CN109802436B - 分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，分析电网供电方式特点，计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率以及光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率。计算当前季节最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置功率。依据季节考虑负荷同时用电的变化，确定电网治理装置的容量，根据线路损耗情况确定安装电网治理装置数量及位置。

Description

分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法

技术领域

本发明涉及一种电网治理装置配置方法。

背景技术

随着应用电力电子器件设备的大量应用，电网谐波急剧增加。在工业电网环境中，不同属性设备功率快速变化。由于国家精准扶贫政策的推出，新能源发电又以区域形式发生爆发性的增长，给脆弱的电网-农网带来严重的质量超标问题。由于农村配电网供电能力较弱，线路阻抗大，基本以单相负荷为主，用电负荷分布不均。尤其在只有电网供电时，用电高峰期呈现严重的三相不平衡状态，易造成某个单相电压过低、谐波增大。由此，区域内分布式光伏发电将面临着高密度、多点接入光伏安装分布不均、潮流复杂等问题，这将造成区域配电网波动、电压抬高、三相不平衡，以及谐波电流增大，极易造成配电设施和用户设备损坏。为了满足电网末端指标及供电要求，一般采取调整变压器分接头的措施使输出电压升高。此时光伏发电的接入，在电网无负荷或轻负荷的情况下，由于无法就地消纳，光伏发电将造成电网电压进一步抬升，超出国家电网标准上限，致使光伏逆变器停机，大量的光伏被弃光。

有些光伏逆变器商家以盈利为目的，不顾及电网质量问题，不依据电网功率平衡输出特性安装光伏，在电压超标的基础上强行发电，造成电网谐波、电压严重超标，单相电压已接近300V(国家标准为220V±10％)，给电网带来的是灾难性的损坏，同时伴随部分家电被烧坏，使得国家精准扶贫政策形同虚设，给国家、个人带来了极大的经济损失，而且给利国利民的光伏发电带来了负面的影响。

由此国家针对此问题以农网末端治理和光伏发电最大化为控制目标，投入人力、财力进行专项课题研究，为此推出一种新型电网治理装置与电网电压调整相互配合的控制方法。但是由于前期的电网性能、用电负荷、安装光伏发电容量、用电习性等缺乏有效的综合评估方法，为确定电网电压调整等级及新型电网治理装置的安装数量、位置、容量和功率等设计带来困难。目前对电网系统性的同步测量方法及手段缺失，只能采用专业仪表对被检测线路中各个关键点进行非同步测量，再经分析、仿真、评估得到数据，依据分析结果选取若干个点安装电网治理装置，再通过测量装置对三相电网中的所有电网治理装置、光伏发电、负荷功率、用电习性监测分析，给出最佳电网电压等级及相应的控制策略，对电网治理装置进行实时控制，达到对电网末端治理和光伏发电最大化的控制目的。

示范工程依托于国家投资、设备供应商及当地管理部门大力配合得以顺利实施。示范工程结束后的推广应用将面临着太多的问题，如每段电网负荷、光伏单元、线路阻抗、变压器容量和用电方式都不同，没有系统同步检测设备很难得到准确数据，而且由于在线安装设备商家不配合数据采集也会制约着示范工程的推广和应用，由此示范工程方法是无法在其它电网末端应用的。

电网单点测量技术和仪器非常成熟且精度高，如对电网系统同步检测数量多投资成本高；从系统层面检测多见于设备数据采集到数据中心，检测精度低，同步性差。如光伏电站数据中心检测电站内逆变器、汇流箱、变压器、开关柜等设备数据进行显示分析，而逆变器、汇流箱提供数据是非测量型专业仪表或传感器，数据精度差，而且数据采集非同步检测。

发明内容

本发明的目的是针对电网末端由于光伏单元接入带来的电网质量下降、发电电量不能达到预期等问题，提出一种分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法。本发明通过电网特性检测分析，提出电网治理装置的安装位置及容量配置方法。

应用本发明的分布式准同步电网测量系统由显示分析终端和M台电网数据采集器组成，M为整数，M≥1。

所述的M台电网数据采集器分布安装在台变低压侧三相线路每个单相线路的关键点处，如光伏发电并网点、负荷较大处或电力电子设备较多等处。电网数据采集器与显示分析终端通讯。

显示分析终端挂接在位于配电网变压器低压侧的输出端，通过载波、有线或无线网络读取台区内三相线路的电网数据采集器的数据。

所述的电网数据采集器通过电流、电压传感器与被检测点电网连接，采集电网治理装置安装点处的电网电气信息，包括功率、电流、电压等，兼有网络校时、载波、有线或无线网络通讯等功能；

显示分析终端由多功能表、载波集中采集模块、有线无线通讯接口、显示终端及数据分析控制器组成。其中多功能表为变压器低压侧三相电气测量仪表。数据分析控制器读取多功能表的数据和M台电网数据采集器的数据，并进行分析。载波集中采集模块有三个通道，分别采集台区内三相线路中每台电网数据采集器数据。显示终端可手动录入存储M台电网数据采集器安装点的地理坐标、光伏发电容量、基本负荷特性和电网每段线路长度及阻抗，实时显示采集的数据和分析结果。

