智能电网: 多源电力系统的高效选型

目录引言第一部分 - 智能电网基础与智能选型的作用1 - 智能电网：能源转型的支柱2 - 为什么智能选型至关重要？3 - 选型软件：应对新挑战的解决方案第二部分 - 潮流计算：优化电能质量与预防低效能1 - 理解潮流计算第三部分 - 短路电流：确保电网安全2 - 通过专业软件实现精确计算第四部分 - 规范性控制：确保合规与性能1 - 智能电网的国际标准第五部分 - 智能电网硬件选型2 - 配备制造商数据库的计算选型软件第六部分 - elec calc 在智能选型中的作用1 - elec calc 的核心功能2 - 为智能电网参与者带来的附加值结论 - 借助 elec calc 开启智能电网新时代 01030405060708102 - 案例研究：提升工业电网性能12131 - 短路电流定义及其影响16193 - 将计算结果集成到保护设计中2223242 - 利用软件满足标准要求26271 - 制造商设备的选型标准2831323638 引言能源转型背景下智能电网的挑战能源转型正在加速推进，其驱动力来自于减少碳排放的需求以及将可再生能源整合到电力系统中的必要性。智能电网是这一变革的核心，它能够整合多种能源（如太阳能、风能、水力、储能等），并实时管理潮流的能力，为日益增长的效率问题和可持续性需求提供了解决方案。然而，电网现代化也伴随着重大技术挑战：可再生能源发电的波动性、现有基础设施的过载以及系统复杂性的增加。这些障碍需要创新方法来确保电网的稳定性、安全性和弹性。 01 引言在此背景下，电网的智能选型成为优先事项。通过精确分析和优化基础设施，选型软件在应对智能电网挑战中发挥着战略作用。这些适应多源电网特性的先进工具有以下优势：|多源电网中选型软件的关键作用1优化电力能量流通过潮流计算，软件分析负载、电流和电压的分布，做到能量损耗最小化并预测过载。2电网安全能够在系统的任意点模拟短路电流计算，识别潜在风险并实现保护装置的选型和调整。3标准合规性软件符合标准要求（如IEC、NF、VDE等），确保系统合规并简化第三方审核。4节省时间与提高精度复杂计算的自动化、实时模拟、快速仿真、基于先进算法提供选型意见。通过结合技术与专业知识，这些工具使电网运营商、工程师和企业能够设计高性能、灵活且可持续的电力系统。它们满足了日益增长的数字化解决方案需求，确保预测和解决与能源转型相关的问题。 第一部分智能电网基础与智能选型的作用 智能电网：能源转型的支柱1.智能电网代表了现代能源系统管理的重大进步。它们通过整合可再生能源（如太阳能、风能和水电）并完成高效、自动化的电力能量流管理，满足了能源转型的需求。与传统电网的线性集中运行不同，智能电网设计为灵活、互联且响应迅速。其结构基于先进技术，包括物联网传感器、实时数据管理系统和智能算法。这些创新使智能电网能够适应可再生能源发电的变化和需求的波动。智能电网的关键特性包括：1整合可再生能源智能电网能够最大化利用可再生能源，通过储能系统和智能能源管理补偿其波动性。2运行自动化使用传感器和通信网络持续监控电网状态，检测异常并自动调整以保持稳定性。3优化电力能量流通过实时数据分析，智能电网优化负载分配，减少能量损耗并提高整体效率。4以用户为中心智能电网将消费者纳入其运行中，允许他们生产和消费自己的能源，并激励他们根据电网需求调整用电，甚至实现完全能源独立。 智能电网不仅能应对当前的挑战，还能通过提供适应快速变化的技术和能源需求的基础设施，为未来做好准备。为了最大限度地提高效率，智能电网的规模设计至关重要。这需要精确分析和仿真电力系统的配置，以确保可再生能源的无缝整合、最优的能量流管理和更高的安全性。在智能电网的背景下，计算及选型软件将成为设计、分析和优化这些复杂电网的重要工具。为何智能选型至关重要？2.由可再生能源驱动的多源电网的发展彻底改变了所有基础设施，无论是现代的还是现有的。