低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇立，莊紅軍，吳瑀，陳志恒，朱明嚴(yán)

（貴州電網(wǎng)有限公司畢節(jié)供電局，貴州 畢節(jié) 551700）

低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制技術(shù)研究與應(yīng)用

（貴州電網(wǎng)有限公司畢節(jié)供電局，貴州 畢節(jié) 551700）

低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能日益受到關(guān)注和重視。本文主要對(duì)低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制裝置（系統(tǒng)）的終端層、中間層和主站層進(jìn)行介紹，并針對(duì)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)流程進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述，最終結(jié)合試運(yùn)行效果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制裝置（系統(tǒng)）的實(shí)用性，并對(duì)未來(lái)方向提出了初步規(guī)劃。

低壓；配電網(wǎng)；綜合節(jié)能

低壓配電網(wǎng)肩負(fù)著向用戶提供電能的艱巨重任，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和農(nóng)村、城鎮(zhèn)電氣化的普及，低壓配電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)供電水平日益受到關(guān)注和重視。經(jīng)過(guò)歷來(lái)多次的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)升級(jí)和改造，低壓配電網(wǎng)的建設(shè)和完善程度已經(jīng)達(dá)到較高的水平，供電可靠性不斷提高。然而，低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題相對(duì)突出。根據(jù)以往生產(chǎn)過(guò)程中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有一定比例配電臺(tái)區(qū)線損率達(dá)到10%～20%甚至更高。如何降低低壓配電網(wǎng)損耗是目前低壓配電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)供電領(lǐng)域中亟待解決的問(wèn)題之一，其對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)節(jié)能降損工作和成效也至關(guān)重要。

分析造成低壓配電網(wǎng)線損率偏大的原因，主要包括結(jié)構(gòu)復(fù)雜、供電半徑偏大，配變?nèi)萘考熬€路線徑不合理、負(fù)荷多樣變化無(wú)規(guī)律且波動(dòng)大，無(wú)功補(bǔ)償不足和負(fù)荷不均衡等，問(wèn)題點(diǎn)較多，給低壓配電網(wǎng)降損節(jié)能工作帶來(lái)一定的難度。一般來(lái)說(shuō)，可以采用系統(tǒng)性的思路，從電網(wǎng)實(shí)際情況研究出發(fā)，從規(guī)劃、優(yōu)化、操作、評(píng)估、研究各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)綜合節(jié)能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)定量的優(yōu)化規(guī)劃、閉環(huán)控制和仿真決策。其中，閉環(huán)控制是現(xiàn)階段最關(guān)鍵也是行之有效的環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制（裝置）系統(tǒng)是一套軟硬件結(jié)合的應(yīng)用平臺(tái)，主要包括臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置、低壓線路負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)以及低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)軟件（主站）。示意圖如圖1。

1.1 終端層

低壓線路負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)周期性采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，上傳給臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置，同時(shí)接收臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置下發(fā)的控制指令并執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)三相有功不平衡的控制。低壓線路負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)集成物聯(lián)網(wǎng)自組網(wǎng)加密通訊模塊，通訊距離2km，并支持級(jí)聯(lián)，穩(wěn)定支撐低壓配電網(wǎng)區(qū)域通訊，解決最后一公里的問(wèn)題。

圖1

1.2 中間層

臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置主要由智能控制器、無(wú)功單元、通信單元等組成，采集臺(tái)區(qū)低壓側(cè)數(shù)據(jù)上傳給低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)軟件（主站），接收主站下發(fā)的控制指標(biāo)并進(jìn)行優(yōu)化決策與控制，最終實(shí)現(xiàn)低壓線路三相有功不平衡集中決策、臺(tái)區(qū)低壓側(cè)三相無(wú)功補(bǔ)償與平衡決策控制、臺(tái)區(qū)低壓側(cè)三相有功不平衡決策控制，以及臺(tái)區(qū)高壓側(cè)無(wú)功平衡決策控制。臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置控制終端集成物聯(lián)網(wǎng)自組網(wǎng)加密通訊模塊，同時(shí)支持可擴(kuò)展通信接口，支持232、485、RJ45、EPON等接口，以適應(yīng)各自網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用。

1.3 主站層

低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)軟件（主站）接收臺(tái)區(qū)智能終端上傳的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，同時(shí)針對(duì)臺(tái)區(qū)控制手段與控制能力進(jìn)行評(píng)估，分析決策各臺(tái)區(qū)控制指標(biāo)并下發(fā)。

2 流程設(shè)計(jì)

臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置周期性接收主站下發(fā)控制目標(biāo)，結(jié)合低壓電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)）數(shù)據(jù)，以臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)為優(yōu)化區(qū)域，采用專家系統(tǒng)，決策控制指令，流程如圖2所示。

圖2

2.1 低壓配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)電壓調(diào)整

根據(jù)配電網(wǎng)所帶負(fù)荷計(jì)算經(jīng)濟(jì)電壓，將配電網(wǎng)的運(yùn)行電壓調(diào)整至經(jīng)濟(jì)區(qū)間。根據(jù)有功損耗、電阻、電壓三者的關(guān)系，當(dāng)運(yùn)行電壓處于經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)時(shí)，電網(wǎng)的損耗將是最小。智能終端可兼容多種類型配變有載分接開(kāi)關(guān)，對(duì)于不具備控制手段的無(wú)載配變，則可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析功能提供檔位優(yōu)化建議，停電后調(diào)整到最佳檔位。