M台电网数据采集器与显示分析终端接入同一个交流电源，间距不超过30cm。电网数据采集器采集电压和电流，与显示分析终端通讯。

M台电网数据采集器分布安装在台区内三相线路每个单相线路关键点处，如光伏发电并网点、负荷较大、电力电子设备较多等处。M台电网数据采集器的设备地址码以及排列顺序手工录入到显示分析终端中。

本发明分布式准同步电网测量系统的工作过程如下：

显示分析终端依据多功能表采集到的电气数据为标准，对接收到的电网数据采集器采集的电气数据进行误差分析，并将分析结果存储在显示分析终端，对后续接收到的电网数据采集器的每个数据进行误差修正。

显示分析终端采用载波通讯方式与所有电网数据采集器通讯。显示分析终端通过控制载波集中采集模块的单相输出如A相，发出安装在台区内三相线路上的所有电网数据采集器的地址。当显示分析终端收到有应答的电网数据采集器时，可确定该电网数据采集器安装在所测A相线路中。同时显示分析终端依据手工录入排列顺序和有应答的电网数据采集器地址，建立该相线路的排列顺序。B、C两相线路的电网数据采集器定位方法同上。

显示分析终端在线实时读取电网数据采集器的所有数据、误差修正，并将实时采集数据与历史同时刻数据比对，依据数据分析需要分别进行求和、求平均、最大值和最小值计算，将计算结果保存在显示分析终端。在基于分布式准同步电网测量的电网治理装置配置方法中，依据此数据进行分析。

本发明分布式准同步测量的电网治理装置配置方法步骤如下：

步骤一、分析电网供电特点；

步骤二、计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率；

步骤三、计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；

步骤四、计算当前季节最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置功率；

步骤五、依据季节考虑负荷同时率的变化，确定电网治理装置的容量；

步骤六、确定安装电网治理装置数量及位置。

各步骤具体说明如下：

步骤一，分析电网供电特点：

如显示分析终端读取到每相线路中电网数据采集器的电压U₁≥U₂≥…≥U_m，呈递减分布，则确定为电网向负荷供电，如读取到的每台电网数据采集器的电压U₁≤U₂≤…≤U_m，呈递增分布，则确定为光伏发电向电网馈电。

电网向负荷供电时，显示分析终端读取到线路中电网数据采集器的电压U₁≥U₂≥…≥U_m呈递减分布，其原因是由于线路长、线损大、负荷等，采用标准电压等级供电时，在电网末端由于负荷功率增大导致电压严重超标。为改善上述问题，一般都采用调整变压器分接头的方法将系统输出电压调高。由于系统的输出电压被调高，当光伏发电接入后，电网潮流方向发生改变，此时显示分析终端读取到线路中电网数据采集器的电压数据为U₁≤U₂≤…≤U_m呈递增分布。其原因在于同一供电线路环境下，光伏发电向电网馈电无法被负荷就地消纳时，导致电网电压升高甚至超出国家电压上限，一部分光伏逆变器自保护停机或超标运行。

步骤二，电网向负荷供电时，计算电网末端的电网数据采集器采集的最低电压数据，并推算得到下调5％、10％不同电压等级下的电压值。再将国标电压下限值U_gb与所有电网数据采集器采集的电压数据比较，确定当前显示电压超标的电网数据采集器S的位置，并推算得到电压下调5％、10％的电网数据采集器S_5％、S_10％的位置，采集此位置的电压超标对应的负荷用电功率P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}。

具体如下：

(1)计算分别在现有最低电压和下调5％、10％不同电压等级下的电网末端的电压值。

显示分析终端分别将第M台电网数据采集器采集的最低电压U_m下调5％和10％，计算得到：

U_{m_5％}＝U_m(1-5％)

U_{m_10％}＝U_m(1-10％)

其中，U_m为第M台电网数据采集器M采集的最低电压，U_{m_5％}为将U_m电压下调5％时的电压，U_{m_10％}为将U_m电压下调10％时的电压。

(2)确定引起电压超标和电压下调5％、10％的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置。

将显示分析终端读取到的所有电网数据采集器的电压分别与国标下限电压U_gb比较，当判断到第S台电网数据采集器采集的电压近似或等于国标下限电压U_gb，即

时，显示分析终端分别读取第S台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率。其中，S为M台电网数据采集器中的一台；由于电网电压下调5％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_5％}后该线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_5％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_s-5％时，显示分析终端分别读取第S_5％台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m5％}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率。其中，S_5％为M台电网数据采集器中的一台。

由于电网电压下调10％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_10％}后该线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_10％台电网数据采集器采集的电压，近似或等于U_s-10％时，显示分析终端分别读取第S_10％台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m10％}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率。其中，S_10％为M台电网数据采集器中的一台。

其中，U_gb为国家电压标准范围220±10％；电网数据采集器S、S_5％、S_10％分别为M台电网数据采集器中的一台；U_s、U_{s_5％}、U_{s_10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集电压。P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集的功率。

步骤三，光伏发电向电网馈电时，读取电网末端电网数据采集器采集的最高电压数据，并计算下调5％、10％不同电压等级下的电压值，将国标电压上限值U_gb与所有的电网数据采集器采集的数据比较，确定当前显示电压超标和电压下调5％、10％不同电压等级下超标的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置，依据此位置采集到电压超标对应的光伏电源向电网馈电功率P_{m_s}、P_{m5％_s}、P_{m10％_s}。

