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摘要：本文針對當前我國配電網電壓控制和無功優(yōu)化方面存在的無功補償分布不合理、電壓控制結構不合理、電壓控制區(qū)域不合理、電壓控制互動不合理及無功優(yōu)化結果不理想等幾方面的問題，提出建設智能配電網AVC的理念和框架，總結出智能配電網AVC系統主要組成和關鍵技術。

　　關鍵詞：智能配電網;AVC;自愈;海量數據;諧波

　　0　引言
　　目前，智能電網正在成為全世界范圍關注的焦點，各國為解決當前電網存在的問題和達到政策要求而建設更可靠、更高效、抵抗災害能力更強、更環(huán)保和與用戶友好互動的電網。對于智能電網的概念目前還沒有確切一致的解釋，但在其特征和其使用的技術方面已形成統一的認識：智能電網具有信息化、數字化、自動化和互動化的四大特征，使用的技術和設備有：先進的雙向通訊技術、高級量測設備和傳感器、高級自動化理論和技術、分布式計算機等，智能電網旨在建設更可靠、更經濟、更高效、充分保障人身和設備安全、更環(huán)保[1]，包含多種分布式和分散電源，并能向用戶提供多種服務的電力系統，拉近產業(yè)鏈中的元件—發(fā)電、傳輸和消費的距離，建立更完善、精確的計費制度，使用戶和環(huán)境受益。

　　我國電網長久以來形成“重輸輕配”的局面，配電網的重要性不言而喻，這種局面影響了電網系統的整體性能和效率[3]，而配電網在無功優(yōu)化和電壓控制方面的研究相對更加薄弱。盡管目前傳統的AVC在解決電壓合格率、功率因數合格率、降低網損率和有效減少電力變壓器分接開關、電容器、電抗器設備的動作次數及投切等方面發(fā)揮著重要作用，但也存在調節(jié)過程不夠精細，還不能做到真正意義上的無功就地、分層平衡，不能完全合理地控制電壓波動等問題，不能在電網出現故障時自愈地恢復電壓，而自愈是智能電網的重要特點和目標，因此，智能配電網AVC的研究勢在必行，必需和智能電網的建設同步進行。

　　本文通過研究智能配電網的建設存在的問題，提出建設智能配電網AVC的理念，從智能配電網的關鍵技術著手，討論研究智能配電網AVC的主要技術。

　　1　智能配電網
　　1.1　智能配電網是智能電網建設的重點
　　當前智能電網主要有四個方面的技術：高級輸電運行(ATO)、高級配電運行(ADO)、高級計量體系(AMI)和高級資產管理(AAM)，除第一項外，后三者都是針對配電網而言[4]。因此，智能電網與傳統電網的區(qū)別在配電網上表現的更為明顯。

　　智能配電網建設的重要性[5]可概括如下：

　　配電網直接面向用戶，是控制和保證供電質量的關鍵環(huán)節(jié);

　　目前配電網的自動化、智能化程度遠遠低于輸電網;

　　目前用戶的停電事故95%以上是由配電系統引起的;

　　電網超過一半的損耗發(fā)生在配電網，造成電能質量降低的主要因素發(fā)生在配電網;

　  分布式電源接入的影響主要在配電網;

　　與用戶互動、進行需求側管理的著眼點在配電網。

　　1.2　目前配電網存在的問題
　　1、由于配電網設備繁多、網絡結構復雜、操作頻率和故障頻率都很高、低壓配電網是三相不平衡網絡、直接面向的用戶改動多等諸多原因，配電網新技術(如配電網SCADA系統)應用發(fā)展成熟速度較慢，缺乏分布式電源和大規(guī)模可再生能源電源的相關應用技術。

　　2、多數配電網絡比較薄弱，配置落后，自動化水平低，需要進行網絡拓撲結構的改造;發(fā)生故障頻率高，線損率高，供電可靠率低，電壓驟降損失大[6]。

　　3、運行成本高，效率低，污染大， 、 等氣體排放嚴重。

　　4、調度方面：資源配置不夠優(yōu)化;綜合決策支持程度不高;實時監(jiān)控與預警系統的在線分析實用性和調度計劃的全局安全經濟協調性不高;缺乏統一的調度系統建設規(guī)范標準[7,8]。

