Ｐ ＆Ｄ 配电网高级应用软件的设计与研究 王超’。杨旭 （１．景洪供电有限公司，云南景洪６６６１００；２．哈尔滨电气集团阿城继电器有限责任公司。黑龙江哈尔滨１５００９０） 摘 耍本文从配电网高级应用软件的整体入手，依次对网络拓扑分析、网络重构、状态估计、电压与无功优化等四 种模块进行了分析，在总结比较不同算法的基础上，提出各模块的优势算法并分析了设计思路，为进一步开发配电网 高级应用软件打下了基础。 关键词配电网；高级应用软件；算法 中图分类号：ＴＰ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－７ ５９７（２０１ ３）１２－００２８—０１ 型进行合并简化，正确反映配电网的特点，选择广度优先搜索 法进行拓扑分析，得出其他高级应用软件所需的基础数据。 ２．２网络重构 随着国民经济的高速发展，社会对电力的需求越来越大， 电力网络的大规模发展及电价机制的市场化运行，对电网的安 全行、可靠性、灵活性和经济性提出了新的要求。对于配网自 动化系统在电网运行中遇到的一些实时运行问题，以及发展过 程中出现的新问题新情况，依靠传统的离线潮流计算方法和调 度运行人员的经验已经难以解决。因此急需实用型分析工具来 帮助合理调度电网负荷，在此情况下，配电网的高级应用应运 而生，这些高级应用软件成为了配电网调度与管理的有效工具， 使调度由经验型上升到科学的实时分析型。特别是近年来配网 自动化技术的迅速发展，客观上为高级应用软件的研究与应用 提供了广阔的平台，创造了良好的基础。 １软件应用的基础 配电网高级应用软件的各功能模块通过数据库联系在一起， 通过使用统一的数据来源和格式，组成一个便捷、灵活的应用 软件系统。运行的基础依赖于大量有关配电网状态的数据，这 些数据主要来源于网络建模、实时数据采集以及人工录入。因 此在运行高级应用软件时，首先应建立相关的通信链接，从 ＳＣＡＤＡ实时库和历史库获得大量基础数据提供给高级应用软件。 其次应针对不同应用软件中不同算法的需求，对配电网络进行 接线分析，然后利用获得的数据进行计算后，再把数据存入高 级应用数据库，以便配电自动化系统的应用。 ２配电网软件模块设计 ２．１网络拓扑分析 配电网实际运行过程中，开关状态的变化可以直接引起网 络拓扑结构的变化，因此实时跟踪判断网络拓扑结构的变化状 态可以为潮流分析、故障定位、网络重构等高级应用功能的实 现建立精确性的基础。配电网开关数量巨大，接线极其复杂， 网络拓扑分析作为其他高级分析的基础具有重要的意义，其计 算速度直接影响所有高级应用软件的速度。目前国内外在这方 面现有的研究有矩阵表示法、结点消去法、树搜索表示法等。 矩阵分析法结构性强，数据组织比较简单，适应性强。但 配电网络重构是配电网优化的重要内容之一，是提高配电 网安全性和经济性的重要手段。配电网重构分为正常运行时的 网络重构和故障情况下的重构。正常重构是指在正常的运行条 件下，根据运行情况进行开关操作以调整网络结构，从而改变 网络中的潮流分布；正常重构能平衡负荷、消除过载，降低配 电网网损，提高系统的经济效益。故障重构是根据故障定位信息， 隔离故障区域，并在故障后迅速恢复非故障供电，通过配电网 重构，可以隔离故障，缩小停电范围，并在故障后迅速恢复非 故障区域供电，提高供电可靠性。 网络重构算法大致可以分为三种：数学优化方法，启发式 搜索方法，以及人工智能方法。其中数学优化的方法存在着维 数灾害，同时也存在计算量大，计算时间长，实时性不强等问 题。启发式搜索方法在缩小了求解空间之后，能够快速得到恢 复方案，比较适合在线计算，但当配电网发生多重故障时，关 联区域之间会产生复杂的状况，可能导致启发式规则难以形成。 