然而，向更复杂电网的过渡伴随着许多技术挑战，如果没有精确选型，可能会影响其效率和可靠性。选型面临的挑战挑战问题后果解决方案波动性可再生能源的不可预测性电网不稳定的风险根据既定场景进行潮流计算过载吸收负荷峰值（如多个电动车充电桩同时工作）保护装置跳闸，业务连续性中断极端运行方式仿真确保选型安全安全生产条件的快速变化直接影响短路电流如果短路无法在允许时间内检测并消除，可能危及人员和财产安全采用对称分量法计算以选择合适的保护装置 选型软件：应对新挑战的解决方案3.多源电网的复杂性日益增加，需要先进工具来应对管理、优化和保障电能质量的挑战。选型软件作为分析、仿真、优化和运行这些现代系统的关键解决方案，有助于提高其效率和可持续性。选型软件应具备的功能| 单线图示例功能优势用户体验潮流分析多场景仿真规范自动化验证系统可控操作简单可靠、安全并严格符合标准实时计算界面自定义和可设置的界面识别标准偏差和不合规项警告 第二部分潮流计算：优化潮流与预防低效 理解潮流计算1.潮流计算是分析电网性能和稳定性的基本方法。它是理解电力如何在系统中流动、识别网络中不同支路的负荷、电压和电流分布的重要工具。| 什么是潮流计算？潮流计算是一种数学分析，用于：•确定网络中电力负载的分布，即通过系统中任意点的能量。•计算节点（网络中的连接点）的电压，确保其保持在可接受范围内以避免操作问题或故障。•评估电力线路中的电流，识别可能的过载。这是确保多源电网中电力高效、可靠分配的重要方法，在可再生能源的波动性和基础设施的复杂性需要优化管理的情况下尤为重要。需求描述识别损耗仿真电力潮流以识别高能量损耗或过载的区域确保电网稳定性预测电源与负荷之间的不平衡以避免停电或损坏系统升级规划模拟不同场景（如新增电源或负荷）优化负荷分配分析负荷、电流和电压分布以实现高效利用 实际示例光伏电站供电的电网在中午出现电压波动，有效仿真计算能优化线路的适配性多源电网中可再生能源的快速变化导致不稳定，正确计算和选型可预防失衡在添加储能系统前，计算模拟影响以避免现有线路过载工厂将负荷分配到不同供电母线以防止过载并减少能量损耗 |潮流计算|潮流计算步骤数据收集能源来源（电能，发电类型）电力负荷（住宅，工业，商业）电网参数（长度，阻抗，容量） 网络计算采用数学算法仿真能量流 案例研究：提升工业电网性能2.潮流计算在工业环境中尤为有效，因为电网需要满足特定且高强度的需求。以下案例展示了该工具如何识别低效率、减少能量损耗并优化负荷分配，以提高整体性能。| 案例研究1:减少制造工厂的能量损耗背景:一家制造工厂的内部电网由柴油发电机和现场光伏电站供电。工厂发现能源成本上升且配电系统能量损耗高的问题。| 案例研究2:预防工业园区的过载背景:一个由多家企业共享的工业园区电网由热电厂供电。引入新的高耗能机器设备后，由于过载导致频繁故障。挑战解决方案识别能量损耗发生的区域负荷平衡以避免某些线路过载仿真能量潮流来定位网络中的关键点在工厂的不同线路之间重新计算分配负荷优化光伏电站的使用以最大化效率 更好地利用可再生能源，能源成本降低15% 效益12个月内能量损耗减少20% |案例研究3:多生产线工厂的电力分配优化背景:一家拥有多条并行生产线运行的工厂出现了供电不平衡问题，对成品质量造成了影响。|案例研究4:将可再生能源接入工业电网背景:一家化工厂希望接入一座光伏电站，以降低对化石燃料的依赖。然而，新增这一电源导致其内部电网出现了显著波动 。挑战每条产线的不间断与稳定供电最小化由于电压变化对敏感设备的影响挑战避免与光伏电站间歇性发电相关的负载不平衡和电压尖峰问题在不干扰敏感设备操作的情况下整合新能源 对工厂内部网络（包括各条生产线）建模以识别电压不平衡和波动情况建议安装电压调节器和电容器，以稳定电力供应建议采用储能系统以平缓波动，并制定负荷管理计划，使负荷与光伏发电时段相适配模拟光伏发电对内部电网潮流的影响 解决方案效益潮流模拟，因电气故障导致的非计划停机减少 10%效益解决方案通过更充分利用光伏能源，整体能耗降低 30%提升电网稳定性，为关键流程增加能源可用度将所有生产线的电压稳定在 ±3% 范围内 11 短路电流定义及其影响1.