基于輪詢電表帶電狀態的配網節點電壓監控技術研究

鮑鵬飛，胡屹，郭東東，陳超

(中國南方電網深圳市供電局有限公司，廣東 深圳 518048)

0 引言

近年來，隨著人們對電能的需求日益增大，對各個地區進行配電的配網網絡覆蓋范圍也越來越廣。配網網絡范圍的擴大，使配網的網絡節點數量也大量增加。配網又稱配電網，由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器等組成，用于給各個地區的居民及工廠輸送安全電流，是擁有重要分配電能作用的網絡[1-2]。為此，該領域研究者進行了大量研究。

文獻[3]提出集中式、分散式和多時間尺度的電壓控制方法。集中電壓控制集中調節并網電容器組、有載調壓變壓器分接開關和分布式光伏；分散式電壓控制根據局部可用信息，監測點電壓控制電網運行；多時間尺度電壓控制通過短時間配電網實時控制和長時間配電網優化。該方法考量電網實際運行情況，從實際角度出發選取合適控制方法，改善電壓控制穩定性，但在實際選擇中易受到外界因素干擾，存在控制效率較低問題。文獻[4]分析含高滲透率光伏的低壓配電網的網損和電壓特性，構建低壓配電網主動電壓控制模型。在傳統電壓控制方法基礎之上，增加光伏功率因數和儲能有功的調控技術，考慮運行成本，并采用雙層迭代的災變遺傳算法進行求解。該方法運行成本較低，工作效率較高，但在進行電壓控制時穩定性較差，控制效果不理想。

基于上述問題存在，提出基于輪詢電表帶電狀態的配網節點電壓監控技術。輪詢電表帶電狀態是按照一定順序對監測電表的帶電狀態進行詢問。通過監測電表的帶電狀態進行輪詢，實現對配網節點電壓的監控。

1 配網節點電壓監測

1.1 配網節點電壓分布評估

對配網節點電壓監測，需要對配網節點電壓進行分布評估。由節點在配網中位置進行分類，將其分為末端節點電壓、聯絡節點電壓與中間節點電壓[5]。

末端節點電壓位于配網中線路分支最末端，其電壓較低。中間節點電壓是一種不含分布式電源的電荷節點，是配網網絡3種節點中數量最多一種。對中間節點電壓評估能有效地篩選安全穩定的中間節點，對安全節點可以降低監測的強度，以達到節約成本效果[6]。配網節點電壓分布評估流程如圖1所示。

圖1 配網節點電壓分布評估流程圖

1.2 配網節點電壓監測模型

在對配網節點電壓進行監測前，建立配網節點電壓監測模型，對其進行特征結構表達。分析配網節點鏈式饋線電壓最大值[7]。配網節點監測的鏈式饋線連接方式如圖2所示。

圖2 鏈式饋線配網連接圖

圖2中，將U1與U2之間電壓設為ΔU1，將U2與U3之間電壓設為ΔU2。建立數學模型為式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式中，N1與N2為圖2中左右兩線路的阻抗，T1,T2，P1,P2分別為不同電阻值和電抗值。

2 配網節點電壓控制

2.1 配網節點電壓的總體控制

配網節點電壓總體控制是指結合監測系統的監測數據，對整個配網中節點電壓進行最簡單的調節控制。當監測系統將配網節點電壓數據收集與運算后，將分析結果通過信息傳輸方式，傳輸給配網節點電壓控制系統，控制系統對該信息分析，對控制執行設備下達指令，對各個節點的電壓進行微調，使節點電壓處于正常狀態[8]。

在輸電過程中，功率變化引起電壓變化可通過總體控制有效調節。但由于配網中設備異常而引起的節點電壓突變，該控制并不能達到理想效果，故不能作為配網節點電壓控制的主要手段。

2.2 基于輪詢電表帶電狀態的節點電壓協調

節點電壓協調是將相似的節點劃分為一類，建立同類節點監測電表相互協調的子系統，該系統通過對同類電表數據收集，跳過整體監測系統，獨立進行數據分析，當同類節點中的節點電壓出現問題，該方法對其進行調節控制[9]。節點電壓協調流程如圖3所示。

圖3 配網中節點電壓協調

2.3 配網節點電壓控制中電壓分級調節

在配網節點電壓數據收集中，節點電壓數據收集優先級別劃分，按照節點在配網中重要程度進行劃分。在節點定級后，對配網中節點電壓應從級別高的節點開始調節[10]。

節點電壓分級調節通過并聯電容器與分級調壓器實現。并聯電容器可與分級調壓器并聯，減少通過分級電壓的電流，保護分級調壓器作用，使分級調壓器工作環境更安全。

3 實驗分析

3.1 實驗環境及參數

為驗證所提方法的有效性，進行實驗分析。實驗監測環境如圖4所示。

圖4 實驗監測環境

3.2 實驗結果分析

3.2.1 節點電壓監控穩定性分析

為了驗證本文方法的有效性，實驗分析了3種方法對配網節點電壓的監控穩定性，實驗結果如圖5所示。

分析圖5可以看出，在相同監控條件下，3種方法的監控穩定性有所差別。從圖中可以看出，文獻[3]方法和文獻[4]方法監控的節點電壓不穩定，出現大幅度的波動，本文方法監控的節點電壓始終保持穩定，驗證本文方法的有效性。

圖5 不同方法監測節點電壓監測穩定性對比

3.2.2 節點監控準確性分析

為驗證本文方法有效性，實驗對比3種方法監控配網節點電壓準確性，結果如圖6所示。

分析圖6可知，采用3種方法對配網中部分節點進行監控的準確性分析。當監控節點數量為18時，本文方法監控準確性約為98 %，文獻[3]方法監控準確性約為89 %，文獻[4]方法的監控準確性約為80 %。在進行配網節點監控時，本文方法對節點電壓監控準確性較高。

4 總結

配網節點電壓易出現問題，節點電壓的傳統監控方法仍存在不足之處，本文提出基于輪詢電表帶電狀態的配網節點電壓監控技術研究。通過對末端節點電壓、聯絡節點電壓與中間節點電壓的分布監測，構建監測模型；采用輪詢方式采集配網節點電壓數據，完成了配網節點電壓監控研究。實驗結果表明，采用本文方法可有效監測配網節點電壓，具有一定可行性。