智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用

魏靖 龔新勇 龍玉英 鄧成蘭 姚朝

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 云南省昆明市 650000）

智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在很大程度上可以改善以往中低壓配電網(wǎng)無功與電壓控制過程存在的不足問題，并且可以最大限度地提高無功電壓系統(tǒng)智能化運(yùn)行水平。目前，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于城市電網(wǎng)建設(shè)工作當(dāng)中，根據(jù)實(shí)際情況來看，該系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用有效地從末端源頭上緩解了傳統(tǒng)配電網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)了系統(tǒng)電壓的合格質(zhì)量。一方面，智能配網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的成功推廣與應(yīng)用，用戶的用電需求可以得到有效滿足，且系統(tǒng)運(yùn)行期間一旦達(dá)到負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化，無功就地平衡，達(dá)到節(jié)能降耗效果。另一方面，智能配網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的示范應(yīng)用在很大程度上可以深化中低壓配電網(wǎng)無功設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量與管理效率。鑒于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的重要性，我們必須對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1 智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)分析

關(guān)于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用問題，目前尚未存在科學(xué)、完整的治理系統(tǒng)，能夠解決配電網(wǎng)電壓質(zhì)量、無功優(yōu)化等問題。為進(jìn)一步解決上述問題，研究人員需要按照協(xié)調(diào)控制與治理原則，構(gòu)建科學(xué)、合理的智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)體系，為智能配電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障[1]。結(jié)合當(dāng)前情況來看，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化計(jì)算與運(yùn)行分析過程。研究人員需要重點(diǎn)針對(duì)智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)中合適位置設(shè)置科學(xué)、合理的參數(shù)數(shù)據(jù)，目的在于確保配電網(wǎng)線路調(diào)壓、無功補(bǔ)償?shù)妊b置實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行目標(biāo)。

（2）智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)可以針對(duì)運(yùn)行參數(shù)問題實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求。該系統(tǒng)運(yùn)行期間主動(dòng)結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)與智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓、電流以及功率等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程。與此同時(shí)，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)中的智能識(shí)別功能可以篩選出有效數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障。除此之外，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)可以按照智能判斷要求，整合與分析數(shù)據(jù)并得出最優(yōu)策略，確保配電網(wǎng)損耗問題得以減少[2]。

2 智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的總體規(guī)劃方案分析

2.1 運(yùn)行要求

圖1：智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)整體布局圖

目前配電自動(dòng)化系統(tǒng)在建設(shè)與運(yùn)行管理方面尚未達(dá)到成熟標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與管理經(jīng)驗(yàn)方面比較欠缺。因此，要想全面實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)安全運(yùn)行，研究人員必須重點(diǎn)針對(duì)電壓控制的實(shí)時(shí)性問題以及可靠性問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署[3]。最好可以從子系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)方面入手，也就是說本文所述的智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)。關(guān)于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)情況，主要可以參照?qǐng)D1。一般來說，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)在運(yùn)行要求與管理方面，應(yīng)該嚴(yán)格按照下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃與分析。具體如下：

電容器組、線路調(diào)壓器以及分布式光伏等應(yīng)該按照智能配電網(wǎng)無功電壓控制原則以及運(yùn)行要求進(jìn)行合理設(shè)置。同時(shí)，在配變側(cè)方面應(yīng)該從電容器組與有載調(diào)壓分接頭等方面進(jìn)行合理設(shè)置。但是介于當(dāng)前線路調(diào)壓器安裝難度較大的影響，因此當(dāng)前智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成方面，暫不考慮線路調(diào)壓器裝配問題[4]。除此之外，關(guān)于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的管理問題，建議研究人員應(yīng)該結(jié)合示范區(qū)域?qū)崨r，合理配置無功電壓控制、控制器等裝置。需要注意的是，關(guān)于新型無功補(bǔ)償控制裝置的配置與安裝問題，建議研究人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理部署。

2.2 建設(shè)思路

關(guān)于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的建設(shè)思路問題，建議研究人員應(yīng)該從系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)示范實(shí)施技術(shù)路線與現(xiàn)場(chǎng)示范的通信通道建設(shè)等方面進(jìn)行部署與規(guī)劃，以期可以為該系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供保障。

（1）在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)示范實(shí)施技術(shù)路線方面，建議研究人員應(yīng)該根據(jù)智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)示范運(yùn)行情況，合理規(guī)劃典型線路問題。規(guī)劃過程中，研究人員應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，如負(fù)荷特性、有功負(fù)載、電壓波動(dòng)等特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。重點(diǎn)針對(duì)饋線控制問題進(jìn)行研究與分析，如配網(wǎng)AVQC 主站系統(tǒng)可以針對(duì)子站運(yùn)行問題進(jìn)行監(jiān)控與管理，目的在于確保該系統(tǒng)與其他配網(wǎng)系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行與信息交互、共享等功能[5]。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)示范通信通道的建設(shè)問題建議研究人員應(yīng)該按照智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行原則及要求，構(gòu)建科學(xué)、合理的通信信道。建議研究人員可以按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況規(guī)劃科學(xué)、合理的方案。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，現(xiàn)場(chǎng)示范通信通道建設(shè)工作可以從下述方面著手：對(duì)于配電自動(dòng)化覆蓋的區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)研究人員應(yīng)該按照配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信通道運(yùn)行原則，確保各個(gè)系統(tǒng)間可以實(shí)現(xiàn)合理銜接。如可利用工業(yè)以太網(wǎng)等進(jìn)行建設(shè)。在通信設(shè)置方面可以優(yōu)先運(yùn)用加密的無線公網(wǎng)方式進(jìn)行加密處理。