具体如下：

当显示分析终端读取到的电网数据采集器电压U₁≥U₂≥…≥U_m呈递增分布，则是由光伏发电向电网馈电。在电网末端由于线路长、线损大等原因，变压器分接头将输出电压进行调高，为满足光伏单元最大输出，则需将变压器输出电压调低。

(1)计算电网末端分别在现电压和下调5％、10％不同电压等级下的电压值。

显示分析终端分别将第M台电网数据采集器采集的现有电网最高电压U_m下调5％和10％，计算得到：

U_{m_5％}＝U_m(1-5％)

U_{m_10％}＝U_m(1-10％)

其中，U_m为第M台电网数据采集器采集的现有电网最高电压，U_{m_5％}为将现有电网最高电压U_m下调5％时的电压，U_{m_10％}为将现有电网最高电压U_m下调10％时的电压。

(2)确定引起电压超标和电压超标下调5％、10％的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置

将分析终端读取到的所有电网数据采集器的电压分别与国标下限电压U_gb比较，当判断到第S台电网数据采集器s采集的电压，近似或等于国标上限电压U_gb，即

时，显示分析终端分别读取第S台电网数据采集器的功率P_{m_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率。其中，S为M台电网数据采集器中的一台。

由于电网电压下调5％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_5％}后该线路超标电压点同步发生改变为：

当显示分析终端判断到第S_5％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_{s_5％}时，显示分析终端分别读取第S_5％电台网数据采集器的功率P_{m5％_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率。其中，S_5％为M台电网数据采集器中的一台。

由于电网电压下调10％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_10％}后该线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_10％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_{s_10％}时，显示分析终端分别读取第S_10％台电网数据采集器的功率P_{m10％_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率。其中，S_10％为M台电网数据采集器中的一台。

步骤四，计算当前季节最佳电网电压等级和电网治理装置最大配置功率：通过显示分析终端分别对不同电压等级下，在电网为负荷供电与光伏发电向电网馈电两种供电方式下，造成电压超标的功率进行差值绝对值计算，得到造成电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}，通过电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}的比较分析，找出一组最小值λ_min，分析功率差值绝对值最小的一组λ_min的数据，找出在两种供电方式下引起电压超标的最大功率P_max。

其中，λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}分别为当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率，与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值的绝对值。λ_min为电压超标输出功率的最小差值的绝对值。

计算当前季节最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置功率P_max的方法具体为：

(1)分析计算最佳电网电压等级；

显示分析终端计算不同电压等级在电网为负荷供电与光伏发电向电网馈电时造成电压超标功率差值的绝对值：

|P_{s_m}-P_{m_s}|＝λ_{s_m}

|P_{s_m5％}-P_{m5％_s}|＝λ_{s_m5％}

|P_{s_m10％}-P_{m10％_s}|＝λ_{s_m10％}

其中，λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}分别为当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值。

计算λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}的意义在于，在同一段线路中通过改变电网电压的方式，分析找到两种供电条件下，使功率趋近于平衡的电网电压等级，即在同一电流条件下，当电网电压降低5％，光伏发电引起的电压超标功率减少，系统为负荷供电引起的电压超标功率增加，当光伏发电功率与电网为负荷供电功率差值越小时，安装电网治理装置对电网进行治理的效果最佳，电网电压降低10％的原理同上。由此通过λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}之间的比较分析找到最小的一组λ_min值：

λ_min＝Min(λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％})

其中，λ_min为电压超标功率的最小差值，λ_min值反映在该电压等级下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率与光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率相差最小。

(2)计算分析引起电压超标的最大功率P_max；

通过对电压超标输出功率的最小差值λ_min对应一组数据分析，得到在两种供电方式下引起电压超标的最大功率P_max，如：λ_min＝λ_{s_m5％}，则通过算式：

λ_{s_m5％}＝|P_{s_m5％}-P_{m5％_s}|

分析出引起电压超标的最大功率P_max：

P_max＝Max(P_{s_m5％}、P_{m5％_s})

该最大功率P_max确定为当前季节电网治理装置所需配置的最大功率，对应的电压等级为电网将要调整的输出电压等级。

步骤五，依据季节考虑负荷同时用电的变化，确定电网治理装置的最大配置容量。

首先建立月份功率增减系数k_mon，依据当前计算的电网治理装置最大配置功率P_max和月份功率增减系数k_mon的乘积，分别推算出该相线路在不同月份的最大的月电压超标功率P_mon，并筛选出12个月中最大的P_mon作为最大的年电压超标功率P_{mon_max}。

具体如下：

(1)计算电网治理装置所需最大配置功率；

由于季节不同，用电负荷性质会发生改变，由此建立月份功率增减系数k_mon。其中，mon为1～12月。

月份功率增减系数建立原则为：在每个月生活用电中除冷暖空调以外的用电功率相对改变很小，在夏季多为电风扇、空调等感性负荷，在冬季多为红外加热器和电暖气等电阻性负荷，因此月份功率增减系数k_mon相对要大，同时要重点考虑节假日同时用电的增加，尤其是春节期间。

