智能配電網(wǎng)AVC技術(shù)探討

丁曉群，陸鵬程，周玲

(河海大學(xué)能源與電氣工程學(xué)院，江蘇南京210098)

目前，智能電網(wǎng)正在成為全世界范圍關(guān)注的焦點(diǎn)，世界各國為解決當(dāng)前電網(wǎng)存在的問題和達(dá)到政策要求而積極建設(shè)更可靠、更高效、抵抗災(zāi)害能力更強(qiáng)、更環(huán)保和與用戶友好互動(dòng)的電網(wǎng)[1，2]。我國電網(wǎng)長久以來形成“重輸輕配”的局面，配電網(wǎng)的重要性不言而喻，這種局面影響了電網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能和效率[2]，而配電網(wǎng)在無功優(yōu)化和電壓控制方面的研究相對(duì)更加薄弱。

盡管目前傳統(tǒng)的AVC在解決電壓合格率、功率因數(shù)合格率、降低網(wǎng)損率和有效減少電力變壓器分接開關(guān)、電容器、電抗器設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)等方面發(fā)揮著重要作用，但也存在調(diào)節(jié)過程不夠精細(xì)，還不能做到真正意義上的無功就地、分層平衡，不能完全合理地控制電壓波動(dòng)等問題[3，4]，不能在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)自愈地恢復(fù)電壓，而自愈是智能配電網(wǎng)的重要特點(diǎn)和目標(biāo)，因此，智能配電網(wǎng)AVC的研究勢(shì)在必行，必須和智能電網(wǎng)的建設(shè)同步進(jìn)行。本文嘗試性地提出智能配電網(wǎng)AVC的目標(biāo)，構(gòu)建智能配網(wǎng)AVC的框架，討論研究了智能配電網(wǎng)AVC的主要技術(shù)。

1 智能配電網(wǎng)AVC的目標(biāo)

1.1 兼容傳統(tǒng)AVC

當(dāng)前，傳統(tǒng)AVC仍在輸電網(wǎng)側(cè)起著重大作用，并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，智能配電網(wǎng)AVC的研究和開發(fā)應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)AVC的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并兼容傳統(tǒng)AVC，做到有條不紊，逐步取代。

1.2 自適應(yīng)

不受任何通道或電網(wǎng)故障等影響，分布式計(jì)算得到的結(jié)果適應(yīng)于任何變化的運(yùn)行方式需要的功能[5]。

1.3 自愈

智能配電網(wǎng)AVC依靠建立在就地計(jì)算補(bǔ)償構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行自愈，該系統(tǒng)首先能夠進(jìn)行電壓的自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整，其次在配網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常和故障時(shí)能自行診斷、隔離故障，必要時(shí)自動(dòng)尋求替代元件和設(shè)備，恢復(fù)正常供電，達(dá)到減少電壓崩潰，最終達(dá)到避免目前大量存在的因電壓問題導(dǎo)致的停電的目的；再者，智能配網(wǎng)AVC應(yīng)該能夠有效抵御攻擊，幫助電網(wǎng)提高防災(zāi)能力。

1.4 考慮海量數(shù)據(jù)的處理

配電網(wǎng)用戶多、電力元件和設(shè)備多，需要采集和監(jiān)控的節(jié)點(diǎn)繁多，必然導(dǎo)致需要處理海量數(shù)據(jù)。

1.5 電力市場(chǎng)下的無功優(yōu)化

電力系統(tǒng)的壟斷經(jīng)營已經(jīng)阻礙了電力行業(yè)的發(fā)展和管理水平的提高[6]，電力市場(chǎng)產(chǎn)生的高效率和優(yōu)化資源配置已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，我國正在加快電力市場(chǎng)的建設(shè)，SDG AVC應(yīng)當(dāng)考慮到如何適應(yīng)電力市場(chǎng)環(huán)境下的運(yùn)行。

1.6 和有功調(diào)度協(xié)調(diào)

傳統(tǒng)無功電壓控制把有功頻率控制和無功電壓控制分開，簡化了控制模型，雖然優(yōu)化結(jié)果也令人滿意，但是在有功滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)限制了無功輸出的容量，影響無功優(yōu)化結(jié)果。智能配電網(wǎng)的AVC系統(tǒng)需要將無功優(yōu)化和有功調(diào)度協(xié)調(diào)考慮進(jìn)去。

