自愈控制研究论文

自愈控制研究论文（精选7篇）

自愈控制研究论文 第1篇

随着计算机技术以及自动控制技术的发展, 智能配电网的应用越来越广泛, 为社会生产以及人民生活带来重要影响。近几年, 电力领域对智能电网的研究越来越深入, 其中自愈控制技术成为研究热点, 但是从目前情况来看, 相关研究仍旧没有形成一个完整的理论体系, 对智能电网实际运行特征缺乏思考, 如何解决这一问题, 发挥自愈控制技术的应用价值, 是所有电力企业必须要思考的问题。

1 自愈控制技术概述

1.1 自愈控制技术的含义

与传统的控制方法相比, 自愈控制技术主要针对的是智能配电网, 控制难度明显加大, 同时, 其在故障处理方面不再局限于传统的DA故障处理, 而是将重点放在故障预测和预防上, 降低电网系统发生故障的可能性。自愈技术的研究和应用中, 要将配电快速仿真与模拟作为重点内容, 主要是出于以下几方面的考虑:首先, 智能电网的发展速度非常快, 接线结构越来越灵活, 运行模式与以往相比也表现出很大不同, 配电快速仿真与模拟就相当于智能配电网的大脑, 起到一种指挥作用, 具有较高的灵活性;其次, 智能电网对自动控制技术的要求越来越高, 配电快速仿真与模拟过程并不仅仅是简单的计算过程, 还需要根据计算结果以及实际需要选择出最佳运行方案, 达到资源优化配置目标。

1.2 自愈控制技术的重要价值

首先, 应用自愈控制技术可以实现对智能配电系统的实时监控, 为系统运行状态评估以及系统优化设计提供数据参考;其次, 快速仿真与模拟可以实现系统的连续优化, 提高供电质量, 同时提升供电可靠性;第三, 自愈技术的应用可以使智能电网系统具备故障分析与预测能力, 一方面要最大限度减小安全事故发生的可能性, 另一方面在发生事故以后要尽量减小损失, 在最短时间内恢复系统运行;第四, 自愈控制技术会从智能电网的运行与规划两个角度来思考问题, 为工作人员提供可行性的运行方案, 起到一种辅助决策的作用;最后, 自愈控制系统中, 除了考虑系统本身因素之外, 还会将市场以及电力政策风险综合考虑在内, 对电网系统运行的安全性和可靠性进行定性和定量分析, 在满足人们用电需求的前提下, 实现供电企业的效益最大化。

2 智能配电网中自愈控制关键技术及其应用

2.1 在线监测技术及应用

在线监测技术是自愈控制中的基础技术, 只有将该项技术应用智能配电网中, 技术人员才能准确掌握各项运行参数, 才能判断出系统运行状态, 为后续控制工作打下基础。逐状态监测技术中主要包括两项内容, 一是电气量的测量, 包括系统电流、电压以及电阻等基本数据;二是非电气量的监测, 例如可以通过含水量来判断设备是否出现潮湿问题, 可以通过变压器气体种类以及数量判断出变压器绝缘物质是否发生分解等。随着信息技术的发展, 高级量测技术逐渐发展起来, 用被应用于智能电网中, 取得了不错的效果, 其相当于在监测技术的延伸和发展, 智能化水平更高, 监测规模更大, 最大的特征就是在应用过程中强调双向通信, 可以实现供电企业与用户之间的互动。

2.2 运行状态评估技术及应用

根据在线检测数据对运行状态进行评估, 可以判断出系统的运行状态, 及时发现系统中存在的潜在隐患, 为故障控制做好准备, 具体包括以下几个内容:首先是电网总体运行状态, 一是当前电网以何种方式运行, 二是未来一段时间有可能出现的状态;其次是设备状态的评估, 主要是根据设备原始参数以及当前运行参数来判断;第三是脆弱性评估, 就是根据以上评估结果找到系统中的薄弱环节, 为预防控制策略的提出提供依据;第四风险评估, 一是长期风险, 包括气候变化对系统运行造成的影响, 二是短期风险, 主要是指一些突发状况有可能对系统带来的影响, 另外还包括市场环境以及国家政策的变化所带来的外部风险;最后是安全预警, 主要将风险评估结果作为依据, 根据风险类型、风险发生的可能性大小科学划分预警级别, 做出相应的防范措施, 提升防御的主动性, 实现自愈控制目标。

2.3 快速仿真模拟技术及应用

关于快速仿真模拟技术前面已经作了简单介绍, 其在整个自愈控制系统中发挥重要作用, 属于分析工具中的一种, 是由若干个实时分析软件组成, 这些软件都直接面向配电网, 技术人员通过这些软件实现对系统数据的管理。该项技术的具体功能包括潮流计算、预测仿真、自适应保护、故障定位等, 需要与其他技术联合使用。

2.4 分析与决策技术及应用

自愈控制技术最大的优势就是不仅可以对配电网运行状态进行监控和评估, 而且可以对评估结果进行分析, 并作出相应的决策, 也就是说其具备“思考功能”和“决策功能”。分析时主要包括以下几项内容:一是各类装置发生故障时的性能;二是这些故障会对整个电网系统产生哪些影响;三是系统的接地方式以及负荷水平及其对各类故障的影响。而这里所说的决策就是自愈控制决策, 就是故障解决方案, 需要将所有的控制方案存入到信息库中, 决策系统进行实际故障特性信息匹配得到自愈控制方案。

3 总结

随着社会经济的发展, 社会生产以及人民生活对用电安全性和稳定性提出了更高要求, 智能电网的应用范围越来越广, 人们对自愈控制技术的研究也越来越深入。本文主要分析了几种关键的自愈控制技术及其应用, 旨在为智能电网的科学管理提供依据, 促进我国电力事业的进一步发展。

参考文献

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[2]秦红霞, 谭志海.智能配电网自愈控制系统技术研究与设计[J].电力系统保护与控制, 2014 (22) :134-139.

