電力系統研究分析匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇電力系統研究分析范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

引言

對于電力系統的調度和規劃來說，潮流評估是一個強大且重要的工具和手段。確定性潮流分析需要系統提供各方面條件的精確數值才能保證分析結果的準確性，比如需求、發電量、網絡情況等。然而，隨著新能源時代的到來，世界上的電力系統中出現越來越多的不確定性情r，特別是分布式能源比如新能源的并網，將導致許多難以預測的副作用。所謂分布式發電，即將電力能源互相連接到分布式網絡中。雖然分布式發電在技術、社會經濟和環境保護等方面帶來了許多無與倫比的優勢，但是我們深知任何事物都有其兩面性，這項技術也擁有消極的一面。分布式發電，特別是飛速發展的新能源，在對系統性能的不確定性方面的理論研究尚未成熟，需要一代又一代的中國優秀電氣工程師投入大量精力研究。

1 不確定性潮流分析研究方法概論

在這樣一種不確定的情況下，確定性潮流計算無法準確深刻地揭示電力系統運行的狀態。因此，在如今的潮流計算研究中，基于不確定性觀點下的潮流分析與計算受到廣泛研究者的關注。當今的研究中，概率潮流分析通常認為是系統調度與規劃的理想助力。概率潮流分析方法致力于模擬母線電壓和線電流隨不確定性系統中的參數改變而變化的狀態分析，幫助電力系統工程師分析系統未來的狀態變化趨勢，這樣在發生系統發生重大變化時可以提前作出相關的決策。如果這些系統中具有不確定性的狀態量擁有充足的歷史數據，現行的研究中主要采用基于概率論觀點下的數學工具和模型來處理這類不確定性。然而，在電力系統實際運行中，很多不確定性的系統變量的歷史數據往往不完整，或者變量的取值是通過經驗推測的等。這些情況的存在將嚴重影響基于概率論建立的系統概率潮流分析模型的精確度。在電力系統實際運行中，對不確定變量的狀態分析更加困難，一些不確定變量是概率性的，一些是可能性的，并且這兩類不確定變量時常出現交叉耦合的情況。因此在這種情況下，同時考慮概率性和可能性的不確定性變量的影響是現行的研究方向，這也就是我們所謂的不確定性潮流分析問題。

至今為止，許多杰出的研究者和工程師提出了大量針對實際工程系統中不確定性現象分析方法，并且很多已經在研究中廣泛應用。從上世紀70年代開始，電氣工程師就已經提出了基于概率論的系統不確定性潮流分析方法。由于當時新能源研究和分布式發電技術還沒有像現在這樣普及，影響因素種類較為單一，因此在當時這種概率潮流方法取得了非常顯著的效果。各種研究成果在時間的檢驗下演變，如今蒙特卡洛模擬作為一種基于概率論的概率潮流分析方法，在研究中廣泛使用，被認為是先進系統潮流分析中普遍通用的概率模擬方法。這里對普遍通用的含義進行粗略的說明，電氣工程師在大量的理論推演和實踐中證明，蒙特卡洛模擬的結果在各種規模不同的電力系統中均表現得顯著而準確，因為被當作模擬結果的參考值。蒙特卡洛方法的實際應用案例很多，當前在新能源發電并網與分布式發電的研究中基本上作為一種技術標中采用，并且各種蒙特卡洛相關方法還在開發中。

2 不確定性潮流分析中的挑戰

歷史的車輪滾動向前，基于概率論的潮流分析方法的研究還在繼續發展。如今新能源與分布式方面的研究日新月異，歷史的車輪殘酷地碾過，電氣工程師們面臨著不斷出現的技術難題。我們前面提到，當關于不確定變量的歷史數據或其概率分布函數已知時，這種概率潮流方法才能取得較為顯著的結果。這是由于概率潮流的理論基礎中有一個假設，電網中所有類型不確定性變量都可以用基于概率論的方式表示出來，這種基于概率論的表示具體是就概率分布函數而言。通常在現在的電網中，由于層出不窮的因素的影響，比如歷史數據不精確或稀缺、數據的保密性等等，在信息不足的情況下無法得出這些不確定性變量的概率分布函數。在這種情況中，概率理論的基石被打破，因此電氣工程科研工作者必須轉向其他研究不確定性現象的理論中尋求一線生機；哪怕天寒地凍，路遙馬亡，也要在理論上找到突破口，為電力系統的現代化發展掃清一切障礙。最終這些偉大的電氣工程師們研究發現，可能性理論正好可以填補這部分理論空白?；谶@種想法，有研究者嘗試過使用模糊建模的技術分析潮流中的不確確定性，全新的探索也一直在繼續。

系統工程師們都知道，工程系統中均具有多種不同類型的不確定性狀態變量，這是工程界通行的法則。實際的工程系統中，一些不確定性變量是概率性的（基于概率性理論描述），一些是可能性的（基于可能性理論描述），這些變量在系統中相互糾纏耦合，純粹的概率性的和純粹的可能性的不確定性變量是不存在的，因此單獨應用某一個理論分析這些不確定性的結果令人十分懊惱。

工程實踐中，一種結合兩種理論的方法應運而生，而且工程的實用性知道我們必須把兩種理論結合起來分析。這種基于概率和不確定理論的方法飛速發展，引起學者的廣泛關注?，F在研究中，一個主要的研究貢獻是使用證據理論作為“膠水理論”，將概率理論與可能性理論“粘結”結合后應用到電力系統潮流分析，同時基于能源時代的大背景，綜合考慮各種負載、風能和太陽能等新能源發電、汽輪機分布式發電、電動交通工具等因素。實際建模中，將各種負載、風能和太陽能等新能源發電中的不確定性變量當作概率性的，汽輪機分布式發電、電動交通工具等看成可能性的不確定性變量。

3 結束語

在這篇論文中，我們從歷史唯物主義的角度討論了潮流分析的發展和研究情況，并且就研究中出現的困難和挑戰出發，介紹了一代代優秀的電氣工程研究者的解決方案。以史為鏡，這是一代代優秀電力系統研究者的思想精華之所在。我們站在巨人的肩膀上，把握住未來電力系統不確定性潮流分析的發展和研究方向。為此，立志科研，在電力系統未來半百時光的發展中，愿成為其健壯發展的堅實后盾！

參考文獻

[1]武歷忠，徐誠.電力系統潮流計算[J].云南電力技術，2016（04）.

[2]丁明，李生虎，黃凱.基于蒙特卡羅模擬的概率潮流計算[J].電網技術，2001（11）.

篇（2）

關鍵詞： ADE7878；加權截??； 樣條插值；FFT；諧波快速分析

Key words： ADE7878；weighted interception；spline interpolation；FFT；rapid analysis of harmonic

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0154-05

0 引言

近年來，隨著大量電力電子元件及其它非線性設備的使用[1]，使得電網諧波污染嚴重惡化，已經影響到用電設備，諧波問題已經與電磁干擾、功率因數降低并列為電力系統中的三大公害。及時準確地掌握電網中的諧波分量參數[2]，才能為諧波治理提供良好的依據，維護電網的安全運行。

ADE7878作為三相電能測量IC，因其精度高、使用靈活而在電網信號分析中得到廣泛應用[3]，但其在諧波分析中存在明顯不足。ADE7878的采樣間隔為125us，每個周波采樣160個點，不是2的整數冪，因而無法進行常規基-2FFT運算，這也限制了其在電能質量分析中的應用。

在進行FFT變換時，通常要求采樣點數N是2的整數冪，不滿足這個條件時可以直接進行DFT運算，但是計算效率較低；也可以通過簡單增添有限長的零取樣序列來使N為2的整數冪，但對于ADE7878的應用，N=160，28=256，27=228，需補零96個點，頻譜會發生很大變化，從計算的效率上看也不經濟。本文提出一種針對ADE7878采樣特點的快速精確計算電力系統諧波參數的方法和裝置。

為克服ADE7878在諧波分析方面存在的上述不足，本文提供一種電力系統諧波快速分析方法及運行裝置。本算法中采用漢寧窗對電壓、電流采樣數據進行加權截取，對截取的信號進行組合數FFT，先進行常規基-2FFT變換，再進行5點DFT變換，在保證計算精度的前提下，提高了效率。在此基礎上通過插值修正，得到最終的準確的諧波分析結果。

1 基于ADE7878智能電表硬件設計

ADE7878是Analog Device公司（ADI）設計生產的一款高精度多功能三相電能計量專用芯片，內置多個二階型模數轉換器、數字積分器、基準電壓源電路和所必需的信號處理電路，可以實現對電網基本電參量的測量以及對電網電能質量進行監測的功能[4]。

