以智能电能表电压量测数据为基础，以台区电压质量评估算法为手段，依托主配网协调优化控制技术，实现了供区变电站、馈线和台区（包括低压部分）电压无功优化协调闭环控制。
引言
电压质量关系社会经济的平稳发展和千家万户的生活质量，提高电压质量是供电公司履行社会责任和践行“四个服务”宗旨的基本要求，是供电企业迈向精益化管理的重要指标。配电网电压质量更是与电力系统的安全稳定运行以及电气设备的使用寿命息息相关，电压过低可能会降低设备的运行能力，增加设备运行能耗，烧毁用户电动机，引起电灯功率下降，引发客户投诉；甚至可能会引发电压崩溃，造成大面积停电等严重后果。因此，提高配电网各节点的电压质量是供电企业亟待解决的难题。
目前，配电网采用的电压无功和电能质量治理措施都是点对点控制，设备的运行状态、故障信息不能实时掌控，既未实现数据的统一采集上传，也未实现综合控制，电压无功和电能质量治理效果尚有提高的空间。配电网电压治理措施主要集中在独立变电站低压母线电压调整，10kV长线路加装串联调压器、串联或并联补偿装置，改变配电变压器（简称配变）分接头以及配变低压侧无功补偿等方面。这些措施独立分散，无法协调一体，存在信息集成度低、数据接口不规范、操作繁琐、效率低下、运行人员无法实时掌握设备工况等问题，电压控制效果较差。一方面，由于目前配电网自动化、智能化程度远低于输电网，监测点及能控点比例低，且控制动作影响面广，无法确知可控设备动作后对无监测设备运行状态的影响，只能通过限值或动作预算来保证；另一方面，运行状态不佳的设备由于本身不可控或不满足动作条件，只能通过相邻电网相关设备动作改善其运行状态，以无载调压配变为例，电压越下限时，只能通过线路调压器或主变压器调压改善其电压水平；另外，由于用户负荷波动呈现较大的随机性，短期、超短期负荷预测准确度低，也增加了调压难度。
本文针对目前配电网结构以及电压无功控制存在的问题，提出了一种基于用户电压合格的新型供区电压无功协调优化控制技术。通过深入调查研究，充分考虑用户电压需求，针对配电网电压无功问题特点，结合智能配电网、主动配电网建设，提出了配电网电压无功协调优化控制的思路，综合考虑配电网各节点电压质量控制要求、节能降损效果以及设备动作次数，研发变电站区域智能控制装置、配电网区域智能控制装置，开展以面向用户电压合格为目标的主配网电压无功协调优化控制技术研究。目前该方法已在某35kV变电站投运应用。
1控制原则和策略
以用户电压合格为目标的电压无功分布式优化控制技术，以协调控制、分层优化为原则，实现从信号采集、优化决策到指令执行的全过程计算机智能控制，将变电站、馈线、配变等多种类型的电压无功设备进行综合管理，实现对配电网电压无功的“面—线—点”的多级协调控制，满足配电网对生产管理、电能质量提升、降损节能等各方面的要求。考虑配电网设备的特点和通信条件，采用分布式智能架构，保证数据采集的时效性和准确性。引入全寿命周期管理概念，兼顾平衡变电站、中压线路、配变的调压需要，利用配电网电压无功最优潮流和专家规则混合优化等多种算法，在原有配电网电压无功调节设备的基础上，得出最优控制方案。通过遥控和遥调相结合的模式，下达到各电压无功调节设备进行调整执行。通过这种方式，变独立的分散调控为集中调控和分层配合，实现主网和配电网全网无功优化。电压无功控制物理结构见图1。
图1主配电网协调的电压无功控制物理结构图
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以某供区主配电网电压无功协调优化控制案例介绍控制过程：
1）第一级调节策略—变电站与下属线路之间的协调。
在保证10kV母线电压合格（10～10.7kV）的前提下，系统通过智能公用变压器终端系统采集的配变电压，计算出使配变电压合格率最高的最优母线电压值，将最优母线电压作为协调目标交给主网AVC执行，增加配电网调压能力。
