基于信息集成的農(nóng)村配電網(wǎng)無功優(yōu)化

摘 要：在分析農(nóng)村配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償需求及補(bǔ)償難點(diǎn)問題上，提出了由分布式電氣量測(cè)量裝置與配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行信息集成的無功補(bǔ)償方案。該方案將廣域測(cè)量與控制技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)電力負(fù)荷的實(shí)際變化，合理選擇補(bǔ)償方式和補(bǔ)償容量，使無功補(bǔ)償更經(jīng)濟(jì)更合理。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 信息 集成 無功 補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM926文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0070-01

隨著配電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的迅速增加和電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，電能質(zhì)量問題日益突出。由于電網(wǎng)中存在著大量的感性負(fù)載，需吸收電網(wǎng)的大量無功能量，為了改善電能質(zhì)量，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，保證電網(wǎng)有功功率的充分利用，提高系統(tǒng)的供電效率和電壓質(zhì)量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行[1]。

當(dāng)前農(nóng)村配電網(wǎng)的無功優(yōu)化主要是針對(duì)農(nóng)網(wǎng)的負(fù)荷存在“兩低一高”的特點(diǎn)，即負(fù)荷率低、功率因數(shù)低、同時(shí)率高。農(nóng)村電網(wǎng)需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，其補(bǔ)償方式為：首先進(jìn)行低壓無功補(bǔ)償，即隨機(jī)、隨器和隨負(fù)荷補(bǔ)償；在低壓補(bǔ)償不足的情況下，安裝線路電容器，進(jìn)行線路補(bǔ)償；最后實(shí)施變電所集中補(bǔ)償。

農(nóng)網(wǎng)中10 kV饋線數(shù)量較多，規(guī)模較大，分支多、節(jié)點(diǎn)多，將整個(gè)中壓網(wǎng)作為整體進(jìn)行無功優(yōu)化很不現(xiàn)實(shí)。220 kV及以上電網(wǎng)中發(fā)電廠及樞紐變電站進(jìn)行電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化，可通過同步相量測(cè)量單元（PMU）、高速數(shù)字通信設(shè)備及電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過程分析設(shè)備進(jìn)行信息集成加以完成。由于造價(jià)原因，該方案并不適合于農(nóng)村電網(wǎng)，但農(nóng)村配電網(wǎng)絡(luò)同樣可應(yīng)用廣域測(cè)量及信息集成技術(shù)[2]。

故障指示器就是一種安裝在架空線路上、電力電纜及開關(guān)柜母線排上，用于指示故障線路、定位故障區(qū)域的裝置。但是由于目前FCI因其設(shè)計(jì)功能所限，它主要用于相間短路指示。如能利用該元件可實(shí)現(xiàn)無功功率的分析計(jì)算，可大大提高農(nóng)村配電網(wǎng)無功優(yōu)化的水平。

該文主要介紹利用配電網(wǎng)中FCI這一分布式裝置基于信息集成的無功優(yōu)化的具體方法。

1 農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償難題

無功補(bǔ)償容量計(jì)算通用公式如下：

式中——補(bǔ)償容量變化量，單位kar；

——配變?nèi)萘浚瑔挝籯VA；

γ——負(fù)荷率，為百分?jǐn)?shù)；

——原功率因數(shù)；

——目標(biāo)功率因數(shù)。

由于農(nóng)村電網(wǎng)目前還沒有采用實(shí)時(shí)測(cè)量無功功率的裝置，而只能紀(jì)錄用戶的月用電度，所以不可能直接得到供電臺(tái)區(qū)無功功率；根據(jù)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)高級(jí)管理軟件只能實(shí)時(shí)紀(jì)錄線路的日負(fù)荷數(shù)據(jù)，其中也只有線路電壓、電流、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)，并無配變功率因數(shù)值。根據(jù)現(xiàn)有的用戶月電度和線路日負(fù)荷數(shù)據(jù)是無法得到負(fù)荷率γ、和。這樣農(nóng)村電網(wǎng)計(jì)算補(bǔ)償容量遇到了很大困難，這也成為困擾農(nóng)網(wǎng)技術(shù)人員的技術(shù)難題。