ADE7878可以工作在三線制或四線制系統中[5]，而且對電路的接法也不受限制，可以對電網運行的電參量數據進行實時采集并發送到上層控制芯片，方便控制芯片對電參量數據進行后續處理。ADE7878的電壓和電流通道[6]為24bit 型ADC，電壓和電流有效值在動態范圍為1000：1的動態下小于0.1%，電能在動態1000：1下小于0.1%，在動態3000：1下小于0.2%。ADE7878與上層控制芯片之間具有多種靈活的通信方式，如SPI、I2C和HSDC。ADE7878提供四種工作模式[7]，其中有一種正常模式和三種低功耗模式，這樣可以保證系統在斷電情況下能及時作出相應的處理，提高了系統整體的穩定性。

1.1 基于ADE7878智能電表硬件整體設計

由于ADE7878具有工作環境多樣、測量精度高、通信接口靈活等優點，使得ADE7878在電力儀器儀表中的應用十分廣泛。

智能電表的硬件電路設計包含以下幾個部分：DSP最小系統設計、信號采樣電路設計、實時時鐘電路設計、數據存儲電路設計、RS485通信電路設計、控制電路設計以及智能電表供電電源設計。ADE7878智能電表硬件整體設計如圖1所示。

本文智能電表采用ADE7878電能計量芯片進行相關電參量數據的采集。ADE7878采用3.3V供電，外加16.384MHz石英晶體振蕩器，待測電流信號采用差分形式輸入，待測電壓信號采用單端輸入方式，電壓、電流信號輸入范圍為-0.5V～0.5V。ADE7878的I/O最大耐壓為±2V，因此需要添加相應的保護電路。ADE7878的電路設計如圖2所示。

圖2中，IAP/IAN、IBP/IBN、ICP/ICN、INP/INN分別對應A、B、C三相電流和零線電流經過轉換后的差分電壓輸入信號。VAP、VBP、VCP、VN對應的是A、B、C三相電壓輸入信號和零線電壓輸入信號，這些信號輸入口的最大電壓變化范圍是-0.5V～0.5V。REF為ADE7878基準電壓的參考引腳，通過此引腳可以訪問片內基準電壓源。片內基準電壓的標稱值為1.2V，也可以在此引腳上連接1.2V±8%的外部基準電壓源。這兩種情況下，都需要外加一個4.7uF鉭電容和一個0.1uF的陶瓷電容并聯來對此引腳進行去耦。芯片復位后，使能片內1.2V基準電壓源。

1.2 電壓信號采樣電路設計

電壓信號采樣電路的設計是信號采集電路的關鍵部分之一[8]。根據智能電表的需求分析，配電網一側的設計參考電壓范圍為3×65V～465V。在第二章中，已經對電壓信號采樣的方案設計做出了說明，本文中電壓信號采集選擇高精度電壓互感器完成。使用電壓互感器進行電壓信號采樣電路設計，會產生一定的相位延遲，并且不同的設計方法產生的測量相位延遲也不同，但均可以在后續軟件設計中進行修正。

本文選擇的是電壓互感器是山東力創公司設計生產的一款高精度電流型電壓互感器LCTV31CE-2mA/2mA。這種電壓互感器的一次側和二次側的電流比為1：1，環路額定電流值為2mA，互感器體積小，電路設計較為簡單。

由于ADE7878的電壓測量輸入范圍是-0.5V～0.5V，電流型電壓互感器的二次側額定回路電流為2mA，因此，選擇249Ω（1%）精密電阻作為電壓互感器二次側取樣電阻比較合適。由于電壓互感器二次側和一次側的回路電流為1：1，因此選擇249kΩ（1%）精密電阻作為電壓互感器一次側的限流電阻較為合適[9]。這樣設計可以使得一次側輸入電壓上限達到500V，完全可以滿足配電網65V～465V的設計參考電壓需求。

通過電壓互感器、限流電阻、取樣電阻，已經將配電網的交流大電壓信號轉換成了可測量交流小電壓信號，但待測信號送入ADE7878芯片之前還要經過濾波電路和信號調理電路，使得輸入信號便于測量。電壓信號采樣電路設計如圖3所示。

由于電壓互感器的使用，會使得測量的信號與實際信號之間存在較大的相位誤差，圖3中所示的電壓采樣電路，電壓信號的相位延遲在30°左右?？梢詫@個電壓信號采集電路進行改進，改進后的電壓采樣電路如圖4所示。

按照改進后的電壓采樣電路進行電壓測量，可將信號的相位延遲控制在5°左右。

1.3 電流信號采樣電路設計

對于交流電流信號的測量，最后送入ADE7878的電流信號為差分電壓信號的形式，因此需要將交流電流信號變換為差分電壓信號的形式。根據智能電表的需求分析，配電網一側的設計參考額定電流為5A～20A，并且有一定的過流過載要求。

為了給設計留有余量，取樣電阻選擇15Ω（1%）的高精度金屬膜電阻。詳細電路設計如圖5所示。

圖5中，電流互感器的二次總負載為30Ω，遠遠低于LCTA21CE-40A/20mA所要求的二次側額定負載最大為100Ω，因此這樣的電路設計可以獲得較好的線性。

根據ADE7878元器件自身的特性，在ADE7878的信號輸入端，還應該添加1kΩ和33nF的電容并聯，進一步對輸入信號進行濾波去耦。

由于ADE7878的模擬信號輸入端有最大承受電壓

±2V的限制，因此在信號輸入端應該添加電壓鉗位電路，以免影響測量精度，甚至燒壞元器件。本項目中所選的電壓鉗位元件是BAV99?！?V電壓產生電路如圖6所示。采用的是電阻分壓方式從±5V電源之間產生±2V電源。

2 基于加權截取及樣條插值的智能電表諧波快速分析算法

2.1 加權截取

2.1.1 電壓電流信號采樣

利用微處理器設置定時器中斷，每500us讀取一次ADE7878寄存器VAWV、VBWV、VCWV、IAWV、IBWV以及ICWV，連續采樣四個周期，獲得電力系統三相電壓、電流信號瞬時值序列vA（n）、vB（n）、vC（n）、iA（n）、iB（n）及iC（n），采樣點數N=60，離散采樣序號n∈[0，N-1]。

2.1.2 漢寧窗加窗截斷

3 實驗及分析

本文所設計的智能電表電能質量監測功能包括監測各相斷相、失流、過負荷、全失壓、電壓電流逆相序次數、各相電壓電流的2～19次諧波分析等。相對于其它電能質量指標來說，諧波含量是電能質量中較為重要的一個指標。本文在測試中重點對智能電表對電網諧波分析的功能進行了詳細的測試。

本文中智能電表具備2～19次諧波分析功能。為了方便實驗比對，選擇美國福祿克公司設計生產的F434型三相諧波分析儀作為標準儀器用于實驗數據對比。Fluke F434型三相諧波分析儀如圖8所示。在本文的實驗設計中，由于ADE7878的采樣間隔為125us，每個周波采樣160個點，不是2的整數冪，因而無法進行常規基-2FFT運算，故普通FFT采用的是以零補齊的方式，而本文提出的算法由于不受2的整數冪限制，沒有零補齊。由表1及圖9的實驗結果可知，本文所提出的諧波分析算法經標準諧波測試分析儀Fluke F434驗證，誤差控制在0.2510%-1.9646%之間，且本文算法2～19次諧波分析測試結果均優于普通FFT結果，且在2次諧波處誤差獲得最大2.1%的降幅。

4 結論

本文方法解決了ADE7878電能計量芯片在諧波分析時無法進行常規FFT的問題。將160個采樣數據份分成5組，分別進行32點的基-2FFT，充分利用基-2FFT算法的高效性，既保證數據處理的準確性，又提高了諧波分析的效率；采用漢寧窗截取采樣序列，減少頻譜泄漏；采用插值修正算法克服了非同步采樣引起的柵欄效應。

參考文獻：

[1]陳盛燃，邱朝明.國外城市配電自動化概況及發展[J].廣東輸電與變電技術，2008（4）：64-67.

[2]張紅，王誠梅.電力系統常用交流采樣方法比較[J].華北電力技術，1999（4）：25-27.

[3]谷曉津.淺析三相四線費控智能電能表特點及功能[J].科學之友，2011（32）：36-38.

[4]劉耀勇，李樹廣.智能電網的數據采集系統研究[A].2010年航空試驗測試技術峰會論文集[C].2010：273-276.

[5]吳曉靜.基于DSP的單元串聯多電平高壓變頻器的研究與實現[D].東南大學，2010.

[6]王金明，于小娟，孫建軍，等.ADE7878在新型配變監測計量終端上的設計應用[J].電測與儀表，2010，47（Z2）：142-145.

