曲 亮 王 東 房俊龍*

（1、國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150000 2、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣與信息學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 概述

電力公司的目標(biāo)是電網(wǎng)企業(yè)回歸企業(yè)屬性，就是要追求企業(yè)利益。首先是電力企業(yè)內(nèi)部挖潛，注重創(chuàng)新產(chǎn)品及服務(wù)中追求經(jīng)濟(jì)利益最大化，提高電力能源的利用率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)成本管理的優(yōu)化，這些都是“節(jié)流”的內(nèi)容。其次是開源，如何在輸配電價(jià)下降、客戶流失的背景下，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的增長，是公司發(fā)展的戰(zhàn)略思考。

近年來，通過大力推動(dòng)配電網(wǎng)科技進(jìn)步工作，配電網(wǎng)整體裝備技術(shù)水平有了明顯改善，自動(dòng)化、信息化水平得到了有效提升。由于黑龍江省地域廣闊，負(fù)荷密度小、10KV 線路長距離供電引起的線路阻抗大、電壓降高、電能損耗大，給電力部門帶來了不應(yīng)有的社會(huì)影響和企業(yè)損失。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的情況下，電壓降和電能損耗直接與運(yùn)行參數(shù)有功功率和無功功率有關(guān)。因此，配電網(wǎng)絡(luò)中無功潮流最小是電力企業(yè)追求的目標(biāo)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 線路桿號

本文主要研究的內(nèi)容是：借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，將變電站10KV配電線路出口第一臺無功補(bǔ)償智能終端（下位機(jī)）獲取無功數(shù)據(jù)或在調(diào)度室或變電站直接讀取線路無功負(fù)荷數(shù)據(jù)，通過GPRS 上傳到云端服務(wù)器（上位機(jī)），經(jīng)過邏輯判斷確定補(bǔ)償線路所需投入或切除電容器容量，確定補(bǔ)償點(diǎn)投切狀況及電壓判斷，上位機(jī)再通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)對相應(yīng)的投切對象下位機(jī)發(fā)送執(zhí)行投切指令的一種智能系統(tǒng)。包括下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)傳輸、上位機(jī)邏輯判斷、確定補(bǔ)償容量、投切控制等功能。

2 研究內(nèi)容的依據(jù)

國網(wǎng)部門文件通知中給出了“典型負(fù)荷分布線路無功補(bǔ)償安裝位置與補(bǔ)償容量表”，若按照試行文件一點(diǎn)補(bǔ)償2/3 處，補(bǔ)償容量2/3；兩點(diǎn)補(bǔ)償2/5 和4/5 處，補(bǔ)償點(diǎn)各補(bǔ)償2/5 容量理論實(shí)施，采用功率因數(shù)控制方式，則2/3 補(bǔ)償點(diǎn)和4/5 補(bǔ)償點(diǎn)無功永遠(yuǎn)補(bǔ)不上。

在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和同一個(gè)無功負(fù)荷曲線下，在相同補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償容量下，功率因數(shù)控制方式和無功需求系統(tǒng)控制方式進(jìn)行比較。

圖2 不同時(shí)刻有功功率和無功功率

表1 測量節(jié)點(diǎn)及容量表

表2 功率因數(shù)控制方式和無功需求系統(tǒng)控制方式比較

補(bǔ)償裝置投運(yùn)率比較：功率因數(shù)控制39.6%；無功需求系統(tǒng)控制78.1%。

降損效果分析：補(bǔ)償前自然功率因數(shù)下線路日損耗為230.7kwh；功率因數(shù)就地控制補(bǔ)償后線路日損耗為212kwh；系統(tǒng)控制補(bǔ)償后線路日損耗為187kwh。

線損下降率：功率因數(shù)就地控制補(bǔ)償后比補(bǔ)償前下降8.1%；系統(tǒng)控制補(bǔ)償后比補(bǔ)償前下降18.9%；系統(tǒng)控制補(bǔ)償后比功率因數(shù)就地控制下降11.7%。