人工智能方法以其独特智能特性在众多领域得到了广泛的应用， 在众多人工智能算法中，粒子群算法具有并行处理、鲁棒性好、 能以较大概率找到问题的全局最优解等特点，且计算效率比传 统随机方法高，既适合科学研究，又适合工程应用。 根据配电网的特点，全面考虑电源与支路容量限制、节点 电压平衡、开关操作损耗以及网损等因素，选择几种满足配电 网运行要求、经济性及用户满意度最好的目标，确定其权重并 形成综合目标函数；采用基于环路的十进制编码策略的粒子群 算法进行重构分析，制定网络重构和恢复供电方案，实现非故 障区域的恢复供电。 ２．３状态估计 配电网状态估计是配电自动化系统的一项重要高级应用功 是大量的矩阵运算使得计算速度较慢，而且在计算过程中所占 存储空间也比较大，这些都影响了网络拓扑的计算速度。结点 消去法大大减少了计算冗余度和计算量，提高了计算速度，但 会影响到其它高级应用功能分析。搜索法是当前网络拓扑分析 中应用最为广泛的一种分析方法，它主要通过搜索节点与其相 邻节点之间连通关系的方法来进行拓扑分析的。搜索法可分为 深度优先搜索法和广度优先搜索法。其中广度优先搜索法对每 能，是通过一些可以获得的量测数据估计另一些未量测的信息， 由此可以获得全网当前时刻各部分的运行状态和参数，为其他 配电网高级应用软件系统提供可靠的实时数据信息，应用状态 估计还可以检测与剔除坏数据，提高数据精度，增加配电网不 良量测数据的辨识度，并通过负荷估计及其他相容性分析方法 进行一定的数据修复和补充。 目前配电网状态估计的算法主要有加权最小二乘法、量测 变换法和正交变换法。最小二乘法收敛性能好，估计质量高， 但是计算时间过长和内存占用量高都制约了其在配电网中的应 用；量测变换法将所有的量测量在迭代过程中转化成等值的电 流或功率量测，和选定的状态变量形成增益矩阵，并进行常数 个节点只进行一次遍历，其搜索速麈决于深度优先搜索法。 采用面向对象技术及分类分层的思想对配电网中的设备进 行建模，考虑静态拓扑与动态拓扑相结合的方式，对原有的模 ＩＩ（下转第９页）“ ２０１３年第１２期总第１３２期 ＳｌｌＬＩＣ０Ｎ ＶＡＬＬＥＹ 牵引采煤机技术先进，质量可靠，功率适中，适用广泛，达国 内先进水平，是综采高产高效工作面的理想机型。总体采用多 电机横向布置，主机架采用整体结构也可分段组合，部件之间 无动力传递，均可单独拆装，使用可靠，维修方便。 该机型采用了系列设计，适应性强，通用性好，电机功率 可由用户选择，电机、摇臂、牵引箱等均可左右互换。关键元 器件如轴承、密封、泵、变频器等选用进口件，提高了产品的 寿命。控制系统采用计算机集中控制、汉化显示、控制智能化 等各种功能，保护齐全。配套范围广，可在不改变相似功率三 机配套关系及供电等级的情况下使用。７１０型根据用户要求，可 与支架乳化液泵联接作动力，实现采煤机摇臂的调高。７３０型 牵引功率加大，提高了在倾斜工作面的爬坡能力。 画 控的电参数容易配合，因此易于实现工况监测、机电保护、故 障诊断、数据显示。特别是动态响应很快，电牵引微机控制的 自动调整时间或滚筒卡住或闷车自动退机时间一般都在１ ｓ以内。 ６）机械传动和结构较简单。 ４电牵引采煤机的发展趋势 电牵引采煤机已成为国内采煤机的研究重点；采煤机的撞 击功率与截割电动机功率都有较大的提升；电牵引采煤机已经 逐渐替代了液压牵引采煤机；牵引力和牵引速度持续性增大； 多电机驱动型结构的发展；中高压供电系统有了很大的发展。 目前我国煤机的整体态势就是产能过剩，品牌竞争就是产 品竞争的趋势，在我国煤机企业要想做强品牌实现突围的话， 就必须推动国内煤机行业的兼并重组。这就需要国家在政策方 面要加强引导，这样才能使得我国把落后的产能淘汰掉，向着 健康的方向发展。