand of electricity sale ESPC : electricity sale price coefficient ; PQQR : power quality qualification rate .

评价指标 (1)Evaluating indicator of distribution loss 配电损耗评价指标 distribution loss power 配电损耗电量:DL=PS─ES; distribution loss rate 配电损耗率:DLR =(DL/PS)Χ100%。

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网经济运行评估方法
(2)Evaluating indicator of intelligent control for power supply 供电侧功率智能控制评价指标 maximum demand of power supply 供电侧最大需量:MDPS; maximum demand coefficient of power supply 供电侧最大需量系数:MDCPS=MDPS/PS/T; power supply price coefficient 供电电价系数:PSPC 。 (3) Evaluating indicator of intelligent control for electricity sale 售电侧功率智能控制评价指标 maximum demand of electricity sale 售电侧最大需量:MDES; maximum demand coefficient of electricity sale 售电侧最大需量系数: MDCES=MDES/ES/T; electricity sale price coefficient 售电电价系数:ESPC。 (4)Evaluation index of distribution assets utilization 配电资产利用评价指标 distribution transformer capacity 配电变压器容量:DTC; Utilization coefficient of distribution transformer::配电变压器利用系数:UCDT=PS/T/DTC。 (5) Evaluation index of capacity of distribution network accepting distributed generation 配电网接纳分布式发电的能力评价指标 distributed generation penetration rate 分布式发电渗透率:DGPR=PS-DG/PS×100%; distributed generation penetration Influence coefficient on distribution loss 分布式发电渗透对配电损耗影响系数:DLIC-DGPR=DLR/DGPR; power quality qualification rate 电能质量合格率:PQQR; distributed generation penetration Influence coefficient on power quality 分布式发电渗透对电能质量影响系数:PQIC-DGPR =PQQR/DGPR。 limits of distributed generation penetration rate 分布式发电渗透率限值:L-DGPR

二、Economic operation evaluation method of modern distribution network 现代配电网经济运行评估方法
LRI-DN comprehensive evaluation 现代配电网经济运行综合评价表
评价 项目 指标 单位 DLR % 基准 期 保证 期 改善 度 DLR1 DLR2 降低配 电损耗 配电损 耗率 配电网智能功率控制 供电侧最 大需量系 数 MDCPS MDCPS1 MDCPS2 供电侧 电价系 数 PSPC PSPC1 PSPC2 用户智能功率控制 售电侧最 大需量系 数 MDCES MDCES1 MDCES2 售电侧 电价系 数 ESPC ESPC1 ESPC2 配电资 产利用 配电变 压器利 用系数 DTUC DTUC1 DTUC2 电能质 量 电能质 量合格 率 PQQR % PQQR1 PQQR2 接纳分布式发电能力 分布式发电渗透率 DGPR % 测量值 DGPR DGPR1 DGPR2 限值 L-DGPR L-DGPR1 L-DGPR2 分布式发 电渗透对 配电损耗 影响系数 DLICDGPR DLICDGPR1 DLICDGPR2 DLICDGPR 降低: DLICDGPR1 ─ DLICDGPR2 分布式发 电渗透对 电能质量 影响系数 PQICDGPR PQICDGPR1 PQICDGPR2 PQICDGPR 降低: PQICDGPR1 ─ PQICDGPR2

DLR 降低: DLR1 ― DLR2

MDCPS 降低: MDCPS1 ─ MDCPS2

PSPC 降低: PSPC1 ─ PSPC2

MDCES 降低: MDCES1 ─ MDCES2

ESPC 降低: ESPC1 ─ ESPC2

DTUC 提高: DTUC2 ─ DTUC1

PQQR 提高: PQQ2 ─ PQQ1

DGPR 提高: DGPR2 ─ DGPR1

L-DGPR 提高: L-DGPR2 ─ L-DGPR1

评价项目 evaluation project ; 测量值: measured value;

改善度: improvement degree; 降低:reduce;

提高: increase 。

三、 Intelligent control technology of modern distribution network 现代配电网智能控制技术
区域配电网功率潮流参数 受电点运行目标值: RT ps ? ? PC ps
? Pp s 1,t 受电点功率测量值 : Pp s ,t ? ? ? ? p s 1,t DLR ps ? Pp s 1,t ? ? p s 2 ,t ? ? Pps 2,s ,t ?

