电力系统分析答案.doc

1. 分析说明电力系统潮流计算在处理精确计算与计算速度的发展过程与方法原理早在20世纪50年代中期，人们便开始利用电子计算机进行潮流计算。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的，包括计算准确度和计算精度。电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。 在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（简称导纳法）。将节点电压方程 展开为移项后可得 其标准迭代式即上式的扩展。同理可得功率及功率损耗的计算公式及其标准迭代式。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，但算法收敛性差，只能够适应当时的电力系统理论水平。随着电力系统的扩大，导纳法已经不能满足潮流计算的要求，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（简称阻抗法）。 20世纪60年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量，而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。尽管阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，但是阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的计算量很大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了节省速度。 克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（简称牛顿法）。牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。以下非线性方程组将每个方程式按泰勒级数展开，由此可得一组性方程组如下称其为修正方程组，改写为矩阵方程：简写为 具体运算式为 其中J为Jacobi矩阵,向量为待求的解, 则称为不平衡量的列向量。牛拉法潮流计算中Jacobi矩阵中的各元素均与状态变量有关,因此每一步迭代过程均需重新形成和分解Jacobi矩阵。其求解过程较费时,对初值要求较高,但算法具有二阶收敛性。自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。 在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，为提高计算速度,忽略了电压幅值对有功功率及电压相角对无功功率的影响,将Jacobi矩阵简化为稀疏对称常数阵得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。其运算式为 牛顿法的特点是将非线性方程线性化。20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。通过比较分块法、多重因子化法、稀疏矢量法和逆矩阵法4种典型潮流并行算法的基本原理和实用效果,可得出如下结论:(1)如今潮流并行算法的设计和实现主要集中在稀疏线性方程组的并行求解上,而直接从潮流非线性方程本身出发的并行算法研究相对较少;(2)稀疏矢量直接法和W矩阵方法是潮流稀疏线性方程组并行计算的主流。它们各有其优势和不足:稀疏矢量法,能够保持因子表的稀疏性,但操作间依赖关系较强;W矩阵法并行性较好,但逆矩阵的使用大大增加了矩阵中的非零元,增加了计算量。因此,要想提高潮流问题求解的并行效率还在于把稀疏矢量直接法和W矩阵方法结合起来;(3)稀疏矢量直接法和W矩阵方法本质上都是细粒度的并行算法,它们是与向量处理机、共享存储并行机相适应的。在这样的并行机上,其算法实现效率可达60%70%;由上可见,现有的潮流并行算法主要是在共享存储结构的并行机上实现的,基于分布式并行系统的潮流并行计算研究较少。