CN105071399B - 基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，包括：三级协调配电网AVC控制***和配电网无功电压分析评估***；三级协调配电网AVC控制***安装于配网实时运行服务平台上；所述配电网无功电压分析评估***安装于配网统一服务平台上；所述三级协调配电网AVC控制***通过实时数据软总线与电力***中的SCADA、EMS、配变有载分接头、配变无功补偿装置、线路调压器和线路无功补偿装置分别连接；所述配电网无功电压分析评估***通过配电运行模型信息交互总线与PMS***、PI接口以及用电信息采集***分别连接。本发明有益效果：本发明***能够进行有效的管理无功电压设备，进行电压合格率监测的功能。

Description

基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***

技术领域

本发明属于配电网节能技术领域，具体涉及一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***。

背景技术

电压是电能质量的重要指标之一，电压质量的好坏决定着电力***的安全经济运行，也决定着用电设备的性能、生产效率和产品质量；国家发布的《关于发布全国农村地区供电可靠率及居民用户受电端电压合格率标准的通知》，明确了电压合格率的标准，对于治理低电压提高电压合格率提出了更高要求。

县域中低压电网广泛采用树形、多分支的单向辐射型供电方式。这些线路的特点是：供电半径长，功率因数低、末端电压质量差，线路损耗大；现有配电网电压不合格的问题日益严重。末端电压过高或过低都会造成部分家用电器(如空调、电脑等)无法正常工作，甚至会发生损坏的现象，同时，由于功率因数低造成中低压电网电能损耗高，给供电企业带来不必要的经济损失。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，该***能够有效控制无功电压设备，进行电压合格率监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，包括：三级协调配电网AVC控制***和配电网无功电压分析评估***；

所述三级协调配电网AVC控制***安装于配网实时运行服务平台上，运行于安全I区；所述配电网无功电压分析评估***安装于配网统一服务平台上，运行于安全Ш区；所述三级协调配电网AVC控制***通过实时数据软总线与电力***中的SCADA、EMS、配变有载分接头、配变无功补偿装置、线路调压器和线路无功补偿装置分别连接；所述配电网无功电压分析评估***通过配电运行模型信息交互总线与PMS***、PI接口以及用电信息采集***分别连接；

三级协调配网AVC***通过正向物理隔离装置，将运行数据传送到配电网无功电压评估***，便于对无功电压设备闭环控制方案进行评估。

所述三级协调配电网AVC控制***包括：主网AVC***、配网AVC***、配电网监控***、无功电压设备监控模块、配网可视化模块和配电网仿真模块。

所述配电网无功电压分析评估***包括：

无功电压智能评估模块：以变电站为组织结构，以主、配电网馈线为基本分析单元，对每条馈线造成电压质量问题的原因进行分析；

无功电压设备监测模块：用于对设定区域内的无功电压设备的运行状态进行监测；

电压合格率监测模块：用于采集电压监测***或单独电压监测仪装置、用电信息采集***、SCADA的实时数据，对电压合格率进行检测；

综合优化改造模块：用于在离线或在线的情况下对无功电压设备进行评估。

无功补偿优化配置模块：用于根据主、配电网电网结构和实际负荷情况进行全网优化配置计算；

AVC运行效益分析模块：用于通过对电网运行数据、设备的动作情况、设备的控制状态和AVC的指令记录的综合分析，对AVC***的运行效益进行分析评估。

所述无功电压智能评估模块分别调取电网实测负荷数据、电网模型数据以及电压合格率监测模块的检测结果，对出现电压不合格的馈线进行在线潮流计算；将潮流计算结果由单一的变压器节点情况推算至电网每个节点情况，从而更全面的展示电网低电压情况。

所述电压合格率监测模块计算电压合格率具体包括：

1)对于台区变压器层面：

其中，Transformer_1i表示第i台配电变压器电压合格率；t_合格为电压合格时间，t_检测为电压监测总时间；

2)对于馈线层面：

其中，Transformer_2i表示第i台配电变压器电压合格率，n表示馈线中配电变压器台数，0<i<n；Line_j表示第j台馈线电压合格率；

3)对于片区/变电站层面：

Zone_i＝0.5A+0.5(B+C+D)/3；

其中，Zone_i表示第i台变电站供电单位或某分区电压合格率，A为10、20kV中压母线综合电压合格率，B为35kV及以上大用户综合电压合格率，C为主变及10kV配变综合电压合格率，D为低压用户综合电压合格率。

所述综合优化改造模块的具体工作过程包括：

步骤S1，获取离线的配电变压器电量数据，或者从用电信息采集***获取配电变压器台区实时数据，对所得数据进行归一化处理形成基础数据平台；

步骤S2，调取电压合格率监测模块在线反馈的各个馈线、变电站电压合格率数据，进行电网范围、节点电压合格率统计分析，得出电网当前重点存在电压质量问题的节点及电压不合格程度；