　　5、電力市場方面：政府監(jiān)管、政策指導乏力，電價結構與電價形成機制過時，輸、配電價明細有待改進。

　　1.3　目前配電網電壓控制方面存在的問題
　　電壓作為電能質量的重要指標之一，當前我國配電網電壓控制和無功優(yōu)化方面存在的主要問題有：

　　1、無功補償分布不合理
　　長期以來的一些做法：使用傳統的調相調壓法規(guī)劃電網無功補償容量，長期執(zhí)行“功率因數調整電費辦法”，采用各種不同電壓等級的變電所無功補償裝置設計技術規(guī)定，這造成了當前電網無功補償布局不合理的現狀：配電網側電容器補償容量較少，沒有做到無功補償就地平衡，無功只是從高壓側向低壓側流動，從電源側向負荷側流動，造成電網損耗大，電壓降落大。

　　2、電壓控制結構不合理
　　自動電壓控制系統由安裝在變電站的VQC無功/電壓自控裝置到地區(qū)電網無功電壓集中控制系統，再到現在的無功電壓分布式控制系統，保證了電網電壓質量、安全穩(wěn)定運行、降低網損及降低運行人員工作強度。但是，自動電壓控制系統目前僅在輸電側發(fā)揮功效，配電側無功電壓自動控制研究還相對較少，不足以滿足人們對電網高效、優(yōu)化運行的追求，不能滿足智能配電網的技術要求。

　　3、電壓控制區(qū)域不合理
　　AVC的變壓器分接頭動作、電容(抗)器的無功調節(jié)無法做到均勻調節(jié)，相鄰兩級電網之間的無功電壓控制不和諧，因此無法建立全網統一的電壓標準，只能以本地測量電壓為依據，分散量測誤差使得優(yōu)化結果受到一定影響。

　　4、優(yōu)化目標協調不合理
　　降損與電壓質量目標不統一，無功調控顧此失彼。電網從發(fā)電到用電是一個有機的整體，只有做到各個環(huán)節(jié)相互協調、信息互動，才能從現代電網向智能電網進行轉變。隨著電網的發(fā)展，如何保證各種分布式電源的安全，可靠的接入電網，在傳統電壓控制中沒有體現。

　　5、無功優(yōu)化結果不理想
　　傳統AVC系統一方面存在網損和電壓控制顧此失彼的情況;另一方面只實現了靜態(tài)無功優(yōu)化，還沒有做到真正意義上的動態(tài)無功優(yōu)化;模型未計及諧波電壓，而隨著非線性元件的廣泛使用，諧波的危害愈加劇烈[12];當電網出現問題時尚不具備自愈的能力。

　　1.4　智能配電網的特征
　　相比較傳統配電網，智能配電網的主要特征[9]可概括如下：

　　1、自愈
　　具有自愈功能，減少停電事故，實現敏感設備的不間斷持續(xù)供電，抑制電壓驟降，抵御攻擊、有效提高配電網防災能力，滿足特定需求，可以為用戶提供“定制電力”，提高服務水平，實現電壓、無功的優(yōu)化控制，達到保證電網供電可靠、優(yōu)質的目的。

　　2、分布式電源接入和退出
　　實現包括風力發(fā)電機、太陽能發(fā)電機、生物質發(fā)電機等分布式電源的即插即用，做到分布式電源安全平穩(wěn)投入和退出。

　　3、電網運行更經濟
　　合理控制潮流，提高系統容載比，充分利用系統容量;減少不必要投資，降低運行成本，減少設備折舊。

　　4、支持需求側管理
　　通過完善相關技術和管理制度，提高綜合決策能力，支持分段、實時電價，更好的削峰填谷，適應分布式發(fā)電的間歇性特點;支持用戶自備分布式發(fā)電、儲能裝置并網;支持電動車的接入并選擇低電價時段充電、高電價時段向電網賣電。