[7]郭忠華.基于ADE7878芯片的電力參數測量儀的設計[J].電工電氣，2010（12）：25-30.

[8]王金明，于小娟，孫建軍，等.ADE7878在新型配變監測計量終端上的設計應用[J].電測與儀表，2010，47（Z2）：142-145.

篇（3）

隨著我國電力通信事業的不斷發展，光纖通信技術逐漸取代了原來的微波通信技術，我國很多地區的電力通信網已經采用了光纖通信技術，光纖復合地線(OPGW)和全介質自承式光纜(ADSS)等電力特種光纖應用技術日趨成熟并得到大量使用。隨著光纖復合地線和光纖復合相線等電力特種光纖的大規模使用和長時間運行，光纖易出現老化和外力損傷，光纖線路故障已成為影響電力通信系統安全關鍵因素。

1.電力系統光纖通信網種光纖簡介

我國電力由于電力系統的特殊性，電力系統光纖通信網建設是一項復雜的系統工程，一些專門用于電力光纖通信系統的的特種光纖也逐漸產生。電力特種光纖主要包括光纖復合相線、光纖復合地線、金屬自承光纜、相/地線纏繞光纜、相/地捆綁光纜和全介質自承光纜等幾種。目前，光纖復合地線和全介質自承光纜在我國應用較多，以下做簡要說明。

1.1光纖復合地線

光纖復合地線又稱地線復合光纜、光纖架空地線，是指在電力傳輸線路的地線中含有供通信用的光纖單元，兼具地線和光纖的作用，具有使用可靠，不需維護等優點。但總投資額較大，主要適用于新建線路或舊線路更換地線時使用。光纖復合地線不僅可以對輸電導線抗雷閃放電提供屏蔽保護，還可以通過復合在地線中的光纖來傳輸信息。除了具有優越的光學性能外，還完全滿足架空地線的機械、電氣性能要求。常見的光纖復合地線主要有不銹鋼管型、鋁管型和鋁骨架型三大類。由于我國地域廣闊，電力傳輸線路長，特別是是水電資源大部分集中在西部，而工業城市主要集中在東部沿海地區，因此這就需要大量的長距離超高壓架空線來輸送電力，光纖復合地線對于進一步發展我國電力工業，進一步提高輸電容量有著非常重要的意義。

1.2全介質自承式光纜

全介質自承式光纜是一種使用全介質材料并能夠承受自重及外界負荷的光纜。由于采用了全介質材料，不含金屬，因此光纜可以耐受高壓強電的影響。全介質自承式光纜具有重量輕、價格適中，在線路架時可帶電操作，可提供數量很大的光纖芯數，因此在我國得到電力部門的廣泛應用。全介質自承式光纜一般應用于已建成的220kV及以下的輸電線路，尤其是區域變電所之間的通信線路。全介質自承式光纜可分為中心束管和層絞束管兩大類。

2.電力通信系統光纖故障分析

在電力系統光纖通信網中，光纖的故障主要包含以下兩個方面：一是光纖在長期使用過程中逐漸老化。造成光纖老化的原因是多方面的，主要因素有電腐蝕、環境腐蝕性等。二是光纖由于外力破壞而收到損傷。如蟲蟻鼠咬、偷盜剪斷、雷擊災害、火災火燒等。

光纖復合地線較易收到雷電攻擊而損壞，由于有的輸電線路經過的地理環境或氣象條件比較惡劣，光纖復合地線為了避免雷擊對相線的傷害，又是與輸電導線一共架設在架空線路的最上部，因此光纖復合地線遭受雷擊而斷股是無法避免的。一般而言，光纖復合地線架設較多的地方斷股故障比較多，且斷股大多數出現在檔距中。從材質上來說，外層為單絲直徑較小絞線或鋁合金絞線的光纖復合地線更易發生斷股。多數情況下，外層斷股與光纖復合地線內層結構型式無關，因此斷股大多數未對光纖通信造成影響。因此，要在耐雷方面進一步提高光纖復合地線的性能。

全介質自承式光纜則較易收到電腐蝕的傷害。干帶電弧是造成全介質自承式光纜表面產生電腐蝕的最主要原因。電弧產生的高熱，使外護套表面的溫度升高，產生樹枝化的電痕，直至燒穿光纜的外護套，最后造成斷纜事故發生。光纜鋁絲端部電暈放電引起的劣化，造成光纜的出現電腐蝕。若全介質自承式光纜的懸掛點位置較為偏高，導致全介質自承式光纜承受的空間電位和電場強度大大超過設計水平，引起光纜表面電腐蝕。

3.電力系統通信光纖保養與維護

對于光纖復合地線，首先要選擇合理的光纖外護套。當前，光纖外護套有鋁管、鋼管和塑料管三種管材。其中塑料管造價低，塑料管光纖復合地線最高承受短路電流引起的短時溫升不能超過180℃；而鋁管造價相對較低，承受短時溫升的能力不超過300℃；不銹鋼管造價高，承受短時溫升的能力可達450℃。用戶可根據工程具體情況，合理選擇光纖外護套，已達到保護光纜的作用。

于全介質自承式光纜，首先要選擇電場強度小于25kV的地方作為光纜掛點，避免發生導線鞭擊光纜。其次，要根據電場強度合理的選擇光纜外護套材料，當空間電勢小于12kV時，采用黑色高密度聚乙烯外護套。當空間電勢在12～25kV時，則可采用黑色高密度抗電痕外護套。在污染較為嚴重的地區，應對光纜進行特殊處理，減少表面污層形成。

4.小結

電力系統通信是電力工業的一部分，能夠保證電力系統安全、穩定、經濟運行。隨著光纖通信技術的不斷發展，光纖通信技術在電力通信系統中得到了廣泛的應用。本文簡要分析了電力系統中常用的特種光纖，并分析了常見的光纖故障，最后對光纖的保養和維護做了簡要的分析。■

【參考文獻】

篇（4）

經濟的高速發展使得整個社會對電力電量的需求呈現快速增長趨勢，在用電量逐年增大的過程中，一些個人或企業受經濟利益驅動，使用了多種技術手段進行竊電，以降低企業的運行成本。這種行為對電力相關企業帶來了非常大的經濟損失。對現有數據進行分析可以看出，竊電的主要方式為分流竊電，即對用于計量電量的電能表的電流端子進行短接等處理。這種竊電方式不僅可以幫助用戶減少使用電量的計量，還具有檢測難度高、不易察覺等特點。為增強對分流竊電行為的檢測效果，降低或避免電力企業的經濟損失，必須在電力計量系統中采取必要的防分流竊電措施。

1、電力計量系統概述

我國目前所使用的電力計量方式主要有三種：高供高計、高供低計以及低供低計。其中，高供高計方式主要針對供電電壓高于10KV的供電系統，需要使用到高壓電壓和電流互感器；高供低計方式主要針對10KV以下的供電系統，需要使用低壓電流互感器；低壓低計主要用于對城鄉普通用戶的供電系統進行計量，不需要使用額外的計量設備，只需要使用普通的電能表即可完成計量工作。

針對電力計量系統的分流竊電技術主要集中在高壓電力用戶中，該類用戶用電需求量大，在竊電所帶來的經濟效益明顯，很難得到準確的監測。因而在電力計量系統中所采取的防分流竊電技術也主要集中在高壓電力計量系統中。

2、分流竊電檢測理論模型

實際應用中，高壓電力系統所使用的接線方式以三相三線制為主，這種情況下的電能表對電量進行計量時需要分別計量多個電流線圈的電流量才能夠獲得準確的電能使用情況。若對三相電路中接入電能表的線路進行部分短接則會造成某一部分線路的短接，使得實際流入電能表中用于計量的電流量與使用量之間出現差值，從而達到竊電的目的。

考慮到計量系統中A相和C相的電流互感器連接方式相同，可以建立計量模型如下圖1。圖1中將三相計量系統中不同連接范圍的導線阻抗以及電能表所具有的內部阻抗進行了等效。圖2為采用了分流竊電技術后的等效電路模型

對上述兩圖進行分析可以獲得最終的防分流竊電技術所需要監控的參數表達式：

從上式中可以看出，理想情況下的電流互感器二次繞組端的電壓與電流比要大于為分流竊電后的電壓與電流比。也就是說，通過監測計量系統中得到的電壓與電流比即可判斷該計量系統中是否存在分流竊電現象。

3、分流檢測監控技術

針對第2節中提出的監測參數可以設計一種檢測電壓電流比的分流監控裝置，利用該裝置對高壓電力計量系統中的電壓電流比進行實時監測。系統主要由數據采集電路、單片機以及相關的設備構成。

