论文基于配电自动化系统的电压无功优化应用，本文是关于自动化系统在职研究生论文范文与配电自动化和电压和应用研究相关论文范文.
“十三五”期间,配电自动化将全面覆盖配电网,实现对整个配电网络的实时监视和控制,同时配电自动化系统集成电网自动化系统EMS、用电采集系统AMI和地理信息系统GIS等动/静态数据,因此在配电自动化系统中集成配电网电压无功协调控制子系统（QC）,充分利用配电自动化系统的数据,在线监测和分析电网的运行情况,对有载变压器、线路调压器和并联电容器进行集中控制,采取优化控制策略,及时进行电压无功的调整,来达到改善电压水平和降低有功损耗,实现节能减排的目的.
一、配电网电压无功协调控制子系统的总体思路
（一）应用架构
配电网电压无功协调控制子系统应用架构如图1所示.系统首先分析配电网是否存在无功缺额、无功不足的情况,如果存在,则进行配网无功优化,增装必要的无功补偿设备,进行电网无功优化配置.如果系统有充足的无功补偿容量,则进行配网电压无功优化计算.计算出无功补偿点及补偿容量,配网的无功补偿是节能降损的一个有效措施.技术上成熟,简单易行,投资少,见效快,值得进一步推广.同时进行系统仿真,分析方案的可行性和有效性.
配电网电压无功协调控制同时实现电压质量校正和无功补偿功能,采用协调优化控制流程,变电站优化控制子系统,线路优化控制子系统,配变优化控制子系统.同时,采用降压节能CVR（Conservation Voltage Reduction）控制,最终实现全网电压质量合格,线路首段输送功率最小,网络损耗最低的效果.
一是配网电压无功协调控制.研究无功补偿装置的按相位补偿,实现三相不平衡方式下的电压调整.无载调压配变的分接头位置优化.
二是CVR（Conservation Voltage Reduction）控制.负荷对应电压水平,在允许的电压范围内调节到更低的电压,更少的负荷需求；降低电压峰值所能节约的新增发电容量以及燃料消耗成本.
三是无功补偿效益分析.无功补偿效益分析包括变压器无功补偿效益分析、线路无功补偿效益分析、馈线无功综合对标分析.
（二）控制策略
对各级无功的监测及补偿遵循自下而上的原则,对电压的监测遵循自下而上,调整则按自上而下的顺序为原则.配电台区无功采取就地平衡,主站系统完成变电站、10 kV配电线路电压无功集中闭环控制和优化.
控制策略流程图如下页图2所示.
二、配电网电压无功的主要功能
配电网电压无功分析辅助决策子系统又包含六个功能模块：配电网电压质量管理模块、配电网无功管理模块、无功优化配置模块、配电网电压无功协调控制模型、CVR控制模块和配电网无功补偿效益分析模块.
（一）配电网电压质量管理
包括负荷电压及分布式电源电压.
其一,软件定位.主要对象是大用户、非线性负荷用户、对电压质量要求比较高的用户,并网分布式电源.
其二,主要功能.功率因数指标下达,要求用户控制功率因数满足下达的功率因数指标.无功平衡监控,要求用户无功就地补偿达到无功平衡,减少线路无功输送,并防止负荷切除,电容器仍然投入导致无功倒送等情况.
电压质量的监测、管理与考评,通过对电压的历史数据开展细致周密的分析,梳理电压合格率问题在技术层面和管理层面的原因.按照电压质量管理职责范围,对指标进行分级、分压、分线、分台区管理控制.加强目标管理,实现分层分级考核,在原A、B、C、D类电压监测分析、供电区指标管理的基础上,实现对重点治理的典型台区和投诉点的全过程跟踪管理与考核.
根据配网节点电压水平,下达不同的并网电压值指标.当配网普遍电压偏低时,可以下达较高的电压指标来提升配网整体电压水平.下达合适的功率因数指标,尽量少地从电网吸收无功功率,实现就地平衡,以减少无功流动,降低网损.
（二）配电网无功管理及无功设备管理
一是配电网无功缺额分析；二是配电网无功潮流分析；三是可投切电容器管理.
（三）配网无功优化配置
其一,软件定位.10 kV馈线及配变无功补偿规划计算.针对10 kV配网无功补偿计算,计算出无功补偿点及补偿容量,软件统计查找出长期无功补偿不足的节点,并且能够定量地分析出线路、台区或用户需要多少无功补偿容量,补偿后提高了多少功率因数,降低多少线路损耗,获得多少经济效益,提高多少节点的电压合格率.
其二,主要功能.统计一段时间的计算结果值,找出长时间功率因数不达标、无功补偿不足或者过补的节点,给出提示或者告警.然后针对这些指标不合理的线路或台区,通过分析计算给出合理的无功补偿容量和补偿位置,同时仿真分析采取无功补偿后的经济效益.
（四）配网电压无功协调控制
电压校正,在配变电压不合格同时无功不合理时,以同时满足调压与无功补偿为目标,以无功补偿装置为优先动作手段.在三相不平衡的情况下,通过对无功补偿装置的按相位补偿,实现三相不平衡方式下的电压调整,最大程度确保用户电压的合格率.
配网无功优化.无功优化采用分层平衡、就地平衡的原则,优先使用配变无功补偿装置.在调节手段不足时,考虑线路无功补偿装置.
