无线通信技术论文：无线通信技术在智能配电网中的应用研究

力 经 济 研 究258中国电力教育2010年第 27期 总第 178期 DOI 编码 10.3969/j.issn.1007-0079.2010.27.113无线通信技术在智能配电网中的应用研究李 晨光 王芸波 刘太 学摘要 信 息和通信技术是实现智能 电网的重要基础之 一，无线通信方式因成本低、灵活性强、便于扩 展等优点而广 受关注。本文介绍 了 无线通信技术在智能 电网 中的应用和研究现状，阐述了 智能 电网配电网的主要特点，分析 了 分布 式能源并网所带来的运行 、控制问题，对无线通信技术在智能配 电网 中的应用展开讨论， 给出 了 无线通信 系统的基本结构， 并指出在实际应用 中尚待解决的问题和重点研究方向。关键词 分布 式能源 ； 并网控制 ； 智能 电网 ； 无线通信技术作者简介 李晨光 （ 1974-） ，男 ，山东泰安人，深圳山东核电工程有限责任公司 ，助理工程师 ，主要研究方向 电力 系统自动化、电力建设； 王芸波 （ 1979-） ，男 ，山 东泰安人，深圳山 东核电工程有限责任公司 ，助理工程师 ，主要研究方向 电力 系统自 动化、电力建设。（山 东 济南 250100 ）随着社会经济的发展和地球所面临的资源、环境压力不断增大，低碳、降耗和清洁能源成为社会的共识，而电力作为重要能源消费必将在节能降耗和资源配置方面发挥更大的作用，智能电网是现代电力工业节能降耗、 改变能源结构的必然选择。 [1]针对智能电网技术，美欧各国已开展多项研究，内容覆盖发电、输电、配电和售电等各个环节。 [2] 由于各国的具体情况不同，其智能电网的建设动因和技术重点也存在差异。美国主要关注电力网络基础架构的升级更新，而欧洲则更侧重于将可再生能源和分布式能源接入电网。中国提出建设 “统一坚强智能电网” ，其内涵为 坚强可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放。 [3]尽管建设重点和目标不同，但是各国建设智能电网的驱动力都是基于市场、安全、 电能质量和环境因素，智能电网具有共同的特征，即自愈、优化、互动、兼容、集成、环保。兼容性是指电网能够同时适应集中发电与分散式发电模式，实现能量流与信息流的双向流动和交互，支持风电、光伏发电等可再生能源的接入，扩大系统运行调节的可选资源范围，满足电网与自然环境和谐发展。将电力和通讯的接点标准化，使燃料电池、各种储能装置等实现 “即插即用” 。 [4] 信息和通信技术是实现智能电网的重要基础之一，文献 [5] 对当前主流的通信技术进行了讨论，阐述了智能电网中对通信技术的特殊要求。文献 [6] 分析了配用电网对通信系统的要求，对配用电网通信方式、技术原理及组网特点进行了探讨。文献 [7] 针对智能电网建设的要求，提出了智能电网中采用无线局域网 （ WLAN）的总体架构，介绍了相关标准、技术选择和建设原则，为智能电网中无线局域网的网络建设和维护提供了借鉴。文献 [8] 介绍了移动通信系统的发展演进，并就新一代宽带无线移动通信系统在电力通信网络中的应用作了展望。无线通信技术具有建设成本低、可扩展性好等优点，在智能电网建设中必将发挥巨大作用。文章主要针对无线通信技术在智能配电网中的应用问题展开讨论，分析了分布式能源并网所带来的控制问题，并就无线通信技术在智能配电网中的具体应用展开讨论，给出无线通信系统的基本结构并探讨了实际应用中应关注的具体问题。一、智能配电网技术配电网直接面向用户 ，是保证电网安全稳定运行 、提高供电质量和电网运行效率的关键环节。在我国，配电网投资长期相对不足，自动化程度低，供电可靠性和电能质量有待提高。目前电力用户遭受的停电时间 95以上是由于配电系统原因造成的，并且配电网是造成电能质量恶化的主要因素，电力系统的损耗有近一半产生在配电网，分布式电源接入对电网的影响也主要是在配电网。因此，建设智能电网必须对配电网给予足够的关注，当前的主要研究方向包含如下三部分 。1.分布 式能源接入对电网运行的影响分布式电源 （ Distributed Energy Resources， DER）指小型、向当地负荷供电、 可直接连到配电网上的电源装置，包括分布式发电 （ Distributed Generation ， DG）和分布式储能（ Distributed Energy Storage ， DES） 。其中，分布式发电装置可分为风力发电、 太阳能光伏发电、 燃料电池等 ； 分布式储能装置可分为电化学储能 （如蓄电池） 、电磁储能 （如超导储能和超级电容器储能等） 、机械储能装置 （如飞轮储能和压缩空气储能等）以及近年来发展很快的电动汽车。 [9]智能电网区别于传统电网的一个根本特征是支持分布式电源的大量接入，从有利于可再生能源足额上网、节省整体投资出发，应积极地接入分布式电源并发挥其作用。