2.3 規(guī)劃部署

顧慮到電力系統(tǒng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的原則及要求，重點(diǎn)針對(duì)智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，一般多設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)安全I(xiàn) 區(qū)當(dāng)中。系統(tǒng)構(gòu)建方面應(yīng)該按照兩層決策模式。按照調(diào)度端系統(tǒng)運(yùn)行要求，確保配網(wǎng)無功電壓全局優(yōu)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。在功能構(gòu)建方面應(yīng)該按照監(jiān)視系統(tǒng)與報(bào)表系統(tǒng)等運(yùn)行原則，合理規(guī)劃與部署分布式架構(gòu)體系，在模式選擇上建議應(yīng)該優(yōu)先采取C/S 模式。

為確保智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)安全，研究人員應(yīng)該根據(jù)配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行情況，針對(duì)III 區(qū)部署配置問題進(jìn)行研究與分析。與此同時(shí)，重點(diǎn)針對(duì)智能配電網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，最好可以按照遠(yuǎn)程控制原則，確保該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能與管理功能得以實(shí)現(xiàn)、此外，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行期間研究人員應(yīng)該做好智能化管理工作，針對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)行問題進(jìn)行整合與分析，以期可以為后期運(yùn)行管理提供決策支持。如圖1 所示。

3 智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例及效果分析

3.1 應(yīng)用實(shí)例

某縣城110kV 星橋變的10kV 出線繡園配變79 臺(tái)。其中，公變59 臺(tái)、專變20 臺(tái)，額定容量為10.357 MV·A。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果來看，當(dāng)前繡園線有功功率波動(dòng)與無功功率波動(dòng)問題比較明顯。如配電網(wǎng)用戶電壓波動(dòng)問題異常，且用電高峰期無功補(bǔ)償不足，導(dǎo)致低電壓?jiǎn)栴}頻頻發(fā)生，并主要集中在末端線路位置當(dāng)中。為及時(shí)改善這一問題，管理人員主張按照智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用原則及要求，緩解電能損耗問題以及質(zhì)量問題。根據(jù)實(shí)際情況來看，現(xiàn)場(chǎng)通過應(yīng)用智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)，基本上取得了下述成效。

3.2 應(yīng)用效果

（1）系統(tǒng)受端電壓以及線路電壓得到了明顯改善，在供電質(zhì)量方面取得了穩(wěn)步建設(shè)成果。其中，在有載調(diào)壓變與線路調(diào)壓器等設(shè)備方面，調(diào)壓效果顯著，比較適用于當(dāng)前線路運(yùn)行工作當(dāng)中。另外，無功補(bǔ)償類設(shè)備在線路調(diào)壓質(zhì)量表現(xiàn)的較為良好，能夠有效適應(yīng)處于長期運(yùn)行的線路當(dāng)中。

（2）系統(tǒng)整體功率因素明顯加強(qiáng)，在功率損耗問題也明顯減少。其中，線路電容器類設(shè)備在容量表現(xiàn)方面比較充足，在投入方式上采取整組投入，確保補(bǔ)償效果。同時(shí)，合理利用低壓SVG 類設(shè)備，目的在于確?？梢詫?shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)功能。在配變段運(yùn)行方面基本上也可以實(shí)現(xiàn)無功就地補(bǔ)償功能，可控程度較高。需要注意的是，電力電子設(shè)備運(yùn)行期間本身存在能耗問題，在功率損耗問題可能會(huì)存在偏高問題，比較適用于治理配變工作中，如無功、諧波等[8]。

（3）系統(tǒng)電能質(zhì)量與供電可靠性明顯加強(qiáng)。其中，諧波治理方面主張運(yùn)用有源濾波器，確保諧波電壓含有率與電流含有率得以滿足預(yù)期要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來看，治理后諧波電壓含有率明顯下降，可以達(dá)到0.9%左右，諧波電流可以達(dá)到3.8%左右。從這一組數(shù)據(jù)可以明確，治理效果比較明顯。除此之外，治理前三相電流不平衡問題比較明顯，治理之后平衡度保持在恒定水平，效果比較顯著。

（4）設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行程度明顯加強(qiáng)。智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)可以對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)督與管理，目的在于促使配網(wǎng)運(yùn)行始終處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中。同時(shí)，在供電可靠性與質(zhì)量穩(wěn)定性方面基本上達(dá)到了預(yù)期要求，整個(gè)配網(wǎng)管理水平得到了顯著加強(qiáng)。

4 結(jié)論

總而言之，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，至少可以從提高配電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)控制能力、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗運(yùn)行效果等方面深化該系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。與此同時(shí)，通過改變主變調(diào)壓可以有效緩解以往系統(tǒng)運(yùn)行期間存在的局限問題，如充分利用調(diào)壓裕度，確?！翱蛻舳穗妷汉细瘛蹦繕?biāo)得以順利實(shí)現(xiàn)。最重要的是，智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行期間可以實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化補(bǔ)償要求，減少無功電流引發(fā)的電能損耗問題，確保系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量得以滿足預(yù)期目標(biāo)。鑒于智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的重要性，建議研究人員與管理人員應(yīng)該立足于配電網(wǎng)建設(shè)實(shí)際情況，科學(xué)規(guī)劃與部署智能配電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行方案，從根本上確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。