依据当前月电网治理装置的最大配置功率P_max和月份功率增减系数k_mon的乘积，计算得到该相线路在不同月最大的月电压超标功率P_mon，即：

P_mon＝k_monP_max

通过比较计算出的1～12个月中最大的月电压超标功率P_mon，筛选出12个月中最大的P_mon作为最大的年电压超标功率P_{mon_max}，即：

P_{mon_max}＝Max(P₁、P₂、…、P₁₂)

其中，P₁、P₂、…、P₁₂分别为每个月的最大的月电压超标功率。

由此，该功率P_{mon_max}确定为该线路电网治理装置所需最大配置功率。

(2)计算电压超标时的电量E_t。

显示分析终端检索存储数据中在电网供电时的历史电压超标最长持续时间t，并将该持续时间t与全年最大的年电压超标功率P_{mon_max}做乘积计算，得到引起电压超标的最大电量E_max。

E_max＝P_{mon_max}×t

该容量为该线路的电网治理装置最大配置容量E_max。

步骤六，确定安装电网治理装置数量及位置。

在同一相线路中，找出发生在同一线段中电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电下，压降均大的几段线路，作为重点电网治理的几段线路，以此确定安装电网治理装置的数量Un和位置。将筛选出的最大的年电压超标功率P_{mon_max}和电量E_max，分别与安装电网治理装置数量Un进行除法运算，得到单台电网治理装置配置的功率P_d及容量E_d。

具体为：

(1)分析在两种供电模式下同一线段线损最大的线段

由于线路阻抗及线路电流产生的线损电压降为：

ΔU＝I×r

其中，r为该线路阻抗，为定值，I为该线路电流，ΔU为某段线路的线损电压降，ΔU越大负荷功率越大，反之负荷功率越小。

通过对电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电的线路损耗进行分析，确定最大线损的区间，尤其是当线损增大发生在两种供电方式下的同一区间时，该区间为安装电网治理装置的最佳地点。

在电网向负荷供电条件下，分析由第S或S_5％或S_10％台电网数据采集器到第M台电网数据采集器之间，每一段线路的负荷用电功率，其中，S或S_5％或S_10％为M台电网数据采集器中的一台。从电网线路的始端到末端，依次将第一台电网数据采集器采集的电压U₁与第二台电网数据采集器采集的电压U₂做差值计算，得到差值ΔU_{1_2}，将第二台电网数据采集器采集的电压U₂与第三台电网数据采集器采集的电压U₃做差值计算，得到差值ΔU_{2_3}，如此类推，第M-2台电网数据采集器采集的电压U_{m_2}值与第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}做差值计算得到ΔU_{(m_2)_(m_1)}，第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}与最末端第M台电网数据采集器采集的电压U_m做差值计算，得到差值ΔU_{(m_1)_m}，即：

ΔU_{1_2}＝U₁-U₂、ΔU_{2_3}＝U₂-U₃、…、ΔU_{(m_1)_m}＝U_{m_1}-U_m

同理，在光伏发电向电网馈电条件下，分析由第S或S_5％或S_10％台电网数据采集器到第M台电网数据采集器之间每一段线路的光伏发电功率大小，其中，S或S_5％或S_10％为M台电网数据采集器中的一台。由电网线路的始端到末端，依次将第二台电网数据采集器采集的电压U₂与第一台电网数据采集器采集的电压U₁做差值计算，得到ΔU_{2_1}，第三台电网数据采集器采集的电压U₃与第二台电网数据采集器采集的电压U₂做差值计算，得到ΔU_{3_2}，如此类推，第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}与第M-2台数据采集器采集的电压U_{m_2}做差值计算得到ΔU_{(m_1)_(m_2)}，最末端第M台电网数据采集器采集的电压U_m与第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}做差值计算得到ΔU_{m_(m_1)}：

ΔU_{2_1}＝U₂-U₁、ΔU_{3_2}＝U₃-U₂、…、ΔU_{m_(m_1)}＝U_m-U_{m_1}

计算电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电方式下，在同一段线路的线损电压降差值的绝对值：

|ΔU_{1_2}-ΔU_{2_1}|、|ΔU_{2_3}-ΔU_{3_2}|、…、|ΔU_{(m_1)_m}-ΔU_{m_(m_1)}|

通过分析出差值绝对值的大小，可以反映该段线路负荷用电功率与光伏单元输出功率的匹配度的好与坏，差值绝对值越小，匹配度越好，安装电网治理装置更有利于减少线损。

ΔU_min＝Min(|ΔU_{1_2}-ΔU_{2_1}|、|ΔU_{2_3}-ΔU_{3_2}|、…、|ΔU_{(m_1)_m}-ΔU_{m_(m_1)}|)

计算电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电方式下，在同一段线路的线损电压降值的平均值：

将同一段线路的线损电压降值的平均值与差值的绝对值做除法计算，即：

得到在同一段线路中，电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电功率差值较小，而且线损电压降平均值较大的一段线路，即该在同一段线路的线损电压降值的平均值与差值的绝对值的商越大，该段线路安装电网治理装置可对两种供电方式下线损进行更有效的治理。