步骤S3，调取无功电压智能评估模块在线反馈的各个馈线、变电站的电压质量问题的分析结果，将电压不合格范围由配变节点至电网范围进行清晰地展示；

步骤S4，在得到电网中低电压问题分析结果后，将典型的电网整改方案进行量化，并建立投资成效数学模型，以优化方案投资与电压优化值之比为目标函数，选取典型优化算法求解目标函数的最优解，使得投资最小、回报最高。

所述无功补偿优化配置模块根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：

以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过地方无功、电压设备单独动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合个别地方无功、电压设备单独动作。

本发明的有益效果是：

1.本发明***能够进行有效的管理无功电压设备，进行电压合格率监测的功能。实现了从实时无功电压分析和评估、信号采集、优化到指令执行的全过程计算机智能***。

2.对无功电压治理的各个环节，包括运行措施、改造措施、新建电源落点和管理措施等方面提供了一套完整的、综合的辅助分析决策***。

3.本发明满足配电网经济运行、优化电压质量、提高功率因数、降损节能等各方面的要求。

附图说明

图1为本发明***结构示意图；

图2为本发明配电网无功电压分析评估***结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，主要包括功能增强的三级协调配电网AVC控制***和配电网无功电压分析评估***。

功能增强的三级协调配电网AVC控制***安装于配网实时运行服务平台上，运行于安全I区，包含主网AVC***和配网AVC***，除具有传统的配电网监控功能之外，还增添了无功电压设备监控模块、配网可视化模块、配电网仿真模块等。

安全I区的实时数据软总线与电力***中的SCADA(数据采集与监控控制***)、EMS(网元管理***)、配变有载分接头、配变无功补偿装置、线路调压器、线路无功补偿装置相连。

如图2所示，配电网无功电压分析评估***安装于配网统一服务平台上，运行于安全Ш区，需要和PMS、EMS(SCADA)、用电信息采集***接口，以获取整个主、配电网模型。设备参数和运行数据，进行完整的无功电压分析评估功能。其主要包含无功电压智能评估模块、无功电压设备管理模块、电压合格率监测模块、综合优化改造模块、无功补偿优化配置模块和AVC运行效益分析模块。

其中，(1)无功电压智能评估模块，该模块基本原理如下：

以变电站为组织结构，以主、配电网馈线为基本分析单元，通过优化算法和实测数据，分析每条馈线造成电压质量问题的原因，例如线路过长，线径过细，无功补偿不足等。

(2)无功电压设备管理模块，该模块基本原理如下：

对区县供电公司所管辖范围内的无功电压设备，包括变电站内的变压器、电容器，馈线上的线路无功补偿、线路调压器、配电变压器无功补偿、有载调压配电变压器等设备进行监测和分析。

(3)电压合格率监测模块，该模块基本原理如下：

根据电压监测***或单独电压监测仪装置、用电信息采集***、SCADA中获取实时数据，进行电压合格率的监测。

计算电压合格率的方法具体包括：

1)对于台区变压器层面：

其中，Transformer_1i表示第i台配电变压器电压合格率；t_合格为电压合格时间，t_检测为电压监测总时间；

2)对于馈线层面：

其中，Transformer_2i表示第i台配电变压器电压合格率，n表示馈线中配电变压器台数，0<i<n；Line_j表示第j台馈线电压合格率；

3)对于片区/变电站层面：

Zone_i＝0.5A+0.5(B+C+D)/3；

其中，Zone_i表示第i台变电站供电单位或某分区电压合格率，A为10、20kV中压母线综合电压合格率，B为35kV及以上大用户综合电压合格率，C为主变及10kV配变综合电压合格率，D为低压用户综合电压合格率。

(4)综合优化改造模块，本功能模块，是一个单独的软件，可以用于离线和在线的无功电压分析评估。

该模块基本原理如下：

步骤S1，获取离线的配电变压器电量数据，或者从用电信息采集***获取配电变压器台区实时数据，对所得数据进行归一化处理形成基础数据平台；

步骤S2，调取电压合格率监测模块在线反馈的各个馈线、变电站电压合格率数据，进行电网范围、节点电压合格率统计分析，得出电网当前重点存在电压质量问题的节点及电压不合格程度；

步骤S3，调取无功电压智能评估模块在线反馈的各个馈线、变电站的电压质量问题的分析结果，将电压不合格范围由配变节点至电网范围进行清晰地展示；

步骤S4，在得到具体成因分析结果后，需要制定具体治理措施，由于各项治理措施实施难度、产生效果、投资总量不一，并且互相影响，需要综合分析比较，找到解决“低电压”问题的关键最优措施。针对某条需要改进的馈线，改进的各种措施包括：更换线径、配电变压器分接头有载调压的改造、配电变压器的更换、加装线路调压器、无功优化配置等。

将典型的电网整改方案进行量化，并建立投资成效数学模型，以优化方案投资与电压优化值之比为目标函数，选取典型优化算法(如粒子群、遗传算法等)，求解目标函数的最优解，使得投资最小、回报最高。