目前计算的是203台配变电压的电压合格率，根据计算结果得出最优值。例如：“建议，××变电站母线电压调整为10.5kV，预计××变电站智能终端电压合格率将提高到98.4%”，系统每15min自动计算最优建议值。这是第一级联调结果，即发给主网AVC的协调目标（对没有主网AVC系统的地区可直接或间接调节设备）。考虑到可操作性，给出的电压是一个范围—“电压协调目标的下限是10.45、上限是10.55”。该策略有一个15min的有效期，电压优化目标有效期时间表见表1。
表1电压优化目标有效期时间表
2）第二级调节策略—线路主干线设备与配变之间的电压协调。
这部分调节设备包括线路调压器、串联电容器和柱上无功补偿，电压影响范围包括安装点后面的所有配变，调压策略同时考虑自身和影响范围内所有配变的电压约束。在制定调节策略时，遵循逆调压原则，通过采集的安装点后端的配变电压，同时参考负荷预测的结果，对线路调压器、串联电容器进行自动调档或柱上无功补偿进行自动投切，同时将动作次数平衡到所有设备上，考虑和第一级协调策略的配合，本级策略有效期为5min。另外，对双向调压器的策略还要考虑到潮流流向的问题，同时兼顾丰水期的高电压治理。
3）第三级调节策略—针对配变与低压用户之间的电压协调。
这部分的策略分为有载调压配变和无载调压配变。有载调压的策略是通过采集到的台区及用户数据，系统综合考虑变压器功率因数、用户电压，实时调整有载调压配变档位或是进行无功就地补偿调节。同样，由于有载调压配变每天自动调档次数限制，具有手动遥控功能。针对无载调压配变分接头档位调节缺乏科学依据和全方位策略的现状，本系统根据配变电压历史数据，结合季节性负荷变化对电压的影响来制定分接头调节最优策略，指导运行人员定期调节无载配变的档位，从而使电压合格率达到最优。
2主配电网协调控制构架
系统采用分布式3层控制构架。配电网电压无功多级协调控制架构见图2。
图2配电网电压无功多级协调控制架构图
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主网AVC主要负责变电站之间的配合，包括上下级变电站的配合，以及变电站之间线路的无功优化问题。主网AVC主要下发“变电站区域控制装置”子站的电压无功目标范围，不直接控制具体设备，这种分层控制方式，能提高平台可靠性。主网AVC具备建模和监控功能，同时具备远程维护“变电站区域控制装置”的功能。采用组态软件+优化算法+专家系统+实时数据库的模式实现，支持多种平台，可以方便地在Windows、Linux、Unix平台下部署，系统使用商用数据库+实时库的模式，既保证计算的规模，又保证计算的速度。主网AVC同时还承担数据库服务器、权限管理服务器、曲线报表服务器等功能。主站通过监控工作站、维护工作站和Web访问实现配电网的监控、建模和报表平台。
“变电站区域控制装置”能够统一计算变电站内部电压无功设备相关数据发送给主网AVC，用于主站的协调优化，同时根据主网AVC优化计算出本地母线的最优电压和无功范围，根据变电站内设备的控制范围和动作次数等约束，协调控制变电站内部的无功补偿设备投切、变压器分接头档位的调整。
“分布式配电网控制器”能够综合控制若干条馈线上的所有电压无功设备，获取配电网AVC的无功和电压的调节指令，通过下发遥控或者遥调指令，实现对应的配电网电压无功设备的闭环协调控制。能够实现控制的配电网电压无功设备包括单相线路调压器、双向线路调压器、串联电容器、有载调压配变、配变无功补偿装置、低压SVG等。“分布式配电网控制器”同时也计算每条馈线的无功裕度，定时上传给配电网AVC，用于实现主配电网的协调控制。
“变电站区域控制装置”和“分布式配电网控制器”采用相同的架构设计，基于嵌入式硬件模块，采用基于Linux的操作系统，功能上包括数据采集通道、指令执行通道、本地优化决策逻辑、上下级协调机制接口等。这2个模块可以根据现场实际情况、通信类型等决定子站布置在调度侧还是变电站侧。子站布置在调控中心便于管理和维护，布置在变电站则有利于控制的安全和执行的快速性。
