配電網(wǎng)節(jié)能降耗與電壓支撐綜合控制技術(shù)研究

摘 要：自農(nóng)網(wǎng)建設(shè)和改造工程實(shí)施以來，農(nóng)網(wǎng)架構(gòu)得到明顯改善，但隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對農(nóng)網(wǎng)的供電能力和供電質(zhì)量提出了更高要求，對此文章進(jìn)行了初步研究，提出了設(shè)備及系統(tǒng)的研究方向。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；節(jié)能降耗；控制技術(shù)

1 配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢

對中低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合控制，同時進(jìn)行節(jié)能降耗，是電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)的必然趨勢。應(yīng)用實(shí)用技術(shù)建設(shè)一個結(jié)構(gòu)相對合理、低網(wǎng)損、高供電質(zhì)量的智能農(nóng)網(wǎng)已是大勢所趨。

2 電能質(zhì)量綜合治理目前具備的條件

目前電力電子功率變換技術(shù)、瞬時無功功率控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)以及無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，可以通過上述技術(shù)研制出小型化、智能化的治理裝置，提高農(nóng)村電網(wǎng)的供電質(zhì)量，用智能化手段對配電網(wǎng)進(jìn)行離線與在線的監(jiān)控，使農(nóng)網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)成為可能。

3 治理裝置的基本要求

（1）結(jié)構(gòu)簡單。

（2）提高功率因數(shù)，能做到各相分補(bǔ)，改善三相不平衡，節(jié)能降耗。

（3）提高末端電壓合格率。

（4）實(shí)時監(jiān)測并上傳配電網(wǎng)數(shù)據(jù)。

4 新型節(jié)能設(shè)備和綜合控制系統(tǒng)的基本描述

4.1 新型節(jié)能設(shè)備原理概述

新型節(jié)能設(shè)備基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流和諧波電流，實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)動態(tài)無功補(bǔ)償和諧波治理的目的。同時，能夠動態(tài)地提供電壓支撐，阻尼系統(tǒng)振蕩、抑制電壓閃變、改善三相不平衡等作用。

圖1為柔性無功調(diào)節(jié)原理圖，將系統(tǒng)看作一個電壓源，無功柔性調(diào)節(jié)裝置可以看作一個可控電壓源，連接電抗器或者可以等效成一個線形阻抗元件。

電能質(zhì)量的優(yōu)化控制的基本原理以三相電路瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)，通過外部電流互感器，實(shí)時檢測負(fù)載電流，并通過內(nèi)部DSP計算，提取出負(fù)載電流的諧波成分，然后通過PWM信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾除電網(wǎng)諧波目的。此外，還可提供超前或滯后的無功電流，用于改善電網(wǎng)功率因數(shù)、實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償。如圖2所示為新型節(jié)能設(shè)備進(jìn)行電能質(zhì)量優(yōu)化治理的原理示意圖，通過優(yōu)化治理的效果可達(dá)95%以上。

4.2 綜合控制系統(tǒng)概述

配電網(wǎng)節(jié)能優(yōu)化與電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)具備采集電網(wǎng)電能質(zhì)量、配網(wǎng)數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)的能力，拓?fù)浼軜?gòu)如圖3，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，能夠給出電能質(zhì)量狀況的綜合報表，通過報表結(jié)果進(jìn)一步提出治理決策支持并對底層各種設(shè)備進(jìn)行控制，如針對諧波污染治理的APF設(shè)備，補(bǔ)償無功功率的SVG設(shè)備，具備治理諧波污染，優(yōu)化三相不平衡和補(bǔ)償無功功率的統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器等，達(dá)到全面優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的目的。能夠?qū)Ω鞣N底層設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

配電網(wǎng)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)分為硬件采集控制層、通訊集成層、軟件應(yīng)用層、組態(tài)展示層。其中軟件應(yīng)用層和數(shù)據(jù)集成層的交互采用C/S結(jié)構(gòu)，當(dāng)圖表數(shù)據(jù)、評估報表和自定義報表通過管理平臺定義發(fā)布后，用戶對數(shù)據(jù)的瀏覽查看均采用B/S方式連接到WEB服務(wù)器；并且通過WEB方式，還能實(shí)現(xiàn)簡單的查詢分析功能。主站系統(tǒng)通過兼顧C(jī)/S、B/S的優(yōu)點(diǎn)，在滿足系統(tǒng)實(shí)時性、高可靠性、高靈活性的同時實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)的瘦客戶端。

本系統(tǒng)總體架構(gòu)采用多層次分布式的處理架構(gòu)，能夠高效地即時處理，系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性，具有高度靈活性和魯棒性。

整個系統(tǒng)總體上分為四個層次：

（1）硬件采集控制層（The hardware control）：包括各種數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測單元、控制單元、可控SVG、可控APF、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置等。

（2）通訊數(shù)據(jù)集成層（Communication data integration）：通訊數(shù)據(jù)集成層包括對各種采集單元、監(jiān)測單元、控制單元的數(shù)據(jù)集成，同時為了滿足上層軟件應(yīng)用層的分析和控制硬件采集控制層的需要，數(shù)據(jù)集成層也為PMIS＼SCADA＼PMIS＼GIS等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。該層主要完成數(shù)據(jù)采集和存取功能，同時負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整合的工作。

（3）軟件應(yīng)用層（Application layer）：為了保證系統(tǒng)的兼容性、可移植性和靈活性，本系統(tǒng)定義了軟件應(yīng)用層。該層接受展示層的輸入請求，并根據(jù)請求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯功能，同時判斷是否需要訪問系統(tǒng)資源。業(yè)務(wù)邏輯層是實(shí)際處理功能邏輯的層次，負(fù)責(zé)完成對數(shù)據(jù)的計算分析評估等處理，同時該層還需要一些系統(tǒng)級的服務(wù)，如安全管理、事務(wù)管理、設(shè)備控制、資源管理等。

（4）展示層：采用組態(tài)軟件完美展示從各種設(shè)備單元到軟件應(yīng)用系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)、包括開關(guān)、電抗、電容器狀態(tài)，電壓、電流等數(shù)據(jù)。展示層同時提供web瀏覽和人機(jī)交互界面，用戶可以直接通過展示層瀏覽和控制系統(tǒng)任何硬件單元。