设:区域运营商有2个受电点和4个售电点 售电点运行目标值: RTes ? ? PCes
? Pes1,t 售电点功率测量值:Pes ,t ? ? ? ?es1,t DLRes ? Pes 2,t ?es 4,t Pes 2,s ,t Pes 3,t ?es 4,t Pes 3,s ,t Pes 4,t ? ?es 4,t ? ? Pes ,s 4,t? PQes 4,max ? ?es 4,min ? ? MDes 4 ? ?

受电点功率 设定值: Pps ,s ,t ? ? Pps1,s ,t
? PQ ps1,max ? ? ? ? ps1,min ? MD ps1 ?

售电点功率设定值: Pes ,s ,t ? ? Pes1,s ,t

受电点约束条件: Pps ,l 符号 及意义

PQ ps1,max ? ? PQes1,max ? ? ? ps1,min ? 售电点约束条件:Pes ,l ? ? ?es1,min ? MD MD ps 2 ? es1 ? ?

PQes 2,max

?es 2,min
MDes 2

PQes 3,max

?es 3,min

MDes 3

RT ps :供电目标 ; RTes :售电目标; PC ps :供电(受电)电价系数; PCes :售电电价系数

区域配电网经济运行智能控制主流程
Pes ,t 控制与 Pps ,t 控制类同 Pps ,t Pps , s ,t 计 算 RT ps Pps ,l

功率潮流控制:负荷时移,多电源互补

四、 Examples of case 案例
高压变频器超高次谐波潮流测量与分析 波形与频谱图 (报表为C相数据)

h UA,h
V

1 5550 661 6.0

65 260 16.0 -94.1 190

66 420 27.0 -91.6 560

67 90 6.0 -96.8 260

68 450 27.0 -92.1 360

IA,h
A

φA,h
o

UA,h
V

IA,h
A

4.0

11.0

5.0

7.0

φA,h
o

138.1

138.1

150.8

151.5

四、 Examples of case 案例
高压变频器超高次谐波潮流测量与分析 谐波电流系数仿真 原配电网:左图;重构配电网(并联电容器):右图

8

9

7

8

6

7

6

5
5
Kh

4

Kh

4

3
3

2

2

1

1

0

0

10

20

30

40 Harmonic order

50

60

70

80

0

0

10

20

30

40 Harmonic order

50

60

70

80

四、 Examples of case 案例
150吨EAF功率潮流测量与分析 一个冶炼周期内基波有功功率测量曲线

加料时间:180S~900S,(12min); 引弧期: 900S ~1000S,( 1.7 min ); 穿井期: 1000S ~1180S, ( 3.0 min ); 熔化期: 1180S ~1920S, (12.3 min);
P (MW)

100 90 80 70 60 50 40 30

2009年 6月 2日 4时 41分 44秒 EAF馈 线 有 功 功 率 趋 势

熔末提升电极期:1920S~2050S, (2.2min); 熔清升温期:2050S~2500S(7.5min)+3000S ~3125S(2.1min)计9.6min; 测温时间:2500S~3000S(6.3min)。 统计结果: 通电时间:28.8min;非通电时间:18.3min; 初炼周期:49.1min。

20 10 0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

t (s)

四、 Examples of case 案例
150吨EAF功率潮流测量与分析 无功功率—有功功率仿真曲线
150 140 130 120 110 100

0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 21 20 19 18 17 16 15 14 47 52 57 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 : : : : : : : : : : :

视 在 功 率 [MVA] 功率因数 运行曲线 电 弧 电 流 (kA) 运行范围

炉变二次电压(V)
689.6 706.4 721.9 740.4 757.4 777.8 796.6 819.2 840 865.2 888.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 : : : : : : : : : : 916.7 942.9 974.7 1004.4 1040.5 1074.4 1115.9 1155 1203.1 1248.7

总 用 电 有 功 功 率 ( MW)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

32

37

42

62 67 7 72 4 5 6 1 23 8 9

13 12 10 11

0

10

20

30

40

总 用 电 无 功 功 率 ( MVar)

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

短路容量: 额定容量: 最大过载: 额定频率: 炉变一次电压: 最大二次电压: 短网电抗: 短网电阻: 投 入 SVC 串联电抗:

13299 125 20 50 33 1248.7 3.7 0.4 0.8

[MVA] [MVA] [%] [Hz] [kV] [V] [mOhm] [mOhm] [Ohm]