3.1單片機

在單片機的型號選擇方面可以采用AT公司生產的ATmega16處理器，該處理器的16K內置ROM可用于存儲處理器的執行程序，ISP串行接口可用于連接通用計算機進行程序下載和數據上傳。除此之外，ATmega16處理器還集成了多種系統級功能，可有效降低防分流竊電系統的實現難度。

3.2數據采集器

數據采集器主要功能是對用于進行電能計量的電壓值和電流值進行數據采集。由于ATmega16處理器中內置ADC部件，故數據采集器所采集的數據信息可直接輸入到單片機中進行數據處理。需要注意的是，在進行數據采集時，需要對A相線路以及C相線路的電壓分別進行采集。

3.3其他設備

為配合搭建分流竊電監測系統，除了上述兩部分核心器件外還需要在系統中配置數據存儲芯片、時鐘芯片、液晶顯示器以及操作所使用的鍵盤等。這些設備可以為分流竊電監測系統提供數據和狀態的記錄與顯示、時鐘的同步、功能變更等功能。

3.4軟件實現

為保證防分流竊電技術能夠得到正確的執行和應用，需要對整個分流竊電監測系統進行軟件編程實現，保證各項功能正常運行。

篇（5）

0引言

隨著科技的發展，能源問題日益受到國際社會的重視。風力發電是解決當前突出的能源和環境問題的有效手段，是目前世界上增長速度最快的能源和最有發展前景的新能源技術[1]。目前，對風能的利用也已達到商用階段[2]。在大電網難以達到的孤立地區，如海島、牧區，以前都使用燃料昂貴的柴油發電機。而這些地區，卻有著較豐富的風能資源，在這些地區推廣風力發電已是新能源建設中的一項重要工作。

風能總體上是一種豐富的可再生資源，發展風力發電可以在一定程度上節約一次能源的消耗和減少環境污染，然而，風能資源的地域分布具有明顯的差異性，并且在時間和空間上的分布具有很大的不均勻性[3]。由于風速經常處于變化的狀態，從而造成風力發電機組出力的波動，且這種變化不受控制，進而難以預測。孤立風力發電系統中的風力發電機容量較小、輸配電網絡結構簡單、用戶負荷單一，這些特點使得孤立風力發電系統的可靠性對整個系統來說尤為重要。為了保證用戶供電的安全、可靠、經濟，以及對今后孤立電網的建設有更好的改進，提高供電質量，因此對孤立風力發電系統進行可靠性評估是必不可少的。本文擬以東南沿海的某海島為研究對象，根據該島用電負荷和風速等數據，依照中國電力企業聯合所的2005--2010年全國電力可靠性指標，對其孤立風力發電系統的可靠性進行研究。

1 可靠性概念和分析方法

所謂電力系統可靠性，是指在電力系統按照可接受的質量標準和一定的用戶需求的情況下，對其不間斷地供應電能的能力所進行的度量[4]。由于電力系統的復雜性，對其整體進行可靠性的評估會有一定的困難。

通常，電力系統可靠性分析可以分為充裕度與安全性兩個方面。其中，充裕度是從靜態的角度出發，用于評價系統持續供應以滿足用戶電能需求的能力；安全性則是從暫態的角度出發，用于評價系統承受突然擾動后繼續保持穩定的能力。電力系統規模龐大，為了更準確地進行可靠性分析評估，對電力系統進行可靠性分析時可將其劃分成三個子系統?；陔娏ο到y的組成結構，可將其劃分為發電系統、輸電系統和配電系統三部分來進行可靠性評估：1、發電系統可靠性，是指評估統一并網運行的全部發電機組，按可接受標準及期望數量來滿足電力系統負荷電能需求的能力的度量。為確定電力系統能否保證電力供應所需的發電容量，因此衡量發電系統可靠性的指標是系統的充裕度，通常衡量系統充裕度的方法用概率方法。2、輸電系統可靠性，其可靠性包括充裕度和安全性。充裕度指標分為負荷點指標和系統指標兩類，兩者均采用故障篩選技術。安全性指標為了評估系統對突發故障的經受能力，其主要通過因故障引起的負荷損失量來度量。3、配電系統可靠性，它的指標主要評估的是充裕度。其典型的分析方法是故障模式影響分析法和可靠度預測分析法。

隨著科技的不斷進步，我國電力系統已經進入了快速發展的時期，實現電網大區域互聯、特高壓交直流混合輸電。由于系統規模的不斷擴大和結構的日益復雜，從而使得停電可能會導致巨大的財產損失和人員傷亡。所以，對電力系統進行合理的可靠性評估有著十分重要的現實意義。

本文依據大陳海島上的星星風電場一年的實際運行情況，針對風力發電機組的運行規律和其配電網自身的特點，建立的它們的可靠性數學模型，用發電系統可靠性分析方法對該海島風力發電系統進行可靠性分析，證明該海島風力發電系統能夠滿足電網穩定性指標，對負荷的電力供應可以達到安全、可靠的要求。

2 海島孤立電力系統可靠性的特點

我國的海島資源非常豐富，根據1996年第一次《全國海島綜合調查報告》的數據指出，我國面積在500m2以上的海島共有6961個（港澳臺及海南島除外，海南島本島和臺灣、香港、澳門所屬有的410個海島）其中有人居住的海島為433個，人口達452.7萬人。這些海島大多擁有豐富的漁業資源、旅游資源以及風能資源，因此對海島的開發將是今后國家建設中的一項重要工作。考慮到海島的交通不便，距離大陸架較遠，傳統的柴油發電已經不能滿足海島的經濟和環保發展需要，因此，海島孤立風力發電系統是既利于環保又有利于海島經濟建設的項目。

在海島孤立風力發電系統中，本文重點關注的是確定電力系統能否有充足的發電容量來滿足用電負荷的需要。海島孤立風力發電系統的可靠性指標是發電系統的充裕度。通過前一章可知，可靠性分析方法有確定性方法和概率方法。確定性方法，主要根據長期累計的發電系統可靠性資料、負荷預測資料和電源配置以及規劃設計人員的經驗來確定。概率方法，即電力不足概率法（loss of load probability，LOLP）、電力不足頻率、持續時間法（frequency and duration，F&D）和模擬法。任何估計發電系統充裕度的概率方法的基本途徑在原理上都相同，均由3部分組成，如圖2.1所示：

圖2.1 發電系統可靠性分析原理示意圖

將發電系統模型和發電系統負荷模型相結合形成適當的風險模型后，即可計算出一系列的可靠性指標。這些指標通常不考慮輸電網絡的約束（惟一例外的是互聯系統的聯絡線），也不反映任何特定用戶負荷點的供電不足，但能衡量整個發電系統的充裕度[5]。

篇（6）

1 引言

隨著中國經濟高速發展，電能的消耗也不斷增加，城市用電緊張的問題日益凸顯，因此，增建變電站、擴大電網規模勢在必行。但是另一方面，城鎮化建設的加快也造成了人口的遷移，越來越多的人涌向城市，這就造成了原本就稀缺的城市土地資源越來越匱乏。這兩個同樣尖銳卻又存在不可調和矛盾的問題導致了目前大型城市電網的建設越來越集約化，一個500kV中心變電站可能同時存在十回甚至更多的出線。牽一發而動全身，一旦發生故障，可能會造成城市中心區大面積停電，社會影響極其嚴重。比如2012年發生的深圳市“4.10”停電事件、2013年上海市“6.3”停電事件[1]以及2014年發生的東莞“4.11”停電事件，每一次大停電事件對這些超級城市的經濟損失都無法估量，引起的社會反響更是成為全國關注的焦點。而造成這些大停電的原因除了設備折舊、母線短路故障之外，敏感時段（早上7：00-夜間23：00）的人為操作也是主要原因之一。相較于前兩個因素的不確定性，敏感時間段的人為操作是更應該也更可控的一個基本要素。因此，對于大中型城市，減少在城市正常工作時間段的電力倒閘操作顯得尤為必要。

本文通過一個具體的計劃工作倒閘操作案例，分析了初始倒閘操作方案中存在的風險，結合該風險分析提出了一種減少倒閘操作步驟的新方案，進而得出優化后的操作方案。

2 案例分析

某市供電局計劃對220kV變電站A內設備開展月度檢修工作，圖1所示是當日該變電站A的電氣主接線圖。220kV側是雙母線結構、分別為220kV1M和2M，母聯2012開關在運行狀態；110kV側是雙母單分段結構、分別是110kV1M和2M、6M，母聯1012及分段1026開關均在運行狀態。

圖1 220kV變電站A電氣接線圖

現變電檢修人員計劃對110kV分段1026開關進行防水防潮改造及一次設備檢修維護工作，申請將110kV分段1026開關由運行狀態轉為檢修狀態。為了確保電網的供電可靠性以及高壓側、中壓側零序網絡的一致，在停電前，調度給出如下停電意見：