　　5、加速互動化，可視化管理
　　利用配網廣域測控技術，實時采集電網及其設備運行數據，提供潮流、負荷、設備狀態(tài)監(jiān)測、電能質量、故障位置、停電范圍等實時信息，解決電網“盲管”問題。

　　6、設備管理、生產管理的自動化、信息化
　　高級配電自動化(ADA)包含系統的監(jiān)視與控制、與用戶的交互[4]，通過高級配電自動化技術實現智能配電網管理的自動化;大力發(fā)展信息平臺，通過建立可靠、經濟、實用的通信方式等手段來實現智能配電網的管理的信息化。

　　2　智能配電網AVC的目標
　　傳統AVC是為了保證電壓質量、涉及靜態(tài)電壓調節(jié)、平衡無功功率和電壓之間的關系、減少變壓器及電容(抗)補償器等設備的動作次數從而降低工作人員勞動強度及提高電網運行的安全水平，在此基礎上并結合智能配電網的特征，智能配電網AVC的目標概括如下：

　　1、兼容傳統AVC;

　　2、自適應;
　　不受任何通道或電網故障等影響，分布式計算得到的結果適應于任何變化的運行方式需要的功能[10]。

　　3、自愈;
　　智能配電網AVC依靠建立在就地計算補償構成的閉環(huán)控制系統進行自愈，該系統首先能夠進行電壓的自動優(yōu)化調整，其次在配網電壓出現異常和故障時能自行診斷、隔離和最終恢復，達到減少電壓崩潰，最終達到避免目前大量存在的因電壓問題導致的停電的目的;再者，智能配網AVC應該能夠有效抵御攻擊，幫助電網提高防災能力。

　　4、動態(tài)電壓調節(jié)，動態(tài)無功優(yōu)化;

　　5、優(yōu)化模型考慮諧波電壓;

　　6、無功就地補償，形成經濟壓差無功補償布局;

　　7、考慮分布式電源的投切，保證電能質量;

　　8、進一步減少工作人員勞動強度和設備折舊，保障人員和設備安全;

　　9、資源和設備的高效使用;

　　10、和用戶友好互動，提高社會用電效率。

　  3　智能配電網AVC的主要技術
　　要實現以上目標，智能配電網的AVC需要以下技術的輔助和使用：

　　自愈關鍵技術[4]
　　自愈是智能配電網區(qū)別于傳統配電網的重要特征，同時也是智能配電網AVC的關鍵目標，文獻[4]中提出的智能配網自愈技術可以為智能配網AVC借鑒使用的關鍵技術有:饋線自動化技術、配網閉環(huán)運行故障隔離技術等。

　　1)饋線自動化技術[13]
　　目前的饋線自動化技術依賴主站遠方遙控采集與監(jiān)控數據，實施無功補償調壓，故障定位、隔離及自動恢復供電，可將自愈的速度提高至“幾秒級”。

　　2)配網閉環(huán)運行故障隔離技術
　　配網AVC閉環(huán)運行且分段開關采用斷路器，并配備差動保護，則可在線路出現故障時快速(200ms內)切除故障，而使非故障線路的供電基本不受影響。

　　先進的通訊和數據處理技術
　　智能配電網是一個高度開放的網絡系統，需要通過建立先進的通訊系統來實現系統每一部分都能雙向通訊。

　　AVC系統應當對SCADA等平臺一體化設計，實現數據的無縫連接。而目前配電SCADA系統由于起步晚、配電網設備多、用戶多、改動多、故障頻率高等原因尚不完善。配電SCADA系統作為配電網自動化的基礎，需要加快研究和開發(fā)進度。