只有測(cè)得農(nóng)村配電網(wǎng)各分支節(jié)點(diǎn)的電氣量參數(shù)，才能尋找出10kV配電線路的負(fù)荷變化的季節(jié)性特點(diǎn)及每日峰谷負(fù)荷的變化規(guī)律，進(jìn)行合理的負(fù)荷預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)與控制軟件，從而對(duì)電容器的投入與退出進(jìn)行自動(dòng)控制。

2 信息集成方案

面向數(shù)據(jù)通信信息交換的通信體系是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵，而廣域測(cè)量與數(shù)據(jù)交換是建設(shè)配電網(wǎng)廣域測(cè)控體系和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的重要基礎(chǔ)。新型信息集成方案采用就地信息合并控制單元LIMCU實(shí)現(xiàn)與附近各故障指示器之間的信息集成。通過擴(kuò)展FCI的功能使其具有較為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，并能借助數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線的雙向通訊，這樣上傳的數(shù)據(jù)可以作為配電自動(dòng)化DA系統(tǒng)判斷的依據(jù)，從而對(duì)整個(gè)農(nóng)村配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化。

以圖1為例，圖中1～9代表9組FCI（每組三只），C1～C5代表著安裝于主干線或分支線上的補(bǔ)償電容器。在該配電線路出現(xiàn)功率因數(shù)變化時(shí)。各FCI與各LIMCU進(jìn)行信息交互，能立即上報(bào)DA有關(guān)本LIMCU對(duì)于無功補(bǔ)償?shù)木偷胤治鼋Y(jié)果。DA對(duì)于全網(wǎng)無功進(jìn)行綜合判斷后，做出投入或退出某臺(tái)電容器的操作。

在該信息集成方案中，通過FCI個(gè)體，可測(cè)得每相電流、電壓量值，經(jīng)時(shí)鐘同步后，借助于LIMCU綜合得出就地?zé)o功補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果，并及時(shí)上傳至DA。DA接受到相應(yīng)信息后，利用后臺(tái)的無功優(yōu)化計(jì)算軟件，及時(shí)準(zhǔn)確地確定全網(wǎng)無功優(yōu)化方案。全網(wǎng)無功優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)將有助于實(shí)現(xiàn)以下效益：有效地提高全網(wǎng)供電電壓；線路損耗全局性降低，取得明顯的降損節(jié)能效益；整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無功得到優(yōu)化；減少設(shè)備動(dòng)作次數(shù)，延遲設(shè)備壽命；投資少，回報(bào)率高；有效提高無功電壓管理水平。

3 結(jié)語

信息集成是智能電網(wǎng)發(fā)展的總體趨勢(shì)。通過信息集成化處理，有助于優(yōu)化全網(wǎng)無功補(bǔ)償策略，來達(dá)到對(duì)無功補(bǔ)償合理控制的目的。值得注意的是：根據(jù)無功補(bǔ)償電容器組的容量，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的電容器組投切策略，防止電容器出現(xiàn)補(bǔ)功率倒送現(xiàn)象。通過信息集成來優(yōu)化無功補(bǔ)償，不僅充分利用了FCI與LIMCU的測(cè)量、運(yùn)算以及控制功能，還簡(jiǎn)化了硬件配置，減少電路中互感器裝置的數(shù)目以達(dá)到精簡(jiǎn)投資目的。最后對(duì)信息進(jìn)行集成化處理，對(duì)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有至關(guān)重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制與無功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998.

[2]陸一鳴，劉東，柳勁松.智能配電網(wǎng)信息集成需求及模型分析[J].上海交通大學(xué)，2010，4（8）：1-4，96.