1.7 其他

（1）動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化；

（2）優(yōu)化模型考慮諧波電壓；

（3）無功就地補(bǔ)償，形成經(jīng)濟(jì)壓差無功補(bǔ)償；

（4）布局；

（5）考慮分布式電源的投切，保證電能質(zhì)量；

（6）資源和設(shè)備的高效使用，降低農(nóng)網(wǎng)線損；

（7）和用戶友好互動(dòng)，提高社會(huì)用電效率；

（8）進(jìn)一步減少工作人員勞動(dòng)和設(shè)備折舊，保障人員和設(shè)備安全。

為了更直觀地說明SDG AVC的先進(jìn)性，如表1所示，提供了目前AVC和智能配電網(wǎng)AVC的一般比較情況。

表1 目前AVC和智能配電網(wǎng)AVC的比較

2 智能配電網(wǎng)AVC的框架

2.1 主要流程

圖1中的框架圖對(duì)智能配電網(wǎng)AVC系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致的描述，首先從經(jīng)過完善的智能配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分兩部分運(yùn)行：如果配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行則在考慮諧波電壓、電壓波動(dòng)、沖擊電壓、分布式電源等電壓影響因素后進(jìn)入電壓分析模塊，然后再進(jìn)入無功分析模塊后進(jìn)行閉環(huán)潮流、雙向潮流的計(jì)算和分析，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無功就地補(bǔ)償，然后發(fā)出控制指令，命令控制中心控制執(zhí)行；如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，則交由自愈模塊進(jìn)行故障定位、故障分析和故障解除，最終恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 說明

潮流計(jì)算：配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，并行潮流計(jì)算將大大提高計(jì)算速度，但是雙向潮流的出現(xiàn)會(huì)引起系統(tǒng)網(wǎng)損發(fā)生變化，系統(tǒng)需要在幾方面取得平衡。

分布式電源：分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行可能降低系統(tǒng)安全可靠性，系統(tǒng)故障時(shí)可能會(huì)加重電壓跌落，此外，還需研究分布式電源接入系統(tǒng)引起的電壓波動(dòng)問題，同時(shí)還要考慮分布式電源中的某些元件產(chǎn)生的諧波問題。

政策性因素：階梯式電價(jià)等政策對(duì)負(fù)荷總量的影響，會(huì)降低負(fù)荷預(yù)報(bào)的精度，最終影響無功補(bǔ)償容量。

3 智能配電網(wǎng)AVC的主要技術(shù)

3.1 自愈關(guān)鍵技術(shù)

自愈是智能配電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的重要特征，同時(shí)也是智能配電網(wǎng)AVC的關(guān)鍵目標(biāo)，文獻(xiàn)[7]中提出的智能配網(wǎng)自愈技術(shù)可以為智能配網(wǎng)AVC借鑒使用的關(guān)鍵技術(shù)有:饋線自動(dòng)化技術(shù)、配網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行故障隔離技術(shù)及配網(wǎng)廣域測(cè)控技術(shù)等。

（1）饋線自動(dòng)化技術(shù)[8]。目前的饋線自動(dòng)化技術(shù)依賴主站遠(yuǎn)方遙控采集與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)施無功補(bǔ)償調(diào)壓，故障定位、隔離及自動(dòng)恢復(fù)供電，可將自愈的速度提高至“幾秒級(jí)”。

（2）配網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行故障隔離技術(shù)。配電網(wǎng)在線路出現(xiàn)故障時(shí)快速需快速隔離、切除故障，而使非故障線路的供電基本不受影響，保證SDG AVC的閉環(huán)運(yùn)行。

（3）配網(wǎng)廣域測(cè)控技術(shù)。當(dāng)前配電網(wǎng)的測(cè)控裝置少，設(shè)備在線檢測(cè)、配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、分析與管理服務(wù)滯后，配網(wǎng)廣域測(cè)控技術(shù)可較大程度提高配電網(wǎng)信息交換與集成的水平。

3.2 先進(jìn)的通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)

智能配電網(wǎng)是一個(gè)高度開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，需要通過建立先進(jìn)的通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)每一部分都能雙向通信。

AVC系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)SCADA等平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接。而目前配電SCADA系統(tǒng)由于起步晚、配電網(wǎng)設(shè)備多、用戶多、改動(dòng)多、故障頻率高等原因尚不完善。配電SCADA系統(tǒng)作為配電網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，需要加快研究和開發(fā)進(jìn)度。

傳統(tǒng)AVC數(shù)據(jù)庫容量較小，隨著智能配網(wǎng)建設(shè)的深入，必然要求智能配電網(wǎng)AVC考慮和存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)[9]。

系統(tǒng)可采用數(shù)據(jù)全息無損壓縮技術(shù)和先進(jìn)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。此外，智能配電網(wǎng)AVC自身攜帶的某些工具軟件，高度集成接口、趨勢(shì)、報(bào)表等服務(wù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，使得系統(tǒng)更簡潔高效。

