CN112751326B - 一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法。该方法依次包括以下三个步骤：基于所述中低压直流配用电系统的给定供电容量及其技术要求确定配电网电缆截面、换流站容量等电网参数，搭建直流配用电系统示范工程模型；本发明充分考虑不同类型变换器负载率‑转换效率特性的差异性，开展了潮流计算及运行效率分析，从而得出系统的运行效率；从配网侧和用户侧的建设成本、网络损耗和维护费用出发，考虑资金的时间价值，通过等年值法将配用电系统进行配网侧和用户侧建模，在给定的相同技术要求下，比较直流配用电系统与相同架构的交流配用电系统的财务评价指标。

Description

一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法
技术领域
本发明属于配电网技术领域，尤其是涉及一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法。
背景技术
配电网是供光伏能源、储能、各类交直流负荷等用电设备接入的平台，但随着电力电子技术的快速发展和节能减排政策落实，越来越多光伏、风力发电能源接入系统，新能源渗透率较高。伴随着大功率电力电子器件的诞生，高性能的超导材料、电介质材料的发明应用也为直流配电提供了技术支撑，在现有交流配电网的基础上，建设直流配电网是未来配电网的发展趋势。
直流配电网具有传输效率高、传输容量大、传输距离远、供电灵活等特点，能满足各类交直流用户的接入需求。电力系统属于大型复杂系统，其技术经济性是衡量电网供电能力和投资经济性的重要指标，在电网规划初期也对电网建设具有指导意义。在电能传输过程中，输配电系统产生的损耗比重较高，线损约为8.5％，其中配网的电能损耗通常占整个电网电能损耗的一半以上。
目前，国内外对配电网运行经济性的影响因素进行的研究主要围绕传统交流配电网，为促进中低压直流配用电系统快速发展，亟需开展相关研究工作。通过研究配电网的技术经济性，能够对不同时间段电网的运行状况进行考核，从而制定降损节能和提高经济性的措施，适应电力市场化的需要，为规划建设直流配用电系统提供有利的技术支撑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，现行的配电网的评估研究主要围绕传统交流配电网，且多属于对电网建成后的评估。电网的投资很大程度上是为了提高电网的负荷供应能力，而现有的评估方法经济性与技术性结合不强，难以客观反映不同配电网的经济性优劣。
为解决上述问题，本发明方法的提供一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：确定网络参数，首先获取评价地区的电网现状或规划数据，即获取现状电网或规划电网的电气接线图，配电网的设备参数和投资金额，各节点的负荷水平；在获取的规划电网数据基础上，基于交/直流配电网供电特性分析的结果确定交/直流网络参数；
步骤B：计算投资费用，根据确定的交/直流网络参数，搭建直流配用电系统示范工程模型，计算各部分等年值费用；
步骤C：比较分析，在计算得交流配用电系统与直流配用电系统在应用场景的等年值费用后，对直流配用电系统在该场景应用的技术经济性做出分析评价。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，步骤A中通过研究配电网的线路负荷矩和线路载流量来分析配电网的供电特性；其中线路负荷矩(TSC)通常用来衡量配网最大供电能力，计算方式如下；
(1)交流系统中以7％的电压约束计算线路负荷矩：
其中，ΔUAC为直流线路电压损耗；L为导体长度；rAC为每公里单根交流电缆电阻；xAC是每公里单根交流电缆电抗；是负载的功率因数角，UAC为线路所在电压等级的额定电压；ΔUmax％为线路末端允许最大电压偏差；
(2)直流系统线路负荷矩以直流双极线路作为模型计算，规定功率损耗为总负荷功率的3％：
其中，ΔPDC为直流电路功率损耗；L为导体长度；rDC为每公里单根直流电缆电阻；UDC为双极直流供电线路电压；ΔPmax％为线路允许最大功率损耗。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，步骤A提及的线路载流量计算方法，对于交流配电系统，载流量计算公式如下：
对于直流配电系统，当配电网采用伪双极接线或真双极接线时计算如下：
SDCmax＝2UDCImax
