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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的智能采集和網(wǎng)損的在線計(jì)算，適應(yīng)而且可以在不改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、利用有限調(diào)節(jié)資源下，實(shí)現(xiàn)載送有功功率的損耗達(dá)到最小。有助于提高電網(wǎng)的自動(dòng)化程度和信息化程度，降低電網(wǎng)損耗，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 設(shè)計(jì)背景及意義 電能是二十一世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的能源之一，具有清潔無污染、易于轉(zhuǎn)換和控制、適合大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)距離輸送等顯著優(yōu)點(diǎn)。有資料表明，電能生產(chǎn)消耗的一次能源在國民經(jīng)濟(jì)一次能源總消耗中占的比重約為1/3，而且其他能源有2/3是利用電能作為轉(zhuǎn)換媒介進(jìn)行運(yùn)輸和使用?！笆晃濉币?guī)劃《綱要》明確提出了節(jié)能和減排兩個(gè)約束性目標(biāo)，電力工業(yè)是國家實(shí)施節(jié)能環(huán)保改造的重點(diǎn)領(lǐng)域。 電能在變換、輸送、分配時(shí)的產(chǎn)生的有功損耗相當(dāng)可觀。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展和并聯(lián)，出現(xiàn)了大型聯(lián)合電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。發(fā)電廠發(fā)出的電能經(jīng)常經(jīng)過5—8級變電才能送至用戶，電網(wǎng)損耗的功率是累加的，一級變電產(chǎn)生的損耗約為輸送功率的1%，經(jīng)過多級變電，算上輸電線路的損耗，總功率損耗將達(dá)到供電功率的近10%。而有資料表明，截至2007年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到7.132億kW，全國發(fā)電量達(dá)到了32559億kWh。因此優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，降低電網(wǎng)損耗對節(jié)能減排有著至關(guān)重要的意義。 對輸電線路而言： Ploss=I2R=(P2+Q2)R/U2 式中Ploss表示線路傳輸?shù)挠泄p耗，P表示線路傳輸?shù)挠泄β?，Q表示線路傳輸?shù)臒o功功率，R表示線路等效電阻，U表示輸電線路電壓。分析表明，為了使線路的有功損耗達(dá)到最小，必須使線路傳輸?shù)臒o功功率達(dá)到最小，同時(shí)還應(yīng)保持高的電壓水平。 我們注意到，目前對用戶功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值要求低，以0.8—0.9功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，每萬千瓦用電負(fù)荷，電網(wǎng)將供給用戶1.3—2.1萬千乏無功。這就使得本應(yīng)補(bǔ)償變壓器無功損失的電容器出力、甚至發(fā)電廠的無功也要向用戶輸送，形成了長距離、大功率的無功潮流，這是線路損耗高、電壓降大、電壓波動(dòng)大的根本原因。 相關(guān)資料表明，搞好電網(wǎng)的無功平衡，減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，可降低網(wǎng)損。提高負(fù)荷的功率因數(shù)，可以減小負(fù)荷的無功功率，因而減少發(fā)電機(jī)送出的無功功率和通過線路及變壓器的無功功率，從而減少線路和變壓器中的有功功率損耗和其他電能損耗。 從上面的分析可以看出，改善電力系統(tǒng)無功分布，對系統(tǒng)進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)可以有效降低電力系統(tǒng)有功損耗。 但目前多數(shù)地區(qū)的無功補(bǔ)償仍然依靠管理上的手段和現(xiàn)場運(yùn)行人員的責(zé)任心和自覺性，缺乏實(shí)時(shí)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集分析和有效的算法，來制定最優(yōu)的補(bǔ)償方案，而且有限的局部電網(wǎng)的無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，所以調(diào)節(jié)的效果很有限。 因此，有必要從全網(wǎng)角度對無功進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，即開發(fā)智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)信息并進(jìn)行在線分析計(jì)算，使電網(wǎng)內(nèi)所有無功裝置實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、閉環(huán)運(yùn)行，及時(shí)改善無功分布，減少有功損耗。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功自動(dòng)控制對降低網(wǎng)損、統(tǒng)籌系統(tǒng)無功資源配置、提高電壓質(zhì)量具有重要意義，截至目前已經(jīng)在法國、西班牙、意大利等歐洲國家實(shí)施。 在國內(nèi)，湖南省提出了采用經(jīng)濟(jì)壓差進(jìn)行全局無功優(yōu)化的思想，河南省以河南電力系統(tǒng)為對象，進(jìn)行了全局無功最優(yōu)控制的仿真研究。 從總體來看，目前從全局的角度進(jìn)行無功的自動(dòng)控制處于初步研究階段。 3 設(shè)計(jì)方案 3.1 在SCADA平臺之上實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)一次系統(tǒng)的幾何信息、物理信息、實(shí)時(shí)信息 3.2 將實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)信息進(jìn)行整理和轉(zhuǎn)化，繪制成統(tǒng)一格式的電氣接線圖 3.3 將電氣接線圖導(dǎo)入分析計(jì)算系統(tǒng)，運(yùn)用快捷有效的電網(wǎng)拓?fù)浞治鏊惴ㄟM(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)分析和在線潮流計(jì)算 3.4 運(yùn)用基于路徑跟隨的非線性原對偶內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在線無功優(yōu)化 3.5采用圖形計(jì)算一體化的軟件設(shè)計(jì)理論和技術(shù)，將上述功能集成設(shè)計(jì)為智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng) 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想 智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須建立現(xiàn)行各種系統(tǒng)之上，如SCADA/EMS等，其所依據(jù)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)包括：面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)理論、圖形計(jì)算一體化技術(shù)。 