（1）將220kV變電站A的#3主變變高2203開關由掛220kV1M倒至220kV2M運行；

（2）變電站A的#2主變變高2202開關由掛220kV2M倒至220kV1M運行；

（3）變電站A的#3主變變中1103開關由由掛110kV1M倒至110kV6M運行；

（4）變電站A的#1主變變高和變中中性點接地運行；

（5）變電站A斷開110kV分段1026開關，斷開220kV母聯2012開關

我們發現，該意見需要對220kV變電站A進行兩次220kV的倒母線操作以及一次110kV倒母線操作，涉及的操作步驟較為復雜，很容易在倒母線的過程中出現雙母跳閘的風險，從而引起大面積停電，造成不利的社會反響。

進一步分析操作方案可以發現，之所以要進行如此多地倒閘操作，一方面是為了保證供電的可靠性，采取步驟（3）；另一方面是因為零序電流的特殊性，因為零序電流三相相位一致，只有通過中性點才能可靠流通。為了能保證零序電流的流通，于是操作方案中進行了步驟（1）、（2）以及（4）的操作。

3 新倒閘操作方案

通過節2中的案例分析，我們明確了倒閘操作方案的目的是為了降低電網操作風險，同時也保證零序電流可以可靠流通。因此，我們可以采用另一種倒閘操作方案。以下我們稱節2中的方案為方案1，新方案為方案2。

方案2：

（1）變電站A的#3主變變中1103開關由由掛110kV 1M倒至110kV 6M運行；

（2）變電站A的#1主變中中性點接地運行；

（3）變電站A斷開110kV分段1026開關。

在該方案中，倒閘操作步驟被精簡，而且不再涉及關鍵的220kV的倒母線操作，基本杜絕了220kV發生雙母跳閘導致大面積停電的風險，提高了電網的可靠性。但是，是否這種方式安排就滿足方案操作完畢后，110kV1M和2M上有兩臺主變，110kV 6M也有兩臺主變，保證了電網供電的可靠性。

4 新倒閘操作方案結論與分析

對于同一個變電站內的變壓器，我們可以認為各臺變壓器高壓側、中壓側以及低壓側的阻抗分別相等；另外，降壓三繞組變壓器的中壓側阻抗一般為一個較小的負值，變高和變低阻抗絕對值要比變中的阻抗絕對值大，變高側阻抗最大[2]，在方案1中，則當110kV 1M、2M側的110kV線路發生短路故障時，當高壓側阻抗比低壓側阻抗大較多時，兩種方案得出的零序電流相差不大。當低壓側阻抗較小時，也會進一步減小，從而和也會更加接近。

因此，當變壓器低壓側的阻抗較小時，我們可以采用方案2替代方案1進行倒母線操作，所產生的零序電流偏差很小，對零序保護影響很小，而且方案2同樣保證了電網的供電可靠性。

另外值得注意的是，當采用方案2進行倒母線操作后，若110kV 側的110kV線路發生短路故障，會較大一些，此時的零序短路電流會略偏小，因此不存在零序保護的誤動風險?？紤]到目前電力系統繼電保護冗余度的提高，從這個方面一定程度上提高了方案2的可靠性。

篇（7）

一、引言

電力工業是為國民經濟和社會發展提供能源的重要基礎產業，也是關系國計民生的公用事業。但日益復雜的電力系統，發生故障的幾率也在不斷增加，某些擾動可能導致大面積停電和穩定性問題尖銳化，嚴重時系統可能失去穩定。

目前電力系統中的常用的故障分析系統有故障錄波系統、輸電線路行波測距系統、小電流接地選線系統和電能質量監測系統等，這些系統為分析電網故障、確定電力系統在特定情況下的運行狀況提供了強有力的支持。這一類應用的共同點是都要對某些模擬量數據進行記錄、分析和計算，從而實現不同故障分析系統的功能。但目前處理錄波數據的系統一般只針對具體的應用而開發，相互之間盡管在數據處理方面有許多共性，卻是由不同公司各自開發的，系統的開放性差，只適用于某一種特定的應用，缺少平臺化的設計思想。這樣就形成了所謂的“自動化孤島”現象。

二、故障數據分析平臺的功能分析

目前電力系統中常用的故障數據分析系統有以下幾種：

（一）故障錄波分析系統

故障錄波系統是電力系統發生故障及振蕩時能自動記錄的一種系統，它可以記錄因短路故障、系統振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動引起的系統電流、電壓及其導出量，如有功、無功及系統頻率的全過程變化現象。主要用于檢測繼電保護與安全自動裝置的動作行為，了解系統暫態過程中系統各電參量的變化規律，校核電力系統計算程序及模型參數的正確性，故障錄波已成為分析系統故障的重要依據。

系統主要由電流(電壓)智能監視模塊、通信鏈路、監視微機和分析軟件四部分組成，該系統將多個智能監視模塊統一編址，通過通信網與分析主機相連，組成故障錄波系統。每一個智能監視模塊相當于一個獨立的微型故障錄波器，在線監視一條線路的運行狀況，連續采集數據。當該線路發生異常時，相應模塊連續采集一段設定時間段的線路運行數據，然后，將異常出現時刻前后各一段設定時間的數據作為故障錄波信息保存，并上傳給分析主機；分析主機將模塊上傳的數據加以保存、遠傳和處理，并可將異常波形顯示并打印出來。

（二）輸電線路行波測距系統

當輸電線路發生故障后，必須通過尋線找出故障點，并根據故障造成的損壞程度判斷線路能否繼續運行還是須停電檢修。行波測距是目前應用廣泛的故障測距方法，其基本原理是：在電力系統發生故障后，在故障點將產生向兩端運行的暫態行波，暫態行波在傳播過程中遇到不均勻介質時，將發生折射和反射，因此在故障點和母線檢測處暫態行波會發生反射和透射，這樣就可以利用兩個波頭之間的時間差來完成故障定位。

行波采集與處理系統安裝在廠站端，采用集中組屏式結構，一般包括行波采集裝置、T－GPS電力系統同步時鐘以及當地處理機三部分。行波采集裝置主要負責暫態電流信號的采集、緩存以及暫態啟動，并生成啟動報告；T－GPS負責提供精確同步脈沖信號及全球統一時間信息；當地處理機由一臺工控機構成，負責接收、存儲來自裝置的暫態啟動報告，并與安裝在線路對端所在變電所內的行波采集與處理系統交換啟動數據，從而自動給出雙端行波故障測距結果。

（三）小電流接地選線系統

電力系統配電網故障中絕大部分是單相接地故障。由于故障電流小，系統可帶故障繼續運行一定時間，小電流接地方式可顯著提高供電可靠性，同時也具有提高對設備和人身安全性、降低對通訊系統電磁干擾等優點。但長時間帶故障運行，特別是間歇性弧光接地故障時，過電壓容易使電力設備出現新的接地點使事故擴大；同時故障電流可能使故障點永久燒壞，最終引短路故障。因此故障后快速選擇故障線路就顯得十分重要，在發生故障時須準確選出故障線路，以便及時切除故障。

由以上分析可以得出故障處理系統的共性：首先進行數據的采集和存儲，再由數據處理模塊進行數據的分析、計算及各種特征的提取等操作，最后對所得結果進行保存、顯示和打印等。但目前不同的故障處理系統只針對具體應用開發，缺少通用平臺的概念。

三、平臺的主要功能模塊與工作流程

參數設置模塊可以對平臺運行的參數進行設置，使平臺在合適的狀態下運行。前置機通過規約處理模塊與站端裝置進行通信，接收不同監測裝置上傳的各種錄波數據，包括對不同通信規約傳輸數據的打包與解規約。數據通訊模塊負責與后臺機交換信息，若從裝置收到的錄波數據格式不符合Comtrade標準則先調用數據格式轉換模塊然后再將轉換后的數據交給數據通訊模塊。

故障處理模塊負責把接收到的數據進行分析處理，將數據分析后通過數據庫管理模塊送入數據庫服務器中，故障處理模塊還提供與高級應用程序的接口。報表管理模塊從數據庫中取得數據生成各種報表，裝置參數整定模塊在后臺機上發送參數整定命令，通過前置機發到裝置以調整裝置的運行狀態。裝置運行監控模塊實現監測與控制裝置運行狀況的功能，告警模塊處理裝置上報或是系統操作所產生的各種告警信息。

當用戶要查看錄波數據曲線時調用錄波查詢模塊查找到滿足要求的數據，再通過錄波曲線顯示模塊對要分析的數據進行查看。用戶權限設置模塊設定用戶的使用權限，以提高平臺的安全性。

四、結束語

本文提出的電力系統故障數據分析平臺，遵循標準化、模塊化、分布式、分層次的設計原則，具有良好的通用性和可擴展性，為開發故障錄波系統、行波測距、小電流接地故障監測和電能質量監測等以處理錄波數據為主的信息管理系統提供全面的底層支持。平臺的使用可以提高軟件的重復利用率，避免重復開發，減少電力企業的投資，有利于提高電網的運行和管理自動化水平。

參考文獻

[1]劉念、謝馳、滕福生，電力系統安全穩定問題研究[J].四川電力技術. 2004.（1）：1－6.