其中，UAC和UDC取线电压值，Imax为线路载流量。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，考虑到电压可以通过低压侧的直流变压器调节且配网线路长度相对较短，步骤A在选取交/直流配电网电缆参数时以线路载流量为约束条件，对开关站至配电房的电缆通过载流量约束进行选取，同时根据各配电房规划负荷大小、类型选取变压器容量、种类。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，步骤B采用等年值法作为经济评价方法来比较直流配用电系统和交流配用电系统的投资经济性，仅考虑配网建设方式对系统经济性的影响，所述经济性指标主要包括配网侧和用户侧的主要投资费用、年维护费用和年损耗费用；
配网侧的总费用包括主要投资费用、年维护费用和年损耗费用，计算方式如下：
其中，Ad为配网的等年值费用；为配网的主要投资费用；i为折现率；na为配电网运行年数，/>为配网的年维护费用；/>为配网的年损耗费用；/>为配网的停电损失费用；
计算配网侧的投资费用考虑交、直流两种不同技术中的关键区别部分，包括换流站/变电站，直流/交流变压器和直流/交流电缆，表达式为：
其中，和/>分别为配网对换流站/变电站，变压器和电缆的投资费用；
配网的年维护费用为：
式中：pmaintain为系统的年维护费率；
配网的年损耗费用主要通过计算线路线损和变压器损耗，选取典型日计算年损耗费用如下：
式中：p为销售电价；为配网全年的线路损失电量；/>为配网全年的变压器损失电量。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，步骤B中分析用户侧的费用主要分析由于配网采用交流或直流技术而产生变化的部分，即额外投资费用、年额外维护费用和年额外损耗费用，计算公式如下：
其中，Ah为用户的等年值费用；为用户购置整流器/逆变器产生的额外投资费用；i为折现率；na为配电网运行年数；/>为用户的年额外维护费用；/>为用户的年额外损耗费用；
用户额外投资费用为配用电系统中用户侧需要额外安装的整流/逆变器费用：
其中，为用户安装额外的整流器/逆变器的投资费用；
用户侧年维护费用为：
其中，pmaintain为系统的年维护费率；
用户年损耗费用为用户侧加装的整流/逆变器损耗：
式中：p为销售电价；为用户全年经电力电子设备产生的额外损失电量。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，通过潮流计算，获取所述配用电系统典型日内的总损耗费用，具体步骤包括：根据所述中低压直流配用电系统的电网规划数据及电缆、变压器确定网络参数，拟合运行效率-负载率曲线计算得出不同运行工况下直流/交流变压器效率；建立不同控制方式下换流器的控制模型，解潮流修正方程Pdc＝JUdc获取配电网各节点的电压值，变压器及线路设备的功率损耗；
对于伪双极接线方式的直流配用电系统，各节点的节点注入功率为：
其中为各节点有功功率、电压，/>为节点导纳矩阵各元素；
完整考虑换流站控制方式对网络潮流的调控作用，建立统一控制方程、选取控制系数如下所示：
其中,K1、K2的取值依据如下条件：
条件一，有功类控制方式为定功率控制，K1取1，K2取0；
条件二，有功类控制方式为定电压控制，K1取0，K2取1；
条件三，有功类控制方式为下垂控制，K1取1，K2取任意非零常数；
其中为换流器不同控制方式下的有功/电压参考值。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，步骤B中计算投资费用时，基于如下条件进行计算：
条件一：换流站/变电站、变压器输入成本均采用对参考项目单位投资取平均值得到的参考单位投资，由参考单位投资乘以换流站/变电站、变压器容量计算建设换流站的成本；
条件二：通过对等横截面积的交流电缆单位价格乘以2/3来估算直流电缆的单位成本；构建了基于横截面的交流电缆线性成本估算模型如下：
其中：是每mm2横截面积对应的单位成本变化量，/>是建设条电缆线路的固定成本。
在上述的一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，在评价所述直流配用电系统在该场景应用的技术经济性时，为保证结果合理性和准确性，需定期对配用电系统成本信息及实时电价进行调查与统计，及时更新经济性分析输入参数；在此基础上比较交/直流配用电系统的等年值费用，并根据各环节费用对比结果指导所述直流配用电系统的建设改造，在满足设定技术水平的前提下优化网架结构、改善负荷场景，寻求配用电系统建设最优方案以进一步缩减投资成本或提高运行效率。