配网中压馈线与台区的协调控制.对中压配网进行逆调压方式计算,给出合适的首端电压建议值,目的是使本馈线的线损最优,末端配变的供电电压最合理,从而可与配电台区进行配合,达到无功就地平衡,实现配网中压馈线和配电台区的无功的局域性最优控制.
无载调压配变的分接头位置优化.对于无载调压变压器,在使用无功补偿装置确保电压合格率的同时,应该从无功补偿就地平衡的角度出发,计算分接头档位在什么位置,才能同时确保电压合格,无功合理.
采用协调优化控制流程.变电站优化控制子系统,线路优化控制子系统,配变优化控制子系统.
（五）配网CVR控制
负荷对应电压水平,更低的电压,更少的负荷需求；降低电压峰值所能节约的新增发电容量以及燃料消耗成本；降低技术线损；通过电压下降,降低电力需求,增加备用容量；适用于分布式发电,能源储备及其他可再生能源的动态电压无功控制.
（六）配网电压无功补偿效益分析
一是配电网潮流分析；二是配电网线损统计分析；三是无功补偿成本录入相关参数,及其线损节能,得出成本收益,为每个补偿点计算补偿前后线损及补偿后节省的电量电费；四是包括变压器无功补偿效益分析、线路无功补偿效益分析、馈线无功综合对标分析.
三、配电网自动化系统无功优化的实施方案
目前,根据配电网的实际情况,对10 kV及以上中高压配网施行C自动控制为主,10 kV馈线及380 V低压台区以辅助决策为主,共同提高整个配电网电压合格率水平.其监控指标主要有：功率因数指标、电压合格率指标.
（一）配电网无功补偿
其一,线路无功补偿.对10 kV线路合理进行补偿时,需要考虑以下两个问题：一是补偿容量的确定据一般规定,可以按照配电线路变压器装接容量的10%左右考虑；二是安装位置的确定线路出口电压较高,无需进行补偿,线路末端电压偏低,电容器运行困难,可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处.目前,新型的无功自动补偿装置,可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿,达到最佳效果.如果线路较长,可根据负荷情况选择两处补偿点,一处安装在线路2/5处,另一处在4/5处.
其二,配电变压器无功补偿.由于配电变压器的负荷特点,在进行低压配网的规划时,既要满足最大负荷,又要考虑经济效益,合理地补偿轻载时变压器的损耗.为提高变压器经济运行效率,最大限度减少变压器无功损耗,根据具体情况,应对100 kVA以上变压器采用低压侧集中补偿方式,补偿容量根据具体情况确定,一般按变压器容量的20%～30%配置,随负荷变化自动投切进行补偿.对100 kVA以下变压器采用固定就地补偿,补偿容量按变压器容量的10%～15%确定.
关于农网50 kVA以下配变,可在二次侧加装固定补偿电容器,其容量计算公式为：
Qc等于Se·I0%/100（kVar）.
式中,高损变I0%取7,低损变I0%取3.
其根据是农网配变小而分散,最大利用小时仅1500 h左右,其固定无功损耗主要是由空载电流引起的.空载时,无功电流占总电流的90%以上.统计数据表明,农网配变无功损耗大部分是无功造成的,其值占配网无功电量的50%以上,因此,二次侧固定补偿可有效降低无功损耗,达到降损、升压和增容的作用.
其三,电容器就地补偿.异步电动机无功功率就地补偿节能作用：一是减少电能损耗.采用电容器补偿后,降低了视在电流,从而可以降低异步电动机的铜耗及励磁损耗,降低电动机运行的发热量,并能提高运行效率；二是减少线路电压降；三是提高系统稳态电压.改善功率因数.通过电动机电容补偿后,系统功率因数得到提高,根据国家颁发的《功率因数调整电费办法》中的规定,可减少电费.在电能得到节省的同时,也节约了用电费用.由于功率因数的提高,使得供电线路的电流降低,这样在原有的供电容量下可增加供电功率,可以相应减少系统增容量,根据国家有关规定可减少用电贴费.
（二）配电网电压无功控制
其一,变电站无功控制.主网电压无功控制子系统主要通过投切110 kV/35 kV变电站电容器组,调节110 kV/35 kV变电站有载变压器分接头,保证区域内母线电压和区域关口功率因数合格,无功就地平衡,较高的电压合格率.
电压无功控制子系统在主电网（35 kV及以上电压等级）已经实现闭环控制,对于主配一体化运行的系统,可以通过EMS系统的C模块,实现35 kV及以上系统的电压无功自动控制.其控制流程如图3所示.
其二,配电网无功控制.对于10 kV出线到台区的中低压配电系统,通过在配电自动化增加无功优化控制模块功能分析计算,给出无功补偿位置及容量以及配网变压器分接头位置等辅助决策,监控用户及分布式电源是否存在无功过补和欠补的情况,实现对10 kV线路上可控设备的闭环控制,达到无功电压控制,并统计功率因数指标,电压合格率指标.其控制流程如图4所示.
四、结语
这种配网无功控制系统充分利用配电自动化系统融合的静态和动态数据,实现对配电网全网无功电压的实时分析和调节控制,提供全网各级电压的合格率,降低无功损耗,可有效降低配网损耗,提高功率因数.
（作者单位：南瑞集团公司）
（责任编辑：陈喜辉）
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参考文献：
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