篇（8）

一、引言

當今，為了更好地為國家整體經濟的發展，以及電力技術的不斷提高，新電力設備不斷的使用，電力系統越來越復雜。而復雜的電力系統是否能夠穩定運行成為電力系統至關重要的環節。只有電力系統的穩定性才能持續保證電力的供應，進而保證工業經濟和人民的日常生活。

電力系統的穩定性運行問題開始受到關注最初是在上世紀40年代，之后由于電力系統發展的重點在技術創新和互聯網等方面上，電力系統的穩定性運行一直發展相當緩慢，以至于穩定性的理論體系也遲遲未建立完全。近些年來，隨著全球電力系統出現的幾起大型的電力系統穩定性破壞引發的事故（如用電負荷超高導致系統崩潰的事故等），例如，在西方發達國家就曾出現過由于穩定問題出現的大面積停電導致重大經濟損失[1，2]。因此，當前電力系統的穩定問題越來越引起了業內人士的廣泛關注，并認為電力系統的穩定運行成為制約電力系統發展的瓶頸[3]。

目前，電力系統穩定性問題分析開始得到不斷的發展，現在按照對失穩機理的認識，電力系統的分析方法可以分為兩類即靜態和動態分析方法。為了更好地指導以后的電力系統穩定運行和及時發現問題，在此對電力系統的穩定性問題的分析方法進行分析。

二、電力系統穩定性問題及其分類

電力系統穩定是指當受到一定的擾動時（或者小擾動或者大擾動），系統的電壓能夠保持不變，即使受到影響仍然可以在限定時間內恢復到允許的范圍內，不會發生崩潰或者偏低的情況。然而，在實際總往往受到擾動后無法在短時間內恢復到允許值或者出現崩潰等極端情況，此為電力系統的穩定性問題出現問題。

如何避免電力系統不穩定首先要確定是何種擾動導致的，即分析穩定失穩的機理。由于穩定劃分的標準不同，電力系統穩定性問題的具體的分類也有差異。例如，導致失穩的擾動規模來看，分為小擾動和大擾動；根據失穩事故時間的場景來看，分為暫態穩定、中期穩定和長期穩定等問題。

三、電力系統穩定性問題的分析方法

根據前面所提到的電力系統失穩的機理，目前的電力系統的穩定性分析方法主要有兩類，即靜態電壓穩定分析方法和動態電壓穩定分析方法。

1.靜態電壓穩定分析方法

當電力系統受到的干擾較小不足以引起系統的自發振蕩等問題的時候，可以認為系統是靜態的。靜態分析方法是以潮流方程為基礎的分析方法。該分析方法比較成熟，當前應用較廣。該方法的本質是認為電壓穩定是符合潮流問題，而電壓穩定與否關鍵是找到穩定與失穩的臨界點，即通常所說的電力網絡中的潮流極限，并通過各種方法求得此點并掌握失穩與穩定臨界的極限狀態的不同特征作為失穩的崩潰點[4]。

根據這一原理，該類靜態電壓穩定分析方法又可以細分為潮流多解法、靈敏度分析方法、奇異值分析法和連續潮流方法等。

其中，靈敏度法相對來說計算過程比較簡單，結果也非常清楚，適合于單臺發動機單負荷的電力系統中應用。奇異值法則是更加關注雅克比矩陣的奇異性對穩定性的影響，該方法計算簡單，技術成熟，應用很廣。

2.動態電壓穩定分析方法

其實，電力系統不能簡單歸類為靜態狀態，實質上電力系統更多的被認為是動態系統，即通常系統受到的干擾力都是很大的，容易使原來的運行狀態發生變化。因為系統中很多因素是動態可變的，正是因為可變性導致了電壓失穩。例如發電機的參數和動態特征、無功補償設備特征等。

目前，動態電壓穩定分析的方法可以分為以下幾類：小擾動的分析法、暫態電壓穩定分析法、中期電壓穩定分析法和長期電壓穩定分析法等[5，6]。

在此介紹以下暫態電壓穩定分析方法。與靜態相比，暫態是否穩定主要考慮的是電力系統在受到較大的擾動時電力系統的主要單元（這里主要指的是發動機）能否還能保持原來狀態運行。在研究此類問題的時候，通常需要進行簡化。暫態穩定分析的方法可分為兩類：數值解法和直接解法。

四、結論

為了更好地服務經濟生產，電力系統的穩定非常重要。特別是在當前長距離、高功率輸送電力的系統中，這就需要業內人士掌握相應評定電壓穩定的技術，探索出更為準確和貼切實際的穩定性值班，這樣可以更好地服務于社會。

參考文獻

[1]胡學浩.美加聯合電網大面積停電事故的反思和啟示閉.電網技術2003，27（9）：2-6

[2]Middlebrook R D.Input filter considerations in design and applications of switching regulators[C]. IEEE IAS Annual Meeting，Piscataway，1976， 1：158-162.

[3]潘冠文 電力系統電壓穩定性分析方法及展望[J].電源技術應用，2013，4：125.

篇（9）

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：

在現今社會，實現電力系統在安全可靠的前提下經濟運行，不僅對國民經濟具有重大意義，對國家政治也有重要影響。因此，面對日趨復雜的系統和日益增長的用戶需求，如何保證電網“安全、優質、經濟”運行，一直以來都是電力系統工程技術人員和學者的研究的重要課題之一。

一、無功優化的意義

電力系統無功優化是保證系統安全、經濟運行的一種有效手段，是提高電力系統電壓質量的重要措施之一。實現無功功率的優化可以改善電壓的分布、提高用戶端的電壓質量、減少電力傳輸(主要是線路和變壓器)的電能損耗，從而降低電力成本，同時也能提高電力傳輸能力和穩定運行水平。

隨著自動化技術的日益成熟，基于傳統的安全監控和數據采集系統的高級應用軟件如網絡拓撲、狀態估計、調度員潮流正逐步趨于實用化，在此基礎上可以進行功能的再擴展，開發電網電壓、無功優化控制系統。隨著電力通信的飛速發展，我們可以在現有的自動化系統基礎上進行無功優化計算，下達控制指令，利用電力通信信道，將這些指令傳遞給變電站的綜合自動化系統，投切電容器、調節變壓器分接頭，來實現無功功率的最優控制，將線損降低到最低，使SCADA/EMS系統的效益更加直觀、明顯。

二、靜態無功優化調度的模型與算法

1、數學模型

電力系統無功優化調度問題通常表示成含約束條件的非線性數學模型。從經濟性角度出發的經典模型是將系統的有功損耗最小化作為目標函數，從系統安全性角度出發的模型是將系統運行狀態（如節點電壓幅值）偏離期望值之平方和最小或者電壓穩定裕度最大作為目標函數，或者同時考慮這兩者構成多目標模型，此外，還有以無功注入總成本最小為目標的模型。在電力市場環境下，如考慮到無功功率的發電和運行成本，則可以采用有功和無功的發電總成本最小化作為目標函數。

2、求解方法

無功優化的求解方法主要有非線性規劃法（Non-Linear Programming，NLP）、線性規劃法（Linear Programming，LP）等常規的無功優化方法以及人工智能搜索方法等。

（1）常規優化方法

NLP能直接處理非線性的目標函數和約束函數，應用較廣泛的NLP方法主要有簡化梯度法、牛頓法和二次規劃法。

雖然ORPD問題屬于最優潮流問題中的一個特例，目標函數和約束條件是非線性的，但應用求解經濟調度的各種NLP方法來求解ORPD問題時或多或少都存在計算量大、收斂性差、穩定性不好等問題。簡化梯度法對罰函數和梯度步長的選取要求嚴格，收斂慢，且不能有效地處理函數的不等式約束。盡管二次規劃法的精確性及可靠性較好，但其計算時間隨問題規模的增加而急劇增長，在求解臨界可行問題時會出現不收斂。牛頓法具有快速收斂的特點，但尚不能有效處理電壓無功優化控制中的大量不等式約束。

