農村配電網電壓無功三級聯調控制技術

吳桂軍 丁曉群 顧 偉

（河海大學能源與電氣學院，江蘇南京 211100）

電壓質量是衡量電能質量的重要指標之一，對電氣設備安全運行、網絡線損有著顯著的影響。隨著農村經濟的快速發展，農村用電量不斷的增高，農村地區對電壓質量的要求也越來越高。目前，大部分農村配網基本采用變電站集中補償、低壓集中補償、桿上無功補償、用戶終端分散補償等多級無功補償模式。各電壓無功調控設備僅依據安裝測量點的測量值進行各自為政的獨立控制，電網各級調控設備的全網協調性不夠，往往會出現用戶端電壓偏低，用戶端的調壓手段已全部用完，而線路或變電站端有調壓裕度卻不進行調壓的情況。因此，本文提出了農村配電網無功優化模式，以變電站、線路、配變電壓無功三級聯調控制技術為研究思路，充分利用全網的調壓設備協調控制以解決“低電壓”問題。該技術在安徽歙縣的實施，顯著改善了農村電網的電壓質量。

1 配電網電壓無功三級聯調控制技術

農村配電網電壓無功優化控制技術的主要思想是：首先采集電網運行數據，然后經過優化算法計算生成控制策略，或分析電壓不合格的原因并生成相應策略，通過相關數據通道下達及執行控制策略，最終確保優化對象即關鍵節點電壓合格，同時進行無功優化。

由于農村配電網供電半徑長，配電變壓器多，負荷季節性和時變性強，線路無功損耗大，線路末端電壓很低，因此在本研究方案中，為增加線路的調壓能力，可在需要的線路中端安裝自耦調壓器，如圖1所示。

1.1 配電網電壓無功三級聯調控制結構

本研究方案以配電網的電壓等級及配電網網架結構的特點，將配電網電壓無功優化控制技術分為三級。第一級為對農網全網變電站調控設備進行控制，調控設備主要包括主變有載分接頭和站內無功補償；第二級為對10kV線路調控設備進行控制，主要包括線路自耦調壓器和柱上無功補償等調控設備；第三級為對10kV配變電壓器調控設備進行控制，主要包括配變有載分接頭及無功補償等。三級聯調控制技術的網絡結構如圖2所示。

1.2 配電網電壓無功三級聯調控制技術的實現

目前，變電站監測功能不包含對負荷點電壓的監測，當負荷點出現電壓或無功越線時也不能及時作出調整，由此會影響電壓質量。在實現三級聯調控制技術過程中，在主變、線路調壓器、配變及用戶端均裝設集監測電壓、電流和功率因素為一體的高智能監測裝置和低壓配電監測裝置，以實現對各監測處的實時電壓信息的監測及實現數據信號的傳輸。

圖3展示了三級聯調控制主系統結構示意圖。首先，在數據采集子系統中，高壓配電網數據通過調度自動化數據采集系統（SCADA系統）采集變電層內各節點遙測、遙信數據，中低壓配網通過GPRS等技術采集中低壓配網相關節點狀態數據，然后通過三級聯調控制系統主系統在線計算和分析，以節點功率因數、節點電壓合格以及每個調控設備的調控次數限制作為約束條件，從全網角度，利用現有調壓設備和無功補償設備，努力實現無功補償分層分區與就地平衡以達到電壓合格率最高和系統損耗最小的優化運行目標，并生成相關的控制命令，包括有載調壓變壓器（主變、線路調壓器和配變）分接頭檔位和投切無功補償設備信息，通過控制子系統將變電站內主變與無功補償裝置的控制命令發送到SCADA系統，將線路與配變的控制命令通過GPRS等技術下發給各調壓及無功補償設備，從而實現了對監控的各級有載調壓變壓器和無功補償設備的集中管理、集中監視和集中控制，實現農村配電網全網電壓無功優化的閉環控制，最大程度上解決農網“低電壓”問題。