目前煤炭行业机械化率约７０％，但综采率比 较低，约为４４％，而世界国家的煤炭综采率超过８０％，甚至达 １００％，煤炭行业的综采化还有很大的空间。 国内电牵引采煤机在研制方面经过将近ｌ５年得研究，虽然 取得了很大的进步，但是如果和国际先进水平相比较的话，是 有很大的差距的，特别是在监控技术和可靠性这两个反面。因 此要想和国际接轨还是需要大量的实验研究的。 ３电牵引采煤机的特点 １）牵引特性较好。电牵引和液压牵引都具有良好的调速特 性。但液压牵引的机械特性除了受负载影响外，还受到油液的 泄漏、粘度、温度和清洁度、制造和维修质量的影响，特性曲 线会慢慢变软。而电动机特性可以说主要受负载影响，所以说 电牵引的牵引特性好，调速平稳性好，牵引特性曲线可长时间 保持稳定。 ２）机械传动效率高。电牵引没有能量多次转换问题，总效 率可达０．９以上。 ３）牵引力大、牵引速度高；能适应大倾角煤层开采的需要。 ４）工作可靠性高。 参考文献 ５）易于实现微机自动控制。能轻易实现遥控，牵引实现无 ［１］王启广，李炳文．电牵引采煤机的现状与发展［Ｊ］．矿山机 械，２００４（０９）． 级调速；由于微机控制的功能齐全、计算速度很快、与电牵引电 ｝｛（上接第２８页）？｝ 化，计算速度和内存都有明显改进。本方案拟采用量测变换法， 以支路功率为状态变量，将基本数据分为支路类和节点类分别 进行估计，并在解决弱环网的问题上进行深入研究，使之能够 适应各种配电网的模型。 ２．４电压／无功优化 优化功能。通过上述功能的综合使用，达到电压无功优化的效果， 保障电网的经济安全稳定运行。 ３结束语 配电自动化系统的建模和高级应用软件的研究和应用对配 电网的安全、优质、经济运行有着重要的作用，目前我们正在 对软件的算法及功能进行逐步完善和扩充，使配电网高级应用 软件更好的成为专业人员必不可少的工具。 参考文献 ［１】郭学凤．含多种分布式电源的弱环配电网三相潮流计算［Ｄ］． 合肥工业大学，２００９． ［２］马莉．配电网优化控制中潮流简化分析［Ｄ］．西安科技大学， ２００７． 配电网实现电压和无功功率的优化控带啊以有效地改善电 压质量，减少网络损耗。其主要手段是及时调节有载调压变压 器分接头和投切并联电容器组。传统的配电网络电压无功控制 方法有牛顿法、线性规划法、非线性规划法、灵敏度法等，随 着人工智能的出现，相继出现了模拟退火、遗传算法、蚁群算法、 禁忌搜索等各种算法。 电压无功优化系统首先从调度ＳＣＡＤＡ实时库，提取需要参 与计算的实时数据，然后假设电网损耗最小为目标函数，利用 潮流计算、数值分析等方法，依次求得：电容器最佳投切容量、 主变有载调压分接开关最佳档位、电网最优运行电压、电容器 ［３］刘健，毕鹏翔，程红丽．配电网理论及应用［Ｍ］．中国水利水 电出版社，２００７． 投切次数和主变有载调压分接开关调节次数。实现的主要功能 包括：电压优化调节功能，无功优化补偿功能，无功电压综合 ［４】徐丙垠，李天友，薛永端．智能配电网与配电自动化［Ｊ】．电 力系统自动化，２Ｏ０９，３３（１ ７）：３８—４１． ｛｛（上接第２２页）ｆ｛ 基于ＰＲＯＦＩＮＥＴ的烟厂电力监控系统能够极大的提高烟厂电力 监控的有效性，提高烟厂生产的安全性和生产效率，对于烟厂 的发展具有重要作用，我们要进一步深入探索如何更加完美的 将ＰＲＯＦＩＮＥＴ运用到电力监控系统中。 统设计［Ｊ］．自动化博览，２００９（３）． ［２】于王乐，吴永祥，詹林，王卫平．基于网格的电力监控系统 设计与实现［Ｊ］．中国科技信息，２０１１（３）． ［３］邓生．大型企业电力监控系统设计［Ｊ］．云南电力技术，２０１ ０ （４）． 参考文献 【１】王德吉，栗卫军，边永生．基于ＰＲＯＦＩＮＥＴ的烟厂电力监控系 【４］沈秀峰，吴健．基于分布式中间件的电力监控系统设计与实 现［Ｊ】．计算机工程与设计，２００９（９）．