自愈控制研究论文 第2篇

国家电网公司提出了以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网的发展目标。智能电网具有“自愈、可靠、预测、安全、互动、优质、高效、协调、集成、兼容”十大特点,它不但具有对各种随机性和间歇性电源的消纳能力、允许多种清洁能源发电并入,而且能及时发现故障,并提供在线决策支持,通过各道防线实施控制。自愈是智能电网的核心。“自愈”源于生物医学界,在系统理论中定义为系统的一种能够察觉自身状态,且在干预的情况下采取适当的调整以恢复常态的性质。在电力系统中是指把电网中有问题的元件从系统中隔离出来,并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态。

目前很多文献提出利用多代理技术来解决分布式电网的自愈控制问题。多代理系统是一种能够智能和灵活地对工作条件的变化和周围过程的需求进行相适应的系统,多代理系统由多个代理通过共同合作来组成,利用多代理系统可有效解决结构和拓扑复杂的分布式电网自愈控制问题[1,2]。文献[3]提出利用对等多代理技术实现故障预警、隔离和恢复,但是该文献既没有考虑如多分支等情况,也没有考虑到继电保护设备拒动、通信网络阻塞等问题;文献[4]提出了一种介于集中式主站方式和重合器配合方式之间的分布式实现方式,该方法的缺点在于多代理的设计结构过于复杂,而且区域内一次电力网络的变化将会导致该区域所有代理的重新配置;文献[5]提出了一种基于通用面向对象变电站事件的分布式智能馈线自动化系统,从开环和闭环网络两个方面讨论了分布式电网的自愈控制方法,其本质上仍然是传统的分布式和集中式相结合的方法;文献[6-7]将电网的自愈控制分为稳定、故障隔离及重组三种状态;文献[8-11]则从故障自愈控制的不同阶段对该问题进行了阐述。

本文在前述文献的基础上,提出了一种基于多代理技术的分布式电网自愈控制方案,该方法将首先按照配电网物理器件特性,将代理分为馈线代理和负荷开关代理两类,将自愈控制过程分为三个阶段六个状态,并考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题,真正实现了分布式对等的多代理控制,文中方法逻辑清晰,实现简单,为分布式电网实现自愈控制打下良好的理论基础。

1多代理系统

1.1多代理系统简介

多代理的定义目前还没有公认的标准,本文所研究的代理,是代表用户或其他程序,以主动服务的方式完成一组计算机相关操作的计算机实体。多代理系统由多个代理相互协作,完成相应的功能。通信能力是多代理技术的重要特征,代理通过通信获取必要的信息,各个代理间通过参数的交互,协作完成求解同一问题。本文所研究系统只包括两个类型的代理,即馈线代理和负荷开关代理。馈线代理主要是定义变电站的出线侧断路器的行为,而负荷开关代理则主要定义为配电线路上的负荷开关的行为。利用多代理系统,结合系统状态机,将分布式电力系统的自愈分为故障检测、隔离和恢复三个阶段六个状态,接下来对该算法进行详细介绍。

1.2状态机(state machine)

一个状态机是一个行为,它说明对象在生命周期中响应事件所经历的状态序列以及对事件的响应。一个状态(state)是指在对象生命周期中的一个条件或状况,在此期间对象将满足某些条件、执行某些状态或等待某些事件。一个事件(event)是对一个在时间和空间上占有一定地位的有意义的事情的规格说明。在状态机中,一个事件能够触发一个状态转换。一个转换是两个状态之间的一种关系,它指明对象在第一个状态中执行一定的动作,并当特定事件发生或特定的条件满足时进入第二个状态。一个动作是一个引起模型状态改变或值的返回的可执行的原子操作。本文根据自愈控制的关键步骤,提出系统状态机如下:

1)无返回查询;

2)带返回查询;

3)跳闸;

4)查询是否需要转供;

5)查询转供可能;

6)转供。

1.3参数格式

每个馈线代理的参数均包括4个部分:

1)系统中其他的馈线代理;

2)是否检测到短路电流及短路电流方向;

3)与其相邻的第一级负荷开关代理;

4)与第一级负荷开关代理相邻的第二级负荷开关代理。

每个负荷开关代理的参数均包括5个部分:

1)本负荷开关代理的运行状态(断开或闭合);

2)是否检测到短路电流及短路电流方向;

3)与其相邻的第一级负荷开关代理;

4)与第一级负荷开关代理相邻的第二级负荷开关代理。

5)以本负荷开关为分界点的不同方向上所带负荷。

2分布式电网自愈控制的模型

2.1自愈控制模型

分布式电网实现自愈控制的基础单元是负荷开关,这些负荷开关除了需要满足正常的短路电流大小与方向检测、相邻节点负荷开关正常通信之外,还需要考虑开关拒动、通信通道障碍等问题。图1为一个典型的分布式网络。

图1中,包括了馈线代理S1、S2、S3以及负荷开关代理A、B、C、D、E、F、G。从系统结构上来说,主要包括开环和闭环两种结构,对于闭环结构的网络来说,如果系统发生故障,则自愈控制方案将故障隔离即可;而对于开环网络来说,如果系统发生故障,不仅需要将故障隔离,还需要对网络进行重构,将部分停电节点通过其他电源进行转供电,因此,开环网络和闭环网络的处理方法不尽相同,需要分别考虑。

在系统发生故障后,首先由检测到故障电流的馈线代理进行重合闸,以判断短路故障是瞬时性故障还是永久性故障;若重合闸失败,馈线代理则进行一次信息交互,进行消息闭锁,然后进入故障检测环节。具体算法为:首先定义馈线代理的优先级,优先级的定义并无特殊要求,可遵循从左至右、从上至下的要求,如S1->S2->S3;然后由检测到短路故障的馈线代理发送给其下一级的馈线代理,如图1(d)所示,如果由S2首先检测到短路电流,发送S2短路信息至S3;当S3接收到高一级的短路信号时,则发送S2短路信息至S1,若S1并没有检测到故障电流,则由S1发送S2检测到故障电流发送至S2,由S2进入故障检测环节;若S1已检测到故障电流,则由S1直接进入故障检测环节。

2.2故障检测

在S1检测到故障电流后,开始向其邻近的第一级负荷开关发送检测命令;若与S1相邻的负荷开关节点只有1个,则发送无返回查询命令;若与S1相邻的负荷开关节点超过1个,则发送有返回查询命令,因为当其在某个方向上的相邻节点超过1个时,短路点则可能发生在该区域或者其中的某一条支路上。

