農(nóng)村配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)

吳桂軍 丁曉群 顧 偉

（河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇南京 211100）

電壓質(zhì)量是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對(duì)電氣設(shè)備安全運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)線損有著顯著的影響。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村用電量不斷的增高，農(nóng)村地區(qū)對(duì)電壓質(zhì)量的要求也越來越高。目前，大部分農(nóng)村配網(wǎng)基本采用變電站集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上無功補(bǔ)償、用戶終端分散補(bǔ)償?shù)榷嗉?jí)無功補(bǔ)償模式。各電壓無功調(diào)控設(shè)備僅依據(jù)安裝測量點(diǎn)的測量值進(jìn)行各自為政的獨(dú)立控制，電網(wǎng)各級(jí)調(diào)控設(shè)備的全網(wǎng)協(xié)調(diào)性不夠，往往會(huì)出現(xiàn)用戶端電壓偏低，用戶端的調(diào)壓手段已全部用完，而線路或變電站端有調(diào)壓裕度卻不進(jìn)行調(diào)壓的情況。因此，本文提出了農(nóng)村配電網(wǎng)無功優(yōu)化模式，以變電站、線路、配變電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)為研究思路，充分利用全網(wǎng)的調(diào)壓設(shè)備協(xié)調(diào)控制以解決“低電壓”問題。該技術(shù)在安徽歙縣的實(shí)施，顯著改善了農(nóng)村電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

1 配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)

農(nóng)村配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制技術(shù)的主要思想是：首先采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過優(yōu)化算法計(jì)算生成控制策略，或分析電壓不合格的原因并生成相應(yīng)策略，通過相關(guān)數(shù)據(jù)通道下達(dá)及執(zhí)行控制策略，最終確保優(yōu)化對(duì)象即關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓合格，同時(shí)進(jìn)行無功優(yōu)化。

由于農(nóng)村配電網(wǎng)供電半徑長，配電變壓器多，負(fù)荷季節(jié)性和時(shí)變性強(qiáng)，線路無功損耗大，線路末端電壓很低，因此在本研究方案中，為增加線路的調(diào)壓能力，可在需要的線路中端安裝自耦調(diào)壓器，如圖1所示。

1.1 配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制結(jié)構(gòu)

本研究方案以配電網(wǎng)的電壓等級(jí)及配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制技術(shù)分為三級(jí)。第一級(jí)為對(duì)農(nóng)網(wǎng)全網(wǎng)變電站調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，調(diào)控設(shè)備主要包括主變有載分接頭和站內(nèi)無功補(bǔ)償；第二級(jí)為對(duì)10kV線路調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，主要包括線路自耦調(diào)壓器和柱上無功補(bǔ)償?shù)日{(diào)控設(shè)備；第三級(jí)為對(duì)10kV配變電壓器調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，主要包括配變有載分接頭及無功補(bǔ)償?shù)?。三?jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

目前，變電站監(jiān)測功能不包含對(duì)負(fù)荷點(diǎn)電壓的監(jiān)測，當(dāng)負(fù)荷點(diǎn)出現(xiàn)電壓或無功越線時(shí)也不能及時(shí)作出調(diào)整，由此會(huì)影響電壓質(zhì)量。在實(shí)現(xiàn)三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)過程中，在主變、線路調(diào)壓器、配變及用戶端均裝設(shè)集監(jiān)測電壓、電流和功率因素為一體的高智能監(jiān)測裝置和低壓配電監(jiān)測裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測處的實(shí)時(shí)電壓信息的監(jiān)測及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。

圖3展示了三級(jí)聯(lián)調(diào)控制主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。首先，在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中，高壓配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通過調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）采集變電層內(nèi)各節(jié)點(diǎn)遙測、遙信數(shù)據(jù)，中低壓配網(wǎng)通過GPRS等技術(shù)采集中低壓配網(wǎng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)主系統(tǒng)在線計(jì)算和分析，以節(jié)點(diǎn)功率因數(shù)、節(jié)點(diǎn)電壓合格以及每個(gè)調(diào)控設(shè)備的調(diào)控次數(shù)限制作為約束條件，從全網(wǎng)角度，利用現(xiàn)有調(diào)壓設(shè)備和無功補(bǔ)償設(shè)備，努力實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償分層分區(qū)與就地平衡以達(dá)到電壓合格率最高和系統(tǒng)損耗最小的優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)，并生成相關(guān)的控制命令，包括有載調(diào)壓變壓器（主變、線路調(diào)壓器和配變）分接頭檔位和投切無功補(bǔ)償設(shè)備信息，通過控制子系統(tǒng)將變電站內(nèi)主變與無功補(bǔ)償裝置的控制命令發(fā)送到SCADA系統(tǒng)，將線路與配變的控制命令通過GPRS等技術(shù)下發(fā)給各調(diào)壓及無功補(bǔ)償設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控的各級(jí)有載調(diào)壓變壓器和無功補(bǔ)償設(shè)備的集中管理、集中監(jiān)視和集中控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村配電網(wǎng)全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化的閉環(huán)控制，最大程度上解決農(nóng)網(wǎng)“低電壓”問題。