四、 Examples of case 案例
150吨EAF功率潮流测量与分析 无功功率—电路效率仿真曲线
100 98 96 94 92 90

炉 变 二 次 电 压 (V) 1 : 689.6 2 : 706.4 3 : 721.9 4 : 740.4 5 : 757.4 21 20 19 18 17 16 额定容量: 15 最大过载: 额定频率: 14 9 5 6 7 8 4 2 3 1 13 10 11 12 125 20 50 [MVA] [%] [Hz] [kV] [mOhm] [mOhm] [Ohm] 6 : 777.8 7 : 796.6 8 : 819.2 9 : 840 10 : 865.2 11 : 888.5 12 : 916.7 13 : 942.9 14 : 974.7 15 : 1004.4 16 : 1040.5 17 : 1074.4 18 : 1115.9 19 : 1155 20 : 1203.1 21 : 1248.7

用 电 电 路 效 率 ( %)

88 86 84 82 80 78 76 74 72 70

炉 变 一 次 电 压 : 33 短网电抗: 短网电阻: 投 入 SVC
130 140 150

最 大 二 次 电 压 : 1248.7 [V] 3.7 0.4 0.8

0

10

20

30

40

总 用 电 无 功 功 率 ( MVar)

50

60

70

80

90

100

110

120

串联电抗:

四、 Examples of case 案例
150吨EAF功率潮流测量与分析:融化期测量与仿真数据
EAF供电点B1 功率参数 PB1 MW
94.3 92.8 91.2 89.5 87.5 85.4 83.0 80.4 94.3 92.8 91.2

电弧参数 λB1
0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.80 0.81 0.82

EAF变压器 副边电气参数 PE1 Ω LARC1 mm
430 437 444 451 458 465 473 480 430 437 444

耐磨 指数 λD1
0.90 0.90 0.91 0.91 0.92 0.92 0.93 0.93 0.90 0.90 0.91

电路 效率 η

QB1 MW
70.7 67.3 63.7 60.2 56.6 52.9 49.2 45.6 70.7 67.3 63.7

SB1 MVA
117.8 114.6 111.2 107.8 104.2 100.4 96.5 92.5 117.8 114.6 111.2

UE1 V
464.6 471.6 478.8 485.8 493.0 500.4 507.8 515.0 464.6 471.6 478.8

IE1 kA
63.45 61.72 59.89 58.06 56.12 54.08 51.92 49.77 63.45 61.72 59.89

PE1 MW
88.4 87.3 86.0 84.6 83.0 81.1 79.1 76.8 88.4 87.3 86.0

YD1 kS
0.116 0.112 0.108 0.104 0.100 0.096 0.091 0.087 0.116 0.112 0.108

PD1 MW
93.2 91.9 90.3 88.6 86.8 84.6 82.3 79.8 93.2 91.9 90.3

RWI1 kW.V/cm2
144 145 145 145 144 143 142 140 144 145 145

7.32 7.64 7.99 8.36 8.78 9.25 9.77 10.34 7.32 7.64 7.99

0.944 0.946 0.948 0.951 0.953 0.955 0.957 0.960 0.944 0.946 0.948

最佳供电运行区域: λB1 =0.83~0.85 所在横向区域 ;
100 90 80 70 60 50 40 30 20

最佳工作点:
120

M=5 (0.8Ω)

n=17(1074.4V)

YD1=0.092kS

2009年 6月 2日 4时 41分 44秒

EAF馈 线 有 功 功 率 趋 势

2009年 6月 2日 4时 41分 44秒 EAF馈 线 无 功 功 率 趋 势

100

80

Q (Mvar)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

P (MW)

60

40

20
10 0

0

t (s)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

四、 Examples of case 案例
150吨EAF用电智能控制 初炼电弧炉用电智能控制即根据供电制度,使电极位移调节器、电压等级调节器、串联电抗调节器协调运行, 对被控参数进行精确控制,从而实现炉钢冶炼过程用电目标和冶炼终点用电目标。
电弧炉用电智能控制系统的特点 多目标:过程目标、终点目标; 多调节器:三个; 多被控参数:三个层次:; 大数据:仿真大数据、 实测大 数据; 冲击性控制:电极位移控制负载 导纳,收敛快; 不对称控制:电极位移控制负载 导纳,三相互耦合小; 非线性控制:负载阻抗的动态变 化是谐波和间谐波电 流产 生的根本原因,直接通过 电极位移控制负导纳的变 化率,可大大减小系统的 非线性。 对负载导纳的准确快速测量计算是电弧 炉用电控制的关键,也是难点。 图中:G-矩阵;END-终点;CON-调节; PRO-过程;ARC-电弧;I-工艺期(0~7) ;H-参数值属性,0为设定,1为统计;X -参数值属性,0为设定,1为三相实时平 均,2、3、4分别代表A、B、C三相;B1、 C1、D1代表评估点;Z-参数值属性, 0为 设定,1为实时。

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