根据研究发现,如果在某节点的某个方向上的相邻节点只有一个,并且该节点不存在短路电流,或者存在方向相反的短路电流,则说明短路点在该区间内。

如果在某节点的某个方向上的相邻节点超过一个,则存在如下规则。

规则1:若相邻节点中均没有检测到短路电流,则说明短路点在该区域内,并且系统属于开环运行。

规则2:若相邻节点中只有一个节点存在短路电流,且电流方向相同,则说明短路点发生在该节点所在支路上。

规则3:若相邻节点中存在电流方向相反的节点,且剩余节点均未检测到短路电流,则说明短路点在该区域内,系统属于闭环运行。

规则4:若相邻节点中所有节点均检测到短路电流,且电流方向相反,则说明短路点在该区域内,系统属于闭环运行。

规则5:若所有节点均检测到短路电流,但只有一个节点电流方向相同,其余节点电流方向相反,则说明短路点在该电流方向相同的节点所在支路上,系统属于闭环运行。

以图a为例,当S1发送无返回查询至代理A,代理A发送有返回查询至代理B和代理F,代理B和代理F分别返回没有检测到短路电流,则符合规则1,证明短路点在区域ABF内;图b也符合规则1,图c符合规则3;图d中故障fg1符合规则4;故障fg2符合规则5。

2.3故障隔离

在判断系统的短路点之后,接下来就需要对故障进行隔离。对故障进行隔离需要考虑到信号通信故障,继电器拒动等因素。若在节点发现某一方向的区域内发现故障,则通知该区域的相邻节点跳闸,发送有返回跳闸指令以隔离故障。相邻节点跳闸成功后,返回跳闸成功信号;若相邻节点跳闸不成功则返回跳闸不成功信号,或者源节点接收不到相邻节点的跳闸信号,由源节点在路由中将该节点信息删除,并视该节点的下一级节点为源节点的相邻节点,然后通知修改后的下一级相邻节点跳闸。

以图d假设区域ABF间发生永久性接地短路故障fg1,当代理A检测到故障发生在区域ABF后,发送跳闸指令至代理B和代理F,若代理B跳闸不成功,返回跳闸不成功信号至代理A,则代理A通知与代理B相邻的下一级代理C跳闸;若代理B在指定时间内无消息返回,也进行同样操作。

2.4故障恢复

对于闭环系统,将故障成功隔离后,剩余部分均可正常工作,无需考虑故障快速恢复问题。但对于开环系统,则需要考虑负荷转供与恢复问题。负荷转供需要考虑两个方面,一是是否存在转供路径;二是是否具有转供能力。在图4(b)中,当代理B和代理F跳闸后,分别携带参数负荷值向其下一级方向查询是否存在转供路径;若发现存在断开节点,则进入查询负荷转供能力状态,然后由断开节点向下一级进行查询,直至馈线节点;若期间又一次发现存在断开节点,则退出程序;馈线节点在计算当前负荷剩余能力之后,若有能力进行转供,则进入返回转供状态,逐步通知断开节点闭合;若发现无转供能力,则退出程序。

2.5算法分析

与其他算法相比,本文有效解决了通信阻塞问题,实现了配电网开环闭环一体化控制方法。关于通信阻塞问题,本文通过优先级的定义,规定了自愈系统的查询和控制总是由最高级别带有故障电流的馈线代理发起,将有效解决通信阻塞问题。另一方面,本文将开环系统的自愈控制方案和闭环自愈控制方案组成在一起,只是通过软件方面来区别,实现了开环和闭环配电网一体化控制。关于算法自检功能,目前还在进一步研究之中。

3算例

以图1(a)为例,对文中算法进行验证,假定在区域ABF间发生短路永久性接地故障,负荷开关B拒动。利用软件JADE进行故障仿真模拟,其状态及消息过程如图2所示。

图中共分为6个状态和15条信息。其消息过程如下:

1.当代理S1发现短路故障电流之后,通过代理S1自身参数设置进行重合闸,若重合闸不成功,进行消息闭锁,然后系统即进入状态1,并检测到其下级仅有一个负荷开关代理A,则向该代理发送一个无返回的查询;

2-3.当代理A收到上级无返回查询之后,开始检测本身的短路电流,当A发现自身也曾检测到短路电流并且发现A的下级代理超过1个,则准备向下一级代理B和代理F分别发送一个有返回查询;

4-5.代理B和代理F向代理A返回没有发现短路电流信息;

6-7.代理A根据故障检测规则判断,故障就发生在代理ABF之间;系统进入状态2进行故障隔离,代理A向代理B和F发送负荷开关跳闸信号;

8-9.代理F接收到跳闸信号后跳闸成功,返回跳闸成功信号,然后检测到代理F不存在下一级的代理,则该路消息终止;代理B接收到跳闸信号后跳闸不成功,返回跳闸不成功信号;

10.代理A接收到代理B跳闸不成功信号,发送跳闸信号至B的下一级代理C。

11.代理C跳闸成功之后,故障已经被隔离,此时系统进入状态3,向下一级代理D查询是否需要转供;

12.代理D发现自己属于断开节点,证明系统需要转供;系统进入状态4,并向下一级代理E发送查询转供能力信息;

13.代理E向下一级代理S2发送查询转供能力信息;

14.代理S2发现自身有转供能力后,发送信息至代理E可以转供命令;

15.代理E收到可以转供命令后,进行合闸。至此系统恢复完毕。

4结论

本文所提出的基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略,在考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题的基础上,将自愈控制过程分为故障检测、隔离和恢复三个阶段,在这三个阶段利用对等的分布式通信方式,利用不同阶段的不同算法进行分析,并将消息过程分为六个状态,并规定了状态之间转换的条件,最后以某个算例进行分析,验证了文中算法的有效性和实用性。