不僅如此，系統(tǒng)還應(yīng)做到：將異常數(shù)據(jù)自動(dòng)推送出來，便于用戶將更多的精力放在應(yīng)用的易用性和實(shí)用性上,提高自動(dòng)化水平；借助海量數(shù)據(jù)的迅捷吞吐和長時(shí)間的數(shù)據(jù)在線存儲(chǔ)，完整、精確和無損地再現(xiàn)任一時(shí)間段的故障回放；將可視化組態(tài)工具嵌入數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)捆綁，方式更加靈活，歷史狀態(tài)回放更加方便；服務(wù)器不對(duì)未請(qǐng)求的壓縮數(shù)據(jù)解壓，避免系統(tǒng)速度變慢；數(shù)據(jù)在壓縮狀態(tài)下傳輸，極大減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用；在客戶端解壓壓縮數(shù)據(jù)，充分有效利用網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算資源系統(tǒng)可容納更多用戶同時(shí)訪問，加快互動(dòng)化。

3.3 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

靈活的可重構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫杈邆淙缦鹿δ埽罕阌谂潆娋W(wǎng)自動(dòng)化水平的提高；系統(tǒng)在經(jīng)歷電壓崩潰等故障時(shí)，把故障影響范圍局限在最小范圍，并可迅速通過SDG AVC等系統(tǒng)下發(fā)指令恢復(fù)對(duì)其他部分的供電。

3.4 無功潮流及無功功率的預(yù)報(bào)

隨著我國智能配電網(wǎng)建設(shè)的迅速深入開展，配電網(wǎng)的運(yùn)行方式將會(huì)有較大變化，各控制區(qū)域間相互影響，傳統(tǒng)AVC對(duì)這些影響的分析不夠精細(xì)，為避免各相鄰子區(qū)域間相互影響，在控制目標(biāo)中加入聯(lián)絡(luò)線無功潮流的控制手段，進(jìn)行無功潮流的計(jì)算。此外，依據(jù)配電網(wǎng)中的歷史數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)前系統(tǒng)無功的狀態(tài)，預(yù)計(jì)未來一段時(shí)間內(nèi)配電網(wǎng)無功功率的變化趨勢(shì)，準(zhǔn)確的無功預(yù)報(bào)可以經(jīng)濟(jì)合理的安排變壓器檔位、電容（抗）補(bǔ)償器等設(shè)備的動(dòng)作和投切容量，保持配電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，減少不必要的無功備用容量，有效提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.5 計(jì)及諧波電壓

隨著配電網(wǎng)中非線性元件的大量使用，諧波污染愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在無功優(yōu)化模型中考慮諧波電壓的影響，進(jìn)行諧波評(píng)估和諧波抑制，減少諧波污染，有效提高電能質(zhì)量。

3.6 動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化

智能配網(wǎng)AVC不僅要取得計(jì)算模型效率和全局最優(yōu)間的協(xié)調(diào)，還應(yīng)處理好電壓波動(dòng)帶來的影響。傳統(tǒng)無功優(yōu)化利用當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化結(jié)果指導(dǎo)下個(gè)時(shí)刻的設(shè)備動(dòng)作，這不是真正意義上的動(dòng)態(tài)過程，動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化的結(jié)果需要更科學(xué)，更精確。

3.7 互動(dòng)化技術(shù)

實(shí)時(shí)的科學(xué)可視化技術(shù)不僅能展現(xiàn)配電網(wǎng)無功有關(guān)的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是能深入挖掘運(yùn)行數(shù)據(jù)的含義，將高級(jí)應(yīng)用分析出來的結(jié)果加以提煉，并進(jìn)行重點(diǎn)展示，便于用戶提取確切相關(guān)的信息。智能配電網(wǎng)AVC系統(tǒng)在人機(jī)交互界面應(yīng)該能夠精細(xì)顯示實(shí)時(shí)工況和事項(xiàng)，并能根據(jù)用戶要求自己選擇顯示工況和事項(xiàng)、事件回放、更新速度等信息。

移動(dòng)通信行業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及經(jīng)營模式可以作為電力行業(yè)加快互動(dòng)化的鋪墊和借鑒，必將促進(jìn)電力系統(tǒng)與用戶和工作人員之間更多的互動(dòng)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前我國配電投資比例較小，配電網(wǎng)供電能力弱、可靠性差、線損率高，傳統(tǒng)AVC系統(tǒng)在配電網(wǎng)方面的研究和應(yīng)用較少，智能配網(wǎng)AVC不僅要解決上述現(xiàn)存問題，還要積極應(yīng)對(duì)智能配電網(wǎng)電壓控制和無功優(yōu)化方面的新問題。本文對(duì)智能配電網(wǎng)的AVC的理念和技術(shù)進(jìn)行嘗試性的研究，希望能起到拋磚引玉的作用。配電網(wǎng)地位的重要性和嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問題，迫切需要我們加快對(duì)智能配電網(wǎng)AVC的研究和發(fā)展。

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