短路电流是电力系统中最关键的现象之一。它们发生在故障或扰动期间，导致异常高的电流流经网络。这些电流可能对设备造成重大损坏，破坏电网稳定性，并对用户构成安全风险。| 什么是短路电流？短路电流是由于电路中形成异常低电阻路径（低阻抗）而产生的，通常由以下原因导致：•设备故障（电缆损坏、连接器缺陷）•导体（相线）之间或导体与地的意外接触•外部因素（如电涌、极端天气或人为错误）这种现象导致电流远高于预期值，超出设备的正常容量。| 短路电流的影响1对电气设备的风险过热和财产损坏:短路电流可能导致过热，导致导体、变压器和断路器故障或损毁。设备寿命缩短:重复应力会降低设备的预期寿命，即使未立即损坏。 2电网运行中断短路电流导致受影响区域的电压快速显著下降，可能导致服务中断。多源电网（包括智能电网）尤其脆弱，电流波动可能干扰发电机和控制系统。3对用户安全的威胁过高的电流产生热量，增加电气系统的火灾风险。在直接或间接接触时，短路电流可能导致严重伤害或死亡。| 主要短路类型:单相及相 - 地短路：这种情况下，是两种类型的组合，相线可能与中性线或地线导体接触。根据所使用的接地系统，计算方式会有这是最有可能发生的短路类型，可能由导体意外断开、污垢导致绝缘失效或老鼠破坏电缆护套等情况引发… 电压骤降:电网不稳定:火灾风险:人身风险:所不同。 两相短路：两相意外接触。其成因可能与三相故障类似，不过在某些情况下，是导体从连接点脱落并跨越间隙，或者只是两根导体间的污垢降低了绝缘性能。 三相短路：对应三相短路情况。同一电路的三相意外接触。导致这种故障的典型例子包括电缆意外掉落，或者无意中将金属工具遗留在未绝缘的导体上等。通常，这是各类短路（短路电流等参数的）最大值情况 。 | 示例:工业电网中的短路情况背景:为工厂供电的电网发生了三相短路，原因是维修作业期间一根电缆受损。直接后果:结论:短路电流对电网的安全和性能构成严重威胁。了解并预判短路情况，对于设计可靠、安全的电气系统至关重要。借助先进计算软件进行智能选型，能够模拟短路场景，并合理选定保护装置的规格，从而将风险降至最低 。|短路电流计算实例 •一台主变压器严重损坏，造成生产停机。•电网多个区域出现电压下降，影响关键设备。• 需要更换有故障的电缆，导致高昂成本和更长时间的停机。 15 通过专业软件实现精确计算2.短路电流虽然不可预测其发生，但可以通过专业软件工具精确仿真和分析。这些解决方案使工程师能够建立电网模型、识别脆弱区域并高效地对保护装置进行选型，确保设备和用户安全。| 专业软件在短路电流计算中的作用1复杂场景的精确仿真新一代软件基于对称分量法，使用先进算法模拟各种规模网络（包括多源网络）的短路电流。它们考虑到：• 特定网络配置（相位、节点、线路）• 发电机类型（电流源和电压源）• 设备特性（阻抗、电抗）2短路场景分析这些工具可以模拟不同类型的短路（单相、两相、三相）并评估其对网络的影响。示例: 计算电压和电流变化，识别风险设备并提出抑制损坏的解决方案。3自动校验与精度提升软件自动计算，实时呈现结果，减少人为错误，即使对于复杂网络也能确保高精度。它还纳入IEC 60909等国际标准，确保计算标准合规。 |用于保护设计的短路电流计算电气保护装置（断路器、熔断器、继电器 ）的规格必须经过合理选定，以便在发生短路时能够快速且有效地做出反应。专业软件通过以下功能助力这一流程：1关键阈值检测软件会计算设备所能承受的最大和最小电流，从而能够精确调整电磁保护装置，并对设备参数加以调整，以避免设备损坏。2响应时间优化模拟断路器和继电器的性能，确保其做出快速且恰当的响应。示例：规格合适的断路器能在数毫秒内切断电源，以限制损坏程度。3经济评估软件有助于避免保护装置规格过大（成本过高 ）或规格过小（存在故障风险 ），进而提供一种最优且具成