参考文献

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智能配电网自愈控制技术探讨 第3篇

关键词：智能配电网,自愈控制技术,供电可靠性

引言

在国家安全防御体系中电网安全保障体系属于一个非常重要的组成部分, 智能配电网自愈控制技术的应用能够有效地保证电网的安全, 这主要是由于在电网正常运行时智能配电网的自由控制可以实现优化和预警, 并且诊断故障情况, 明确相关故障的位置, 确保能够及时地恢复供电。在未来的电网技术发展中智能配电网的自愈控制技术属于一个非常重要的发展趋势。

1 智能电网自愈控制概述

智能配电网自愈控制主要指的是能够在不同的配电网区域和层次进行有效的协调, 并且可以实现优化技术指标和经济指标的一种控制策略和手段, 其能够使配电网具有自我恢复、自我决策、自我诊断和自我感知等一系列的能力, 确保在不同状态下的配电网实现经济、可靠和安全运行。智能配电网自愈控制在正常运行的配电网中主要是优化、监控和进行系统预警。在电网处于故障状态的时候, 智能配电网的自愈控制技术能够准确的定位故障, 并且对故障进行隔离处理, 确保能够及时、快速地恢复供电[1]。下面介绍故障自愈的处理过程。图1中的10k V出线断路器分别是S1、S2以及S3, 同时其具有自动跳闸的功能, 站外开关为剩下的几个开关, 而且其没有自动跳闸的功能, 一旦有故障出现在A2~A3段线路间, 那么就会从S1、A1、A2中经过短路电流, 由于S1开关本身具备自动跳闸功能, 所以其可以自动跳闸启动保护工作。

(1) 故障启动:在该实例中启动条件为分闸加保护, 一旦配电自动化主站检测到出现满足启动条件的保护动作信号, 就会将故障分析启动。 (2) 故障定位:系统在分析到有过流信号动作出现在A1和A2开关中, 同时其他的过流信号没有动作, 所以将A2和A3之间确定为故障区域。 (3) 故障隔离:在将故障区域定位出来之后, 将A2和A3开关断开。 (4) 故障恢复:将S1开关合上, 这样上游恢复供电, 将A6或者A9开关合上, 下游就可以恢复供电。如果具有若干个下游恢复方案, 这时候系统就会分析下游恢复方案的优先级别, 并且以实际的情况优选下游恢复方案, 最终将最优的恢复方案选择出来。

2 智能配电网自愈控制系统的关键技术分析

(1) 故障隔离与网络重构的关键技术:在正常运行状态下智能电网的故障隔离与网络重构属于最为主要的自愈控制相关技术, 其能够确保在发生外部严重故障或者内部相关故障的时候配电网实现自我恢复。结合自愈控制技术中就地控制和集中控制两个架构的协调性, 通过对就地信息的保护装置的利用就能够快速地切除故障, 而以全局信息为基础的网络重构则具备全局性的计算和优化的能力, 然而其在进行分析、计算和执行的时候需要较长的时间, 通过对不同控制方法的优点的利用, 对其进行优化和协调, 就能够实现最好的经济、技术控制效果[2]。

(2) 大面积停电恢复技术和关键负荷在极端条件下的保障技术:其主要包括在严重内部故障状态下智能配电网的被动解列技术;在严重外部故障状态下的智能电网的主动解列技术;发生故障后的以网络重构为基础的智能配电网的恢复局部供电的技术;以网络重构为基础的智能配电网的电压控制技术;智能配电网在极端条件下的保障关键负荷的技术;以分布式电源为基础的极端条件下的智能配电网的黑启动技术。

(3) 保护装置控制保护技术:其重点内容就是通过局部信息使多电源闭环供电的配电网形成网络式保护的相关技术;网络式保护装置在进行网络重构之后的自适应控制保护技术;以全局信息为基础的支撑平台和以局域信息为基础的保护装置之间的保护协调配合机制;电网保护测控一体化终端的相关技术;能够对故障分支进行指示的故障指示装置[3]。

(4) 故障特性分析技术:其重点关注的内容为在电网出现不对称故障或者对称故障的时候储能装置、分布式电源的故障特性;微网在发生外部故障之后的故障特性;包含着储能装置、微网、分布式电源的智能电网的故障特性;智能电网故障特性受到的储能装置类型、分布式电源类型、负荷性质、负荷水平以及系统接地方式等因素的影响。

3 智能配电网自愈控制的体系设计

3.1 智能配电网自愈控制的方案设计

(1) 集中控制方式:要想实现集中控制, 系统主站必须要具备高级分析计算功能。在发生故障后系统要向主站发送量测信息, 对故障的位置和类型等进行分析、计算和判定, 并且制定完善的控制决策, 随后由智能终端或者保护装置对控制决策进行执行, 基本上由主站完成整个故障的处理过程。主站和终端在集中控制方式下需要进行大量的数据通信, 而且如果只依赖于主站实施分析和决策往往需要耗费大量的时间, 无法使快速切除故障的需求得到充分地满足, 所以目前如果想要单纯的依靠集中控制方式使智能配电网实现自愈控制具有较大的难度[4]。

(2) 分散控制方式:要想实现分散控制, 必须要依赖于智能终端和保护装置两者之间的相互配合。以局部信息为基础的智能终端和保护装置是清除故障和实现恢复故障后供电的主要装置。一般来说, 分散控制方式具有较高的可靠性和效率, 但是因为主站没有参与到这一过程来, 尽管智能终端与保护装置两者之间具有一定的联系, 但是其无法立足于全局性的角度实现对故障后过程的整体性协调, 也无法与频繁变化的网络运行方式相适应, 因此限制了这一控制方式的应用。不过, 由于现在越来越多的应用到了以多代理为基础的分布式计算技术, 因此未来分散控制技术有望得到进一步的推广和应用。

(3) 集中———分散协调控制方式:该控制方式同时具备分散控制和集中控制两者的优点, 可以进行分布式协调控制。通过保护装置的配合能够清除故障, 而通过主站分析计算后所发出的各种控制命令能够尽快的实现故障后的恢复供电。该控制方式除了具有快速的故障切除速度之外, 而且还具有较强的全局协调优化功能, 能够与多变的网络运行方式相适应, 因此在现阶段得到了非常广泛的应用。

