丁曉群，陸鵬程，周玲

(河海大學能源與電氣工程學院，江蘇南京210098)

目前，智能電網(wǎng)正在成為全世界范圍關(guān)注的焦點，世界各國為解決當前電網(wǎng)存在的問題和達到政策要求而積極建設更可靠、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(wǎng)[1，2]。我國電網(wǎng)長久以來形成“重輸輕配”的局面，配電網(wǎng)的重要性不言而喻，這種局面影響了電網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能和效率[2]，而配電網(wǎng)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(tǒng)的AVC在解決電壓合格率、功率因數(shù)合格率、降低網(wǎng)損率和有效減少電力變壓器分接開關(guān)、電容器、電抗器設備的動作次數(shù)等方面發(fā)揮著重要作用，但也存在調(diào)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[3，4]，不能在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時自愈地恢復電壓，而自愈是智能配電網(wǎng)的重要特點和目標，因此，智能配電網(wǎng)AVC的研究勢在必行，必須和智能電網(wǎng)的建設同步進行。本文嘗試性地提出智能配電網(wǎng)AVC的目標，構(gòu)建智能配網(wǎng)AVC的框架，討論研究了智能配電網(wǎng)AVC的主要技術(shù)。

1 智能配電網(wǎng)AVC的目標

1.1 兼容傳統(tǒng)AVC

當前，傳統(tǒng)AVC仍在輸電網(wǎng)側(cè)起著重大作用，并且取得了很好的經(jīng)濟和社會效益，智能配電網(wǎng)AVC的研究和開發(fā)應當在傳統(tǒng)AVC的基礎(chǔ)上進行，并兼容傳統(tǒng)AVC，做到有條不紊，逐步取代。

1.2 自適應

不受任何通道或電網(wǎng)故障等影響，分布式計算得到的結(jié)果適應于任何變化的運行方式需要的功能[5]。

1.3 自愈

智能配電網(wǎng)AVC依靠建立在就地計算補償構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)進行自愈，該系統(tǒng)首先能夠進行電壓的自動優(yōu)化調(diào)整，其次在配網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常和故障時能自行診斷、隔離故障，必要時自動尋求替代元件和設備，恢復正常供電，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(wǎng)AVC應該能夠有效抵御攻擊，幫助電網(wǎng)提高防災能力。

1.4 考慮海量數(shù)據(jù)的處理

配電網(wǎng)用戶多、電力元件和設備多，需要采集和監(jiān)控的節(jié)點繁多，必然導致需要處理海量數(shù)據(jù)。

1.5 電力市場下的無功優(yōu)化

電力系統(tǒng)的壟斷經(jīng)營已經(jīng)阻礙了電力行業(yè)的發(fā)展和管理水平的提高[6]，電力市場產(chǎn)生的高效率和優(yōu)化資源配置已經(jīng)得到廣泛認可，我國正在加快電力市場的建設，SDG AVC應當考慮到如何適應電力市場環(huán)境下的運行。

1.6 和有功調(diào)度協(xié)調(diào)

傳統(tǒng)無功電壓控制把有功頻率控制和無功電壓控制分開，簡化了控制模型，雖然優(yōu)化結(jié)果也令人滿意，但是在有功滿負荷運行時限制了無功輸出的容量，影響無功優(yōu)化結(jié)果。智能配電網(wǎng)的AVC系統(tǒng)需要將無功優(yōu)化和有功調(diào)度協(xié)調(diào)考慮進去。

