自适应智能电力系统：主动配电网
摘要：电力网络是广泛而完善的。他们形成支持工业化社会基础设施的重要组成部分。由于旧设备更换的必要，政府的政策承诺，更清洁、可再生能源发电的来源，和电力行业的变革使电力网络由一个稳定的时期向重大的时代在转变。本文着眼于主动配电网。未来新的输电和配电系统将是对当今的系统设计的挑战。它们将应对可变电压和频率，并且将提供更灵活的，可持续的选择。智能电网将需要在信息技术的几个关键领域创新。灵活的，大规模的电力系统主动控制被需要。错误和不寻常的瞬态特性时，保护和控制系统将必须做出反应，并且保证事后的恢复。实时网络仿真和性能分析，将需要系统运营决策支持，能量和配送管理系统输入。先进的传感器和测量将被用于实现更高程度的自动化网络和更好的系统控制的，而普遍的通信将允许网络由智能系统被重新配置 关键词：自适应控制；主动网络；智能网络 1 背景与简介
在成熟的国际经济下，电力网络是广泛的，完善的，并且是支持工业化社会基础设施的重要组成部分。这些电力网络正从一个稳定的时期,许多长达几十年,向一个重大的时代转变。这种变化是由旧设备大规模更新的需求,政府政策承诺利用更清洁和可再生能源发电和电力工业结构,经济和监管改革推动。在发展中国家,必然的挑战是可持续的设计和施工所需的电力基础设施和能源经济和社会发展。值得注意的是潜在创新解决这些不同的需求可以提供网络技术的融合,设计和操作策略。
参考英国的情况，这种巨变是为企业，电力部门和消费者提供了机会。大量的网络投资是必要的，这已经反映在最近的行业监管，天然气电力市场办公室，供配电网络公司公布的价格管制之中。在20世纪60年代和70年代我们的网络在很大程度上是通过国家投资，并且天然气电力市场办公室已经提到了“重新布线英国”挑战。由于在1989/1990的电力供应行业放松管制,已经有重大技术和商业的变化。
本文旨在确定一个朝着主动配电网和创新电力传输演变,包括海底电网、高压直流系统和更激进的未来网络技术运用更大的自动化和分布式智能系统,即智能网络。
其他的参考和分析输出先进的网络技术的来源可以通过电力网络战略及其分布工作组(DWG)被发现。在DWG吸引其来自英国的分销部门的成员所有部分，包括网络运营商，设备制造商，监管机构（天然气电力市场办公室），顾问和学术界。技术架构分布式发电协调小组的报告(DWG的前身)特别强调了如果放开电力行业重大技术变革,如活跃,智能网络(贸易
和工业部门,整个行业需要合作的工作。值得注意的是，天然气电力市场办公室最近推出的创新资金奖励。这激励刺激了网络运营商基金学术研究成果的开发和测试的目的网络投资和发展的电力网络设计、技术和操作策略更可持续的基础上。 2 电力网络架构：技术现状
传统电力系统架构反映历史战略政策驱动构建大规模、集中化、散热（水力碳和原子核）的电站通过集成的电力传输（高压：400，275和132千伏）和分布（中压，低压：33千伏，11千伏，3.3千伏和440 V）的三相系统提供大量的能源供应来加载。
在成熟的经济体下，这些设计已经突出，但作为产业调整和低碳，可再生能源生产的国际政策驱动的结果，他们一直投资不足，现在的问题，是他们未来可持续发展方面和预期的可能会损害其支持创新的能力未来的能源方案。这些传统的分层控制结构设计不同的输电和配电在高压的水平上更加自动化和复杂化，与中央集权control-room-based运营管理和合理的普遍的通信能力进行自动控制和系统保护。在分布层面,传统的网络设计导致了不那么复杂的系统控制和管理自动化水平较低的结构。图1表明高层变化出现在电力系统架构在应对老龄化的资产管理水平和提高分布式发电连接。
考虑到显著增长和渗透的可再生能源和其他形式的分布式发电, 现在有越来越多的配电网络的压力，以解决由于嵌入分布式电源所带来的新的系统稳定性（电压，瞬态和动态），电能质量和网络操作，那将是，更典型地，更大规模的，热和连接到传输电网。因此，我们将要解决，类似于传统的传输网络，更有效的网络策略和技术将被要求在配电网出现的问题。
图2呈现了一些在网络管理问题和所产生的变化，以系统控制的传统方法
图1电力系统体系结构的演变
图2主动配电网的发展
“主动”这个词是重要的,因为中压配电网(不同于高压输电网络)历来是以被动的方式从整体供电点传递给客户。尽管反应率相对较低，但供应质量保证了规划一定程度的冗余和开关连接一些集中的能力点。单回路放射状配电线路很容易受到故障和电力系统保护方案的首要任务是要分离出现故障的部分和电源。