3.2 智能配电网自愈控制方案的实现基础

配电自动化是实现自愈控制技术的基础, 而要想实现自愈控制技术, 智能配电网需要具备以下条件: (1) 具有各种智能化的配电终端设备和开关设备。 (2) 具备储能设备、分布式电源、多电源或者双电源, 并且配备具有较高可靠性和灵活性的网络拓扑结构。 (3) 具备强大的信息能力和可靠性高的网络通信。 (4) 主站系统要具有预警、评估、计算、分析等一系列的智能化功能。自愈技术相对于传统的配电自动化技术而言具有更高的主站功能系统要求, 因此其能够使分布式电源的灵活接入要求得到充分满足。

4结语

智能配电网的自愈控制技术在解决大量的分布式电源接入问题、预防大面积停电事故发生、抵御连锁故障、提升配电网安全性和可靠性等方面均发挥了十分重要的作用, 而且属于非常关键的技术手段, 其应用前景非常广阔。为了能够进一步的推广和应用智能配电网的自愈控制技术, 就必须要形成完善的智能电网综合评价机制, 从而对智能电网的发展进行有效引导, 同时要加快智能电网自愈控制技术的研发工作, 全面地推动我国智能配电网的不断发展。

参考文献

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混凝土自愈的试验研究 第4篇

关键词：混凝土,自愈,冻融破坏

随着混凝土应用范围的日益扩展,其在恶劣环境下的耐久性问题也逐渐引起了人们的重视。我国大部分地区处于寒冷地带,冻融循环作用往往是导致混凝土性能劣化的主要原因。研究混凝土在冻融循环环境下破坏后的自愈性能,具有重要的理论研究价值及现实指导意义[1,2,3]。

1 试验内容及方法

对混凝土试件进行冻融循环试验,直至动弹性模量百分率的下降表明其已经破坏。然后再对这些混凝土试件进行水中养护,并记录其动弹性模量的变化情况,判断其自愈进程。混凝土自愈现象以动弹性模量下降百分率的恢复进程判定。

2 试验条件

2.1 混凝土配合比

试验采用的混凝土配合比见表1。

2.2 试件的制备

用于试验的混凝土试件,每组成型3条,成型时测量新拌混凝土的坍落度、含气量。在标准养护室内喷雾养护28 d后,按SL105-82水工混凝土试验规程规定的标准方法进行冻融循环试验,即将试件放入橡胶套筒内,然后放入冻融试验箱,向筒内注水,水面高于试件顶面10 mm。检查无误后开机进行冻融试验。冻融循环制度:一次冻融时间持续约130 min,其中冷冻时间70 min,热融时间约60 min。试验槽内冷冻液的温度在-22 ℃和10 ℃之间变化,保证混凝土试件的中心温度在-18 ℃～4.4 ℃之间变化。指定的冻融次数完成后,测定混凝土试件的动弹性模量。以入箱之前测定的动弹性模量为100%,计算指定冻融次数试件的动弹性模量百分率。当混凝土试件的动弹性模量百分率降低到60%以下时,认为它们已经被破坏了,并以此作为养护自愈试验的试件。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

冻融试验中混凝土试件的动弹性模量变化情况见表2。

已冻融破坏的试件,经饱水养护后,随养护时间,动弹性模量百分率变化情况见表3。

%

%

3.2 分析与讨论

由表2可以知道,四组试件在经过175次冻融循环后,动弹性模量百分率分别为51.2%,60.1%,61.5%和68.2%,已经低于或接近60%,根据判定标准,可以认为它们已经或接近破坏了。另外,从数据上可见引气混凝土的冻融耐久性高于普通混凝土。由此时开始,把已经破坏的四组混凝土置于进行混凝土抗冻试验的橡胶套筒中,充水浸泡,保持水面高于混凝土试件顶表面10 mm以上。放置于试验室内,时间从3月20日到6月5日,试验室的温度控制在20 ℃～30 ℃之间变化。

从表3可见,四组试件在经过浸泡养护后,动弹性模量百分率有不同程度的上升。其中A1和A2组试件,经75 d养护,动弹性模量百分率已经恢复到进行抗冻试验以前原始状态的86.9%和95.1%,而B1和B2组试件也已经恢复到96.2%和97.5%,都表现出了明显的自愈性能。可见,它们的自愈速度与养护前被破坏的程度有关系,破坏程度重的,自愈速度慢些,破坏程度轻的,自愈速度快些。

当混凝土处于一定负温度下时,其内部孔隙中的水分就将发生从液相到固相的转变。含水或与水接触的混凝土在长期正负温度交替作用下会出现由表及里的剥蚀现象,称为冻融破坏[4,5]。但混凝土具有自愈性,当混凝土受到冻融破坏作用产生开裂时,在开裂面有许多水泥颗粒的新鲜表面被暴露出来,在有水的情况下,这些水泥颗粒的新鲜表面就可以发生水化反应,形成水化产物,附着于开裂表面与其紧密结合,并逐渐增加至最后填满裂缝空间。

在本试验中,混凝土内部均掺有不同比例的粉煤灰。 在反复进行的冻融循环作用下,混凝土内部出现许多微小的新开裂的裂缝,致使水泥颗粒和粉煤灰颗粒都暴露出新鲜表面。在浸泡条件下,供水十分充分,它们得以顺利进行水化反应。反应产物在微裂缝表面生成并生长,逐渐地充填微裂缝,并使混凝土内部的孔结构得到优化[6,7,8]。动弹性模量百分率的增高反映和证明了这个状况。另外,水泥混凝土的自愈性能取决于其微观孔结构。引气剂的掺入虽增大了混凝土的含气量,但使气孔结构的平均孔径和气泡间距系数减小,气泡分布得以改善,同时引气剂的掺入也使得混凝土孔结构的平均孔径和临界孔径减小,孔级配分布更为合理,从而使混凝土的抗冻耐久性得到显著提高。混凝土受到的破坏程度,必然会对它的自愈行为产生影响,破坏程度严重的,其内部开裂的裂缝多,总的体积大,需要充填的水化产物也多,因此自愈速度慢。

4 结语

本试验所反映的是混凝土在经受反复的冻融循环破坏后经养护的自愈现象。从实验中可知,通过掺加粉煤灰和引气剂可以有效的改善混凝土的自愈性能,从而提高混凝土路面或建筑物的抗冻耐久性。随着相关理论和试验技术的发展,应该更加深入地、多角度地解释混凝土的冻融破坏机理。