近年来集群系统是实现并行计算的一种新主流技术,随着高性能价格比的可扩展集群式计算机研究的逐步成熟及应用,为更多的科研人员进行电力系统潮流并行计算的研究提供了物质基础,基于集群系统的大规模电力系统潮流并行计算和分布式仿真已成为可能。另外,由于电力系统特有的分层分区特性,采用区域分解方法可开发出高效的粗粒度潮流并行算法。因此基于集群系统潮流计算的并行算法研究与实现将最具发展潜力,这将是今后进一步的研究方向。2. 分析说明一种电力系统负荷预测的方法并举例说明。负荷预测是从已知的电力需求出发，通过对历史数据的分析，并考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的用电需求做出估计和预测。负荷预测是电力系统规划、供电、调度等部门的重要的基础工作。对于经济合理地安排发电机组的启停及检修计划，保持电网安全稳定运行以及未来电网的增容和改建等有十分重要的作用。负荷预测中经常按时间期限分为长期、中期、短期和超短期： （1）长期负荷预测是指数年至数十年的负荷预测，主要是帮助电网规划部门对电网进行规划、增容和改建，要特别考虑国民经济发展、人口、国家政策等影响。（2）中期负荷预测是指月至年的负荷预测，用于水库调度、机组检修、燃料计划等运行计划的编制，主要受大用户生产计划、气象条件、产业结构调整等影响。（3）短期负荷预测是指日至周的负荷预测，用于调度计划的编制，主要受星期类型、气象因素等影响。（4）超短期负荷预测是指未来1 h以内的负荷预测，其中510 s的负荷预测用于质量控制，15 min的负荷预测用于安全监视，1060 min的负荷预测用于预防控制和紧急状态处理。此外，负荷预测按行业可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷的负荷预测；按特性又可以分为最高负荷、最低负荷、平均负荷、负荷峰谷差、高峰负荷平均、低谷负荷平均、平峰负荷平均、全网负荷、母线负荷、负荷率等类型的负荷预测。负荷预测的基本程序如下 （1）确定负荷预测的目的和要求，根据实际需要和具体情况，拟定一个合理的预测工作计划。（2）多方面调查收集资料，并以直接有关性、可靠性、最新性的标准挑选资料，深入研究后，再考虑是否还需要收集其他资料，尽可能做到细致、全面，但避免用臆想的数据填补所缺少的资料。（3）基础资料的整理和分析。在对大量的资料进行全面分析之后，选择其中有代表性的、真实程度和可用程度高的有关资料作为预测的基础资料。对基础资料进行必要的分析和整理，对资料中的异常数据进行分析，做出取舍或修正。（4）电力系统相关因素数据的获取。电力系统受到经济发展、天气变化等因素的影响，可以从相关部门获取其对相关因素未来变化规律的预测结果，作为负荷预测的基础数据。（5）选取预测模型。这是关键性的一步，预测模型要能够反映统计资料的一般特征，否则就会造成预测误差过大。可以同时用几种模型进行运算对比，以选择适合具体资料的模型。（6）用预测模型进行负荷预测，再考虑影响预测对象的因素以及新的发展趋势，经过综合分析、判断、修正后确定预测结果。（7）负荷预测的滚动性管理。即经过一段时间的实践，利用反馈信息对预测值进行调整，并对预测结果进行误差分析，以考虑预测模型是否适合，为下次预测做好准备。短期负荷预测在电力系统中具有十分重要的作用。准确的负荷预测有助于合理安排机组开停机计划，保持电网的安全稳定性，提高经济效益和社会效益。长期以来，国内外学者对短期负荷预测的理论和方法进行了广泛的研究，新的理论和方法不断应用于负荷预报中，如时间序列法，人工神经网络法，专家系统及组合预测法等，负荷预测的精度也逐渐提高。但由于负荷变化存在着较强的随机性和复杂性，各种方法均有一定的适用场合，并需不断的改进和完善。本文分析说明了基于小波模糊神经网络的电力系统短期负荷预测新方法，利用小波分析对负荷样本做序列分解，根据小波变换自适应可调时频窗的特点，对高尺度负荷分量采用常规预测方法，对其他负荷分量则采用模糊神经网络处理技术，最后通过序列重构，得到完整的负荷预测结果。大量数据计算表明，该方法具有较高的精度和很强的适应能力。 （1）基于频带概念的负荷分量分解根据短期负荷预测的性质，可知电力系统负荷的基本变化规律可由线性变化模型和周期变化模型来描述，同时还存在随机负荷模型。