圖1 農村配電網結構圖

圖2 三級聯調結構圖

圖3 三級聯調控制系統結構示意圖

2 三級聯調控制技術

配電網電壓無功三級聯調控制技術包含兩層意思：全網控制——實現變電站、線路、配變的三級全網控制；協調控制——各級之間的控制需要考慮各級間的相互影響，包括相鄰協調與隔鄰協調。

圖4 電壓三級聯調控制流程圖

在實現配電網電壓無功三級聯調控制技術時，應遵循以下原則：

2.1 以調整電壓為主，降損為輔

2.2 電壓判斷自下而上，調整則自上而下

2.3 無功判斷自上而下，調整則自下而上

根據以上三條原則，電壓三級聯調控制流程圖和無功三級聯調控制流程圖分別如見圖4和圖5：

圖5 無功三級聯調控制流程圖

圖6 改裝后10kV饋線圖

表1 數據對比

3 算例分析

歙縣地處安徽省南部山區，部分供電線路長，負荷波動大，“低電壓”現象較嚴重。現以歙縣一條10kV饋線為例，該線路供電半徑達37.9km，負荷以采礦業和加工業為主，負荷波動較大，“低電壓”現象較為嚴重，為實施本研究方案，在線路中多處安裝智能監測裝置以監測電壓和功率，通過監測發現，線路前半部分電壓基本合格，后半部分電壓、功率因數均偏低，需對線路進行改造：在圖示節點1處固定無功補償裝置改裝為自動投切電容器組，節點2處安裝10kV線路調壓器和自動投切電容器組，將節點3處線路末端配變改裝為寬幅有載調壓配變并加裝無功補償設備。改造后饋線如圖6所示（方框為改裝點）。

某斷面系統運行數據：

變電站：母線電壓10.47kV，主變檔位為3。

線路節點1處：線路電壓10.14kV，有功1345kW，無功472kvar，功率因數0.94，無功補償設備全投入。

線路節點2處：調壓器低壓側母線電壓9.7kV，調壓器檔位為4，有功492kW，無功241kvar，功率因數0.9，無功補償設備尚有200kvar未投入。

配電節點3處：臺區出口電壓373V，配電檔位為3，有功138kW，無功59kvar，功率因數0.92，無功補償設備尚有30kvar未投入。

末端用戶電壓監測值：192V。

經過三級聯調控制技術系統分析，按照“電壓自上而下調整，無功自下而上調整”原則，做出動作如下：線路節點2處調壓器檔位升至5檔，投入無功200kvar，配變節點3處配變檔位升至4檔，投入30kvar無功。經過三級聯調控制系統控制后，電壓質量和功率因素得到了顯著的改善，其中用戶端電壓合格率由95.4%提升至98.4%，綜合線損率由9.5%下降到8.6%，數據對比見表1。

4 總結

三級聯調控制技術及其系統平臺的研究及實施實現了配電網電壓無功設備的實時監測與控制，合理有效的調整變壓器檔位和各種無功設備，顯著提高了配電網電壓合格率和功率因數，降低了配網的電能損耗，大量節省了配網管理人員的工作量。農網站內無功補償設備、10kV 線路調壓器及配變無功補償裝置的廣泛應用，經三級聯調控制系統的協調優化后，可最大程度地發揮設備作用，提高電網電壓合格率、更深入地挖掘農網的降損潛力。三級聯調控制系統的推廣應用有效推進了配電網自動化技術、監視技術和無功控制技術的發展與應用，將是智能電網的一個重要課題。同時，三級聯調控制系統覆蓋了農網高壓、中壓、低壓，是一個全網控制的電壓無功自動控制系統。它的應用有力推動了農村配電網電壓無功實用化控制技術的發展和進步，有效的治理農村“低電壓”現象，具有農網電壓無功優化里程碑的意義。

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