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提升配电网供电质量的分布式监测和控制系统

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：童锐

[导读] 摘要：低电压问题是影响配电网供电质量的重要因素，本文提出了一种面向提高供电质量的监测和控制系统，该系统可实现配电网供电质量监测，优化各配台设备控制策略，实现不同调压措施的合理配合和自动调节。

        广东电网广州供电局广州市 510620
        摘要：低电压问题是影响配电网供电质量的重要因素，本文提出了一种面向提高供电质量的监测和控制系统，该系统可实现配电网供电质量监测，优化各配台设备控制策略，实现不同调压措施的合理配合和自动调节。首先提出了监测和控制系统的总体结构，对系统的功能实现和关键技术进行了研究，其次建立并实现了以供电质量监测和低电压治理优化控制为主要功能的监测和控制系统，并在广州电网多地试点运行，通过对比变电房改造前后的供电质量数据验证了系统的有效性。监测和控制系统能够显著降低电压波动幅度，提高供电质量，同时增强配电网设备利用率，有助于提升配电网的经济性。
        关键词：配电网；电能质量；有载调压；无功补偿
        0引言
        配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。配电网低电压治理是供电质量问题中的一大重点，其原因涉及线路供电半径、无功补偿能力、设备运行管理、用电负荷特性等多方面因素，国内外配电网中普遍存在由不同原因引起的低电压问题[1]。针对低电压问题，现有研究主要集中在具备动态调节补偿容量的低压自动补偿方式和馈线的电压无功控制等方面[2,3]。为弥补现有技术的不足，本文提出了一种配电网的分布式监测和控制系统。其主要功能为监测电能质量实时数据，通过综合数据分析评估电能质量，并根据收集的数据，基于优化算法获得优化控制方案，实现有载调压变和无功补偿设备的自动调节。
        1监测和控制系统结构
        本文针对配电网低电压治理问题，面向供电质量监测和控制进行了研究，并提出了一种监测和控制系统。该系统主要由分布式电能质量在线/离线节点监测模块、网络通信模块、分布式数据采集管理模块和电能质量监测系统综合管理模块组成。此系统具有明显的分布式特点，将能源开发及电力系统的发输配用各个环节的数字化信息网络连接在一起，能够在高精度的前提下提升采样速率，加快数据处理速度。
        监测和控制系统的主要功能可分为供电质量监测和低电压治理优化控制两部分，可以实现配电变压器有载调压分接头、低电压侧补偿电容器等调压措施的合理配合，分析台区低电压治理中离散事件和连续变量演化的内在规律，利用各种控制手段实现多个关联台区配电变压器与补偿设备的最优调节，达到调整台区低电压的治理目标。
        2系统功能及实现
        2.1供电质量监测
        供电质量监测功能建立在信息物理系统通信的基础上，主要用于对实时数据、谐波数据、事件数据、最值数据、历史数据等供电质量信息的采集、存储和查询。供电质量监测功能一方面可以为后续的优化控制功能提供接口，另一方面可以用于对所有建立连接的供电质量监测装置进行系统性数据分析，综合评估供电质量，展示优化控制成果。
        其关键技术在于，建立的实时数据库应具有存储、处理和保护数据，以及联机事务处理和联机分析处理数据等功能，可控制访问权限并快速处理事务，从而满足高要求且需要处理大量数据的应用需要，保障状态监测数据的实时性、稳定性和不易丢失。

                                 图1供电质量监测与控制系统结构框图
        Fig.1 Structure of Power Supply Quality Monitoring and Control System
        2.2低电压治理优化控制
        低电压治理优化控制功能可对采集到的配电节点信息通过函数计算获得优化方案，并基于此方案对具体设备进行控制，以实现各个配电台区根据实时潮流自动调节，提高供电质量。

                                   图2某变电房改造前后电压分布图
        Fig.2 Voltage distribution of a substation before and after modification
        功能的具体实现如下：首先通过供电质量监测与控制系统对各个配台的负荷节点进行监测，采集配台负荷各个节点的电压数据上传给控制平台。其次，通过计算机编程对目标函数优化，计算出满足优化目标的各配台控制变量（有载调压变压器变比）与（配变二次侧负荷节点连接电容与SVG装置提供无功补偿量）。最后，再将计算出的数据反馈到各个有载调压变与SVG装置中进而做出相应的动作。保证系统实时的监测和调节负荷节点电压，实现配电台区监测与SVG动作的自动闭环控制，进而实现供电质量监测与控制系统通过实时在线的潮流运行对各个配电台区实施自行调节。
        基于配电节点信息计算得到优化控制方案是低电压治理优化控制的关键。供电质量监测与控制系统对台区配变二次侧负荷电压进行测量，采集负荷率、负荷侧电压等数据上传服务器，利用优化程序对系统进行整体优化。设定的优化目标为负荷侧电压偏移最小和配变变压器分接头调节次数最小。
        3应用情况
        供电质量监测与控制系统在广州电网多地进行了试点运行。对广州电网某变电房改造前后供电质量进行监测，对其A相选取1000个取样点，得到电压的频数分布如图2所示。
        由图2可以看出，该变电房改造后电压波动趋势较之前有明显的下降。供电质量监测与控制系统可实现大幅降低电压波动，有利于电力设备的安全经济运行和用电用户的优质可靠供电，同时解决了城市电网的供电质量问题。
        4结论
        本文对面向提升供电质量的监测和控制系统进行了研究。针对目前供电质量监测智能化的要求，确定了监测和控制系统的总体结构，基于通信技术、数据挖掘和处理技术，对系统的功能实现和关键技术进行了研究，构建并实现了以供电质量监测和低电压治理优化控制为主要功能的监测和控制系统，并在广州电网多地试点运行。通过对比变电房改造前后的供电质量数据可以表明该系统能够显著降低电压波动幅度，提高供电质量，同时增强配电网对负荷波动的吸纳能力，提高配电网设备的利用率，有助于提升配电网的经济性。
        参考文献
        [1]刘盼盼,王笑凯,刘恺,刘舒琨,盛亚军,李博楠.变压器有载调压技术发展浅析[J].中国电业,2019(06):93-94.
        [2]吕腾飞,陈传明,徐永伟,马淑慧.110kV有载调压变压器的优化设计[J].电工电气,2019(06):53-57+73.
        [3]王金丽,马钊,潘旭,王利.配电变压器有载调压技术[J].中国电力,2018, 51(05):75-79+100.
        作者简介
        童锐(1987)，男，通信作者，硕士，工程师，主要研究方向为电能质量和电力系统优化与控制，E-mail：tongrui0528@163.com。