但主要表现为两种不同的趋势：一是逐渐增长的趋势，二是以天、周、月、年为周期波动。另外，气温、阴晴、降水和大风等都会引起负荷的变化。因此，负荷变化将存在波动性，所以各类用电负荷信号一般都表现为连续频谱。严格地说在负荷的一段连续波动过程中，将呈现为瞬变非周期信号，它必然是连续频谱。实际的负荷测量周期(如 15min)虽然可以使最高频率受到限制，但无法改变其连续频谱特征。由于负荷包含随机因素，因而负荷变化的精确数学表达往往很复杂。譬如对气象影响的负荷，其变化过程需要用波动方程来表示。通过详细研究表明，电力负荷特性同样可以采用时频分析工具进行分解并分析，从而得到预测结果。因此，本文提出负荷变换的小波理论基础，并以日变化频率定义为基波。根据样本数据的实际情况，短期负荷预测将涉及一个较宽的频带，故可以选择不同的带通滤波器。同时，由于负荷预测综合应用了各次谐波分量，因此不仅对滤波器的幅频特性有一定要求，还必须考虑滤波器的相频特性，因为不同负荷分量的相对相位发生变化，将对预测结果造成很大影响。如果能提取出线性分量并加以分析，则可以把模型选择为离散频谱的形式。通常的数学手段将存在一定的缺陷，小波分析无疑是这种应用较好的选择。但是由于负荷分量中的大量随机因素以及以分、小时为周期的变换分量将表现为类高频特性。根据小波变换理论，小波变换的分辨率在时频平面上是随着频率变化而变化的，当频率增高时其频窗会降低。因此对高频要求进一步的分辨率时可能无法满足要求。此外，负荷变换还包含了一些不可测因素，经验表明：综合了模糊控制技术和人工神经网络二者优点的模糊神经网络，因其具有良好的学习性及很强的模式识别能力，非常适合于解决这类问题。因此，本文提出基于小波模糊神经网络的短期负荷预测技术。大量数据计算表明，该方法具有较高的精度和很强的适应能力。（2）基于小波和模糊神经网络的小波模糊神经网络模型定义见下图信号 x的连续小波变换定义为式中a为尺度因子。小波要求满足允许性条件为信号经过小波级数展开利用小波的分频性能，可提取出相邻频带的不同信息。实际上，由于紧支集长度有限性的影响，离散小波可能不是正交的。但各频带之间很少的冗余信息，不会对本文组合预测结果造成很大影响及分析的困难，因而可以实现较宽范围的带通分量处理。大量计算结果和试验表明，以 3 次中心 B样条函数为小波函数，以二次样条函数为尺度函数对负荷数据分解至尺度 3 是合适的。对于短期负荷预测，由于原始数据的限制，小波变换可以将部分周期性的负荷分量、非周期分量以及低频随机负荷分量投影到中，其他周期分量和随机分量则别投影到不同的尺度上，各个尺度上的子序列分别代表了不同的“频域分量”，它们更为清楚地表现了负荷序列的特性。研究表明，小波变换结果中的尺度1 主要表现为随机分量，尺度 2主要体现日周期分量及部分随机分量，其它周期分量及非周期负荷分量则主要集中在尺度 3 中。在此基础上，对不同的子负荷序列分别相应的模型进行预测。最后通过序列重构，得到完整的负荷预测结果。从输入层到输出层 (这里是L 个输出)是模糊神经网络，模糊神经网络有多种，本文采用应用广泛的Sugeno 模型。在 Sugeno 模型的模糊推理系统中第 i(i=1,2,I)条规则类型定义为若 则 具有M 个输出的模糊神经网络的模型如上图所示。具体来说，考虑到网络输出计算中有线性部分，也有非线性部分，对于线性部分，可以利用最小二乘算法解决，对于非线性部分，可以采用BP算法来训练权值。本文主要采用最小二乘算法和BP算法的混合算法。最后一层通过序列重构，得到完整的负荷预测结果。采用上述方法对某电网的历史数据进行计算，原始历史负荷数据文件均为480 个数据(5 天)，其中工作日数据和周六、周日数据组成不同性质的原始数据库，预测结果与实际值比较吻合，见下图某周一负荷预报曲线某周一负荷实际曲线对一个月的负荷分析表明，工作日的日平均误差低于 1.01%， 最大误差不超过1.32%。周六的日平均误差低于1.71%，最大误差不超过2.150%，周日的日平均误差低于 1.56%，最大误差不超过2.61%。分析说明电力系统在频率和电压出现快速下降时所采取的措施。