本发明方法在评估中低压直流配用电系统的技术经济性时，在考虑配电网可能存在的不同电压等级和不同接线方式的基础上计算系统投资建设、运行维护等全寿命周期内的经济情况，克服了传统评估方法需要对电网建成后进行评估且与技术性结合不强的缺点，能够客观反映不同拓扑结构、不同交直流负荷比例、不同运行方式下配用电系统的经济性优劣，从而指导配电网规划建设，寻求系统建设最优方案。
附图说明
图1是本发明实施例的中低压直流配用电系统示意图。
图2是本发明实施例的中低压交流配用电系统示意图。
图3是本发明实施例中交/直流配用电系统损耗率对比。
图4是本发明实施例中交/直流配用电系统等年值费用对比。
图5是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的交直流混合配电网解耦潮流确定方法的实施例，并作进一步的详细描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
在具体实施上，一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法在此以图1所示中低压直流配用电系统为具体实施对象，与如图2所示的交流配用电系统对比，描述本发明中所涉及的技术经济性评价。
本发明方法的提供一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，包括以下步骤：
步骤A：确定网络参数。首先获取评价地区的电网现状或规划数据，即获取现状电网或规划电网的电气接线图，配电网的设备参数和投资金额，各节点的负荷水平；在获取的规划电网数据基础上，基于交/直流配电网供电特性分析的结果确定交/直流网络参数。
通过研究配电网的线路负荷矩和线路载流量来分析配电网的供电特性；其中线路负荷矩(TSC)通常用来衡量配网最大供电能力，计算方式如下。
(1)交流系统中以7％的电压约束计算线路负荷矩：
其中，ΔUAC为直流线路电压损耗；L为导体长度；rAC为每公里单根交流电缆电阻；xAC是每公里单根交流电缆电抗；是负载的功率因数角，UAC为线路所在电压等级的额定电压；ΔUmax％为线路末端允许最大电压偏差。
(2)直流系统线路负荷矩以直流双极线路作为模型计算，规定功率损耗为总负荷功率的3％：
其中，ΔPDC为直流电路功率损耗；L为导体长度；rDC为每公里单根直流电缆电阻；UDC为双极直流供电线路电压；ΔPmax％为线路允许最大功率损耗。
电缆载流量是指满足热稳定条件下，一条电缆线路达到长期运行工作温度时时所能承载的最大电流量，步骤A提及的线路载流量计算方法，对于交流配电系统计算公式如下：
对于直流配电系统，当配电网采用伪双极接线或真双极接线时计算如下：
SDCmax＝2UDCImax
其中，UAC和UDC取线电压值，Imax为线路载流量。
考虑到电压可以通过低压侧的直流变压器调节且配网线路长度相对较短，线路电压跌落不再是直流线路选型的主要限制因素，通过线路功率损失进行直流电缆选型也意义不大；步骤A在选取交/直流配电网电缆参数时以线路载流量为约束条件，对开关站至配电房的电缆通过载流量约束进行选取，同时根据各配电房规划负荷大小、类型选取变压器容量、种类等。
步骤B：计算投资费用。根据确定的交/直流网络参数，搭建直流配用电系统示范工程模型，计算各部分等年值费用。
本发明采用等年值法作为经济评价方法比较直流配用电系统和交流配用电系统的投资经济性，仅考虑配网建设方式对系统经济性的影响，所述经济性指标主要包括配网侧和用户侧的主要投资费用、年维护费用和年损耗费用。
配网侧的总费用包括主要投资费用、年维护费用和年损耗费用，计算方式如下：
其中，Ad为配网的等年值费用；为配网的主要投资费用；i为折现率；na为配电网运行年数，/>为配网的年维护费用；/>为配网的年损耗费用；/>为配网的停电损失费用。
计算配网侧的主要投资费用主要考虑交、直流两种不同技术中的关键区别部分，包括换流站/变电站，直流/交流变压器和直流/交流电缆，表达式为：
其中，和/>分别为配网对换流站/变电站，变压器和电缆的投资费用。
配网的年维护费用为：
式中：pmaintain为系统的年维护费率。
配网的年损耗费用主要通过计算线路线损和变压器损耗，选取典型日计算年损耗费用如下：
式中：p为销售电价；为配网全年的线路损失电量；/>为配网全年的变压器损失电量。
所述步骤B中分析用户侧的费用主要分析由于配网采用交流或直流技术而产生变化的部分，即额外投资费用、年额外维护费用和年额外损耗费用，计算公式如下：