1.7 其他

（1）動態(tài)電壓調(diào)節(jié)，動態(tài)無功優(yōu)化；

（2）優(yōu)化模型考慮諧波電壓；

（3）無功就地補償，形成經(jīng)濟壓差無功補償；

（4）布局；

（5）考慮分布式電源的投切，保證電能質(zhì)量；

（6）資源和設備的高效使用，降低農(nóng)網(wǎng)線損；

（7）和用戶友好互動，提高社會用電效率；

（8）進一步減少工作人員勞動和設備折舊，保障人員和設備安全。

為了更直觀地說明SDG AVC的先進性，如表1所示，提供了目前AVC和智能配電網(wǎng)AVC的一般比較情況。

表1 目前AVC和智能配電網(wǎng)AVC的比較

2 智能配電網(wǎng)AVC的框架

2.1 主要流程

圖1中的框架圖對智能配電網(wǎng)AVC系統(tǒng)進行了細致的描述，首先從經(jīng)過完善的智能配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分兩部分運行：如果配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行則在考慮諧波電壓、電壓波動、沖擊電壓、分布式電源等電壓影響因素后進入電壓分析模塊，然后再進入無功分析模塊后進行閉環(huán)潮流、雙向潮流的計算和分析，實現(xiàn)真正意義上的無功就地補償，然后發(fā)出控制指令，命令控制中心控制執(zhí)行；如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，則交由自愈模塊進行故障定位、故障分析和故障解除，最終恢復系統(tǒng)的正常運行。

2.2 說明

潮流計算：配電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)復雜，并行潮流計算將大大提高計算速度，但是雙向潮流的出現(xiàn)會引起系統(tǒng)網(wǎng)損發(fā)生變化，系統(tǒng)需要在幾方面取得平衡。

分布式電源：分布式電源并網(wǎng)運行可能降低系統(tǒng)安全可靠性，系統(tǒng)故障時可能會加重電壓跌落，此外，還需研究分布式電源接入系統(tǒng)引起的電壓波動問題，同時還要考慮分布式電源中的某些元件產(chǎn)生的諧波問題。

政策性因素：階梯式電價等政策對負荷總量的影響，會降低負荷預報的精度，最終影響無功補償容量。

3 智能配電網(wǎng)AVC的主要技術(shù)

3.1 自愈關(guān)鍵技術(shù)

自愈是智能配電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的重要特征，同時也是智能配電網(wǎng)AVC的關(guān)鍵目標，文獻[7]中提出的智能配網(wǎng)自愈技術(shù)可以為智能配網(wǎng)AVC借鑒使用的關(guān)鍵技術(shù)有:饋線自動化技術(shù)、配網(wǎng)閉環(huán)運行故障隔離技術(shù)及配網(wǎng)廣域測控技術(shù)等。

（1）饋線自動化技術(shù)[8]。目前的饋線自動化技術(shù)依賴主站遠方遙控采集與監(jiān)控數(shù)據(jù)，實施無功補償調(diào)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(wǎng)閉環(huán)運行故障隔離技術(shù)。配電網(wǎng)在線路出現(xiàn)故障時快速需快速隔離、切除故障，而使非故障線路的供電基本不受影響，保證SDG AVC的閉環(huán)運行。

（3）配網(wǎng)廣域測控技術(shù)。當前配電網(wǎng)的測控裝置少，設備在線檢測、配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、分析與管理服務滯后，配網(wǎng)廣域測控技術(shù)可較大程度提高配電網(wǎng)信息交換與集成的水平。

3.2 先進的通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)

智能配電網(wǎng)是一個高度開放的網(wǎng)絡系統(tǒng)，需要通過建立先進的通信系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)每一部分都能雙向通信。

AVC系統(tǒng)應當對SCADA等平臺一體化設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接。而目前配電SCADA系統(tǒng)由于起步晚、配電網(wǎng)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(tǒng)作為配電網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)，需要加快研究和開發(fā)進度。

傳統(tǒng)AVC數(shù)據(jù)庫容量較小，隨著智能配網(wǎng)建設的深入，必然要求智能配電網(wǎng)AVC考慮和存儲海量數(shù)據(jù)[9]。

系統(tǒng)可采用數(shù)據(jù)全息無損壓縮技術(shù)和先進的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。此外，智能配電網(wǎng)AVC自身攜帶的某些工具軟件，高度集成接口、趨勢、報表等服務在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，使得系統(tǒng)更簡潔高效。