参考文献

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自愈控制研究论文 第5篇

可编程只读存储器记忆 (EPROM) 微芯片集成电路中的记忆模块和支持电路

每一个芯片都含有超过10万个晶体管, 它们并非同时工作。研究人员使用激光束破坏了大量的晶体管, 然后让系统进行重新校准, 只要损坏部分没有获得任何的数据缓存, 芯片就能够找到替换路线并且继续工作。在每个芯片上特定用途集成电路 (ASIC) 处理器的帮助下, 这种系统能够了解哪条路线受损并且进行相应的调整。如果传统的微芯片可以与电路相提并论的话, 那么这项新技术更类似于人类大脑。如果一条路线变得不可用, 大脑就会发现新的方式来继续传递信息。当然也有可能给系统带来它无法恢复的灾难性损害, 但是拥有超过10万种传输方式, 这些微芯片能够变得非常耐用。

自愈控制研究论文 第6篇

配电网在故障前对其诊断预警,故障后对其定位隔离,可以实现配电网的自愈功能,保证电网安全稳定运行和用户可靠用电[1,2]。

配电网规划方案包括: ①合理地选择线路; ②确定变电站的位置、型号和容量后进行建设、拆除或加固等工作。配电网网架建设时间周期较长,需要把规划方案分为多个阶段实施,并且使用寿命周期成本( Liv Circle Cost,LCC) ,考虑资金的时间价值,加入折现系数,综合地计算每个阶段建设、运营、维护等方面的成本。

国内外学者对配电网规划做了大量研究,并取得了相应成果。文献[3]研究了含分布式电源和主动负荷的配网重构、变压器经济运行与分布式电源的相互作用机理。文献[4]研究了同时满足传统负荷增长和新增电动汽车充电负荷需求的配电网规划问题。文献[5]研究了小比例微网接入配电网后的变电站选址定容方法。文献[6]将地理信息系统( geographic information system,GIS) 平台引入配电网规划系统,形成基于GIS的配电网规划智能决策支持系统。文献[7]在配电自动化( distribution automation,DA) 基础上提出了一套以利润最大为目标模型的配电网规划方法,并制定了可靠性评估的方案。文献[8]针对配电网的复杂性建立了可自愈配电网的技术框架,并研究了自愈配电网的关键技术。但是目前尚未有文献提出在配电网规划过程中考虑自愈功能。

本研究在配电网高级配电自动化的环境下,提出含自愈功能的配电网网架多阶段规划方法。

1配电网自愈控制

配电网自愈,具有实时监控分析、排除故障隐患、通过快速继电保护切除故障、优化电能质量等功能[9]。

配电网运行状态可分为以下4 种: 正常运行状态、警戒状态、恢复状态和故障状态。

自愈过程如图1 所示。

自愈控制有广域测控技术、配电网快速仿真和模拟( distribution fast simulation and modeling,DFSM) 等关键技术,以面向配电网实时快速分析,实现配电网的全局监视、控制、优化运行; 除此之外,兼具电压与无功控制( voltage var control,VVC) 、故障定位隔离( fault location and isolation,FLI ) 、多馈线网络重构( multifeeder reconfiguration,MFR) 等配电网自愈功能[10]。快速复电也是自愈控制的重要部分。

配电网自愈控制系统由自愈控制功能、数据接口、SCADA平台、系统平台4 部分构成。主要终端设备有馈线开关监控终端( feeder terminal unit,FTU) 、开闭所监控终端( distribution terminal unit,DTU) 、变压器监测终端( transformer terminal unit,TTU) 、智能电能表等。配合配电网的智能硬件设备和软件系统,可以通过以上自愈控制技术实现配电网自愈功能[11]。因此,在进行自愈控制下的配电网规划时,除了考虑满足负荷的需求,还应考虑在合理的位置安装自愈控制设备。

2基于自愈控制的配电网规划模型

根据负荷预测以及空间环境等要求,可得到规划设计的变电站的选址和容量、预设线路的路径,且分段开关和电容器的位置都已经确定。在本研究多阶段规划的方案中,规定变电站一经建立就不能拆除,而馈线由于构成网络拓扑,可能因为不同阶段网络结构的变化而被架设或拆除,笔者在部分馈线上安装了分段开关和联络开关。

2. 1 逻辑变量

由于规划方案一般分为时间和空间两个维度,逻辑变量包含预设馈线或变电站的编号和时间两个要素。设xi,k表示第k阶段第i预设元素的动作。

当元素i为变电站,xi,k= 1 表示阶段k在变电站i中加入一变压器; xi,k= 0 则表示阶段k变电站i内无变化。当元素i为馈线,xi,k= 1 表示阶段k架设了i号馈线; xi,k= 0 表示阶段k中i号馈线未变动; 而xi,k= - 1则表示阶段k中i号馈线被移除。

设Xi,k为阶段k预设元素i的状态,Xi,k= 1 表示阶段k时i号元素已被建于网络中,而Xi,k= 0 表示阶段k时i号元素未被建设,或( 馈线) 被架设后已被移除。

2. 2目标函数

寿命周期成本指的是设备从研制、生产,到安装、运行、维护,最后退役拆除的整个寿命周期内所花费的成本之和[12]。一般有:

式中: CI— 初期投资成本,是集中在短期内支出的购置、安装费用; CO— 运行成本,包括电网运行时的电能损耗和变电站的运行费用; CM— 维护成本,包括变电站、电缆以及各保护装置的维护费用; CF— 停电成本,这里定义为用户停电损失; CD— 废置处理费用。

计算方式如下:

式中: Ns— 变电站数量; Nl— 线路数量; Nb— 负荷节点数量; α— 折现率; CIsub— 变电站初期投资费用;Li—i段线路长度; CIl— 每千米线路造价,单位:元/km; CIbrk,CIrcl,CIfuse,CIcpt,CIswt,CIFPI— 断路器、重合闸、熔断器、电容器、隔离开关、故障通信指示器的初期投资费用; Xbrki,Xrcli,Xfusei,Xcpti,Xswti,XFPIi— 第i线路/ 负荷节点中断路器、重合闸、熔断器、电容器、隔离开关、故障通信指示器的存在状态,X*= 1 表示存在于线路/ 节点中,X*= 0 表示不存在于线路/ 节点中。