（2）專家系統和人工神經網絡方法

20世紀80年代專家系統被引入到電網電壓無功控制領域。有研究者提出了一種便于為實時控制建立專家系統的方法，靈敏度樹，在此基礎上開發了電力系統電壓無功控制的專家系統，以協助操作人員監視母線電壓并選擇最有效的控制方法來處理電壓越限情況。也有學者采用專家系統和模糊集求解ORPD問題，在一系列規則中引入啟發式控制，根據隸屬度函數來度量規則的適應度。慮到僅依賴于專家系統或者ANN方法進行ORPD求解難度很大，因而常將其作為常規算法的輔助和補充來發揮作用。

（3）內點法

自N.Karmarkar于1984年提出具有多項式時間可解性的線性規劃內點算法以來，各種內點法相繼被提出，并已被擴展應用于求解二次規劃和直接非線性規劃模型。它們的主要優點是計算時間對問題的規模不敏感，計算速度快，收斂性好。但如何探測和處理優化過程中的不可行解的問題是內點法的一個障礙。

（4）啟發式搜索算法

近年來，啟發式搜索算法在全局優化問題中得到了密切關注和廣泛應用。如模擬退火算法、遺傳算法、進化規劃、進化策略、粒子群游算法、免疫算法、Tabu搜索算法以及這些算法的組合方法]等。而其中最引人矚目的是遺傳算法（Genetic Algorithms，GA）。

三、動態無功優化調度的模型與算法

在進行無功調度時將是在高電壓環境下進行操作、切換控制設備，如這些情況出現得很頻繁，就會破壞設備的絕緣強度、縮短設備的使用壽命，并形成事故隱患。此外，頻繁調節控制設備還加重了運行人員的工作強度，容易產生操作錯誤，不利于系統的安全運行。

因此，在動態無功優化調度數學模型中引入了變壓器抽頭和補償裝置投切開關允許動作次數的限制。現有建模方法主要是將一天的負荷預測數據劃分成若干（如24）個時段，然后以整天的能量損耗最小或者24時段內總網損最小為目標，并將控制變量的動作次數作為直接約束，從而獲得全天各時段的無功調度模式，形成了十分復雜的時空耦合問題，常會受負荷預測結果精度的影響。

劉明波給出了動態無功優化問題中嚴格意義下的非線性混合整數數學模型，介紹了各種離散控制設備每天的最大允許動作次數相同時的優化結果，顯示了動態無功優化取得的控制設備動作次數的降低是以有功網損的升高為代價的。

為簡化動態無功優化問題，通常的做法是簡化狀態解空間以達到降維效果：任曉娟通過啟發式規則確定控制設備的動作序列，采用一種稀疏矢量方法對控制變量進行一定的簡化，將數學模型轉化成靜態優化模型，適合于求解高中壓配電網的動態無功優化問題；文獻Sharif S S將負荷曲線劃分成若干時段，離散控制變量在每一個時段中的取值相同，在時段數較少（小于最大允許動作次數）的情況下自動滿足動作次數限制，然后進一步在各個大時段（interval）中再細分出若干個周期（period），對每個周期只使用連續變量、依據實時負荷數據進行優化，以盡可能地降低網損。由于過分強調了動作次數約束而減少時段的分區，很多情況下無法調動所有設備進行無功優化。

Liang R H根據預測的24時段負荷數據，將變壓器帶負荷調壓裝置的動作次數和無功補償投切次數作為約束，采用動態規劃法求解。由于狀態數量龐大，求解效率不高。

Wong Y K認為無功優化調度的目標除了通常被普遍采用的網損最小化和電壓合格化之外，還應增加控制設備的操作最小化。因此目標函數中增加各個控制變量的變化量罰函數，并依據經驗人為地根據各控制變量操作優先級的不同分配不同的罰因子，可惜各個罰因子沒有真正的物理意義，取值缺乏科學依據。

潘哲龍則將網損和動作元件數作為兩項懲罰項，加入到越限元件數最小化的目標函數中，采用一種分布式并行計算的遺傳算法進行求解，不過該文也沒有給出罰因子的選取方法。

倪煒提出在實時無功優化的目標函數中考慮控制變量的調節代價：以各臺設備的成本與調節故障導致的損失費用之和除以壽命期內的有效調節次數。

展望

隨著ORPD問題研究工作的深入，其控制次序問題和負荷模型問題將會凸現出來?？刂拼涡虻膯栴}涉及應用層面，而目前無功優化控制的應用基本仍停留在離線的水平上，因而該問題的理論研究也不夠深入，實際上，即使優化后得到一個可行解，在調節逐個設備的過程中也不一定能夠保證不出現臨時越限現象。負荷模型問題更是目前研究的一個盲點。實際上負荷與電壓的關系相當密切，由于無功優化的結果往往導致部分狀態變量逼近約束邊界，負荷與電壓的相互作用過程將會產生新的越限。由于負荷模型的研究本身是一個難點，通常將負荷視為恒功率，這種被普遍采用的假設值得推敲。

參考文獻

篇（10）

鐵路是國家的重要基礎設施、國家的大動脈、大眾化交通方式之一，它具有運輸能力大、成本低、能耗少、速度高、適應性強等眾多優點。在綜合交通體系中處于骨干地位，如果沒有鐵路的現代化就難以實現國家的現代化。由于中國幅員遼闊、內陸深廣、人口眾多，資源分布及工業布局不均衡，鐵路運輸在各種運輸方式中的優勢更加突出，在國民經濟和社會發展中具有特殊的地位和作用。

鐵路技術裝備和信息技術的現代化是實現鐵路現代化的重點任務之一，鐵路技術裝備是鐵路運輸的物質基礎，它包括線路、車站、電力、通信信號設備，機車、車輛、裝備、給水設備和建筑物以及電氣化鐵路的供電設施等。

近年來隨著運行管理模式的改革和技術進步，提高了電網安全、經濟運行水平、改善供電質量，達到了減人增效的目的，提高處理事故的靈活性和電網的穩定性、安全性，提高了鐵路供電單位的經濟效益和勞動生產率。先進的電力裝備、良好的供電質量記憶一流的服務水平，已成為鐵路對電力需求的重要組成部分。在電力的管理中，需要有一套完善的用電管理系統，電網運行狀態進行實時監測，及時掌握低壓配電網運行狀況。利用高科技手段提高用電效率，節約成本，給用電管理提供直接、便利的技術支持，為符合預測、電力調度、用電管理、配套服務奠定堅實的基礎。

1　典型鐵路電力遠動系統組成

為了充分發揮鐵路電力的貫穿作用，確保鐵路用電的安全可靠，減少其對鐵路運輸生產造成的影響，所以電力遠動技術被引入到鐵路電力系統中，電力遠動系統在我國的廣泛應用時間并不長，大致經歷了三個階段，分別是：有觸點式階段、布線邏輯式階段和軟件化階段等。

鐵路10kv電力遠動系統是一個綜合的鐵路供電和設備運行管理系統，由鐵路供電的特殊要求決定其需要采集的數據量。鐵路電力本文由收集整理遠動系統一般選用分層分布式系統結構，主要包括遠動控制主站、運動終端和通信通道三部分。

鐵路電力遠動系統對鐵路供電所、電力線路及信號電源進行情況等的實時監測控制，消滅了事故隱患、加快事故的處理速度、保證了鐵路行車的供電需求。

鐵路電力遠動系統采用n鏈式結構，即一臺遠動控制主站對應著n個被控端，系統一般除了具有遙控、遙信、遙控功能外，還應具有判斷和切除線路故障的功能。鐵路電力遠動系統如圖所示：

1.1　遠動控制主站

遠動控制主站主要是指在電網調度控制中心的計算機控制系統，它是整個電網調度管理控制系統的心臟部分，一般采用計算機局域網結構，分布式控制系統，以計算機設備為核心，以網絡節點為單元進行配置。它主要負責相關信息的收集與處理及綜合管理等，對沿線配電所及各站信號電源實施遙測、遙信和遙控，對個站貫通線和自閉線上的高壓分段開關實現遙控與遙信。

系統的硬件配置主要有前置機、后臺處理機、維護工作站、模擬屏、操作員節點機等網絡節點設備及相應的人機接口設備，設置了實時數據打印，文檔管理報表打印機、實時監視及衛星時鐘同步等外圍設備。

應用軟件是整個系統的靈魂，應用軟件協調完成同各個遠動終端的數據通訊任務；應用軟件把硬件系統采集的各種數據如電壓、電流、電量等經過計算后以合理的方式顯示出來供操作人員參考；操作人員的操作也要通過應用軟件才能執行；應用軟件還有很多其它功能。應用軟件的好壞將直接影響整個遠動系統的應用水平。

