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低压(415V)配电网三相不平衡对低压资产投资成本的影响研究

已有 3145 次阅读 2016-12-27 07:19 |系统分类:论文交流



马康,李然,李芙蓉

英国巴斯大学电气与电子工程系

第一作者联系方式:K.Ma@bath.ac.uk


一、背景

在英国,70%以上的配电网,尤其是低压(415V)配电网存在不可忽略的三相不平衡现象。其成因主要是由于单相负荷在三相上分配不均。三相不平衡导致全系统范围内低压资产投资成本至少增加了20%,对应每年上亿英镑的额外成本。三相不平衡对低压馈线和变压器的投资成本的影响性质不同:在负荷长期增长的背景下,三相低压馈线的最重相(即负载最大的一相)的容量先耗尽,并触发资产投资,该投资成本要高于假如三相完全平衡情况下的馈线资产投资成本,该差额就是三相不平衡导致的馈线额外投资成本;而Dyn型变压器在三相不平衡情况下存在中线电流,占用变压器容量,在负荷长期增长的背景下其投资成本要高于假如三相完全平衡情况下的变压器投资成本,该差额就是三相不平衡导致的变压器额外投资成本。


二、项目所解决的问题和意义

要减轻三相不平衡,配电公司首先要评估三相不平衡的后果。我们所解决的问题即评估全系统范围内(低压配电网数目在百万级别)三相不平衡导致多少额外的低压资产投资成本(Additional ReinforcementCost, ARC)。要解决这个问题需要克服两个挑战:1、百万个低压变电站(11kV/415V)中超过80%没有量测,而我们只有其中645个低压变电站持续一年的三相电压电流量测数据,需要根据不到1%的样本估算全系统范围的ARC2、全系统范围内低压配电网数目在百万级别,需要克服计算效率问题,简单重复针对单个低压资产的ARC计算方法并不可行。

如果配电公司不采取三相再平衡措施,而仍然采用传统的被动电网投资方式(即等到资产容量被负荷增长用尽再进行电网投资),则三相不平衡所导致的全系统范围内的ARC为基准成本,也是本文所评估的ARC。这个基准成本有助于配电公司评估未来三相再平衡措施的收益以及该措施是否划算——将来如果配电公司采取三相再平衡措施,将使ARC下降,这是三相再平衡措施的收益。因此,我们所提出的创新方法对英国配电公司有至关重要的意义:其将支持英国配电公司做出重大决策,是继续现在的被动电网投资方式划算还是应该采取大规模的三相再平衡措施。


三、重点技术内容

我们提出了如下创新方法,以攻克上述两个挑战,估算全系统范围内三相不平衡导致的ARC:

1、以三角分布来模拟数据稀少情况下全系统范围内三相不平衡度的分布,从而解决了第一个挑战。三角分布只需最大值、最小值、模值三个参数即可确立,而我们所拥有的645个低压变电站持续一年的三相电压电流样本数据(每十分钟采集一点)能够提供上述三个参数,因此支持以三角分布来模拟。

2、提出了两个估算全系统范围内ARC的通用公式,其中一个适用于三相主干馈线,另一个适用于变压器。该公式将三相不平衡度的概率密度函数与名义负载率(即三相峰值负荷除以三相资产容量)的概率密度函数进行卷积,从而解决了第二个挑战。该公式的通用性体现在其接受任何概率密度函数,而三角分布只是一个实例。将来随着数据样本增多,可以使用比三角分布更精确的概率密度函数来模拟全系统三相不平衡度的分布。


四、结论

   1、三相不平衡所导致的ARC至少占假定三相完全平衡情况下低压资产投资成本的20%

   2、三相不平衡所导致的ARC对负荷年增长率最敏感,其次对三相不平衡分布的最大值敏感。负荷增长率、三相不平衡分布的最大值增加1%,将使得ARC分别增加超过10%1%ARC对三相不平衡分布的最小值不敏感。

   3、我们所提出的方法克服了样本数据稀少和计算规模庞大两个挑战,适用于在数据稀少(例如只有不到1%的样本数据)的情况下估算百万个低压配电网规模的ARC。未来随着数据样本增加,可以使用更精确的概率密度函数来模拟全系统范围的三相不平衡度分布,而本方法仍然适用。

我们所提出的创新方法适用于负荷主导的配电网,未来要考虑大量分布式电源接入三相不平衡配电网对资产投资成本的影响。

本文内容是基于我们在IEEETransactions on Power Systems上发表的三篇论文总结提炼而成。


引文信息

[1] Kang Ma, Ran Li, Furong Li,Utility-Scale Estimation of Additional Reinforcement Cost from 3-PhaseImbalance Considering Thermal Constraints, IEEE Transactions on Power Systems,2016, DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2639101

[2] Kang Ma, Ran Li, Furong Li, Quantificationof Additional Asset Reinforcement Cost From 3-Phase Imbalance, IEEETransactions on Power Systems, Vol. 31, No. 4, pp. 2885 – 2891, 2015, DOI: 10.1109/TPWRS.2015.2481078

[3]Kang Ma, Ran Li, Ignacio Hernando Gil, Furong Li, Quantification of AdditionalReinforcement Cost from Severe 3-Phase Imbalance, IEEE Transactions on PowerSystems, 2016, DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2635383


欲免费下载本文所提到的文献,请进入作者在巴斯大学的官网页面:

https://researchportal.bath.ac.uk/en/persons/kang-ma/



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