不僅如此，系統(tǒng)還應做到：將異常數(shù)據(jù)自動推送出來，便于用戶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(shù)據(jù)的迅捷吞吐和長時間的數(shù)據(jù)在線存儲，完整、精確和無損地再現(xiàn)任一時間段的故障回放；將可視化組態(tài)工具嵌入數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)捆綁，方式更加靈活，歷史狀態(tài)回放更加方便；服務器不對未請求的壓縮數(shù)據(jù)解壓，避免系統(tǒng)速度變慢；數(shù)據(jù)在壓縮狀態(tài)下傳輸，極大減少對網(wǎng)絡帶寬的占用；在客戶端解壓壓縮數(shù)據(jù)，充分有效利用網(wǎng)絡中計算資源系統(tǒng)可容納更多用戶同時訪問，加快互動化。

3.3 靈活的網(wǎng)絡拓撲

靈活的可重構(gòu)的配電網(wǎng)絡拓撲需具備如下功能：便于配電網(wǎng)自動化水平的提高；系統(tǒng)在經(jīng)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SDG AVC等系統(tǒng)下發(fā)指令恢復對其他部分的供電。

3.4 無功潮流及無功功率的預報

隨著我國智能配電網(wǎng)建設的迅速深入開展，配電網(wǎng)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(tǒng)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(lián)絡線無功潮流的控制手段，進行無功潮流的計算。此外，依據(jù)配電網(wǎng)中的歷史數(shù)據(jù)結(jié)合當前系統(tǒng)無功的狀態(tài)，預計未來一段時間內(nèi)配電網(wǎng)無功功率的變化趨勢，準確的無功預報可以經(jīng)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(wǎng)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(jīng)濟效益和社會效益。

3.5 計及諧波電壓

隨著配電網(wǎng)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(wǎng)安全經(jīng)濟運行，在無功優(yōu)化模型中考慮諧波電壓的影響，進行諧波評估和諧波抑制，減少諧波污染，有效提高電能質(zhì)量。

3.6 動態(tài)無功優(yōu)化

智能配網(wǎng)AVC不僅要取得計算模型效率和全局最優(yōu)間的協(xié)調(diào)，還應處理好電壓波動帶來的影響。傳統(tǒng)無功優(yōu)化利用當前時刻的優(yōu)化結(jié)果指導下個時刻的設備動作，這不是真正意義上的動態(tài)過程，動態(tài)無功優(yōu)化的結(jié)果需要更科學，更精確。

3.7 互動化技術(shù)

實時的科學可視化技術(shù)不僅能展現(xiàn)配電網(wǎng)無功有關(guān)的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是能深入挖掘運行數(shù)據(jù)的含義，將高級應用分析出來的結(jié)果加以提煉，并進行重點展示，便于用戶提取確切相關(guān)的信息。智能配電網(wǎng)AVC系統(tǒng)在人機交互界面應該能夠精細顯示實時工況和事項，并能根據(jù)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。

移動通信行業(yè)的無線網(wǎng)絡通訊技術(shù)及經(jīng)營模式可以作為電力行業(yè)加快互動化的鋪墊和借鑒，必將促進電力系統(tǒng)與用戶和工作人員之間更多的互動。

4 結(jié)束語

當前我國配電投資比例較小，配電網(wǎng)供電能力弱、可靠性差、線損率高，傳統(tǒng)AVC系統(tǒng)在配電網(wǎng)方面的研究和應用較少，智能配網(wǎng)AVC不僅要解決上述現(xiàn)存問題，還要積極應對智能配電網(wǎng)電壓控制和無功優(yōu)化方面的新問題。本文對智能配電網(wǎng)的AVC的理念和技術(shù)進行嘗試性的研究，希望能起到拋磚引玉的作用。配電網(wǎng)地位的重要性和嚴峻的現(xiàn)實問題，迫切需要我們加快對智能配電網(wǎng)AVC的研究和發(fā)展。

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