李恒宇 周天祥 王志鵬 康國慶 李賀

摘 要：低壓配電系統(tǒng)中，同一臺區(qū)供電范圍內(nèi)往往有多臺不同的電能質(zhì)量治理裝置，但是不同的裝置都是各自獨立運行，不能進行協(xié)調(diào)控制，各自按照設(shè)備內(nèi)置的自動控制策略進行動作，從全局來看，不能很好地起到改善臺區(qū)電能質(zhì)量的目標(biāo)。針對這種情況，該文對電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)同控制策略進行研究，設(shè)計電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)同控制模塊，使臺區(qū)內(nèi)各電能質(zhì)量治理裝置間能相互通信，優(yōu)化動作秩序，在治理低壓臺區(qū)電能質(zhì)量問題上相互協(xié)同控制，解決同一臺區(qū)下各單相終端裝置的協(xié)調(diào)動作難題，避免動作振蕩，從而在總體上改善臺區(qū)的電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：單相線路；電能質(zhì)量；治理裝置；協(xié)同控制

中圖分類號：TM714 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜，單相用戶的不可控增容、大功率單相負載的接入以及單相負載用電的不同時性等，造成了低壓單相電路的電壓偏低，無功增大以及三相負荷不平衡問題比較嚴(yán)重。

目前，解決低壓配電網(wǎng)單相線路電能質(zhì)量問題的產(chǎn)品比較多，但多種裝置之間不能進行協(xié)調(diào)控制，各自按照各自控制策略進行動作。從單個電能質(zhì)量治理裝置的治理效果來看，都能夠?qū)崿F(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)，但從全局來看，裝置自動切換，造成優(yōu)勢相序的優(yōu)勢喪失，產(chǎn)生新的優(yōu)勢相序，進而再次觸發(fā)新的動作，進入了惡性循環(huán)的調(diào)節(jié)振蕩中。這種不能進行全局協(xié)調(diào)的電能質(zhì)量的治理方式，不僅增加了電能質(zhì)量治理裝置的動作次數(shù)，還為低壓臺區(qū)電能質(zhì)量治理帶來了新的問題。追根究底，造成這種現(xiàn)象的主要原因是，各個電能質(zhì)量治理裝置間協(xié)同控制不足，缺乏相互協(xié)作。

為此，該文對電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)同控制策略進行研究，設(shè)計電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)同控制模塊，使臺區(qū)內(nèi)各電能質(zhì)量治理裝置間能相互通信，優(yōu)化動作秩序，在治理低壓臺區(qū)電能質(zhì)量問題上相互協(xié)同控制，從總體上改善臺區(qū)的電能質(zhì)量。

1 電能質(zhì)量治理裝置協(xié)同控制總體思路

目前，大多的單相低壓線路電能質(zhì)量治理裝置的控制模式包括自動控制和手動控制，總體功能包括電壓雙向調(diào)節(jié)、多級無功補償、負荷選相以及大容量過載保護等。為了更好地進行電能質(zhì)量治理，改變各個電能質(zhì)量治理裝置間協(xié)同控制不足，缺乏相互協(xié)作的現(xiàn)狀，需要對治理裝置的控制模塊進行改進，主要包括：裝置間負荷分級、相鄰?fù)ㄐ藕蛣幼鏖]鎖機制的改進，實現(xiàn)同一臺區(qū)下各單相電能質(zhì)量治理裝置的協(xié)調(diào)動作難題，避免動作振蕩。

2 電能質(zhì)量治理裝置協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 相鄰?fù)ㄐ偶夹g(shù)

為了解決同一臺區(qū)下各電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)調(diào)動作問題，首先要使各裝置間能夠相互通信。由于電能質(zhì)量裝置安裝于三相四線轉(zhuǎn)單相供電的T節(jié)點處，實現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)全部裝置間進行相互通信成本相對較高，但實現(xiàn)相鄰裝置間的項目通信還是比較經(jīng)濟可行的。

目前，各裝置的運行數(shù)據(jù)主要通過與配網(wǎng)控制系統(tǒng)做接口的方式獲取，這種方式有3個方面的弊端：一是低壓配網(wǎng)自動化系統(tǒng)廠家眾多，且數(shù)據(jù)文件沒有固定格式，目前裝置內(nèi)部僅可以解析南瑞配網(wǎng)自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件，從而獲取同級裝置運行數(shù)據(jù)。二是自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件外送頻率較低，通常為5分鐘一次，這對控制策略的分析制定造成了一定影響，三是控制策略通過自動化系統(tǒng)配置到相應(yīng)裝置，會出現(xiàn)延時問題。

為了克服上述通信方式的不足，還有用裝置間以直接通信的方式獲取數(shù)據(jù)的方法，此種方式雖然也需要與不同廠家不同類型裝置做通信適配，但是直接解析報文相對簡單，同時發(fā)送控制指令時序性較強。該文采用基于4G網(wǎng)絡(luò)的通信模塊，可以提供高速及時的數(shù)據(jù)通信，對整個系統(tǒng)運行提供了強有力的支持。

2.2 基于相鄰?fù)ㄐ诺难b置閉鎖技術(shù)

