基本信息
- 项目名称：
- 智能电网信息采集及降损系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 智能电网信息采集及降损系统可实现电网信息的智能采集和网损的在线计算，适应而且可以在不改变电网结构、利用有限调节资源下，实现载送有功功率的损耗达到最小。有助于提高电网的自动化程度和信息化程度，降低电网损耗，提高电网运行经济效益。
- 详细介绍：
- 1 设计背景及意义 电能是二十一世纪国民经济发展最重要的能源之一，具有清洁无污染、易于转换和控制、适合大规模生产和远距离输送等显著优点。有资料表明，电能生产消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗中占的比重约为1/3，而且其他能源有2/3是利用电能作为转换媒介进行运输和使用。“十一五”规划《纲要》明确提出了节能和减排两个约束性目标，电力工业是国家实施节能环保改造的重点领域。 电能在变换、输送、分配时的产生的有功损耗相当可观。随着电力系统的发展，电力网络不断扩展和并联，出现了大型联合电网，电网结构越来越复杂。发电厂发出的电能经常经过5—8级变电才能送至用户，电网损耗的功率是累加的，一级变电产生的损耗约为输送功率的1%，经过多级变电，算上输电线路的损耗，总功率损耗将达到供电功率的近10%。而有资料表明，截至2007年底，全国发电装机容量达到7.132亿kW，全国发电量达到了32559亿kWh。因此优化电网结构，降低电网损耗对节能减排有着至关重要的意义。 对输电线路而言： Ploss=I2R=(P2+Q2)R/U2 式中Ploss表示线路传输的有功损耗，P表示线路传输的有功功率，Q表示线路传输的无功功率，R表示线路等效电阻，U表示输电线路电压。分析表明，为了使线路的有功损耗达到最小，必须使线路传输的无功功率达到最小，同时还应保持高的电压水平。 我们注意到，目前对用户功率因数标准值要求低，以0.8—0.9功率因数标准来计算，每万千瓦用电负荷，电网将供给用户1.3—2.1万千乏无功。这就使得本应补偿变压器无功损失的电容器出力、甚至发电厂的无功也要向用户输送，形成了长距离、大功率的无功潮流，这是线路损耗高、电压降大、电压波动大的根本原因。 相关资料表明，搞好电网的无功平衡，减少无功功率在电网中的流动，可降低网损。提高负荷的功率因数，可以减小负荷的无功功率，因而减少发电机送出的无功功率和通过线路及变压器的无功功率，从而减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗。 从上面的分析可以看出，改善电力系统无功分布，对系统进行合理的无功补偿调节可以有效降低电力系统有功损耗。 但目前多数地区的无功补偿仍然依靠管理上的手段和现场运行人员的责任心和自觉性，缺乏实时的电网数据采集分析和有效的算法，来制定最优的补偿方案，而且有限的局部电网的无功补偿调节没有形成一个统一的整体，所以调节的效果很有限。 因此，有必要从全网角度对无功进行协调控制，即开发智能电网信息采集及降损系统，实时采集系统信息并进行在线分析计算，使电网内所有无功装置实行自动调节、闭环运行，及时改善无功分布，减少有功损耗。 2 国内外研究现状 实现全网无功自动控制对降低网损、统筹系统无功资源配置、提高电压质量具有重要意义，截至目前已经在法国、西班牙、意大利等欧洲国家实施。 在国内，湖南省提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想，河南省以河南电力系统为对象，进行了全局无功最优控制的仿真研究。 从总体来看，目前从全局的角度进行无功的自动控制处于初步研究阶段。 3 设计方案 3.1 在SCADA平台之上实时采集电网一次系统的几何信息、物理信息、实时信息 3.2 将实时采集的电网信息进行整理和转化，绘制成统一格式的电气接线图 3.3 将电气接线图导入分析计算系统，运用快捷有效的电网拓扑分析算法进行实时状态分析和在线潮流计算 3.4 运用基于路径跟随的非线性原对偶内点算法进行无功补偿调节的计算，实现在线无功优化 3.5采用图形计算一体化的软件设计理论和技术，将上述功能集成设计为智能电网信息采集及降损系统 4 系统软件的设计思想 智能电网信息采集及降损系统设计必须建立现行各种系统之上，如SCADA/EMS等，其所依据的理论与技术基础包括：面向对象的系统理论、图形计算一体化技术。 面向对象的理论综述 面向对象的思想方法是上个世纪80年代中期发展起来的，至今已形成较为完整的方法学理论体系。是一种目前最先进的系统“问题求解方法策略”（problem solving strategy）.相对于传统的思想方法，它既非面向功能（function），也不是单纯面向数据（information，data），而是强调直接以问题域（即现实世界）中的客观事物为中心来思考问题，认识问题，并根据这些问题的本质特征，把它们抽象的表示成为系统中的对象，作为系统的基本构成单位。该方法可以使系统直接映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系之间的本来面目。面向对象的系统理论为我们构建性能应用软件系统奠定了理论基础，主要因为以下几个原因： 面型对象的模型是问题域中客观系统或事物的直接映射，它是客观的，可以形成标准。 面向对象的模型中的对象具有封装和隐藏特性，局部的修改和优化影响被限制在对象（类）的内部，因此，具有很好的可扩充性和可维护性。 面向对象的模型相对于其他任何原理的模型都更适合描述图形、资源对象分类、资源之间的父子组合关系等系统信息。 