新能源環(huán)境下配電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)改善措施

黃靈資

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司湘潭供電分公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

近年，在傳統(tǒng)能源供應(yīng)日趨緊張，環(huán)境保護(hù)壓力加大的背景下，新能源成為我國重要的能源戰(zhàn)略。十三五期間國家依舊“主打”低碳綠色，從產(chǎn)業(yè)角度來看，光伏、風(fēng)電與核電等清潔發(fā)電產(chǎn)業(yè)將獲得利好。未來新能源的發(fā)展會(huì)越來越迅猛，在這種環(huán)境下，配電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)問題變得非常棘手，為了協(xié)調(diào)無功電壓需要從多個(gè)方面來進(jìn)行考慮，如采用多種方法可以獲得非常好的效果[1]，表1為新能源的種類。

表1 新能源種類Table 1 Types of New Energy

1 配電網(wǎng)無功控制的難點(diǎn)

現(xiàn)階段，我國的配電網(wǎng)系統(tǒng)與輸電網(wǎng)相比自動(dòng)化程度和智能化程度非常低，其內(nèi)部的檢測點(diǎn)和控制點(diǎn)相對比較低，在配電網(wǎng)中實(shí)施無功控制主要會(huì)面臨以下幾個(gè)問題：第一，由于配電網(wǎng)存在的負(fù)荷類型偏多、面非常的廣，導(dǎo)致監(jiān)測出的數(shù)據(jù)很少，利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行建模，將出現(xiàn)算法復(fù)雜、耗費(fèi)的時(shí)間偏長等問題。第二，設(shè)備的本身由于不能滿足條件導(dǎo)致運(yùn)行的狀況不可控制，只可能通過臨近的設(shè)備來可靠動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行狀況的改善。比如對配變來說，一旦電壓出現(xiàn)越限，就需要他通過調(diào)整主變來達(dá)到穩(wěn)定其電壓的目的。第三，當(dāng)執(zhí)行控制命令以后，受限于電壓等級(jí)和區(qū)域電網(wǎng)的不平衡性，很容易出現(xiàn)無法兼顧的問題。第四，設(shè)備的動(dòng)作不但需要根據(jù)本地信息，而且需要綜合協(xié)調(diào)電網(wǎng)的上下級(jí)，否則將發(fā)生振蕩問題。如一些臺(tái)區(qū)的電壓存在偏低問題，就需要配變及時(shí)的上調(diào)電壓，進(jìn)行上調(diào)以后很有可能會(huì)出現(xiàn)臺(tái)區(qū)電壓超出上限值的問題[2]。

2 控制策略遵循的原則

對配電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的時(shí)候，需要嚴(yán)格按照以下幾點(diǎn)進(jìn)行：（1）先對無功功率進(jìn)行調(diào)整，然后再進(jìn)行電壓調(diào)整。電能進(jìn)行傳輸、轉(zhuǎn)換的過程中，維持其正常運(yùn)行的條件是保證無功平衡，與此同時(shí)根據(jù)特性曲線，可以及時(shí)了解負(fù)荷的變化，這對維護(hù)電網(wǎng)無功功率平衡有非常大的幫助，這樣就必然會(huì)有更新的平衡點(diǎn)，使得設(shè)備電壓出現(xiàn)變化。為此，在新能源環(huán)境下進(jìn)行配網(wǎng)無功功率協(xié)調(diào)控制首先需要遵循的原則就是優(yōu)先調(diào)整無功功率，然后再對電壓進(jìn)行調(diào)整。（2）所選用的無功調(diào)整策略應(yīng)遵循自上而下來判斷和控制。眾所周知，無功功率無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，在分配無功功率的時(shí)候，需要依照就地平衡和補(bǔ)償，從而降低無功消耗。因此，無功功率需要從上面到下面來進(jìn)行判斷。當(dāng)上一級(jí)電網(wǎng)需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，就需要檢查下級(jí)電網(wǎng)是否能夠滿足要求，這樣做的目的不僅能夠保證本地對無功功率的需求，而且可以極大的降低無功在電網(wǎng)中發(fā)生流動(dòng)，可以降低網(wǎng)損。（3）電壓需要采用自下而上來判斷、自上而下來進(jìn)行控制。配電網(wǎng)無法在用戶端進(jìn)行調(diào)壓，而需要選用上一級(jí)的調(diào)壓來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作?，F(xiàn)階段，大多數(shù)的地區(qū)的調(diào)整線路電壓的調(diào)壓器數(shù)量偏低，需要綜合依靠調(diào)整配變檔位來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的完成，電壓不合格的調(diào)整應(yīng)進(jìn)行逐級(jí)申請。為此，需要從下到上來進(jìn)行電壓的調(diào)整，調(diào)整過程中，上級(jí)調(diào)壓設(shè)備可能會(huì)對下級(jí)設(shè)備的電壓產(chǎn)生非常大的影響，其調(diào)整面之廣很受人關(guān)注。相比來說，下級(jí)調(diào)壓設(shè)備的工作不會(huì)對上級(jí)設(shè)備產(chǎn)生多大影響，其調(diào)整面相對比較窄，需要從上到下進(jìn)行逐層、逐級(jí)的進(jìn)行調(diào)壓[3]。