一、频率下降采取的措施对容量在3000MW及以上的系统,频率偏差超过500.2HZ为频率异常,其延续时间超过1小时,为频率事故,频率偏差超过501HZ为事故频率,延续时间超过15分钟,为频率事故。对容量在3000MW以下的系统,频率偏差超过500.5HZ为频率异常,其延续时间超过1小时,为频率事故；频率偏差超过501H为事故频率,其延续时间不得超过15分钟,为频率事故。电力系统频率下降过多时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩溃的严重后果：造成气轮机叶片损伤，发电厂不经济运行；影响电力负荷的运行效率；影响电网的安全运行；造成励磁机转速降低，发电机发出无功减少，影响到电压下降等。如果不立即采取措施，使频率迅速恢复，将会使整个电厂解列，产生频率崩溃，导致全系统瓦解。举例：如果初始状态发电机满载，当负荷增加时，只有靠负荷本身调节作用在B点达到平衡。此时频率就下降很多了。控制频率下降的措施有：（）在电力系统正常运行时，除了调速器反映频率的变化，自动进行相应的出力调节外，一般安排一定数量的旋转备用(热备用)；（2）在电力系统中一般可设置按频率变化自动切除负荷的低频减载装置，使电力系统的频率能迅速地恢复到正常水平；（3）在国外一些电力系统中，也采用短时间降低电压 (5%8%)的办法减小负荷，使系统中有功功率的缺额减小，频率得以维持；（4）为了避免系统频率大幅度下降，给发电厂辅助机械的正常工作带来的不正常影响，可在系统频率下降到很低以前，使1台(或几台)发电机与系统解列，用来保证对全发电厂辅助机械及部分地区负荷供电，以避免由于频率继续下降而使整个发电厂与系统解列，这将大大提高恢复系统正常状态的能力。其中自动低频减负荷是为防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电而设计的一种自动保护装置。它可以在电力系统发生频率变化时启动，满足电力系统频率稳定性的要求。当系统发生严重功率缺额时，迅速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功率的平衡，以确保电力系统安全运行，防止事故扩大。二、电压下降采取的措施当发电机E为定值时Q,V关系为下图所示抛物线形式：由上图可以看出拥有较充足的无功功率电源是保证电力系统运行电压水平的必要条件。开始负荷在a点平衡。当负荷增加2，a为新的平衡点如果提高发电机的励磁，E 增大所以：系统无功充足时可保证在电压不变下达到平衡，系统无功不充足时可以满足低电压水平下的无功平衡。另外电压公式为：可见调整电压可采用以下措施：调节发电机励磁电流以改变发电机端口电压；适当选择变压器变比；改变无功功率的分布；改变线路参数。在电力系统运行中，由于无功电源(发电机、调相机或静电电容器)的突然切除或电力系统的无功电源不足，当负荷(特别是无功负荷)慢慢增加到一定程度时，有可能使电压大幅度下降到极限电压，以致发生所谓电压崩溃现象。这时，系统中大量电动机停止转动，大量发电机甩掉负荷，最后导致电力系统的解列，甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。当发生这种状况该采取什么措施呢？一般从电压下降开始到发生电压崩溃，需要一段时间(几十秒到几分钟)，所以一般来得及采取下述提高电压的措施，以防止电压崩溃：（1）调节发电机和调相机的励磁系统，在不使机组过载的条件下，增加无功出力，维持电力系统的电压；（2）有带负荷调压变压器时，应迅速调节分接头来维持电压。也可投切接在超高压线路上的并联电抗器或各级电压母线上的并联电容器，来调节电力系统的无功出力，改善系统电压。当电压频率同时快速下降时，先调频率，加大发电机出力，使电网频率趋于正常，然后再调整发电机励磁电压，调节电网电压。因为电网的频率过低会立即崩溃电网，而电压过低还可以挺一阵子。但是，实际上电网的频率及电压不是一台发电机或者一个电厂能够调的，所以应当听从电网调度的命令，来配合电网的调节任务。分析说明两种提高电力系统稳定性措施的原理。电力系统稳定性的破坏是事故后影响系统安全运行的最严重后果。为了控制和提高电力系统的稳定性，应用比较普遍的简便措施是切发电机。