“配电网智能控制器”为配电网本地控制器，可用于控制配变低压台区无功补偿装置、配变有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器等终端一次设备。由于配电网的特点，该装置能够自动适应有无通信的情况，具备监控数据上传的功能。能够实现根据负荷波动来自动调整控制指令、优化动作次数、减少故障率。通信不具备或者通信中断的情况下，智能控制器能够实现就地优化控制。装置的嵌入式硬件模块，采用VXWORKS的实时操作系统，设有本地保护以及根据电压、功率因数和无功控制设备投切等功能，具备通信接口、上下级协调机制接口等。
3应用情况分析
某35kV变电站，工区下属8条10kV线路，公用配变203台，小水电5座，总装机容量4830kW。变电站10kV母线电压常因小水电发电量波动而出现不合格情况，枯水期时，母线电压偏低，需人为手动升档；丰水期时，母线电压过高，最高达11.5kV，部分时段变电站内无降压措施。10kV中压线路主干线长度长，分支线多，线路末端电压较低，部分达到8.9kV。台区配变均为无载调压配变，在时段性、季节性负荷波动时，人员需前往现场进行停电调节；台区无功补偿不足，现场实测台区功率因数在负荷低谷时为0.95左右，在负荷高峰期时为0.80左右。另外，该变电站下用户电压低于198V的用户有763户，电压合格率为92%，而与小水电共线的用户，在丰水期时会出现高电压，最高达到256V。
为解决目前配电网中单层级调压措施不能有效消除低电压问题的现状，考虑变电站、中压线路、台区之间的相互关系，在适当增加电压、无功调节设备的同时使用配电网电压无功多级协调控制策略来挖掘各设备的调压潜力，减少设备故障，提升电压治理效果。
该项新技术于2016年2月投入实际使用，能有效消除低电压、调节过电压，该地区电压质量有了显著提高，设备故障次数明显降低。由表2～表3数据对比可见，供区电压合格率由原先的92%提高到98%以上，功率因数由0.80提高到0.98以上。通过综合优化协调控制，大大减少了各设备投切次数，大幅提高了设备可靠性。其中，根据电网实际情况对无载调压配变分接头进行在线优化，实现预先调整，减少了季节性负荷引发的低电压，提高了用户电压合格率。采用新策略还实现对变电站、中压线路、台区各电压无功设备的实时监控，提高了配电网运维效率，促进配电网自动化建设，是智能配电网建设的有益实践。
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表2电压无功多级协调控制策略应用前供区电压情况
表3电压无功多级协调控制策略应用后供区电压情况
4结语
本文介绍的基于用户的供区电压优化控制技术研究及应用，通过部署“变电站区域智能控制装置”“配电网区域智能控制装置”，实现对母线电压（母线级，闭环控制）、线路调压器（馈线级，闭环控制）、智能电容器（台区级，闭环控制）、低压线路调压器（用户级，闭环控制）的高效、协调利用，完整覆盖A、B、C、D4类电压治理目标，实现电压无功协调控制、提高功率因数，同时挖掘设备的输送能力、改善电能质量。有效地提高了供电企业电网自动化水平和主配电网电压无功协调控制能力，改变了传统主网AVC仅实现“母线电压合格”的局限性，实现了以“客户端电压合格”为目标，自下而上的主配电网AVC协调优化控制以及变电站母线逆调压等功能。该策略能有效解决配电网电压无功调节的实际问题，同时较好地解决了配电网节能降损的老大难问题，是智能配电网、主动配电网建设的有益探索，具有较好的经济效益、社会效益和广阔的应用前景。
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原标题：【“低电压”治理】配电网电压无功多级协调控制策略及应用