(5)无功补偿优化配置模块，该模块基本原理如下：

所述无功补偿优化配置模块根据主、配电网电网结构和实际负荷情况进行全网优化配置计算，综合考虑投资、降损及调压效果，对馈线和配电变压器低压侧的无功补偿，给出最合理的配置地点、配置容量和分组方式。根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制。按照装置动作范围动作次数最小原则，个别低电压情况通过地方无功、电压设备单独动作，大范围的低压情况动作主要考虑高压母线侧装置动作，并配合个别地方无功、电压装置来解决低压问题。有效解决无功补偿计算长期沿用经验公式而带来的配置不能定量计算及配置不平衡问题，有效增加电压调节手段、提高电压合格率、降低网损、改善电网稳定性及保证有较宽的运行裕度。

(6)AVC运行效益分析模块，该模块基本原理如下：

如果区县供电公司安装有主网AVC和配网AVC闭环控制***，则可以通过对电网运行数据、设备的动作情况、设备的控制状态和AVC的指令记录的综合分析，对AVC***的运行效益进行分析评估。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，包括：三级协调配电网AVC控制***和配电网无功电压分析评估***；

所述三级协调配电网AVC控制***安装于配网实时运行服务平台上，运行于安全I区；所述配电网无功电压分析评估***安装于配网统一服务平台上，运行于安全Ш区；所述三级协调配电网AVC控制***通过实时数据软总线与电力***中的SCADA、EMS、配变有载分接头、配变无功补偿装置、线路调压器和线路无功补偿装置分别连接；所述配电网无功电压分析评估***通过配电运行模型信息交互总线与PMS***、PI接口以及用电信息采集***分别连接；

三级协调配网AVC***通过正向物理隔离装置，将运行数据传送到配电网无功电压评估***，便于对无功电压设备闭环控制方案进行评估；

所述配电网无功电压分析评估***包括：

无功电压智能评估模块：以变电站为组织结构，以主、配电网馈线为基本分析单元，对每条馈线造成电压质量问题的原因进行分析；

无功电压设备监测模块：用于对设定区域内的无功电压设备的运行状态进行监测；

电压合格率监测模块：用于采集电压监测***或单独电压监测仪装置、用电信息采集***、SCADA的实时数据，对电压合格率进行检测；

综合优化改造模块：用于在离线或在线的情况下对无功电压设备进行评估；

无功补偿优化配置模块：用于根据主、配电网电网结构和实际负荷情况进行全网优化配置计算；

AVC运行效益分析模块：用于通过对电网运行数据、设备的动作情况、设备的控制状态和AVC的指令记录的综合分析，对AVC***的运行效益进行分析评估。

2.如权利要求1所述的一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，所述三级协调配电网AVC控制***包括：主网AVC***、配网AVC***、配电网监控***、无功电压设备监控模块、配网可视化模块和配电网仿真模块。

3.如权利要求1所述的一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，所述无功电压智能评估模块分别调取电网实测负荷数据、电网模型数据以及电压合格率监测模块的检测结果，对出现电压不合格的馈线进行在线潮流计算；将潮流计算结果由单一的变压器节点情况推算至电网每个节点情况，从而更全面的展示电网低电压情况。

4.如权利要求1所述的一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，所述电压合格率监测模块计算电压合格率具体包括：

1)对于台区变压器层面：

其中，Transformer_1i表示第i台配电变压器电压合格率；t_合格为电压合格时间，t_检测为电压监测总时间；

2)对于馈线层面：

${\mathrm{Line}}_j=\frac{1}{n}*\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\mathrm{Transformer}}_{2i};$

其中，Transformer_2i表示第i台配电变压器电压合格率，n表示馈线中配电变压器台数，0<i<n；Line_j表示第j台馈线电压合格率；

3)对于片区/变电站层面：

Zone_i＝0.5A+0.5(B+C+D)/3；

其中，Zone_i表示第i台变电站供电单位或某分区电压合格率，A为10、20kV中压母线综合电压合格率，B为35kV及以上大用户综合电压合格率，C为主变及10kV配变综合电压合格率，D为低压用户综合电压合格率。

5.如权利要求1所述的一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，所述综合优化改造模块的具体工作过程包括：

步骤S1，获取离线的配电变压器电量数据，或者从用电信息采集***获取配电变压器台区实时数据，对所得数据进行归一化处理形成基础数据平台；

步骤S2，调取电压合格率监测模块在线反馈的各个馈线、变电站电压合格率数据，进行电网范围、节点电压合格率统计分析，得出电网当前重点存在电压质量问题的节点及电压不合格程度；

步骤S3，调取无功电压智能评估模块在线反馈的各个馈线、变电站的电压质量问题的分析结果，将电压不合格范围由配变节点至电网范围进行清晰地展示；

步骤S4，在得到电网中低电压问题分析结果后，将典型的电网整改方案进行量化，并建立投资成效数学模型，以优化方案投资与电压优化值之比为目标函数，选取典型优化算法求解目标函数的最优解，使得投资最小、回报最高。

6.如权利要求1所述的一种基于主、配电网互动协调的电压无功综合控制***，其特征是，所述无功补偿优化配置模块根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：

以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过地方无功、电压设备单独动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合个别地方无功、电压设备单独动作。