由于短路故障或输电线路断开而使送端发电机的电磁功率减少，为了不使发电机加速而失去稳定，可迅速切除部分送端的发电机组，使剩余机组的原动机输入功率和输出的电磁功率尽可能趋于平衡，以抑制发电机转子的加速。根据不同的系统结构和运行要求，目前国内外采用的故障后提高稳定性的措施还有：（1）电气制动。这是在故障切除后，人为地在送端发电机上加一个电负荷，吸收发电机的过剩功率，以便校正发电机输入和输出功率间的不平衡；（2）快关阀门。为了减少故障后发电机组的输入功率，对于汽轮发电机组可快速关闭原动机的进汽阀门(一般关截止阀门)，以便瞬时地减少原动机功率，然后再慢慢打开阀门。这样可在故障后不切机的情况下，使系统保持稳定，同时在故障后使发电机能很快地恢复到原来的出力；（3）汽轮机的旁路阀门控制；（4）快速励磁系统。在电力系统中的发电机上都装有自动励磁调节装置。故障情况下，随着电压的突然变化，将有一很大的信号进入励磁系统，高顶值的强行励磁装置将会动作，使励磁系统的输出电压在暂态过程中维持顶值。所以，快速励磁系统能维持暂态过程中发电机的电压，使输电线路保持较大的暂态稳定极限。高的发电机母线电压可使发电机邻近地区的负荷维持正常工作，而不致发生电压崩溃；（5）串联电容器的切换。在远距离高压输电线路上，串联电容器用来补偿线路电抗，使输送容量增加。在故障情况下，可短时间接入串联电容器(或短时间切除部分并接的串联电容器)，使串联容抗增大，用以提高暂态稳定性；（6）调节直流输电的功率。有直流输电线路存在的交、直流混合系统中，在交流系统中发生故障时，可利用对变流桥阀的迅速调节，改变通过直流线路的功率，来调节交流系统的功率不平衡。下面重点介绍两种方法：一、改善发电机励磁调节系统的特性由电力系统功率极限的简单表达式可知，减小发电机的电抗，可以提高电力系统功率极限和输送能力。发电机的惯性时间常数对电力系统暂态稳定的影响也是很明显的。由发电机的相对加速度可知，增大，可以减小a，从而减小发电机受扰动后转子相对动能的变化量，有利于提高暂态稳定。但是，减小发电机的电抗和增大发电机的惯性常数，需要增加材料消耗，增大电机尺寸和重量，这不是经济合理的办法。通过改善发电机励磁调节系统的特性来改善发电机的特性，对提高电力系统功率极限和扩大稳定运行范围有良好的作用，而且经济性好。因此，现代电力系统的发电机都装设自动励磁调节装置。为了限制由于过大的电压调节放大系数所产生的负阻尼，在励磁系统中增加电力系统稳定器(PSS)，改进为微机励磁调节系统。采用先进控制理论的励磁控制器和柔性交流输电系统(FACTS)，使二者同时发挥作用，更好地提高暂态稳定性。二、故障的快速切除及自动重合闸装置的应用故障的快速切除缩短了故障持续时间，从功-角特性曲线可以看出减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机并列运行的稳定性。另外，也可使负荷中的电机端电压迅速回升，减小电动机失速和停顿的危险。功角特性曲线 故障切除过晚电力系统中故障切除时间是由继电保护装置的动作时间和断路器动作时间的总和决定的。电力系统的故障，特别是高压输电线路的故障大多数是短路故障，而这些故障大多数有是瞬时性的。采用自动重合闸装置先切除故障，经过一定时间再合上断路器，若故障消失则重合闸成功。这个措施可以提高供电的可靠性。自动重合闸成功可以使减速面积增加，且动作越快对暂态稳定性越有利但重合闸的时间取决于电力系统稳定性的要求，故障点电弧的去游离时间，故障形式，断路器的性能等。重合成功 重合不成功在中性点接地的超高压接地输电线中，其短路故障绝大多数是单相短路接地故障，因此在这些线路上往往采用单相自动重合闸，切除故障相而不是三相，从切除故障到重合闸前的一段时间内，送电端的发电厂和受端系统也没有完全失去联系，因此可以提高稳定性。简述智能开关的功能及特点。智能开关的应用有如下作用和意义:（）减小对传动元件的机械冲击。消除开关动作过程中的不良影响。提高开关和其他设备的使用寿命。（）在开关中，采用标准的、开放式的现场总线，将具有通讯能力的开关器件与之相连接（或通过接口单元)，能够与上位机(主站)进行数据通讯，达到遥控，遥调及遥测的功能。（）实现开关的各种故障判断和保护，提高设备自动化水平。