浅谈配变电压无功实用化控制技术的发展与应用
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【摘要】电压质量是衡量电能质量的重要指标之一，对电气设备安全运行、网络线损有着显著的影响。随着农村经济的快速发展，用电量不断的增高，很多农村地区对电压质量的要求也越来越高。
【关键词】配变电压；低电压；无功优化
1.引言
目前，大部分农村配网基本采用变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿、用户终端分散补偿等多级无功补偿模式。各电压无功调控设备仅依据安装测量点的测量值进行各自为政的独立控制，电网各级调控设备的全网协调性不够，往往会出现用户端电压偏低，用户端的调压手段已全部用完，而线路或变电站端有调压裕度却不进行调压的情况。因此，本文提出了农村配电网无功优化模式，以变电站、线路、配变电压无功三级联调控制技术为研究思路，充分利用全网的调压设备协调控制以解决“低电压”问题。
三级联调控制技术及其系统平台的研究及实施实现了配电网电压无功设备的实时监测与控制，合理有效的调整变压器档位和各种无功设备，显著提高了配电网电压合格率和功率因数，降低了配网的电能损耗，大量节省了配网管理人员的工作量。农网站内无功补偿设备、10kv线路调压器及配变无功补偿装置的广泛应用，经三级联调控制系统的协调优化后，可最大程度地发挥设备作用，提高电网电压合格率、更深入地挖掘农网的降损潜力。三级联调控制系统的推广应用有效推进了配电网自动化技术、监视技术和无功控制技术的发展与应用，将是智能电网的一个重要课题。同时，三级联调控制系统覆盖了农网高压、中压、低压，是一个全网控制的电压无功自动控制系统。它的应用有力推动了农村配电网电压无功实用化控制技术的发展和进步，有效的治理农村“低电压”现象，具有农网电压无功优化里程碑的意义。
2.配电网电压无功实用化控制技术
农村配电网电压无功优化控制技术的主要思想是：首先采集电网运行数据，然后经过优化算法计算生成控制策略，或分析电压不合格的原因并生成相应策略，通过相关数据通道下达及执行控制策略，最终确保优化对象即关键节点电压合格，同时进行无功优化。
由于农村配电网供电半径长，配电变压器多，负荷季节性和时变性强，线路无功损耗大，线路末端电压很低，因此在本研究方案中，为增加线路的调压能力，可在需要的线路中端安装自耦调压器，如图1所示。
2.1配电网电压无功优化控制结构
本研究方案以配电网的电压等级及配电网网架结构的特点，将配电网电压无功优化控制技术分为三级。第一级为对农网全网变电站调控设备进行控制，调控设备主要包括主变有载分接头和站内无功补偿；第二级为对10kv线路调控设备进行控制，主要包括线路自耦调压器和柱上无功补偿等调控设备；第三级为对10kv配变电压器调控设备进行控制，主要包括配变有载分接头及无功补偿等。三级联调控制技术的网络结构如图2所示。
2.2配电网电压无功优化控制技术的实现
目前，变电站监测功能不包含对负荷点电压的监测，当负荷点出现电压或无功越线时也不能及时作出调整，由此会影响电压质量。在实现三级联调控制技术过程中，在主变、线路调压器、配变及用户端均装设集监测电压、电流和功率因素为一体的高智能监测装置和低压配电监测装置，以实现对各监测处的实时电压信息的监测及实现数据信号的传输。
图3展示了三级联调控制主系统结构示意图。首先，在数据采集子系统中，高压配电网数据通过调度自动化数据采集系统（SCADA系统）采集变电层内各节点遥测、遥信数据，中低压配网通过GPRS等技术采集中低压配网相关节点状态数据，然后通过三级联调控制系统主系统在线计算和分析，以节点功率因数、节点电压合格以及每个调控设备的调控次数限制作为约束条件，从全网角度，利用现有调压设备和无功补偿设备，努力实现无功补偿分层分区与就地平衡以达到电压合格率最高和系统损耗最小的优化运行目标，并生成相关的控制命令，包括有载调压变压器（主变、线路调压器和配变）分接头档位和投切无功补偿设备信息，通过控制子系统将变电站内主变与无功补偿装置的控制命令发送到SCADA系统，将线路与配变的控制命令通过GPRS等技术下发给各调压及无功补偿设备，从而实现了对监控的各级有载调压变压器和无功补偿设备的集中管理、集中监视和集中控制，实现农村配电网全网电压无功优化的闭环控制，最大程度上解决农网“低电压”问题。
3.配电网电压无功优化的控制技术
配电网电压无功三级联调控制技术包含两层意思：全网控制——实现变电站、线路、配变的三级全网控制；协调控制——各级之间的控制需要考虑各级间的相互影响，包括相邻协调与隔邻协调。
在实现配电网电压无功三级联调控制技术时，应遵循以下原则：
3.1以调整电压为主，降损为辅
3.2电压判断自下而上，调整则自上而下
3.3无功判断自上而下，调整则自下而上
根据以上三条原则，电压三级联调控制流程图和无功三级联调控制流程图分别如见图4和图5：
4.算例分析
现以某县一条10kv馈线为例，该线路供电半径达37.9km，负荷以采矿业和加工业为主，负荷波动较大，“低电压”现象较为严重，为实施本研究方案，在线路中多处安装智能监测装置以监测电压和功率，通过监测发现，线路前半部分电压基本合格，后半部分电压、功率因数均偏低，需对线路进行改造：在图示节点1处固定无功补偿装置改装为自动投切电容器组，节点2处安装10kv线路调压器和自动投切电容器组，将节点3处线路末端配变改装为宽幅有载调压配变并加装无功补偿设备。改造后馈线如图6所示（方框为改装点）。某断面系统运行数据：
变电站：母线电压10.47kv，主变档位为3。线路节点1处：线路电压10.14kv，有功1345kW，无功472kvar，功率因数0.94，无功补偿设备全投入。
线路节点2处：调压器低压侧母线电压9.7kv，调压器档位为4，有功492kw，无功241kvar，功率因数0.9，无功补偿设备尚有200kvar未投入。
配电节点3处：该区出口电压373V，配电档位为3，有功138kw，无功59kvar，功率因数0.92，无功补偿设备尚有30kvar未投入。
末端用户电压监测值：192V。经过三级联调控制技术系统分析，按照“电压自上而下调整，无功自下而上调整”原则，做出动作如下：线路节点2处调压器档位升至5档，投入无功200kvar，配变节点3处配变档位升至4档，投入30kvar无功。经过三级联调控制系统控制后，电压质量和功率因素得到了显著的改善，其中用户端电压合格率由95.4%提升至98.4%，综合线损率由9.5%下降到8.6%，数据对比见表1。
5.结束语
农网电负荷的快速增长，使农村配电网逐渐暴露出电压偏低的问题，现有的无功优化模式已不能满足实际的需求。本文针对农村供电现状，提出了基于以电网实时监测为基础，以用电管理为核心的变电站、线路、配变电压无功三级联调控制技术的无功优化模式，以提高电能质量、降低线损为目的，为治理农网“低电压”现象提出了有效的整体解决方案。通过实践，该方法有效治理了农网“低电压”现象，同时降低了线损，取得了良好的社会效益和经济效益。