(2)确定需要安装电网治理装置的线段及数量

将同一段线路的线损电压降值的平均值和差值的绝对值的商，分别与线损大小界定值δ比较，当大于线损大小界定值δ，即为需要安装电网治理装置的线段，如分别筛选出：

其中，两组算式中的(m_2)_(m_1)和(m_1)_m为需要安装电网治理装置的两条线段，线段数量用Un表示，则Un＝2。该线段数量Un也是安装电网治理装置的数量。由此确定需要安装电网治理装置的线段及数量。其中，电网治理装置安装在所选中线段的末端位置。如线段(m_2)_(m_1)中，则将电网治理装置安装在(m_1)的位置上。

(3)确定单台电网治理装置的功率及容量

将筛选出的最大的年电压超标功率P_{mon_max}与安装电网治理装置的数量Un进行除法计算，得到单台电网治理装置的输入输出功率P_d：

依据该线路的电网治理装置最大配置容量E_max与安装电网治理装置的数量Un进行除法计算，得到单台电网治理装置的容量E_d:

附图说明

图1为分布式准同步电网测量系统的结构；

图2分布式准同步电网测量的电网治理装置配置方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。本发明实施方法具体如下：

如图1所示，应用本发明的分布式准同步电网测量系统由显示分析终端和M台电网数据采集器组成，M为整数，M≥1。

所述的M台电网数据采集器分布安装在台变低压侧三相线路每个单相线路关键点处，如光伏发电并网点、负荷较大处或电力电子设备较多等处。电网数据采集器与显示分析终端通讯。

显示分析终端挂接在位于配电网变压器低压侧的输出端，通过载波、有线或无线网络读取台区内三相线路的电网数据采集器的数据。

所述的电网数据采集器通过电流、电压传感器与被检测点电网连接，采集电网数据采集器安装处的电网电气信息，包括功率、电流、电压等，兼有网络校时、载波、有线或无线网络通讯等功能。

显示分析终端由多功能表、载波集中采集模块、有线无线通讯接口、显示终端及数据分析控制器组成。其中多功能表为变压器低压侧三相电气测量仪表。数据分析控制器读取多功能表的数据和M台电网数据采集器数据，并进行分析。载波集中采集模块有三个通道，分别采集台区内三相线路中每台电网数据采集器数据。显示终端可手动录入存储M台电网数据采集器安装点的地理坐标、光伏发电容量、基本负荷特性和电网每段线路长度及阻抗，实时显示采集的数据、分析结果。

M台电网数据采集器分布安装在台区内三相线路每个单相线路关键点处，如光伏发电并网点、负荷较大、电力电子设备较多等处。M台电网数据采集器设备地址码及排列顺序手工录入到显示分析终端中。

本发明分布式准同步电网测量系统的工作过程如下：

显示分析终端依据多功能表采集到的电气数据为标准，对接收到的电网数据采集器采集的电气数据进行误差分析，并将分析结果存储在显示分析终端，对后续接收到的电网数据采集器的每个数据进行误差修正。

显示分析终端采用载波通讯方式与所有电网数据采集器通讯。显示分析终端通过控制载波集中采集模块的单相输出如A相，发出安装在台区内三相线路上的所有电网数据采集器的地址。当显示分析终端收到有应答的电网数据采集器时，可确定该电网数据采集器安装在所测A相线路中。同时显示分析终端依据手工录入排列顺序和有应答的电网数据采集器地址，建立该相线路的排列顺序。B、C两相线路的电网数据采集器定位方法同上。

显示分析终端在线实时读取电网数据采集器的所有数据、误差修正，并将实时采集数据与历史同时刻数据比对，依据数据分析需要分别进行求和、求平均、最大值和最小值计算，将计算结果保存在显示分析终端，在电网性能评估及电网治理优化方法中依据此数据进行评估分析。

如图2所示，分布式准同步测量的电网治理装置配置方法步骤如下：

步骤一，分析电网供电特点。如显示分析终端读取到线路中电网数据采集器的电压U₁≥U₂≥…≥U_m，呈递减分布，则确定为电网向负荷供电，如读取到的每台电网数据采集器的电压U₁≤U₂≤…≤U_m，呈递增分布，则确定为光伏发电向电网馈电；

步骤二，电网向负荷供电时，计算电网末端的电网数据采集器采集的最低电压数据，并推算得到下调5％、10％不同电压等级下的电压值。再将国标电压下限值U_gb与所有电网数据采集器采集的电压数据比较，确定当前显示电压超标的电网数据采集器S的位置并通过推算得到电压超标下调5％、10％的电网数据采集器S_5％、S_10％的位置，采集此位置的电压超标对应的负荷用电功率P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}。

其中，U_gb为国家电压标准范围220±10％；电网数据采集器S、S_5％、S_10％分别为M台电网数据采集器中的一台；U_s、U_{s_5％}、U_{s_10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集电压。P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集的功率。

步骤三，光伏发电向电网馈电时，计算电网末端电网数据采集器采集的最高电压数据，以及下调5％、10％不同电压等级下的电压值，将国标电压上限值U_gb与所有的电网数据采集器采集的数据比较，确定当前显示电压超标和电压下调5％、10％不同电压等级下超标的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置，依据此位置采集得到电压超标对应的光伏电源向电网馈电得功率P_{m_s}、P_{m5％_s}、P_{m10％_s}。