式中: Pli( k) — 第k阶段线路i线路损耗; Ck Wh— 电价,单位: 元/k Wh; Ssi( k) —k阶段i号变电站容量,单位:k VA; COsub— 变电站运行费用,单位: 元/k VA。

式中: CMsub— 变电站维护费用,单位: 元/k VA; CM*—相应装置年在第k阶段维护费用,单位: 元。

式中: λi— 线路i的故障率,模型中可简化为固定同一值; t— 线路故障恢复时间; Nbi— 故障线路i中的负荷节点数量; ESij( k) — 线路i中负荷节点j功率; VLij— 线路i中负荷节点j的用户停电损失费用,单位: 元/k W。

由于本研究讨论的是基于自愈配电网络的多阶段规划问题,该网络在故障发生后可自动检测、定位、隔离并恢复供电,作用于网络故障后自我诊断与恢复的停电时间t将大大下降,间接影响用户的停电损失成本CF。在本模型中,假设网络已达到高度自愈水平,故障恢复时间t可简化为0。即:

式中: CDl— 线路的废置处理费用,单位: 元/km。

由于整个建设周期较长,设一共T年完成规划线路的建设,初期投资的折现成本为

式中: y( k) — 第k个阶段之前配网运行的年数。PVI—折现率为 α 的情况下,把y( k) 年后的货币折现成现值的系数。

第k阶段运营成本的折现系数为:

式中: d( k) — 第k阶段的时间周期。

第k阶段废置处理费用的折现系数为:

售电收入为Rev,计算公式为:

综上我们有全生命周期成本函数

以及利润最大的目标函数:

式中: PD( t) — 网络中第t年的平均用电总需求量,单位: k W。

2.3约束条件

(1)连通性

网络中每个负荷点都必须通过馈线连接入网,没有孤点,亦即网络是连通的。

( 2) 辐射状

为保证配电网络安全可靠运行,必须使网络辐射状开环运行。充要条件为:

即线路数为负荷点数减1[13]。

(3)潮流约束

( 4) 节点电压范围

(5)容量限制

对于变电站和馈线,都有:

( 6) 逻辑变量约束

为满足方案实施的可行性,对逻辑变量有如下限制:

式中: Nsmax—i号变电站最大可装载变压器的数量,lf—网络中预设线路的集合,le— 已架设好线路的集合。

式( 17) 限制了一个变电站内变压器的数量。式( 18) 与式( 19) 限制了同一位置的馈线最多安装一条。

3算法流程

遗传算法不依赖梯度信息,具有较好的全局搜索能力,适合求解本研究提出的非线性混合整数优化问题[14]。本研究将多阶段规划结果作为变量,使全生命周期成本达到最低。

3. 1种群编码结构

首先对变量进行编码,一个生物个体表示一种规划方案,结构分为两层: 阶段k和元素j。每一个基因组xi,k可根据元素的种类取值0,1 或- 1,分别表示在第k阶段未变化、安装或拆除。第3 排基因组xi,k即组成染色体编码串。

种群编码方式如图2 所示。

3. 2约束及控制策略

在优化函数结果时,在潮流、电压与容量约束前加入惩罚因子,并通过筛选剔除每一代中不符合要求的种群个体实现逻辑约束[15]。

本研究采用随机均匀选择法的选择策略。遗传控制参数取值范围设置如下: 交叉概率PC= 0. 5、变异概率Pm= 0. 05、种群规模NS= 30。

由于采用24 节点,5 年预测的算例,即k = 5,i =24,在遗传算法中染色体共有120 个变量。为避免陷入局部收敛,变异概率设置为0. 05,最大迭代次数为2 000次。评价适应函数为利润最大目标函数,见式( 12) 。

3. 3算法流程

每个新产生的种群经过逻辑约束筛选出不可行解,随机进行适应性评估,不能满足要求的种群进行新一轮的选择、交叉、变异产生下一代。遗传算法的算法流程如图3 所示。

4算例分析

本研究采用一个24 节点算例验证算法的可行性和有效性。该配电网是一个由24 节点构成的20 k V测试网络,包含38 条支路,其中21 号和22 号节点为20-MVA,63-k V /20 k V的变电站。24 节点测试网络如图4 所示。

负荷节点的负荷值以及未来5 年的负荷预测。如表1 所示

现有线路以及规划线路和节点上的自动保护装置如表2、表3 所示,这些装置的安装位置以及时间已经按照实际要求规划完成。

其他所需的数据参数如表4 所示。

线路电阻值选取为0. 483 Ω/km,电抗值选取为0. 415 Ω / km。本研究假设电价为0. 6 元/ ( k Wh) ,负荷节点的最大负荷损耗时间为2 500 h,单位折现率 α 取值0. 05,规划方案分别以全生命周期成本最小和总利润最大作为优化目标。

4. 1不考虑自愈控制的配电网规划

算例1 计算了在不考虑自愈控制的情况下,以最大利润为目标的配电网规划方案。图5 所示为5 年后的网络拓扑,表5 给出了每年的线路和变电站增减规划。

从该规划方案可以看出,在给定原始网络的基础上,第一年和第三年分别在23 号和24 号节点接入了20 MVA规模的变电站,而为了保证拓扑结构的辐射性,3 号线路在第2 年被移除。

4. 2考虑自愈控制的配电网规划

算例2 加入了自愈控制装置,配电网络拥有电压与无功控制VVC、故障定位隔离FLI、多馈线网络重构MFR等自愈功能。5 年后的规划结果如图6 所示,每年的线路或变电站增减情况如表6 所示。

从规划结果可看出,与算例1 一样,算例2 在第1 、3 年分别在23 和24 节点加入了20 MVA规模的变电站,而部分馈线的布局位置和时间有所不同。第3、6 号馈线本应分别在第2 、4 年移除,但是该方案用隔离开关将线路与负荷节点断开,以保证网络拓扑辐射性。