　　傳統AVC數據容量較小，隨著智能配網建設的深入，必然要求智能配電網AVC考慮和存儲海量數據[11]。利用數據全息無損壓縮技術壓縮這些海量數據，快速回放數據，同時節(jié)約硬盤空間，大大提高系統整體速度;先進的分布式數據庫技術能夠充分利用硬件配置，實現高性能的數據計算;此外智能配電網AVC自身攜帶的某些工具軟件，高度集成接口、趨勢、報表、計算、通知、報警、冗余等服務在數據庫內，使得AVC系統更簡潔高效。不僅如此，系統還應做到：將異常數據自動推送出來，使得用戶可以將更多的精力放在應用的易用性和實用性上，提高自動化水平;借助海量數據的迅捷吞吐和長時間的數據在線存儲，完整、精確和無損的再現任何一個時間段的故障回放，同時支持任意關聯點的多線程、多相關性“切片類”回放;將可視化組態(tài)工具嵌入數據庫，與數據捆綁，方式更加靈活，歷史狀態(tài)回放更加方便;服務器不對請求的壓縮數據解壓，避免系統速度變慢;數據在壓縮狀態(tài)下傳輸，極大減少對網絡帶寬的占用;在客戶端解壓壓縮數據，充分有效利用網絡中計算資源系統可容納更多用戶同時訪問，加快互動化。

　　靈活的網絡拓撲[1]
　　靈活的可重構的配電網絡拓撲需具備如下功能：便于配電網自動化水平的提高;系統在經歷電壓崩潰等故障時，把故障影響范圍局限在最小范圍，并可迅速通過AVC等系統下發(fā)指令恢復對其他部分的供電。

　　無功潮流及無功功率的預報
　　隨著我國智能配電網建設的迅速深入開展，配電網的運行方式將會有較大變化。各控制區(qū)域間相互影響，傳統AVC對這些影響的分析不夠精細，為避免各相鄰子區(qū)域間相互影響，在控制目標中加入聯絡線無功潮流的控制手段，進行無功潮流的計算。此外，依據配電網中的歷史數據結合當前系統無功的狀態(tài)，預計未來一段時間內配電網無功功率的變化趨勢，準確的無功預報可以經濟合理的安排變壓器檔位、電容(抗)補償器等設備的動作和投切容量，保持配電網運行的安全穩(wěn)定性，減少不必要的無功備用容量，有效提高經濟效益和社會效益。

　　計及諧波電壓
　　隨著配電網中非線性元件的大量使用，諧波污染愈加嚴重，嚴重影響電網安全經濟運行，在無功優(yōu)化模型中考慮諧波電壓的影響能減少諧波污染，有效提高電能質量。

　　動態(tài)無功優(yōu)化
　　智能配網AVC不僅要取得計算模型效率和全局最優(yōu)間的協調，還應處理好電壓波動帶來的影響。當前靜態(tài)無功優(yōu)化利用當前時刻的優(yōu)化結果指導下個時刻的設備動作不能滿足電網的動態(tài)特性，動態(tài)無功優(yōu)化的結果將更科學，更精確。

　　先進的系統監(jiān)控方法
　　智能配電網AVC需要實時監(jiān)視和分析系統目前狀態(tài)[3]：既包括識別故障早期征兆的預測，也包括對已經發(fā)生的擾動做出響應，需要在系統中安放大量的監(jiān)視傳感器并把它們連接到通訊網絡。狀態(tài)監(jiān)測是AVC系統能夠實現資源重組、優(yōu)化的重要保障。

　　互動化技術
　　實時的科學可視化技術不僅能展現配電網無功有關的數據，關鍵是能深入挖掘運行數據的含義，將高級應用分析出來的結果加以提煉，并進行重點展示，便于用戶提取確切相關的信息。智能配電網AVC系統在人機交互界面[2]應該能夠精細顯示實時工況和事項，并能根據用戶要求自己選擇顯示工況和事項、事件回放、更新速度等信息。

　　4　結束語
　　智能配電網的建設正在有條不紊地進行，傳統配電網的AVC系統已不能解決智能配電網電壓控制和無功優(yōu)化的新問題，經濟和技術的發(fā)展迫切需要新型智能配電網AVC的出現。本文分析了當前配電網電壓控制和無功優(yōu)化方面的不足，提出智能配電網的AVC的研究理念和技術。當前傳統AVC廣泛應用在各省、地、縣，效益明顯，我們應該大力加強對智能配電網AVC的研究和發(fā)展。