2.2 低壓線路三相有功不平衡調(diào)整

換相開(kāi)關(guān)在低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷調(diào)平衡時(shí)承擔(dān)著十分重要的角色，所選換相開(kāi)關(guān)的性能、數(shù)量以及安裝位置非常重要。但是總的來(lái)說(shuō)，只有相對(duì)的平衡，沒(méi)有絕對(duì)的平衡，低壓電網(wǎng)線路三相有功不平衡調(diào)整受換相開(kāi)關(guān)部署的因素影響，只能是粗放性的調(diào)整，因?yàn)閾Q相開(kāi)關(guān)的數(shù)量不可能盡量多，也不可能盡量少，但是相對(duì)于原先的數(shù)值，調(diào)整之后的不平衡率預(yù)計(jì)可以在原先基礎(chǔ)上降低60%左右。

2.3 臺(tái)區(qū)低壓側(cè)三相有功不平衡調(diào)整

臺(tái)區(qū)低壓側(cè)的有功不平衡調(diào)整受相間跨接電容轉(zhuǎn)移有功的原理和電容裝備的影響，有功電流轉(zhuǎn)移效率約為電容容量的1/3到1/4，一般作為增益調(diào)控的手段進(jìn)行。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡（特別是通過(guò)相間跨接電容來(lái)進(jìn)行的有功轉(zhuǎn)移調(diào)整）調(diào)整后，需要一個(gè)保護(hù)閉鎖期 （1～2分鐘），在此期間禁止電容器投退，暫停無(wú)功潮流調(diào)整，盡量保證調(diào)整過(guò)程中電壓的穩(wěn)定。

2.4 臺(tái)區(qū)低壓側(cè)三相無(wú)功不平衡調(diào)整

當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)三相有功不平衡調(diào)整閉鎖解除后或沒(méi)有有功不平衡動(dòng)作時(shí)，進(jìn)行無(wú)功潮流調(diào)整。先補(bǔ)償整個(gè)臺(tái)區(qū)后根據(jù)分相所缺的無(wú)功再單獨(dú)補(bǔ)償，通過(guò)共補(bǔ)電容以及定補(bǔ)電容對(duì)配變低壓側(cè)無(wú)功進(jìn)行三相整體補(bǔ)償，在共補(bǔ)電容全部投入后，無(wú)功仍缺的情況下再輔以分組補(bǔ)償對(duì)各相無(wú)功進(jìn)行分別補(bǔ)償，達(dá)到配變低壓側(cè)三相無(wú)功不平衡度的調(diào)整。

2.5 配變高壓側(cè)無(wú)功平衡調(diào)整

配變低壓側(cè)三相無(wú)功不平衡調(diào)整完成，進(jìn)行低壓側(cè)無(wú)功定補(bǔ)，從低壓側(cè)對(duì)配變的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)高壓側(cè)無(wú)功的就地平衡，使配電網(wǎng)中無(wú)功流動(dòng)最小，實(shí)現(xiàn)無(wú)功損耗在當(dāng)前負(fù)載下的最低。定補(bǔ)投入后一般不切除，后續(xù)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算時(shí)，應(yīng)減除這部分容量后再進(jìn)行預(yù)算和優(yōu)化。

3 應(yīng)用分析

低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制（裝置）系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行研制與實(shí)踐，目前已經(jīng)在試點(diǎn)低壓配電網(wǎng)（臺(tái)區(qū)）試運(yùn)行。具體應(yīng)用時(shí)，臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置針對(duì)不同控制對(duì)象的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作次數(shù)限制和約束，如低壓線路負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)和閉鎖周期與臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置的電容單元需分別設(shè)置，有效保障電子元器件（接觸器／可控硅／磁保持繼電器等）的壽命和可靠性。此外，臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置允許在與主站通訊中斷時(shí)，執(zhí)行就地優(yōu)化決策和控制。

根據(jù)系統(tǒng)提供的最近6個(gè)月的統(tǒng)計(jì)報(bào)表結(jié)果來(lái)看，試點(diǎn)低壓配電網(wǎng)（臺(tái)區(qū)）月線損率平均降低約2%，三相不平衡率平均值低于12%，同期比較降低約15%，效果非常突出。通過(guò)與第三方集抄系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)結(jié)果基本一致。

由此可見(jiàn)，低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠優(yōu)化電壓、無(wú)功和三相不平衡，降低線損率，實(shí)現(xiàn)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。降損、節(jié)能、減排效應(yīng)聯(lián)動(dòng)，社會(huì)效益也得到驗(yàn)證。

需要說(shuō)明的是，目前低壓配電網(wǎng)綜合節(jié)能控制的手段僅包括臺(tái)區(qū)綜合節(jié)能裝置和低壓線路負(fù)荷快速換相開(kāi)關(guān)。隨著低壓調(diào)壓器、SVG／SVC等裝置越來(lái)越普及，低壓配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性調(diào)控手段越來(lái)越多、越來(lái)越成熟，效果也將越來(lái)越顯著，因此，未來(lái)仍有更多的深入研究和實(shí)踐工作需要開(kāi)展。

[1]翁軍美，徐發(fā)林，李淑芳，潘智豪等．松陽(yáng)配電網(wǎng)技術(shù)降損方法研究與應(yīng)用[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014．

[2] 汪蕾．配變?nèi)嗖黄胶馊娙菡{(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)难芯縖J]．江蘇電機(jī)工程，2011．

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