配電臺區節能優化系統研究及應用概述

蘇立　莊紅軍　吳瑀　陳志恒　朱明嚴

摘 要：配電臺區在低壓配電網中承擔著重要的角色，也是供電企業評估降損節能效果的關注對象和考核節點。本文主要介紹一套配電臺區節能優化系統，嘗試分析現有臺區設備的實際運行數據，提出對在運行配電臺區的可優化環節，并對未來配網改造提供了數據參考和建議。

關鍵詞：配電臺區；節能優化；評估決策

中圖分類號：TM769 文獻標識碼：A

0.引言

低壓配電臺區的規劃建設一直以來是電網改造中非常重要的一環。在經濟飛速發展城鎮化建設逐步推進的同時，城網、農網也經歷過多次升級和改造，目前低壓配電網供電可靠性已達到較高的水平。然而，低壓配電網改造及運行時的經濟性問題，也一直是業內多年關注并對其深入研究分析的課題。

目前對現有配電臺區的降損工作，常見的有安裝無功補償裝置降低無功損耗、季節性調整負荷所在臺區/相位平衡負荷降低變壓器損耗、優化臺區供電半徑降低線路損耗、更換容量與負荷不相符的變壓器等辦法。這些降損辦法多數是依靠運行人員的經驗及讀取計量系統關口值做的判斷，相互獨立并沒有配合性，并沒有分析如何在投入成本和實際成效之間取相對最優方案來達到真正的節能。因此，對現有配電臺區的降損節能，應當采用系統性思路，分析現有設備和臺區實際運行數據，給出相對更合理更經濟的降損優化方案。

1.研究方案

配電臺區節能系統主要包含數據采集、分析決策、成效驗證幾部分。

數據采集：系統通過加裝硬件和與現有平臺做接口的方式，采集現有配電臺區的實時運行數據，主要包括關口高低壓側三相電壓電流、關口三相有功無功、變壓器運行檔位、重要節點運行溫度等實時數據，線路線徑、供電半徑、供電方式、變壓器容量、無功設備分組及容量、負荷換相設備信息等臺賬數據。所有數據經過專家系統過濾分析，剔除無效數據和明顯的假數據，真實還原配電臺區的實際運行狀況。

分析決策：系統分析實際運行中的三相有功（無功）負荷不平衡度、臺區關口無功缺額、變壓器出力情況及損耗、大負荷用戶及所在相位、線纜接頭溫度等實際運行數據，計算并做出判斷：變壓器實際容量是否與銘牌不符；無功設備是否滿足需求及補償方案是否合理；用戶負荷相位分配是否合理及負荷換相裝置是否能實現調平衡；服役線路是否存在長期過載運行等安全隱患等。根據系統做出的判斷，綜合配電臺區的階段運行情況，系統給出控制設備動作、更換設備或進行臺區改造的優化策略及建議。對接入系統的無功補償設備和負荷換相設備，根據優化信息，系統發出適當的操作指令，控制現有設備實現閉環自動控制，有效合理利用現有設備，在節能的同時盡量降低投入成本。

成效驗證：系統對配電臺區的運行情況建立歷史數據庫，將關鍵數據進行記錄儲存，系統會周期性自動巡檢對比歷史數據，如果出現預設的異常信息將及時提出告警。在新投入設備時，可以通過系統記錄的設備實際運行時間、負載變化、設備動作次數、仿真線損與實際線損的差別等數據來驗證投入設備的實際應用效果。

系統提供強大的報表分析功能，統計無功設備、換相設備實際投運時間和動作次數，對于不能操作的無效設備，與實際需求不同的設備，系統會給出維修、更換或改造的建議。

2.控制策略

配電臺區節能系統周期性采集臺區設備實時運行數據，結合既有設備臺賬，采用改進的潮流計算技術、解耦疊加優化技術和線損在線仿真分析技術實時還原現場設備運行情況進數據處理分析，使用自定義規則的專家系統，給出優化決策與建議。專家系統規則大致如下：

（1）周期性巡檢配電臺區電壓電流實時數據，優先保證臺區輸出三相電壓在合格范圍內。如不合格，先檢查臺區內是否有接入的調節電壓設備，包括有載分接頭、調壓器、無功補償設備如有則下發控制指令，當監測到設備執行命令，則保護閉鎖10分鐘，保護結束后再進行潮流計算。當電壓不合格與無功缺/過補償同時出現時，則優先控制無功補償設備進行投切，當無功設備不可控或已全部動作后，再調節其他設備。當電壓不合格，臺區內無可控設備或設備全部拒動時，則發出告警信息，提示值班/運維人員人工調節變壓器檔位分接頭、手動操作電容器投切等方式進行電壓調節。

（2）在保證電壓合格的前提下，系統實時監測三相負荷平衡情況，當有臺區出現三相負荷不平衡，即不平衡度大于15%時，系統查找該臺區內是否有可轉移負荷的設備，包括負荷換相開關和相補電容，如有可控設備則下發控制指令，設備受控正常動作則觸發十分鐘的閉鎖保護，臺區下無可控設備或設備拒動時，系統會查詢歷史數據，對比分析該三相不平衡情況是否周期出現且持續一段時間，如果是則評估調節大負荷用戶所在相位的可行性，并將分析結果推送給值班/運維人員，如果是暫態且不規律的負荷不平衡則不告警，而是在運行日志中提出檢查用戶負荷情況提醒。

（3）運行過程中系統周期性分析運行數據，并與設備臺賬做比對出現異常則給出告警或建議。當出現變壓器出力情況異常時，進入變壓器容量損耗計算程序，將變壓器區域時間內的損耗和性能參數與銘牌進行比對，如果出現與銘牌嚴重不符則提醒運維人員檢查變壓器實際容量；當臺區線路電流超過線路線徑額定電流120%或任意相電纜接頭溫度過高時，進入負荷異常處理程序，分析過載/過溫線路歷史過載/過溫出現次數和持續時間，給出更換線路或調整用戶供電方式的建議；當出現負荷換相開關的電壓與臺區支路電壓差異較大時，則進入線路末端電壓異常分析程序，分析異常是否時在用電高峰期時周期性出現，提醒運維人員更改用戶供電方式，并記入供電半徑優化建議策略事例為后續城網改造提供參考依據。

3.應用小結

配電臺區節能優化系統已經完成開發并試運行3個月，系統接入了兩個臺區的變壓器運行信息采集，包含臺區電壓電流表、無功補償柜的控制器和換相開關控制器，翻閱資料并錄入了臺區的變壓器臺賬、電容器臺賬、線路線徑及線制臺賬、一次接線圖。以上資料在試運行中作為系統判斷的依據，系統正常操作了電容器的分組投切和換相開關調整負荷，運行日志中系統給出了現有換相裝置仍不能完全解決三相不平衡檢查并人工調整的建議。

因試點臺區設備臺賬準確度及部分設備廠家聯系不上等原因，因此試點臺區進行了部分現場改造，針對現有系統配網接線圖不夠完善的情況進行勘查以補足，盡量克服了以往不能完全分析和控制現有設備的不足。隨著今后工作的繼續推進，歷史數據的日趨完善，接入與可控的調節設備越來越多，系統將更真實的分析臺區運行情況，有更多的調控手段，效果也將越來越明顯。

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