圖1 農(nóng)村配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 三級(jí)聯(lián)調(diào)結(jié)構(gòu)圖

圖3 三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)

配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)包含兩層意思：全網(wǎng)控制——實(shí)現(xiàn)變電站、線路、配變的三級(jí)全網(wǎng)控制；協(xié)調(diào)控制——各級(jí)之間的控制需要考慮各級(jí)間的相互影響，包括相鄰協(xié)調(diào)與隔鄰協(xié)調(diào)。

圖4 電壓三級(jí)聯(lián)調(diào)控制流程圖

在實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電壓無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

2.1 以調(diào)整電壓為主，降損為輔

2.2 電壓判斷自下而上，調(diào)整則自上而下

2.3 無功判斷自上而下，調(diào)整則自下而上

根據(jù)以上三條原則，電壓三級(jí)聯(lián)調(diào)控制流程圖和無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制流程圖分別如見圖4和圖5：

圖5 無功三級(jí)聯(lián)調(diào)控制流程圖

圖6 改裝后10kV饋線圖

表1 數(shù)據(jù)對(duì)比

3 算例分析

歙縣地處安徽省南部山區(qū)，部分供電線路長，負(fù)荷波動(dòng)大，“低電壓”現(xiàn)象較嚴(yán)重?，F(xiàn)以歙縣一條10kV饋線為例，該線路供電半徑達(dá)37.9km，負(fù)荷以采礦業(yè)和加工業(yè)為主，負(fù)荷波動(dòng)較大，“低電壓”現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為實(shí)施本研究方案，在線路中多處安裝智能監(jiān)測裝置以監(jiān)測電壓和功率，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，線路前半部分電壓基本合格，后半部分電壓、功率因數(shù)均偏低，需對(duì)線路進(jìn)行改造：在圖示節(jié)點(diǎn)1處固定無功補(bǔ)償裝置改裝為自動(dòng)投切電容器組，節(jié)點(diǎn)2處安裝10kV線路調(diào)壓器和自動(dòng)投切電容器組，將節(jié)點(diǎn)3處線路末端配變改裝為寬幅有載調(diào)壓配變并加裝無功補(bǔ)償設(shè)備。改造后饋線如圖6所示（方框?yàn)楦难b點(diǎn)）。

某斷面系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)：

變電站：母線電壓10.47kV，主變檔位為3。

線路節(jié)點(diǎn)1處：線路電壓10.14kV，有功1345kW，無功472kvar，功率因數(shù)0.94，無功補(bǔ)償設(shè)備全投入。

線路節(jié)點(diǎn)2處：調(diào)壓器低壓側(cè)母線電壓9.7kV，調(diào)壓器檔位為4，有功492kW，無功241kvar，功率因數(shù)0.9，無功補(bǔ)償設(shè)備尚有200kvar未投入。

配電節(jié)點(diǎn)3處：臺(tái)區(qū)出口電壓373V，配電檔位為3，有功138kW，無功59kvar，功率因數(shù)0.92，無功補(bǔ)償設(shè)備尚有30kvar未投入。

末端用戶電壓監(jiān)測值：192V。

經(jīng)過三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)系統(tǒng)分析，按照“電壓自上而下調(diào)整，無功自下而上調(diào)整”原則，做出動(dòng)作如下：線路節(jié)點(diǎn)2處調(diào)壓器檔位升至5檔，投入無功200kvar，配變節(jié)點(diǎn)3處配變檔位升至4檔，投入30kvar無功。經(jīng)過三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)控制后，電壓質(zhì)量和功率因素得到了顯著的改善，其中用戶端電壓合格率由95.4%提升至98.4%，綜合線損率由9.5%下降到8.6%，數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

4 總結(jié)

三級(jí)聯(lián)調(diào)控制技術(shù)及其系統(tǒng)平臺(tái)的研究及實(shí)施實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)電壓無功設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，合理有效的調(diào)整變壓器檔位和各種無功設(shè)備，顯著提高了配電網(wǎng)電壓合格率和功率因數(shù)，降低了配網(wǎng)的電能損耗，大量節(jié)省了配網(wǎng)管理人員的工作量。農(nóng)網(wǎng)站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備、10kV 線路調(diào)壓器及配變無功補(bǔ)償裝置的廣泛應(yīng)用，經(jīng)三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化后，可最大程度地發(fā)揮設(shè)備作用，提高電網(wǎng)電壓合格率、更深入地挖掘農(nóng)網(wǎng)的降損潛力。三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用有效推進(jìn)了配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)、監(jiān)視技術(shù)和無功控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要課題。同時(shí)，三級(jí)聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)覆蓋了農(nóng)網(wǎng)高壓、中壓、低壓，是一個(gè)全網(wǎng)控制的電壓無功自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的應(yīng)用有力推動(dòng)了農(nóng)村配電網(wǎng)電壓無功實(shí)用化控制技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，有效的治理農(nóng)村“低電壓”現(xiàn)象，具有農(nóng)網(wǎng)電壓無功優(yōu)化里程碑的意義。

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