步骤四，计算当前季节的最佳电网电压等级和电网治理装置最大配置功率：通过显示分析终端分别对不同电压等级下，在电网为负荷供电与光伏发电向电网馈电两种供电方式下，造成电压超标的功率进行差值绝对值计算，得到造成电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}，通过电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}的比较分析，找出一组最小值λ_min，分析改组最小值λ_min对应的一组数据，找出在两种供电方式下的最大的电压超标功率P_max。

其中，λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}分别为当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率，与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值的绝对值。λ_min为电压超标输出功率的最小差值的绝对值。

步骤五，依据季节考虑负荷同时用电的变化，确定电网治理装置的最大配置容量。首先建立月份功率增减系数k_mon，依据当前计算的电网治理装置最大配置功率P_max和月份功率增减系数k_mon的乘积，分别推算出该相线路在不同月份最大的电压超标功率P_mon，并筛选出12个月中最大的P_mon作为最大的年电压超标功率P_{mon_max}。

步骤六，在同一相线路中，找出发生在同一线段中电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电下，压降均大的几段线路，作为重点电网治理的几段线路，以此确定安装电网治理装置数量Un和位置。将筛选出的最大的年电压超标功率P_{mon_max}和电量E_max，分别与安装电网治理装置数量Un进行除法运算，得到单台电网治理装置配置的功率P_d及容量E_d。

Claims (8)

1.一种分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，所述分布式准同步电网测量系统由显示分析终端和M台电网数据采集器组成，M为整数，M≥1；

所述的M台电网数据采集器分布安装在台变低压侧三相线路中，显示分析终端挂接在位于配电网变压器低压侧的输出端，读取台区内三相线路的电网数据采集器的数据；

其特征在于，所述的配置方法步骤如下：

步骤一、分析电网供电特点：

步骤二、计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率；

步骤三、计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；

步骤四、计算当前季节最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置功率；

步骤五、依据季节考虑负荷同时用电的变化，确定电网治理装置的容量；

步骤六、确定安装电网治理装置数量及位置；

所述的步骤五中，依据季节考虑负荷同时用电的变化，确定电网治理装置的容量：首先建立月份功率增减系数k_mon，依据当前计算的电网治理装置最大置配功率P_max和月份功率增减系数k_mon的乘积，分别推算出某相线路在不同月份的最大的月电压超标功率P_mon，并筛选出全年12个月中最大的P_mon作为最大的年电压超标功率P_{mon_max}；

具体如下：

(1)计算电网治理装置所需最大配置功率P_{mon_max}；

由于季节不同用电负荷性质会发生改变，由此建立月份功率增减系数k_mon；其中，mon为1～12月；

依据当前月电网治理装置的最大配置功率P_max和月份功率增减系数k_mon的乘积，计算得到某相线路在不同月最大的电压超标功率P_mon，即：

P_mon＝k_monP_max

通过比较计算出的1～12个月中最大的月电压超标功率P_mon，筛选出12个月中最大的P_mon作为最大的年电压超标功率P_{mon_max}，即：

P_{mon_max}＝Max(P₁、P₂、…、P₁₂)

其中，P₁、P₂、…、P₁₂分别为每个月的最大的月电压超标功率；

由此，功率P_{mon_max}确定为该相线路电网治理装置所需最大配置功率；

(2)计算电压超标时的电量E_t：

显示分析终端检索存储数据中在电网供电时的历史电压超标最长持续时间t，并将该持续时间t与全年最大的年电压超标功率P_{mon_max}做乘积计算，得到引起电压超标的最大电量E_max；

E_max＝P_{mon_max}×t

该最大电量E_max为该相线路的电网治理装置最大配置容量；

所述的步骤六中，确定安装电网治理装置数量及位置的方法如下：

在同一相线路中，找出发生在同一线段中电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电下，压降均大的几段线路，作为重点电网治理的几段线路，以此确定安装电网治理装置的数量Un和位置；将筛选出最大的年电压超标功率P_{mon_max}和电量E_max，分别与安装电网治理装置数量Un进行除法运算，得到单台电网治理装置配置的功率P_d及容量E_d；

确定安装电网治理装置数量及位置的具体步骤为：

(1)分析在两种供电模式下同一线段线损最大的线段

由于线路阻抗及线路电流产生的线损电压降为：

ΔU＝I×r

其中，r为该线路阻抗，为定值，I为该线路电流，ΔU为某段线路的线损电压降，ΔU越大负荷功率越大，反之负荷功率越小；

通过对电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电的线路损耗的分析，确定最大线损的区间，尤其是当线损增大发生在两种供电方式下的同一区间时，该区间为安装电网治理装置的最佳地点；

在电网向负荷供电条件下，分析由第S或S_5％或S_10％台电网数据采集器到第M台电网数据采集器之间，每一段线路的负荷用电功率，其中，S或S_5％或S_10％为M台电网数据采集器中的一台；从电网线路的始端到末端，依次将第一台电网数据采集器采集的电压U₁与第二台电网数据采集器采集的电压U₂做差值计算，得到差值ΔU_{1_2}，将第二台电网数据采集器采集的电压U₂与第三台电网数据采集器采集的电压U₃做差值计算，得到差值ΔU_{2_3}，如此类推，第M-2台电网数据采集器采集的电压U_{m_2}值与第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}做差值计算得到ΔU_{(m_2)_(m_1)}，第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}与最末端第M台电网数据采集器采集的电压U_m做差值计算，得到差值ΔU_{(m_1)_m}，即：