1.2　運動終端

運動終端設備分為配電所監控終端（rtu）、桿上開關監控終端（ftu）及信號電源監控終端（stu）。

運動終端采集的數據有利于分析正常時的負荷變化和故障時的變化情況，為科學分析判斷故障和合理調配資源提供了依據。

配電所綜合自動化安裝集中式rtu，根據整個系統的配電功能要求，rtu實現對配電所的遙測、遙信和遙控，將配電所基礎單元的所有保護信息通過遠動系統上送主站，以滿足遠方遙測、遙信、遙控、遙視等在線監測和遠方診斷及維護的要求。

桿上開關控制終端ftu以配電遠動控制終端為核心單元，配以不銹鋼控制箱體、操作機構、智能充電裝置、免維護蓄電池以及其它外圍設備。它主要安裝在電力貫通線、自閉線的分段開關上，用來檢測和控制開關的運行狀態，測量電路的電流、電壓和有功功率及無功功率等電氣量，采集高壓遠動負荷開關、高壓線路過流、短路遙信、高壓線路接地遙信等遙信量，保存十個故障錄波數據供系統事故分析。

信號電源監控終端stu設在沿線車站信號機械室內，實現對信號樓電源遙測、遙信、遙控功能。stu以配電遠動控制平臺為核心單元，與桿上開關監控終端ftu等遠動控制終端共同組成車站的監控節點，并轉發它們的數據至遠動控制主站，完成遠動控制功能。它主要檢測電力貫通線經變壓器輸出的信號電源的電器參量，采集信號電源相電壓、相電流及有功功率、功率因數、正序、負序等模擬量及低壓遠動斷流器過流、短路遙信等遙信量。記錄兩路信號電源的低壓遠動斷路器在發生過流、速跳閘時故障點前后各5個周期的電壓、電流波形曲線，保存十個故障錄波數據供系統故障分析。另外還記錄發生越限時，越限點前后各5s的電壓、電流有效值的故障曲線。

遠動終端主要包括數據輸入輸出模塊、數據通訊部分、電源部分等三個部分組成。

1.3　通信信道

通信信道是遠動系統中的最重要的組成部分。借助于通信信道，各遠動終端盒遠動控制主站得以相互交換信息和信息共享，提高了電力系統運行的可靠性，減少了連接電纜和設備數量，實現終端遠方監控。

遠動通道物理結構一般采用由光纜構成的環形結構，動態備用運行方式；遠動控制主站通過遠動通道查詢報文查詢遠動終端的數據，遠動終端如有數據則上送遠動控制主站，如無數據則回答正常應答報文。

由于鐵路電力遠動系統本身沒有通信線路，遠動控制主站通過鐵路通信系統提供的專用主／備光纖數字通道與被控終端進行通信，實現遠程監控，光纖數字通道采用環形結構。主控站采用雙以太網配置，在邏輯上與被控站通信構成點對點通信方式。

2　電力遠動系統的主要功能

鐵路電力遠動系統的主要任務就是將表征電力系統運行狀態和各發電廠和變電所的有關實時信息采集到遠動控制主站；把遠動控制主站的命令發往遠動終端，對設備進行調節和控制。

從遠動終端發往控制主站的信息有測量量和狀態量，測量量有有功功率、無功功率、電壓、電流、頻率和水庫的水位等。狀態量有斷路器、隔離開關的位置狀態、自動裝置、繼電保護的動作狀態，發電機組、遠動設備的運行狀態等。

主要功能包括遙測、遙信、遙控、打印；具有對線路故障進行檢測的能力；有對實時數據采集、傳輸、分析和處理的能力；具有對遠動終端在線自檢和顯示的功能；對用戶畫面和用戶數據庫實現在線修改、編輯和定義的功能；本文由收集整理所有計算機有自啟動、自恢復功能；冗余配置的雙主機系統，有可自動切換和手動切換的功能；對操作人員可進行模擬培訓和演示功能等。

2.1　遙測、遙信及遙控功能

遙測、遙信和遙控功能是鐵路電力遠動系統的最基本的功能。應用通信技術傳送被測變量的測量值稱之為遠程測量，簡稱遙測；應用通信技術完成對設備狀態信息的監視稱之為遠程信號，簡稱遙信；調度控制中心發送給發電廠或變電所的遠程命令有控制命令及調節命令，應用通信技術完成改變運行設備狀態的命令稱之為遠程命令，又稱之為遙控。

當調度中心需要直接抑制發電廠、變電所中的某些設備，就會發出相應的控制命令，這種應用通信技術完成對有兩個確定狀態的運行設備的控制成為遠程切換。在中國，通常把遠程切換稱為遙控。

隨著科技的進步，鐵路遠動系統的功能根據電力系統的實際需要還在不斷地擴展，為了有助于分析電力系統的事故、保證遠動裝置的正常運行和便于維護，還具有自檢查、自診斷等功能等。

2.2　線路故障檢測

遠動系統在線路故障檢測也發揮了重要的作用，當故障發生時采用過電流檢測原理，即可判斷線路電流是否超過整定值來檢測故障。由ftu檢測到故障并上報主站，主站系統首先要完成故障的自動定位，在確認線路失電的情況下自動遙控斷開故障線段兩側的負荷開關，隔離故障點，然后，自動下發遙控命令閉合兩側配電所出現開關，恢復非故障線段的供電，并給出提示信息和故障的處理報告，供調度員進一步分析。故障發生時，主站自動查找故障區間內所有的ftu暫態3i0值，找到最大值所在的ftu，則故障點位于該ftu相鄰的一側。然后比較該ftu兩側的暫態3i0值，找到較大者，并比較最大值與較大值暫態零序電流的方向，如果相同，則故障點位于最大值ftu的另一側；如果相反，則故障點位于兩者之間。同時利用零序電壓3i0值作為故障處理的啟動條件和閉鎖條件，提高故障檢測和定位的準確性。主站系統根據ftu上報的線路電壓數據，高壓斷相故障的位置應該在第一個出現任意線電壓或相電壓低于斷相故障電壓上限門檻值（如小于180v），而且大于斷相電壓下限門檻值（不為0）的開關和與其相鄰的上游開關之間。

3　電力遠動系統存在的問題

就目前而言，我國的電力遠動系統尚在建設之中，還沒有形成規模，在鐵路的供電網絡、路網供電方供電設備等與國外的差距還是很大[2-3]，從而導致供電網絡運行水平偏低，線路操作、倒閘作業、故障搶修、恢復供電等效率偏低，頻繁的導致了許多重特大安全事故的發生，造成了重大的人員和財產損失，故應加快鐵路電力遠動系統建設提高供電網絡整體運行水平，減少人員使用

量，減少事故發生概率。

3.1　運動系統設備的干擾

遠動系統設備屬高度集成化的弱電設備，其絕緣水平較低，對外界的干擾較為敏感，對于雷電等強電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低。而遠動設備工作環境卻是極易受到電磁干擾的強電場所，這些干擾對數據的采集、傳輸、處理產生影響，進而影響系統的準確性與穩定性。這些干擾主要包括來自自然環境的干擾，放電過程產生的干擾和來自電網的干擾等。

為了防止此類干擾對遠動系統的影響，可采取一些措施，如屏蔽措施、系統接地設計、濾波器的設計以及印刷電路板的設計等[3]，采用合理的抗干擾措施能夠明顯的電力遠動監控系統的安全性及可靠性。

3.2　運動系統的通訊通道

路電力遠動系統中通訊通道的設置方式主要以利用公網遠程撥號方式為主。這種方式產生的原因主要由鐵路電力遠動系統技術發展的歷史原因所造成。電力遠動技術進人鐵路電力系統時，全路還未組建dmis、tmis等系統。為了解決電力遠動的通訊通道問題，可以采取以下解決方案，如：電力線載波、利用公網各站端遠程撥號上網、用戶單位自行敷設通訊線等。隨著時間的推移，利用公網各站端遠程撥號上網方式逐漸在路內電力遠動系統中占據主導地位。隨著鐵路內部dmis、tmis等系統的組建，鐵路電力遠動系統完全可以借用它們的通訊通道，與這些系統組成綜合管理或綜合調度中心。鐵路電力系統是為鐵路通信信號設備供電的系統，該系統的正常工作是鐵路通信信號設備正常工作的基本條件，因此，該系統的信息也應該屬于行車安全信息。由此可見，鐵路電力遠動系統應該可以與dmis、tmis等系統合并，形成綜合管理或綜合調度系統。

3.3　遠動系統的軟硬件設計

由于現代鐵路運輸和指揮控制系統都是電氣化系統，以及一些跟列車行駛有關的新設備都更多的引入了自動化，鐵路用戶對鐵路電力遠動系統的穩定性、可靠性提出了更高的要求，所以需要建立可靠、完善的鐵路電力遠動系統，這里主要的是遠動系統的軟硬件設計[4]。