面向对象的思想体系，是我们构建优秀应用软件系统的基础。 图形计算一体化技术 绘图软件按电网一次系统的几何信息、物理信息、实时信息于一体，形成绘图、分析计算、显示等功能。在绘图中，图与电网数据一一对应，可以将网络结构（包括厂站、发电机、变压器、母线、线路、开关等）和实时数据（包括发电、负荷等）一一记录于图中，然后对其参数进行设置即可。这种设计符合可移植性和可扩展性的思想，使得在系统参数发生变化的时候，只需在图上修改相关参数就可以，在电网结构改变（增加或减少厂站、发电机、线路等）的情况下，只需添加或删除相应元件并进行参数的设置就可适应网络变化，因此具有很大的灵活性，不需要大量的维护。 绘图软件的最大特点是图与信息的有机结合，信息关联的物理机制自动生成，用户只须提供与运行状态直接关联的信息，其它辅助信息自动生成。 5设计流程图及软件界面 本系统设计采用开放式体系结构，标准化、平台化设计策略，流程图如下： 图1系统软件总体设计流程图 图2 系统绘图软件界面 图3 系统计算软件程序功能界面 6. 主要成果 1）明确了降低电网损耗对节能减排的重要作用，研究分析了改善无功分布对于降低电网损耗的意义。 2）研究分析了国内外电网无功实时优化及补偿计算的现状，提出了智能电网信息采集及降损系统的设计方案 3）采用了快捷有效的电网拓扑分析方式，将基于非线性原-对偶内点算法的新型拟潮流格式的优化算法用于无功补偿的计算。 4）基于新的理论和算法，采用图形计算一体化技术，研究开发了智能电网信息采集及降损系统，有助于提高电网的自动化程度和信息化程度，实现节能减排，提高电网运行经济效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计目的 1、在SCADA平台之上，实时采集电网信息并进行在线分析计算，促进电网的信息化、自动化改造，提高电网管理水平，构建智能电网。 2、全局统筹无功分布，将分散在各地的无功调节设备进行全局统筹调度，实现不改变系统结构、运用有限调节资源情况下，载送的有功功率的损耗达到最小，实现节能减排的目标。 二、基本思路 1 利用电力系统中已有的SCADA系统，实时采集电网一次系统的几何信息、物理信息、实时信息 2 将实时采集的电网信息进行整理和转化，绘制成统一格式的电气接线图 3 将电气接线图导入分析计算系统，运用快捷有效的电网拓扑分析算法进行实时状态估计和在线潮流计算 4 运用基于路径跟随的非线性原对偶内点算法进行无功补偿调节的优化计算，实现在线无功优化 5采用图形计算一体化的软件设计理论和技术，将上述功能集成设计为智能电网信息采集及降损系统 三、创新点 1．全网无功自动控制。有效利用全网资源，实现效率最高的无功补偿调节，以达到降损的目的。 2．集成一体化功能。将实时采集的电网一次设备的几何信息、物理信息、实时信息与调度控制决策自动关联，使图形绘制、电网参数、高级应用达到自动对应与交互。 3．快捷有效的拓扑分析。将高斯消元算法用于电网拓扑分析，算法整体计算性能强，可实现厂站拓扑、电网拓扑以及局部拓扑的在线功能，计算速度快，适应实时状态估计或在线潮流计算等要求。 4. 拟潮流格式的优化算法。运用非线性原对偶内点算法进行无功补偿调节的计算，实现在线无功优化。
科学性、先进性
- 功能和技术： 智能电网信息采集及降损系统采用了图形计算一体化的软件设计理论和技术，可以实时采集电网一次系统的信息，将一次设备的几何信息、物理信息、实时信息、控制决策自动关联，使图形绘制、电网参数、高级应用达到自动对应与交互；采用快捷有效的电网拓扑分析方式，可实现厂站拓扑、电网拓扑以及局部拓扑的在线分析功能，计算速度快，适应实时状态估计或在线潮流计算等要求；运用基于路径跟随的非线性原对偶内点算法进行无功补偿调节的计算，实现在线无功优化。 经济效益分析： 按2007年全国发电量32559亿kWh来算，线损率每降低1％，全国就可节约325.59亿千瓦时电量。智能电网信息采集及降损系统可以实时有效降低电网损耗，而且不需改变电网结构，成本低，同时节省人力，提高调度效率和自动化水平
获奖情况及鉴定结果
- 2010.5 山东大学首届节能减排大赛 校一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 图片，现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 电能在变换、输送、分配时的产生的有功损耗相当可观。随着电力系统的发展，电力网络不断扩展和并联，出现了大型联合电网，电网结构越来越复杂。发电厂发出的电能经常经过5—8级变电才能送至用户，电网损耗的功率是累加的，一级变电产生的损耗约为输送功率的1%，经过多级变电，算上输电线路的损耗，总功率损耗将达到供电功率的近10%。而有资料表明，截至2007年底，全国发电装机容量达到7.132亿kW，全国发电量达到了32559亿kWh。 本项目的实施具有巨大的社会经济意义，能大大降低调度工作的劳动强度，实现电压调度的自动化，提高电压质量，保证信息社会对高质量电能的需求；实现无功的经济调度，降低网损，提高电网的经济运行指标。
同类课题研究水平概述
- 实现全网无功自动控制对降低网损、统筹系统无功资源配置、提高电压质量具有重要意义，截至目前已经在法国、西班牙、意大利等欧洲国家实施。 在国内，湖南省提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想，河南省以河南电力系统为对象，进行了全局无功最优控制的仿真研究。 从总体来看，目前从全局的角度进行无功的自动控制处于初步研究阶段。