裝置進行相鄰?fù)ㄐ乓院螅瑸閷崿F(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，需要對不需要動作的裝置進行短時間的閉鎖操作，以確保在各裝置協(xié)調(diào)有序進行電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，避免動作震蕩。具體的實現(xiàn)過程如下：

（1）相鄰?fù)ㄐ殴δ軐崿F(xiàn)以后，MCU的控制策略傳達到各個裝置。

（2）此時，執(zhí)行動作的裝置進行切換動作，不執(zhí)行動作的裝置執(zhí)行動作閉鎖。

其中閉鎖功能，簡單來說就是裝置動作后，為避免其他同級裝置重復(fù)動作而進行的一定時間內(nèi)無動作運行。

（3）裝置的閉鎖控制，支持多種控制模式，可以采用預(yù)制控制策略手動控制，也可以通過執(zhí)行實時控制策略進行遠程控制。

2.3 基于MCU的集中控制技術(shù)

現(xiàn)有電能質(zhì)量治理裝置大多集成了電壓、無功和不平衡3種調(diào)節(jié)模式，在MCU的集中控制下能夠自適應(yīng)線路工況運行，任一模塊也可單獨工作，互不影響。

MCU的集中控制技術(shù)是一種數(shù)據(jù)處理、分析、控制技術(shù)。首先通過采集模塊采集線路上的電壓、電流信號數(shù)據(jù)，其次，由MCU中相應(yīng)的處理模塊就會對數(shù)據(jù)進行處理，包括對電壓、電流信號進行傅里葉分解計算，求出電壓、電流有效值；以電壓波動最小、有功損耗最低為目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前固定時間周期內(nèi)負荷率，通過迭代算法得出電壓調(diào)整百分比、無功補償?shù)燃壱约笆欠裥枰獡Q相操作。

為保證裝置自身易安裝特性，內(nèi)部采用高度集成的中央控制模塊MCU。其中嵌入式系統(tǒng)為高度定制的基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，其自帶的權(quán)限特性為控制器本身提供了非常高的安全性，同時也符合帶有通信、控制功能的電網(wǎng)裝置安全要求。

2.4 裝置間負荷分級技術(shù)

對電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)同控制策略進行研究，不僅要協(xié)調(diào)控制臺區(qū)內(nèi)的電能質(zhì)量治理裝置，最大程度地提高臺區(qū)的電能質(zhì)量，同時，還考慮重要負荷的用電情況，以重要負荷的得到用電保證為前提。

根據(jù)國標(biāo)GB50052—95《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的電力負荷分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合臺區(qū)同一線路下不同裝置控制區(qū)域間負荷的重要程度，將臺區(qū)負荷進行分級分類，使裝置間在協(xié)調(diào)控制時，能優(yōu)先保證重要負荷的用電。

具體的做法是在電能質(zhì)量治理裝置中嵌入一套負荷跟蹤系統(tǒng)，由負荷跟蹤系統(tǒng)分析判斷臺區(qū)用戶的用電情況，也可以手動進行添加和刪減。然后電能質(zhì)量治理裝置根據(jù)其運行參數(shù)確認(rèn)相應(yīng)的負荷情況，執(zhí)行優(yōu)先滿足負荷等級較高用戶所在線路的用電調(diào)整策略。

3 電能質(zhì)量治理裝置協(xié)同控制模塊設(shè)計

為了提高整個臺區(qū)的電能質(zhì)量治理效果，該文設(shè)計了電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)調(diào)控制模塊，主要包括裝置間的相鄰?fù)ㄐ拍K、集中控制模塊（MCU）、負荷分級模塊以及相鄰閉鎖模塊。

其中：相鄰?fù)ㄐ拍K負責(zé)與外部相鄰的電能質(zhì)量治理裝置進行通信，用于接收其治理線路的運行參數(shù)，發(fā)送控制命令等。集中控制模塊（MCU）起到該線路同級裝置間協(xié)同控制作用；負荷分級模塊用于不同裝置間的協(xié)同控制，優(yōu)先滿足負荷等級較高用戶所在線路的用電；相鄰閉鎖模塊，簡單來說就是裝置動作后，為避免其他同級裝置重復(fù)動作而進行的一種閉鎖裝置，使其在一定時間內(nèi)無法動作運行的操作。

電能質(zhì)量治理裝置間的協(xié)調(diào)控制模塊間各司其職，相互協(xié)同，共同實現(xiàn)臺區(qū)電能質(zhì)量裝置間的協(xié)同工作，提高臺區(qū)總體的電能質(zhì)量治理效果。

4 結(jié)語

電能質(zhì)量治理裝置協(xié)同控制技術(shù)的研制，讓裝置實際安裝后不但可以對一定區(qū)域的電能質(zhì)量治理起到作用，還能夠在臺區(qū)內(nèi)與同級的電能質(zhì)量治理裝置進行通信，使不同裝置協(xié)同運行，有效避免因電能質(zhì)量治理裝置的無序動作產(chǎn)生調(diào)節(jié)動蕩，從而實現(xiàn)不同環(huán)境和條件下低壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化和調(diào)節(jié)，提高用戶用電滿意度，實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟性運行。

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