面向?qū)ο蟮睦碚摼C述 面向?qū)ο蟮乃枷敕椒ㄊ巧蟼€(gè)世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的，至今已形成較為完整的方法學(xué)理論體系。是一種目前最先進(jìn)的系統(tǒng)“問題求解方法策略”（problem solving strategy）.相對于傳統(tǒng)的思想方法，它既非面向功能（function），也不是單純面向數(shù)據(jù)（information，data），而是強(qiáng)調(diào)直接以問題域（即現(xiàn)實(shí)世界）中的客觀事物為中心來思考問題，認(rèn)識問題，并根據(jù)這些問題的本質(zhì)特征，把它們抽象的表示成為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。該方法可以使系統(tǒng)直接映射問題域，保持問題域中事物及其相互關(guān)系之間的本來面目。面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)理論為我們構(gòu)建性能應(yīng)用軟件系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)，主要因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因： 面型對象的模型是問題域中客觀系統(tǒng)或事物的直接映射，它是客觀的，可以形成標(biāo)準(zhǔn)。 面向?qū)ο蟮哪Ｐ椭械膶ο缶哂蟹庋b和隱藏特性，局部的修改和優(yōu)化影響被限制在對象（類）的內(nèi)部，因此，具有很好的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。 面向?qū)ο蟮哪Ｐ拖鄬τ谄渌魏卧淼哪Ｐ投几m合描述圖形、資源對象分類、資源之間的父子組合關(guān)系等系統(tǒng)信息。 面向?qū)ο蟮乃枷塍w系，是我們構(gòu)建優(yōu)秀應(yīng)用軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 圖形計(jì)算一體化技術(shù) 繪圖軟件按電網(wǎng)一次系統(tǒng)的幾何信息、物理信息、實(shí)時(shí)信息于一體，形成繪圖、分析計(jì)算、顯示等功能。在繪圖中，圖與電網(wǎng)數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，可以將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（包括廠站、發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、線路、開關(guān)等）和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括發(fā)電、負(fù)荷等）一一記錄于圖中，然后對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可。這種設(shè)計(jì)符合可移植性和可擴(kuò)展性的思想，使得在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候，只需在圖上修改相關(guān)參數(shù)就可以，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變（增加或減少廠站、發(fā)電機(jī)、線路等）的情況下，只需添加或刪除相應(yīng)元件并進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置就可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，因此具有很大的靈活性，不需要大量的維護(hù)。 繪圖軟件的最大特點(diǎn)是圖與信息的有機(jī)結(jié)合，信息關(guān)聯(lián)的物理機(jī)制自動(dòng)生成，用戶只須提供與運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)聯(lián)的信息，其它輔助信息自動(dòng)生成。 5設(shè)計(jì)流程圖及軟件界面 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用開放式體系結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化設(shè)計(jì)策略，流程圖如下： 圖1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)流程圖 圖2 系統(tǒng)繪圖軟件界面 圖3 系統(tǒng)計(jì)算軟件程序功能界面 6. 主要成果 1）明確了降低電網(wǎng)損耗對節(jié)能減排的重要作用，研究分析了改善無功分布對于降低電網(wǎng)損耗的意義。 2）研究分析了國內(nèi)外電網(wǎng)無功實(shí)時(shí)優(yōu)化及補(bǔ)償計(jì)算的現(xiàn)狀，提出了智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 3）采用了快捷有效的電網(wǎng)拓?fù)浞治龇绞?，將基于非線性原-對偶內(nèi)點(diǎn)算法的新型擬潮流格式的優(yōu)化算法用于無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算。 4）基于新的理論和算法，采用圖形計(jì)算一體化技術(shù)，研究開發(fā)了智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)，有助于提高電網(wǎng)的自動(dòng)化程度和信息化程度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。
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設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計(jì)目的 1、在SCADA平臺之上，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)信息并進(jìn)行在線分析計(jì)算，促進(jìn)電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化改造，提高電網(wǎng)管理水平，構(gòu)建智能電網(wǎng)。 2、全局統(tǒng)籌無功分布，將分散在各地的無功調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行全局統(tǒng)籌調(diào)度，實(shí)現(xiàn)不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)用有限調(diào)節(jié)資源情況下，載送的有功功率的損耗達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。 