其中，Ah为用户的等年值费用；为用户购置整流器/逆变器产生的额外投资费用；i为折现率；na为配电网运行年数；/>为用户的年额外维护费用；/>为用户的年额外损耗费用。
用户额外投资费用为配用电系统中用户侧需要额外安装的整流/逆变器费用：
其中，为用户安装额外的整流器/逆变器的投资费用。
用户侧年维护费用为：
其中，pmaintain为系统的年维护费率。
用户年损耗费用为用户侧加装的整流/逆变器损耗：
式中：p为销售电价；为用户全年经电力电子设备产生的额外损失电量。
所述配用电系统典型日内的总损耗费用通过对系统进行潮流计算获得，具体包括：根据所述中低压直流配用电系统的电网规划数据及电缆、变压器确定网络参数，拟合运行效率-负载率曲线得出电力电子器件及交流变压器效率。基于牛顿拉夫逊方法解潮流方程获取配电网各节点的电压值，变压器及线路设备的功率损耗。
步骤C：比较分析。在计算得交流配用电系统与直流配用电系统在应用场景的等年值费用后，对直流配用电系统在该场景应用的技术经济性做出分析评价。
为验证本发明方法，本发明采用如图1所示的中低压直流配用电系统进行测试，该测试系统为一个假设的10kV/375kV配用电系统，拟采用双端单路的环状结构，直流侧换流站接线方式采用MMC构成的伪双极接线，由换流站出两条馈线至两个开关站，开关站采取单母分段接线。
表1为各配电房接入的源荷种类与容量，包括分布式电源、居民负荷、工业负荷、商业负荷等。
表1.源荷容量
以线路载流量为约束条件，对开关站至配电房的电缆通过载流量约束进行选取。在选取换流站/变电站馈出至开关站的电缆截面时，根据国家电网配电网技术导则要求，交流线路应选取截面不小于YJV22-3*300的电缆，直流配网选取YJV62-2*240型号电缆，最后选取直/交流线路参数如表2和表3所示。
表2.直流电缆选型
表3.交流电缆选型
在计算配用电系统主要投资费用时，经济性输入参数参照如下方式选取：
(1)换流站/变电站、变压器输入成本均采用对参考项目单位投资取平均值得到的参考单位投资，由参考单位投资乘以换流站/变电站、变压器容量计算建设换流站的成本。选取建设换流站的参考单位投资为1044.5元/kW；变电站的参考单位投资为349.1元/kW；交流变压器的平均单位成本为173.1元/kVA；直流变压器的单位成本为155.3元/kW。
(2)通过对等横截面积的交流电缆单位价格乘以2/3来估算直流电缆的单位成本。本方法构建了一个基于横截面的交流电缆线性成本估算模型如下：
其中：是每mm2横截面积对应的单位成本变化量，/>是建设条电缆线路的固定成本。通过对典型交流电缆利用最小二乘法进行线性拟合，得到拟合曲线，回归结果的决定系数R2为0.989，说明拟合曲线能够较好的解释交流电缆成本与横截面积的关系。具体结果如下：
表4.交流电缆成本估算模型参数
除主要的投资成本外，其他的参数选取如下：运行年数选为25年，折现率取8％，运行维护费用率取1.8％，参考《2018年度全国电力价格情况监管通报》取销售电价为609.84元/千千瓦时。
表5.配网主要投资费用
带入典型负荷曲线与典型光伏出力曲线计算，得到中低压直流配用电系统与交流系统在典型日的损耗率如图3所示.由于线路长度较短，影响配电网传输损耗率的主要因素是变压器损耗，直流配网的传输损耗率略大于交流配网。但计及用户侧负荷时，由于交流系统需要额外安装整流器，故将产生对应的传输损耗，由图3对比可知，整个配用电系统的系统损耗率交流比直流更高。
利用本发明方法进行评估，计算得到如表4所示的中低压直流配用电系统算例和交流配用电系统算例的经济性分析结果。
表6.配网侧等年值费用比较
表7.用户侧等年值费用比较
综合实施例中低压直流配用电系统算例和传统交流配用电系统算例的技术经济性分析结果，得出相应的等年值费用对比示意图(如图4所示)，其中直流系统等年值费用等于直流配网等年值费用，为444.7万元；交流系统等年值费用为交流配网等年值费用与交流配网用户等年值费用之和，为478.5万元。
分析图4可以看出虽然直流配用电系统的配网费用比交流系统高22.8％，但是由于直流系统的用户侧无需安装额外的逆变器/整流器，在省下一定投资费用的同时具有更高的用电效率，最终直流配用电系统的年费用比交流配用电系统低7.1％。在未考虑直流系统给配网、用户带来的电能质量改善、可靠性提升等效益的情况下，就可计算得直流系统的年费用低于交流系统，说明对于此实施例，建设直流配用电系统相比交流配用电系统具有更优的技术经济性。