通过保护控制的自适应以及系统接口的标准化， 支持分布式电源的 “即插即用”和优化调度。当前应用较多的分布式发电方式是风力发电和光伏太阳能发电，其功率输出均具有间歇性特性，一般与分布式储能装置联合并网使用，可以方便地实现功率双向流动，当负荷低谷时可以从电网上获取电能，而在负荷高峰时向电网送电，起到对负荷削峰填谷的作用，提高电网运行效率，并可就地补偿可再生能源发电装置功率输出的间歇性。风机、光伏电池、燃料电池、储能组件等都需要通过电力电子变换器才能与电网系统相连接，智能配电网的分布式能源并网中使用逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行之外，还需要根据局部电网量测信息进行附加控制，如电 力 经 济 研 究259中国电力教育2010年第 27期 总第 178期电压 / 频率 （ U/f ）控制和有功无功 （ PQ）控制，基于下垂特性的 U/f 控制能实现负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享，且在孤岛运行时为智能电网系统提供频率支撑， PQ控制可根据实际运行情况实现有功和无功功率的指定控制。 [10]如何根据局部配网量测信息， 进行分布式能源并网的协调、 优化、综合控制是实现并联电网安全、可靠、经济运行的关键。2.智能配 电网的保护控制与 自愈技术智能配电网面临供电需求的增大，连接复杂度的增高以及可再生能源接入等诸多问题，潮流的双向流动对传统继电保护提出了严峻挑战，研究和发展突出自愈功能的智能配电网成为供电企业保障供电可靠性的必然选择。 [11] 自愈是指电网能够及时检测出已发生或正在发生的故障并进行相应的纠正性操作，消除故障隐患，使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小，并在故障情况下能够维持系统连续运行 ，并且通过自治修复功能从故障中恢复自愈。配电网自愈控制体系结构包括配电网的一次系统和二次系统， 规模庞大， 具有海量数据。因此， 需要将调度系统、 继电保护、测量控制装置、 通信网络等相关内容有序组织，形成一个有机的整体，各部分之间协调工作，才能促使配电网具备自愈能力。无线通信技术具有分布灵活、可靠性高等特点，易于在配电网自愈控制中广泛采用。3. 微 电网控制技术微网可以将分散的分布式电源进行整合，集中接入同一个物理网络中，并利用储能装置和控制保护装置实时调节以平滑系统的波动，维持网络内部的发电和负荷的平衡，保证电压和频率的稳定。当微网并网运行时，它作为灵活调度的负荷，能根据主网的需要迅速作出响应，满足电力系统安全性的要求 ；当微网独立运行时，又能利用储能环节和控制保护环节维持自身的稳定运行 。微网独特的组网形式能够有效克服分布式电源随机性和间歇性的缺点，解决分布式电源的接入问题。自治运行是微网基本特点。作为小型能源网络，自治要求微网能够实时维持自身的能量平衡，可脱离主网独立运行 。如何保证微电网孤岛运行时的安全稳定，是在大电网故障情况下保证持续可靠供电的重要手段，尤其是故障情况下从并网运行方式到独立运行模式时，对因出力不能和负荷达到平衡而导致逆变器频率偏差等问题需进行深入分析和研究。二、无线通信技术在智能配电网中的应用探讨1.无线通信技术概述无线通信技术相对于成熟的有线通信来说，其安全性、可靠性相对较低，但其建设成本低、施工难度小、扩展灵活，在无线传输数据加密技术日趋完善的今天，无线通信技术已成为配网自动化中主要应用的通信技术。 [12] 目前主要采用 GPRS/CDMA 公网网络技术，但其数据传输的网络时延无法保障，而且网络信息安全性差，传输网络的可靠性低，使用费用高。宽带无线接入 BWA 技术可以很好地满足配电自动化业务对带宽、速率、时延等方面的要求，可广泛应用在整个电力配网自动化系统的业务领域中。宽带无线接入 （ BWA）是实现宽带网络接入的一种快捷部署方式，包括无线个 人域网 （ WPAN） 、无线局域网 （ WLAN） 、无线城域网 （ WMAN）和无线广域网 （ WWAN） 4 类，其主要特点包括 传输距离长、 信号速率高、 覆盖范围广 ， 业务能力强大、安全性高。宽带无线组网灵活、安装简单、投资小、扩容容易、施工不受城市建设约束、工程周期短、项目启动快等，故越来越受到重视。 [13]2.BWA技术应用于智能配 电网的可行性分析配电网通信业务具有接线复杂、分布分散、通信点多、通信设备工作环境较差、信息量非常庞大等特征。因此配网自动化系统对于通信的要求，首先必须具备可靠性，通信线路畅通并不受恶劣环境影响，其次要有双向通信功能。而宽带无线接入 （ BWA）技术具备了这些条件，在业内诸多企业的推动下 ，有望应用于智能配电网的通信业务中。 [12]在智能配电网的建设中，涉及到通信的主要问题是 含分布式能源的配电网保护控制问题，故障后微网带本地负荷的孤岛运行与控制，故障后配电网自动恢复控制等。 [14] 对于地处偏远地区的分布式电源，架设专用光纤通信网络不仅造价高、建设周期长，其恶劣的工作条件和维护容易造成通信故障。采用无线通信方式则具有成本低、扩展方便、工作可靠等一系列优点，对于供电可靠性要求不是太高的负荷，采用无线通信网构建其保护控制系统完全可以满足需求。从技术方面，在配电网中广泛应用的重合器、分段器等智能开关中集成无线通信模块，使其满足临近通信功能，对于配电网的智能保护控制和自愈均有重要意义。而且无线通信方式更易于扩展，不必重复进行通信网络的架设或升级。现在业已成熟应用的基于 GPRS 的多功能电能表是无线通信在配网中应用的成功案例，无线通信技术具有投资省、免维护、易于扩容、运行费用低等优点，具有广阔的应用前景。3. 实用化无线网络通信方案在配电网中采用无线通信方式的瓶颈是通信速率和数据容量，随着配网自动化和馈线自动化技术的发展，集中式和分布式控制所需要的信息量成倍增长，不可能完全采取无线通信方式。根据配电自动化通信网的层次划分，在实际应用中，可以采用无线网络和有线网络相结合的通信方式，在配电终端和用电终端等接入网中采用无线通信方式，充分发挥无线通信组网灵活、易于扩充、建设周期短、免维护等优点 ； 而在子站和主站间的通信采用专用光纤通道，满足数据传输的实时性要求。典型的智能配电网通信方案如图 1 所示。三、结语 智能电网是解决社会经济发展和资源环境问题的必然选择，智能配电网是智能电网的重要组成部分，涉及到分布式能源的并网、智能配电网的保护控制与自愈、微网的运行等诸多图 1 典型智能配电网通信方案电 力 经 济 研 究260中国电力教育2010年第 27期 总第 178期 谈电网调压与无功补偿姚强文摘要 无功功率是一种既不能作有功 ，但又会在 电网 中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率，所以在 电网 中要加入无功功率补偿的装置，同时对电网 电压进行调整 ，达到电网利用效率最大化。合理选择无功补偿方案和补偿容量 ，能有效提高系统的电压稳定性，保证 电网的质量 ，提高发输电设备的利用率，降低有功网损和减少 发 电 费 用。关键词 电压 ； 无功补偿 ； 调压 作者简介 姚强文 （ 1981-） ，男 ，内蒙古呼和浩特人，内蒙古超高压供电局，助理工程师 ，主要研究方向 变电运行 。 （内蒙古 呼和浩特 010080）在电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但同时它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率，所以在电网中要加入无功功率补偿的装置，同时对电网电压进行调整，达到电网利用效率最大化。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电设备的利用率，降低有功网损和减少发电费用。本文将从电网无功补偿的基本原则入手， 重点介绍电网中各种无功补偿措施的原理及方法，以达到改善功率因数、调整电压及补偿参数等作用。一、无功功率以及电压的基本概念1.无功功率只存在于 交流 电路中它的存在是由于电路中有储能元件。交变电流产生交变的磁场，交变的磁场又在储能元件中感应产生电势。储能元件与外部电路来回交换能量，无功功率的实质是表示这种能量交换的最大速率。由于系统中大多数元件呈感性，所以一般把感性元件看作是消耗无功的元件，而把容性元件看作是产生无功的元件。工程上引入无功功率的概念，用大写字母 Q 来表示，其定义为 Q ＝ UIsin 它的量纲与有功功率相同，为区别起见，它的单位称为无功伏安，简称乏 （用 Var 表示） 。2. 额定 电压电力系统及电力设备规定的正常工作电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。中国国家标准GB156-80额定电压中规定的电力系统 额定电压等级 如下 3kV， 6kV， 10kV， 35kV， 63kV， 110kV， 220kV， 330kV，500kV， 1000kV 。3. 电压质量DOI 编码 10.3969/j.issn.1007-0079.2010.27.114内容，而信息和通信技术是这一切得以实现的重要基础之一。无线通信技术在智能电网建设中必将发挥巨大作用。文章就无线通信技术在智能配电网中的应用展开讨论，给出了典型的智能配电网通信方案。在具体应用中，需对无线通信的通信协议、信息安全以及供电可靠性等问题进行进一步的研究。参考文献 [1] 林宇锋 , 钟金 , 吴复立 . 智能电网技术体系探讨 [J]. 电网技术 ,2009,128-14.[2] 陈树勇 , 宋书芳 , 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