3 新能源環(huán)境下配電網(wǎng)無功電壓調(diào)整

3.1 配電網(wǎng)無功電壓三級(jí)協(xié)調(diào)控制

電網(wǎng)無功電壓三級(jí)協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟，（1）創(chuàng)建自身結(jié)構(gòu)復(fù)制傳入的數(shù)據(jù)；（2）前推；（3）回代；（4）收斂性判定；（5）結(jié)果回轉(zhuǎn)到調(diào)用者。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：依據(jù)設(shè)備的安裝位置和控制范圍實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的分層控制。依據(jù)短期與超短期負(fù)荷預(yù)測技術(shù)對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢進(jìn)行預(yù)判，保證調(diào)節(jié)策略的前瞻性，減少設(shè)備的調(diào)節(jié)次數(shù)，避免無效動(dòng)作。通過分級(jí)協(xié)調(diào)控制解決當(dāng)前配電網(wǎng)調(diào)節(jié)設(shè)備不足的現(xiàn)狀，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)設(shè)備的調(diào)節(jié)潛力，減少配網(wǎng)投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)壓力?？蛇m應(yīng)多種常規(guī)和非常規(guī)調(diào)節(jié)設(shè)備，如分組電容器、配變分接頭、線路調(diào)壓器、線路電容器，以及SVG、SVC、TSF 等[4]。

3.2 無功電壓協(xié)調(diào)控制模型

現(xiàn)實(shí)中，分布控制層需要對配網(wǎng)負(fù)荷動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，且需要準(zhǔn)確預(yù)測本地的負(fù)荷曲線，對于電容器組動(dòng)作控制則需要對電容器的容量來測定，其負(fù)荷預(yù)測無法滿足電壓的變化，由于這個(gè)容量為標(biāo)準(zhǔn)容量，它的投切不會(huì)給變電站內(nèi)的母線電壓帶來較大的影響，一般多應(yīng)用在集中層，此外，值得一提的是電容器容量和電壓成正比例，實(shí)踐中不常處在額定電壓之下，它的投切動(dòng)作也會(huì)隨著電壓的變化而發(fā)生變化[5]。

3.3 無功電壓協(xié)調(diào)控制策略

對配電網(wǎng)進(jìn)行無功電壓協(xié)調(diào)控制的時(shí)候需要根據(jù)供電的范圍來及時(shí)的進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，并嚴(yán)格按照指定的預(yù)定方案來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行過程中還應(yīng)依靠現(xiàn)有的動(dòng)作方案來實(shí)現(xiàn)投切，目前，電容器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康氖谴龠M(jìn)補(bǔ)償面積更加大，并盡可能的不發(fā)生過補(bǔ)償問題，實(shí)現(xiàn)就地平衡是根本目的。應(yīng)按照實(shí)際情況來動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，采用配變檔位調(diào)整和無功補(bǔ)償對配電網(wǎng)的功率進(jìn)行優(yōu)化處理，并按照優(yōu)化后的結(jié)果來動(dòng)態(tài)的進(jìn)行控制分析。目前優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)需要確?？偩W(wǎng)損量最小。如果選用的控制方案不合理，比如配網(wǎng)用戶負(fù)荷預(yù)測和實(shí)際值相差很大，那么就需要進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測曲線即電容器的重新制定，在這一段時(shí)間內(nèi)，將配網(wǎng)內(nèi)的所有電容器進(jìn)行閉鎖，直到新的方案被制定出來以后才可實(shí)現(xiàn)閉鎖[6]。實(shí)際情況下，如果分布控制的結(jié)果沒有辦法維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，則需要對節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行調(diào)整，并不斷優(yōu)化條件，需要按照實(shí)際的問題及時(shí)的控制，利用優(yōu)化算法，將最優(yōu)結(jié)果用以執(zhí)行，緊接著應(yīng)根據(jù)結(jié)果來重新的進(jìn)行方案報(bào)送，然后進(jìn)行分布控制。在故障的情況下，比如10KV配電線路中的某條線路出現(xiàn)三相短路，重合閘跳開失敗，所有的負(fù)荷都轉(zhuǎn)移到另一條線路上，這樣的功率流動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)直線上升，這時(shí)的電流將持續(xù)增大，電壓也將有所下降，則需要應(yīng)用更多的無功補(bǔ)償來保證電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。配電網(wǎng)電壓的無功控制則應(yīng)緊急的控制，及時(shí)的控制電容器組的投切，以此來達(dá)到最優(yōu)的控制。該類控制電壓的數(shù)值需要在合理的范圍內(nèi)，恢復(fù)故障后應(yīng)進(jìn)行及時(shí)的恢復(fù)，從而達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行模式[7]。

4 案例分析

以某縣供電公司配電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)控制為例來分析，該公司承擔(dān)著轄區(qū)內(nèi)10kV配電線路的運(yùn)行和維護(hù)，當(dāng)?shù)赜蟹浅４蟮娘L(fēng)電場和光伏電站，由于其出力的不確定性經(jīng)常出現(xiàn)配電網(wǎng)無功電壓不足的問題，該公司配電運(yùn)檢班根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件，制定了雙層電網(wǎng)協(xié)調(diào)模式，嚴(yán)格按照指定的預(yù)定方案來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用手工實(shí)現(xiàn)投切電容器組，獲得了良好的效果[8]。

5 結(jié)論

通過應(yīng)用無功電壓調(diào)整模式來控制配電網(wǎng)無功電壓，實(shí)現(xiàn)了綜合的協(xié)調(diào)控制，依據(jù)不同的補(bǔ)償來進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，獲得了良好的效果，通過就地補(bǔ)償和無功控制優(yōu)化，建立了科學(xué)的控制策略，這種策略對于新能源環(huán)境下配電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)有非常大的幫助。