关闭供给客户的恢复可能是一个比较长的过程，因为自动恢复依赖于由控制器上运行方法，这些方法对于只有一小数量的方案写入。如果情况不适用，那么恢复是通过手动控制。网络中的电压分布在用于适应负荷变化的规划阶段和变压器分接开关（或许与线路压降补偿）进行评估。包含分布式电源需要更大程度的控制，包括分布式发电的无功功率控制。因此，它不是直接集成新的分布式发电和影响其与网络的连接。没有主动的网络管理,将完全不能意识到网络容量潜力。主动网络管理是整合分布式发电与电力系统的协调网络控制操作,而不是其直接的连接。主动网络管理还可以使用其他分布式资源，如存储，以缓解出现在能源使用和需求模式已经改变网络的限制。该中心的分布式发电和可持续电能（帝国，斯特拉思克莱德和卡迪夫）技术分析表明，通过采用积极的网络管理方法，配电网络可以容纳比没有积极管理相当于网络大约3倍以上分布式发电的连接。
近年来，主动配电网和智能自动化/电力系统的概念获得了传播,也反映在英国的技术焦点和电力网络的DWG策略组(www.ensg.gov.uk)和技术规划的工程和物理科学研究理事会SUPERGEN活动, 比如未来的网络技术,高度分布式电力系统和能源基础设施。在国际上，欧盟技术平台和北美的电力科学研究院也推动这方面的工作，比如智能电网和高级配电自动化产品组合下的几个项目。主动配电网受到越来越多的关注，主要有三方面原因。首先，有越
来越多的客户期望可靠的电力传输和高的供电质量。第二，有政策的推动，方便连接比较小发电（和潜在的存储）设备到中、低电压系统。在欧洲,这主要是利用局部可再生能源的驱动。然而,在美国,驱动是电力系统网络拥塞管理。第三个因素,尤其是在英国,是配电网络运营商本身的愿望, 从资产利用率的角度来看以更好地管理他们的资产,延迟衰老的钢筋和战略替代资产。
3 创新要求：未来的发展和研究
主动配电网和智能的实现自动化/电力系统的前提是可用性,通过支撑基础研究和合作战略研究,几个关键的电力技术和创新的信息系统和方法。这些包括：
广域、协调、主动控制在一个(相对)大规模电力系统,而不是在一对一基础上提供灵活的网络操作,包括战略孤岛的具体运作模式下的电力系统部分（参照由丹麦Energinet.dk提出所述功率单元的概念）。见图3的示意图表示这样的半自治系统。这样可以满足控制要求复杂的系统的使用方法和候选技术分析，如大规模的多输入 - 多输出问题个别信道分析。
图3半自治的电力系统的示意图或动力电池管理主电网孤岛效应的能力
自适应和综合保护/控制系统，需要在网络故障条件下，不寻常的瞬态特性和事后的恢复/重新配置中提供灵活的，优化的反应。适应性的需求源于大量的电力系统的运作模式和配置,可能出现许多数以百计的生成源(和数以千计的根深蒂固的一代在微电网技术水平)。该研究将要求能够识别由大量发电机控制器，网络管理控制器（通常基于电力电子的）和有源负载之间复杂的相互作用的新过渡现象的所带来的新颖的算法。图4显示了一个概念综合网络管理的方法。注意基于广域测量的系统状态估计的方法(在分布和传输两个层面)的需要是很重要的,这些信息可用于结合先进的主动控制和保护系统。
图4概念综合网络管理的方法
电力电子基础的网络管理设备为分布式发电（异步电机，直流电源和交流同步源）和电压/功率流主动管理的电力系统的网络接口。也就是说，提供了在分布级别相同质量的功率和网络配置管理作为经由柔性交流输电系统（FACTS）设置的高电压电平。图5提供了许多通用电力电子基网络控制配置。在这一领域的研究挑战在于对大电流,高压开关、新设备配置/系统和这些为优化网络支持开关设备的控制的新设备和材料研究。
图5电力电子基网络控制配置
实时网络仿真和性能分析,是提供支持系统运营商和输入能量管理系统和配电管理系统(或它们的组合) 决策的关键。这可以通过新颖的模型和算法的开发，以及新的电力系统的数据结构（例如，公共信息模型-CIMs）来实现。研究需要在于新颖的电力系统和电厂模型,稳定算法执行、集成通用仿真平台上实时仿真分析硬件和软件设计。
先进的传感器和测量，对采集和关键措施的转移和实现更高程度的网络自动化和更确定
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