ΔU_{1_2}＝U₁-U₂、ΔU_{2_3}＝U₂-U₃、…、ΔU_{(m_1)_m}＝U_{m_1}-U_m

同理，在光伏发电向电网馈电条件下，分析由第S或S_5％或S_10％台电网数据采集器到第M台电网数据采集器之间每一段线路的光伏发电功率大小，其中，S或S_5％或S_10％为M台电网数据采集器中的一台；由电网线路的始端到末端，依次将第二台电网数据采集器采集的电压U₂与第一台电网数据采集器采集的电压U₁做差值计算，得到ΔU_{2_1}，第三台电网数据采集器采集的电压U₃与第二台电网数据采集器采集的电压U₂做差值计算，得到ΔU_{3_2}，如此类推，第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}与第M-2台数据采集器采集的电压U_{m_2}做差值计算得到ΔU_{(m_1)_(m_2)}，最末端第M台电网数据采集器采集的电压U_m与第M-1台电网数据采集器采集的电压U_{m_1}做差值计算得到ΔU_{m_(m_1)}：

ΔU_{2_1}＝U₂-U₁、ΔU_{3_2}＝U₃-U₂、…、ΔU_{m_(m_1)}＝U_m-U_{m_1}

计算电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电方式下，在同一段线路的线损电压降差值的绝对值：

|ΔU_{1_2}-ΔU_{2_1}|、|ΔU_{2_3}-ΔU_{3_2}|、…、|ΔU_{(m_1)_m}-ΔU_{m_(m_1)}|

差值绝对值的大小反映该段线路负荷用电功率与光伏单元输出功率的匹配度的好与坏，差值绝对值越小，匹配度越好，安装电网治理装置更有利于减少线损；

ΔU_min＝Min(|ΔU_{1_2}-ΔU_{2_1}|、|ΔU_{2_3}-ΔU_{3_2}|、…、|ΔU_{(m_1)_m}-ΔU_{m_(m_1)}|)

计算电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电方式下，在同一段线路的线损电压降值的平均值：

将同一段线路的线损电压降值的平均值与差值的绝对值做除法计算，即：

得到在同一段线路中，电网向负荷供电和光伏发电向电网馈电两种供电功率差值较小，而且线损电压降平均值较大的一段线路，即该在同一段线路的线损电压降值的平均值与差值的绝对值的商越大，该段线路安装电网治理装置可对两种供电方式下线损进行更有效的治理；

(2)确定需要安装电网治理装置的线段及数量

将同一段线路的线损电压降值的平均值和差值的绝对值的商，分别与线损大小界定值δ比较，当大于线损大小界定值δ，即为需要安装电网治理装置的线段的数量；电网治理装置安装在所选中线段的末端位置；

(3)确定单台电网治理装置的功率及容量

将筛选出的最大的年电压超标功率P_{mon_max}与安装电网治理装置的数量Un进行除法计算，得到单台电网治理装置的输入输出功率P_d：

依据该线路的电网治理装置最大配置容量E_max与安装电网治理装置的数量Un进行除法计算，得到单台电网治理装置的容量:

2.按照权利要求1所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，所述的步骤一中，显示分析终端读取到的每个电网数据采集器安装点电压U₁≥U₂≥…≥U_m，若呈递减分布，则确定为电网向负荷供电，若显示分析终端读取到的每个电网数据采集器安装点电压U₁≤U₂≤…≤U_m，若呈递增分布，则确定为光伏发电向电网馈电。

3.按照权利要求1所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，所述步骤二中，电网向负荷供电时，计算电网末端的电网数据采集器采集的最低电压数据，以及下调5％、10％不同电压等级下的电压值；将国标电压下限值U_gb与所有电网数据采集器采集的数据比较，确定当前显示电压超标的电网数据采集器S的位置，并推算得到电压下调5％、10％的电网数据采集器S_5％、S_10％的位置，依据电网数据采集器S，以及S_5％、S_10％的位置采集到电压超标对应的负荷用电功率P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}。

4.按照权利要求3所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率的具体方法如下：

(1)计算分别在现有最低电压和下调5％、10％不同电压等级下的电网末端电压值；

显示分析终端分别将第M台电网数据采集器采集的最低电压U_m下调5％和10％，计算得到：

U_{m_5％}＝U_m(1-5％)

U_{m_10％}＝U_m(1-10％)

其中，U_m为第M台电网数据采集器采集的最低电压，U_{m_5％}为将U_m电压下调5％时的电压，U_{m_10％}为将U_m电压下调10％时的电压；

(2)确定引起电压超标和电压下调5％、10％的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置；

将显示分析终端读取到的所有电网数据采集器的电压分别与国标下限电压U_gb比较，当判断到第S台电网数据采集器采集的电压近似或等于国标下限电压U_gb，即

时，显示分析终端分别读取第S台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率；其中，S为M台电网数据采集器中的一台；由于电网电压下调5％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_5％}后功率P_{s_m}的该相线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_5％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_s-5％时，显示分析终端分别读取第S_5％台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m5％}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率；其中，S_5％为M台电网数据采集器中的一台；