（）具有节能作用。在电力系统的应用具体在以下几个方面：（）智能开关在电动机软启动中的应用。（）智能开关在无功补偿装置中的应用。（）智能开关在有载调压变压器中的应用。智能开关是将电力电子开关和单片机技术结合起来，采用电力电子开关实现线路的无触点闭合和断开，同时采用微机技术实现开关的智能化。微机处理技术的发展是实现智能化控制的前提，它是集测量、运算、决策、控制、保护及遥控于一体的综合化智能体系，可以安装于开关设备内部，直接面向一次设备或设备组合，能完成各自对象的继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等功能;微机处理技术还可作为计算机分层网络的终端，具有多种可选的通用网络接口，便于事故分析和状态监视;形成微机防误操作和安全保障系统，适应电力系统自动化的需要。例如，对于智能开关来说，首先通过数据采集系统获得监测信息，然后利用微机处理技术对获得的信息进行处理、判断与决策，其处理机构可分为前置处理单元和后置管理单元两部分:前置处理单元由数据采集系统的模拟量转换为数字量，然后进行算术和逻辑运算，并与给定的报苦、跳闸、操作等条件进行比较，当满足动作条件时执行动作任务;后置管理单元则完成对数据的打印管理、事故记录等。微机处理装置必须预留通信接口，以使软件系统与已在线运行的其他软件环境能方便地连接。如上图所示，智能开关系统组成由电力电子开关、同步检测装置、电流电压检测装置、单片机等组成。系统由电力电子开关代替常规开关来断开或闭合线路，并结合单片机进行智能控制单片 微 机 系统是智能单元的核心，它由CPU和RAM.E PPROM (EPROM)等扩展芯片构成。对于智能型开关柜，可采用8位或16位的单CPU结构。如果需要测量和保护的数值计算量大，并且要记录故障发生前后的波形，所以外扩大容量RAM和EPPROM(EPROM)用于存放保护定值和装置运行控制字等信息，可在线就地或远方调整修改。智能 开 关 要通过数据采集系统采集的信息包括交流模拟量和开关量.模拟信号来自电流互感器和电压互感器，但这些互感器的二次侧电流和电压量不能适应模数变换器的输入范围要求，故需对它们进行变换。同时，智能开关还要实现强弱电系统隔离。隔离变换和电压形成一般采用各种中间变换器来实现。智能 开 关 与上位机之间的通信一般采用串行通信方式.在变电站内，开关设备与主控室连接的二次电缆实际配线距离通常为几十米到上百米，但只需要采用半双工通信。因而，RS-485就是适用于智能开关电器与系统机之间的串行通信标准之一。 智能开关在电机软启动中的应用，其系统结构如下图选择一种技术热点进行专题论述和分析大电网过去几十年的快速发展，成为主要的电力供应渠道。但随着社会对电力依赖的增强，电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益显现：成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全、可靠性以及多样化的供电需求。利用新能源以及可再生能源在负荷处就近供电，降低负荷对大电网的依赖对提高供电安全性和可靠性可起到至关重要的作用。近年来以风力发电、光伏电池和微型燃气轮机等为代表的分布式发电（Distributed Generation，DG）技术的发展已成为人们关注的热点。为了实现分布式电源潜在的优势，可以采用微电网来控制分布式电源。美国电气可靠性技术措施解决方案联合会(consortium for electric reliability technologysolution，CERTS)对微电网的定义如下：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要是由电力电子装置负责能量转换，并提供必须的控制；微电网相对外部大电网表现为单一的可控单元，同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求。也就是说微电网是一种规模较小的分散式发电系统，多个分布式电源在用户侧相连，直接给用户供电。微电网的主要优点总结如下：（1） 微电网能够成为电网的友好单元，不会给相连的电网带来不可预料的冲击，即不需要对配电网的原操作方针进行修改。