算例1 和算例2 两种方法各项成本以及全生命周期成本之和收入与利润值的比较如表7 所示。

从表7 中可看出,考虑自愈功能的网络规划较于没有自愈功能的规划方案,初期投资花费多94. 6 万元( 16. 2% ) ; 两者的运行和维护费用相差不多,含自愈功能的规划方案花费稍多; 含自愈功能的规划方案停电成本相较较小,比不含自愈功能的方案减少17. 0 万元( 18. 4% ) ; 而售电收入也是含有自愈功能的网络更具优势,高出不含自愈功能的方案111. 3 万元( 13. 0% ) 。

该结果表明,虽然考虑自愈功能的规划方法在前期有较大的投入,但是从长远来看,所获得的利润却更为可观,且有利于降低配网运行风险。

5结束语

自愈控制研究论文 第7篇

1 材料

1.1 试验动物

感染日本血吸虫后自愈水牛, 来自湖南常德市汉寿县酉港镇白莲村和常德市鼎城区蒿子岗镇;新西兰大白兔, 由湖南文理学院生命科学学院动物学湖南省高校重点实验室自繁饲养;血吸虫感染阳性钉螺, 购自湖南省血吸虫病防治研究所, 用于童虫体外培养。

1.2 主要试剂

DMEM (低糖) , 购自Invitrogen公司;青霉素、链霉素, 购自华北制药股份有限公司;台盼兰, 购自Sigma公司;其余常用试剂均为国产分析纯。

2 方法

2.1 自愈水牛的判别

自愈水牛的判别依据:感染日本血吸虫一段时间后, 多次粪检未发现虫卵, 且没有服用过抗虫药物的疫区水牛。

2.2 尾蚴释放与童虫培养

取30~50只阳性钉螺用消毒后的生理盐水冲洗2~3次, 于25℃、光照条件下释放尾蚴, 定时收集尾蚴, 用含25%新鲜兔血清的DMEM培养基培养经离心、洗涤后的血吸虫尾蚴;将尾蚴放入48孔培养板中, 于37℃、5%CO2培养24 h;调整尾蚴密度, 使其每孔尾蚴为 (100±10) 尾, 待其体外自然转化为血吸虫童虫。

2.3 自愈水牛血清的制备

采用颈静脉采血法, 分别取疫区自愈水牛和非疫区健康水牛血样, 10 m L/头, 将血样置37℃温箱作用1 h;再置4℃冰箱中作用3~4 h;待血清析出后, 用灭菌枪头吸取血清于离心管内, 3 000 r/min离心15 min;取上清液分装, 4℃冰箱中保存, 备用。

2.4 自愈水牛血清杀伤日本血吸虫童虫试验

当48孔培养板内Sj尾蚴自然转化为童虫后, 吸除每孔中部分培养基, 加入自愈水牛血清, 使其终浓度为50%, 每个样本设3个平行孔, 以含兔血清的DMEM培养基为空白对照, 含相同浓度健康水牛血清的DMEM培养基为阴性对照, 96 h内连续观察各组培养基内培养的童虫, 镜检观察, 并统计童虫死亡率[7,8]。

2.5 统计学分析

试验数据用平均值±标准差表示, 应用SPSS11.5软件中One-Way ANOVA方法分析试验数据, P<0.05判定为具有统计学意义。

3 结果与分析

在48孔童虫培养板内加入自愈水牛血清, 96 h内连续观察各组培养基内培养的童虫死亡率。健康水牛血清1、健康水牛血清2、健康水牛血清3、阴性对照、空白对照、自愈水牛血清1、自愈水牛血清2及自愈水牛血清3的童虫死亡率分别为 (13.0±2.6) %、 (9.6±4.1) %、 (10.4±4.4) %、 (12.6±3.3) %、 (8.3±2.3) %、 (23.0±4.0) %、 (25.6±1.6) %、 (20.6±1.4) %。自愈水牛血清与健康水牛血清对照比较, 差异显著 (P<0.05) , 说明自愈水牛血清具有体外杀伤日本血吸虫童虫活性作用, 见270页彩图1和图2。

注:与健康水牛血清比较, *表示差异显著 (P<0.05) 。

4 讨论

水牛是我国湖沼型疫区血吸虫病流行的主要传染源, 众多试验和研究证实水牛感染Sj后有自愈能力, 水牛在放牧过程中频繁接触疫水感染或重复感染的机会较其他动物多, 因此本研究选择水牛作为研究自愈机制的试验对象。在动物抗Sj分子机制研究过程中, 有学者利用表达克隆法, 从Sj的非适宜宿主东方田鼠体内分离出多个重要抗虫分子, 如HSP90α和KPNA2[7,8], 这为深入研究水牛自愈发生机制及阐明水牛与Sj的非适应性机制提供了一定的研究基础和方法。为了明确感染Sj自愈水牛血清中是否存在抗Sj的天然分子, 本研究进行了感染Sj自愈水牛血清体外抗日本血吸虫试验。结果表明, 自愈水牛血清体外具有明显的杀伤Sj童虫活性。由此说明, 水牛感染Sj后, 其血清中存在抗Sj物质, 自愈现象的发生是宿主与虫体长期相互作用的结果, 水牛基因的表达谱在处于不同发育阶段Sj刺激下也会发生重大改变, 高表达或低表达相关蛋白以抵御Sj感染, 基因时空表达的改变必将引起Sj与宿主间适应性的改变[9,10]。对水牛感染Sj后自愈发生机制的深入研究, 有助于加深对宿主免疫应答与Sj免疫逃避间相互作用关系的认识。目前, 牛基因组测序工作已经完成, 牛基因组表达谱芯片也得到成功开发, 为从整体上研究水牛自愈机制开辟了可行途径[11]。本试验结果将为从新的视角研究水牛感染Sj后的自愈发生机制提供新的思路、新的途径和新的线索。

A.健康水牛血清体外96 h杀伤日本血吸虫童虫效果;B.自愈水牛血清体外96 h杀伤日本血吸虫童虫效果 (活童虫因吞食美蓝染色液身体变蓝, 死童虫不着色, 黑色箭头所指为活童虫, 红色箭头所指为死童虫) 。

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