由于电网电压下调10％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_10％}后功率P_{s_m5％}的该相线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_10％台电网数据采集器采集的电压，近似或等于U_s-10％时，显示分析终端分别读取第S_10％台电网数据采集器采集到的功率P_{s_m10％}，该功率也是引起电压超标的负荷用电功率；其中，S_10％为M台电网数据采集器中的一台；

其中，U_gb为国家电压标准范围220±10％；电网数据采集器S、S_5％、S_10％分别为M台电网数据采集器中的一台；U_s、U_{s_5％}、U_{s_10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集电压；P_{s_m}、P_{s_m5％}、P_{s_m10％}分别为第S、S_5％、S_10％台电网数据采集器采集的功率。

5.按照权利要求1所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，所述步骤三中，光伏发电向电网馈电时，读取电网末端电网数据采集器采集的最高电压数据，并计算下调5％、10％不同电压下的电压值，将国标电压上限值U_gb与所有的电网数据采集器采集的数据比较，确定当前显示电压超标和电压下调5％、10％下超标的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置，依据此位置采集到电压超标对应的光伏电源向电网馈电功率P_{m_s}、P_{m5％_s}、P_{m10％_s}。

6.按照权利要求5所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率的具体步骤如下：

(1)计算电网末端分别在现电压和下调5％、10％不同电压等级下的电压值；

显示分析终端分别将第M台电网数据采集器采集的现有电网最高电压U_m下调5％和10％，计算得到：

U_{m_5％}＝U_m(1-5％)

U_{m_10％}＝U_m(1-10％)

其中，U_m为第M台电网数据采集器M采集的现有电网最高电压，U_{m_5％}为将现有电网最高电压U_m下调5％时的电压，U_{m_10％}为将现有电网最高电压U_m下调10％时的电压；

(2)确定引起电压超标和电压超标下调5％、10％的电网数据采集器S、S_5％、S_10％的位置；

将分析终端读取到的所有电网数据采集器的电压分别与国标下限电压U_gb比较，当判断到第S台电网数据采集器s采集的电压，近似或等于国标上限电压U_gb，即

时，显示分析终端分别读取第S台电网数据采集器的功率P_{m_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率；其中，S为M台电网数据采集器中的一台；

由于电网电压下调5％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_5％}后功率P_{m_s}的该相线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_5％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_{s_5％}时，显示分析终端分别读取第S_5％电台网数据采集器的功率P_{m5％_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率；其中，S_5％为M台电网数据采集器中的一台；

由于电网电压下调10％，电网末端电压U_m同步下调到U_{m_10％}后功率P_{m5％_s}的该相线路超标电压点同步改变为：

当显示分析终端判断到第S_10％台电网数据采集器采集的电压近似或等于U_{s_10％}时，显示分析终端分别读取第S_10％台电网数据采集器的功率P_{m10％_s}，该功率也是引起电压超标的光伏发电功率；其中，S_10％为M台电网数据采集器中的一台。

7.按照权利要求1所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，所述步骤四中，通过显示分析终端分别对不同电压等级下，在电网为负荷供电与光伏发电向电网馈电两种供电方式下，造成电压超标的功率进行差值绝对值计算，得到造成电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}，通过电压超标的功率的差值绝对值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}的比较分析，找出一组最小值λ_min，分析该组最小值λ_min对应的一组数据，找出在两种供电方式下引起电压超标的最大功率P_max；

其中，λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}分别为当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率，与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值的绝对值；λ_min为电压超标输出功率的最小差值的绝对值。

8.按照权利要求7所述的分布式准同步电网测量系统的电网治理装置配置方法，其特征在于，计算当前季节最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置功率P_max方法的具体步骤为：

(1)分析计算最佳电网电压等级

显示分析终端计算不同电压等级在电网为负荷供电与光伏发电向电网馈电时造成电压超标功率差值的绝对值：

|P_{s_m}-P_{m_s}|＝λ_{s_m}

|P_{s_m5％}-P_{m5％_s}|＝λ_{s_m5％}

|P_{s_m10％}-P_{m10％_s}|＝λ_{s_m10％}

其中，λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}分别为当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值；

通过对当前电压和下调5％、10％电压等级条件下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率与对应电压等级的光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率的差值λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％}的比较分析，找到最小的一组差值λ_min：

λ_min＝Min(λ_{s_m}、λ_{s_m5％}、λ_{s_m10％})

其中，λ_min为电压超标功率的最小差值，λ_min值反映在该电压等级下，电网为负荷供电造成电压超标的负荷功率与光伏发电向电网馈电造成电压超标输出功率相差最小；

(2)计算分析引起电压超标的最大功率P_max；

通过对电压超标输出功率的最小差值λ_min对应一组数据分析，得到在两种供电方式下引起电压超标的最大功率P_max，

如λ_min＝λ_{s_m5％}，则通过下述算式计算出引起电压超标的最大功率P_max：

λ_{s_m5％}＝|P_{s_m5％}-P_{m5％_s}|

P_max＝Max(P_{s_m5％}、P_{m5％_s})

该最大功率P_max确定为当前季节电网治理装置所需配置的最大功率，对应的电压等级为电网将要调整的输出电压等级。

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