二、基本思路 1 利用電力系統(tǒng)中已有的SCADA系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)一次系統(tǒng)的幾何信息、物理信息、實(shí)時(shí)信息 2 將實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)信息進(jìn)行整理和轉(zhuǎn)化，繪制成統(tǒng)一格式的電氣接線圖 3 將電氣接線圖導(dǎo)入分析計(jì)算系統(tǒng)，運(yùn)用快捷有效的電網(wǎng)拓?fù)浞治鏊惴ㄟM(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)和在線潮流計(jì)算 4 運(yùn)用基于路徑跟隨的非線性原對偶內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的優(yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在線無功優(yōu)化 5采用圖形計(jì)算一體化的軟件設(shè)計(jì)理論和技術(shù)，將上述功能集成設(shè)計(jì)為智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng) 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1．全網(wǎng)無功自動(dòng)控制。有效利用全網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)效率最高的無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以達(dá)到降損的目的。 2．集成一體化功能。將實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)一次設(shè)備的幾何信息、物理信息、實(shí)時(shí)信息與調(diào)度控制決策自動(dòng)關(guān)聯(lián)，使圖形繪制、電網(wǎng)參數(shù)、高級應(yīng)用達(dá)到自動(dòng)對應(yīng)與交互。 3．快捷有效的拓?fù)浞治?。將高斯消元算法用于電網(wǎng)拓?fù)浞治觯惴ㄕw計(jì)算性能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)廠站拓?fù)洹㈦娋W(wǎng)拓?fù)湟约熬植客負(fù)涞脑诰€功能，計(jì)算速度快，適應(yīng)實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)或在線潮流計(jì)算等要求。 4. 擬潮流格式的優(yōu)化算法。運(yùn)用非線性原對偶內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在線無功優(yōu)化。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 功能和技術(shù)： 智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)采用了圖形計(jì)算一體化的軟件設(shè)計(jì)理論和技術(shù)，可以實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)一次系統(tǒng)的信息，將一次設(shè)備的幾何信息、物理信息、實(shí)時(shí)信息、控制決策自動(dòng)關(guān)聯(lián)，使圖形繪制、電網(wǎng)參數(shù)、高級應(yīng)用達(dá)到自動(dòng)對應(yīng)與交互；采用快捷有效的電網(wǎng)拓?fù)浞治龇绞?，可?shí)現(xiàn)廠站拓?fù)?、電網(wǎng)拓?fù)湟约熬植客負(fù)涞脑诰€分析功能，計(jì)算速度快，適應(yīng)實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)或在線潮流計(jì)算等要求；運(yùn)用基于路徑跟隨的非線性原對偶內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在線無功優(yōu)化。 經(jīng)濟(jì)效益分析： 按2007年全國發(fā)電量32559億kWh來算，線損率每降低1％，全國就可節(jié)約325.59億千瓦時(shí)電量。智能電網(wǎng)信息采集及降損系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)有效降低電網(wǎng)損耗，而且不需改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，成本低，同時(shí)節(jié)省人力，提高調(diào)度效率和自動(dòng)化水平
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010.5 山東大學(xué)首屆節(jié)能減排大賽 校一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 非專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片，現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 電能在變換、輸送、分配時(shí)的產(chǎn)生的有功損耗相當(dāng)可觀。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展和并聯(lián)，出現(xiàn)了大型聯(lián)合電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。發(fā)電廠發(fā)出的電能經(jīng)常經(jīng)過5—8級變電才能送至用戶，電網(wǎng)損耗的功率是累加的，一級變電產(chǎn)生的損耗約為輸送功率的1%，經(jīng)過多級變電，算上輸電線路的損耗，總功率損耗將達(dá)到供電功率的近10%。而有資料表明，截至2007年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到7.132億kW，全國發(fā)電量達(dá)到了32559億kWh。 本項(xiàng)目的實(shí)施具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)意義，能大大降低調(diào)度工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)度的自動(dòng)化，提高電壓質(zhì)量，保證信息社會對高質(zhì)量電能的需求；實(shí)現(xiàn)無功的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，降低網(wǎng)損，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。
同類課題研究水平概述
- 實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功自動(dòng)控制對降低網(wǎng)損、統(tǒng)籌系統(tǒng)無功資源配置、提高電壓質(zhì)量具有重要意義，截至目前已經(jīng)在法國、西班牙、意大利等歐洲國家實(shí)施。 在國內(nèi)，湖南省提出了采用經(jīng)濟(jì)壓差進(jìn)行全局無功優(yōu)化的思想，河南省以河南電力系統(tǒng)為對象，進(jìn)行了全局無功最優(yōu)控制的仿真研究。 從總體來看，目前從全局的角度進(jìn)行無功的自動(dòng)控制處于初步研究階段。