以上所述，充分验证了本发明方法在评估中低压直流配用电系统的技术经济性时，克服了传统方法需要在对电网建成后的评估且与技术性结合不强的缺点，且能够客观反映不同配电网的经济性优劣，指导配电网规划建设。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，依然可以在本发明的精神和原则之内进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种中低压直流配用电系统的技术经济性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：确定网络参数，首先获取评价地区的电网现状或规划数据，即获取现状电网或规划电网的电气接线图，配电网的设备参数和投资金额，各节点的负荷水平，具体是在获取的规划电网数据基础上，基于交/直流配电网供电特性分析的结果确定交/直流网络参数，配电网的供电特性是通过研究配电网的线路负荷矩和线路载流量来分析，考虑到电压可以通过低压侧的直流变压器调节且配网线路长度相对较短，在选取交/直流配电网电缆参数时以线路载流量为约束条件，对开关站至配电房的电缆通过载流量约束进行选取，同时根据各配电房规划负荷大小、类型选取变压器容量、种类；分析配电网的供电特性包括：
步骤A.1、线路负荷矩（TSC）用来衡量配网最大供电能力，计算方式如下；
（1）交流系统中以7%的电压约束计算线路负荷矩：
其中，为直流线路电压损耗；/>为导体长度；/>为每公里单根交流电缆电阻；/>是每公里单根交流电缆电抗；/>是负载的功率因数角，/>为线路所在电压等级的额定电压；/>为线路末端允许最大电压偏差；
（2）直流系统线路负荷矩以直流双极线路作为模型计算，规定功率损耗为总负荷功率的3%：
其中，为直流电路功率损耗；/>为导体长度；/>为每公里单根直流电缆电阻；/>为双极直流供电线路电压；/>为线路允许最大功率损耗；
步骤A.2、对于交流配电系统，线路载流量计算公式如下：
对于直流配电系统，当配电网采用伪双极接线或真双极接线时计算如下：
其中，和/>取线电压值，/>为线路载流量；
步骤B：计算投资费用，根据确定的交/直流网络参数，搭建直流配用电系统示范工程模型，计算各部分等年值费用，具体是采用等年值法作为经济评价方法来比较直流配用电系统和交流配用电系统的投资经济性，仅考虑配网建设方式对系统经济性的影响，经济性指标包括配网侧和用户侧的主要投资费用、年维护费用和年损耗费用，包括：
步骤B.1、配网侧的总费用包括主要投资费用、年维护费用和年损耗费用，计算方式如下：
其中，为配网的等年值费用；/>为配网的主要投资费用；i为折现率；/>为配电网运行年数，/>为配网的年维护费用；/>为配网的年损耗费用；/>为配网的停电损失费用；
计算配网侧的投资费用考虑交、直流两种不同技术中的关键区别部分，包括换流站/变电站，直流/交流变压器和直流/交流电缆，表达式为：
其中，，/>和/>分别为配网对换流站/变电站，变压器和电缆的投资费用；
配网的年维护费用为：
式中：为系统的年维护费率；
配网的年损耗费用主要通过计算线路线损和变压器损耗，选取典型日计算年损耗费用如下：
式中：为销售电价；/>为配网全年的线路损失电量；/>为配网全年的变压器损失电量；
计算投资费用时，基于如下条件进行计算：
条件一：换流站/变电站、变压器输入成本均采用对参考项目单位投资取平均值得到的参考单位投资，由参考单位投资乘以换流站/变电站、变压器容量计算建设换流站的成本；
条件二：通过对等横截面积的交流电缆单位价格乘以2/3来估算直流电缆的单位成本；构建了基于横截面的交流电缆线性成本估算模型如下：
其中：是每mm2横截面积对应的单位成本变化量，/>是建设条电缆线路的固定成本；
步骤B.2、分析用户侧的费用主要分析由于配网采用交流或直流技术而产生变化的部分，即额外投资费用、年额外维护费用和年额外损耗费用，计算公式如下：
其中，为用户的等年值费用；/>为用户购置整流器/逆变器产生的额外投资费用；为折现率；/>为配电网运行年数；/>为用户的年额外维护费用；/>为用户的年额外损耗费用；
用户额外投资费用为配用电系统中用户侧需要额外安装的整流/逆变器费用：
其中，为用户安装额外的整流器/逆变器的投资费用；
用户侧年维护费用为：
其中，为系统的年维护费率；
用户年损耗费用为用户侧加装的整流/逆变器损耗：
式中：为销售电价；/>为用户全年经电力电子设备产生的额外损失电量；
步骤B.3、通过潮流计算，获取所述配用电系统典型日内的总损耗费用，具体步骤包括：根据所述中低压直流配用电系统的电网规划数据及电缆、变压器确定网络参数，拟合运行效率-负载率曲线计算得出不同运行工况下直流/交流变压器效率；建立不同控制方式下换流器的控制模型，解潮流修正方程获取配电网各节点的电压值，变压器及线路设备的功率损耗；