（2） 微电网广泛地应用了先进的电力电子控制技术，可以为分布式电源和负荷提供灵活的整合方式，包括即插即用性和对等性。（3） 微电网可以提供很高的局部可靠性，（4） 微电网可满足用户对电能质量的不同要求。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入电网带来的种种问题，充分发挥分布式电源的优势，还为用户带来了其他多方面的效益。一、 微电网的基本结构如下图所示，图中包含了多个DGS 和储能元件，这些系统和元件联合向负荷供电，整个微电网相对大电网来说是一个整体，通过一个断路器和上级电网的变电站相联系。微电网内的DGS 可以含有多种能源形式，包括可再生能源(风力发电、光伏电池)、不可再生能源、微型燃气轮机发电系统，另外还可通过热电联产或是冷热电联产的形式向负荷用户供热或制冷，提高能源多级利用的效率。图中的微电网包括 3 条馈线 A、B 和 C，整个网络呈放射状。馈线通过微网主隔离装置(一般是静态开关)与配电系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑无缝转换。其中 A 和 B 为敏感负荷(重要负荷)，安装有多个 DGS，馈线 A 中含有一个运行于热电联产的 DGS，该 DGS 向用户提供热能和电能。馈线 C 为非敏感性负荷，孤网情况下微电网内部过负荷运行时，可以切断系统对 C 的供电。当外界大电网出现故障停电或电能质量问题时，微电网可通过主断路器切断与电网的联系，孤网运行。此时，微电网的负荷全部由 DGS 承担，馈线 C 继续通过母线得到来自主网的电能并维持正常运行。如果孤网情况下无法保证电能的供需平衡，可以断开馈线 C，停止对非重要负荷供电。当故障消除后，主断路器重新合上，微电网重新恢复和主电网功角同步运行，保证系统平稳过渡到孤网前的运行状态。在微电网的这种结构下，多个 DGS 局部就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在很大程度上减少了直接从大电网买电和电力线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力。此外，在大电网发生故障或其电能质量不符合系统标准的情况下，微电网可以以孤网模式进行独立运行，保证微电网自身和大电网的正常运行，从而提高供电可靠性和安全性。因此，孤网运行是微电网最重要的能力，实现这一性能的关键在于微电网与大电网之间的电力电子接口处的控制环节静态开关。该静态开关允许在接口处灵活可控地接受或输送电能。从大电网的角度看，微电网如同电网中的发电机或负荷，是一个模块化的整体单元。另一方面，从用户侧看，微电网是一个自治运行的电力系统，它可以满足不同用户对电能质量和可靠性的要求。二、 微电网的运行微电网系统有与外部电网并网运行和孤岛运行2 种运行模式。并网模式是指在正常情况下，微电网与常规电网并网运行时向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足。并网运行时,微电网和传统配电网类似,服从系统调度,可同时利用微电网内DG发电和从大电网吸取电能,并能在自身电力充足时向大电网输送多余电能。在微电网实验平台得到的结果表明：采用合理的控制策略时，微电网可以并网或孤网运行，并可实现 2 种运行状态的平滑过渡和转换。孤岛运行是指当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网可以与主网断开形成孤岛模式，由 DGS 向微电网内的负荷供电。微电网的孤网运行为系统提供了更高的供电可靠性和供电不可间断性。 通过仿真模型分析，针对电磁暂态特性以及主动和被动隔离情况下的孤网运行状况进行可行性研究，结果表明上述 DGS 和储能元件可以确保微电网运行模式转化的平滑性，减少孤网运行时的暂态影响，保证功角稳定性和电压质量。三、 微电网的控制相对主电网，微电网可作为一个模块化的可控单元，对内部电网提供满足负荷用户需求的电能。实现这些功能必须具有性能良好的微电网控制和管理系统，主要控制设备有 DGS 控制器、可控负荷管理