对于伪双极接线方式的直流配用电系统，各节点的节点注入功率为：
其中、/>为各节点有功功率、电压，/>为节点导纳矩阵各元素；
完整考虑换流站控制方式对网络潮流的调控作用，建立统一控制方程、选取控制系数如下所示：
其中,、/>的取值依据如下条件：
条件一，有功类控制方式为定功率控制，取1，/>取0；
条件二，有功类控制方式为定电压控制，取0，/>取1；
条件三，有功类控制方式为下垂控制，取1，/>取任意非零常数；
其中、/>为换流器不同控制方式下的有功/电压参考值；
步骤C：比较分析，在计算得交流配用电系统与直流配用电系统在应用场景的等年值费用后，对直流配用电系统在该场景应用的技术经济性做出分析评价；具体是：
在评价所述直流配用电系统在该场景应用的技术经济性时，定期对配用电系统成本信息及实时电价进行调查与统计，及时更新经济性分析输入参数；
在此基础上比较交/直流配用电系统的等年值费用，并根据各环节费用对比结果指导所述直流配用电系统的建设改造，在满足设定技术水平的前提下优化网架结构、改善负荷场景，寻求配用电系统建设最优方案以进一步缩减投资成本或提高运行效率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113361106B (zh) * 2021-06-07 2023-03-28 广东电网有限责任公司 基于寿命周期成本与动态盈亏平衡的电缆选型方法及系统
CN113890116B (zh) * 2021-09-30 2024-05-07 国网北京市电力公司 多配电台区互联互济功率控制方法、装置及存储介质
CN113972641A (zh) * 2021-11-15 2022-01-25 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 直流配电电压等级的确定方法
CN114268119A (zh) * 2022-02-08 2022-04-01 广州地铁设计研究院股份有限公司 一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法
CN115408874B (zh) * 2022-09-16 2024-01-19 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种电力系统接地网截面面积选取方法、系统及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104156884A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 国网上海市电力公司 考虑经济性的含微网配电网接线模式规划及评估信息系统
CN107274052A (zh) * 2017-05-02 2017-10-20 广东电网有限责任公司佛山供电局 含分布式能源的配电网运营经济性评估方法和系统
CN108134401A (zh) * 2017-12-19 2018-06-08 东北电力大学 交直流混合系统多目标潮流优化及控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104156884A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 国网上海市电力公司 考虑经济性的含微网配电网接线模式规划及评估信息系统
CN107274052A (zh) * 2017-05-02 2017-10-20 广东电网有限责任公司佛山供电局 含分布式能源的配电网运营经济性评估方法和系统
CN108134401A (zh) * 2017-12-19 2018-06-08 东北电力大学 交直流混合系统多目标潮流优化及控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Techno-Economic Performance Evaluation of Medium-Low Voltage DC Distribution System;Qing Chen等;《Proceedings of 2020 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices》;20201018;全文 *

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