以往10kv 配電線路無功補(bǔ)償都是按補(bǔ)償點(diǎn)的功率因數(shù)為依據(jù)進(jìn)行投切，如果補(bǔ)償點(diǎn)補(bǔ)償容量為100kvar,而補(bǔ)償點(diǎn)的無功負(fù)荷為99kvar 時(shí)，其補(bǔ)償電容無法投入運(yùn)行，因?yàn)橥度?00kvar 補(bǔ)償點(diǎn)的功率因數(shù)超過1，此時(shí)功率因數(shù)控制器立刻指令補(bǔ)償電容器切除，在臨界點(diǎn)上往復(fù)投和切不僅影響設(shè)備壽命，同時(shí)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生電壓和電流的波動(dòng)。只有補(bǔ)償點(diǎn)無功負(fù)荷超過100kvar 時(shí)才能投入運(yùn)行，這種補(bǔ)償方式為功率因數(shù)就地控制策略。而按無功需求系統(tǒng)控制策略是根據(jù)線路首端無功需求控制補(bǔ)償電容器，補(bǔ)償點(diǎn)不受功率因數(shù)影響，補(bǔ)償點(diǎn)的無功可以倒送。眾所周知，無功潮流引起的有功損耗與無功負(fù)荷的平方成正比，顯然，同樣的合理補(bǔ)償方式下兩種補(bǔ)償控制策略帶來的效果是截然不同的。如圖3 所示，圖中陰影部分就是無功潮流分布。

圖3 兩種控制方式對比

3 項(xiàng)目研究內(nèi)容

3.1 無功能源供需平衡智能系統(tǒng)研究

無功能源供需平衡智能系統(tǒng)的研究是借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，將變電站10KV 配電線路出口第一臺無功補(bǔ)償點(diǎn)（下位機(jī)）獲取無功數(shù)據(jù)經(jīng)過NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）上傳到云端服務(wù)器（上位機(jī)），經(jīng)過邏輯判斷確定補(bǔ)償線路所需投入或切除電容器容量，再通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)向投切對象下位機(jī)發(fā)送控制指令，下位機(jī)通過補(bǔ)償點(diǎn)投切狀況和判斷電壓合格后執(zhí)行命令的一種智能現(xiàn)象。

3.1.1 上位機(jī)管理功能

拓?fù)渚S護(hù)功能：通過系統(tǒng)提供的拓?fù)渚S護(hù)功能增減變電站、線路和電容器，并可以指定電容器和線路之間的關(guān)系，電容器的補(bǔ)償方式，以及線路和變電站之間的關(guān)系，使得系統(tǒng)的運(yùn)行方式非常靈活。

投切歷史分析與展示功能：查找任何一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)投切曲線的時(shí)間段、投切容量和無功功率曲線，對照調(diào)度自動(dòng)化信息判定其投切合理性，同時(shí)，對補(bǔ)償前后線路無功功率的變化一目了然，有利于補(bǔ)償效果分析。

投切事件查詢功能：系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，可以查找到補(bǔ)償線路任意一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的投切情況及投切當(dāng)時(shí)相關(guān)信息（電壓、功率因數(shù)、無功功率、整定值等等），這樣有利于掌握更多的負(fù)荷變化規(guī)律。

投切容量統(tǒng)計(jì)：按月或按年計(jì)算各條10 千伏線上所有電容器的投入容量與投入時(shí)間（小時(shí)）的乘積，明確了整條線路上電容器的月或年總投入千乏小時(shí)，掌握電容器投運(yùn)率。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能：用戶指定查詢或統(tǒng)計(jì)條件，可查詢出滿足統(tǒng)計(jì)條件的投切事件或統(tǒng)計(jì)信息。用戶可將統(tǒng)計(jì)信息導(dǎo)出到文本文件或?qū)С蒃xcel 文件，便于用戶在Excel 系統(tǒng)下對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析或制作出滿足要求的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.1.2 下位機(jī)管理功能

包括下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、上位機(jī)邏輯判斷、確定補(bǔ)償容量、投切對象等。

3.2 無線數(shù)據(jù)傳輸NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）在配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究

無線數(shù)據(jù)傳輸NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）在配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究還是首次。根據(jù)NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）模組的特點(diǎn)研究傳輸速率長距離深度覆蓋，支持內(nèi)置工業(yè)級芯片SIM 卡和天線、并支持對接各類云服務(wù)等與本項(xiàng)目的融合。使其達(dá)到適合于固定節(jié)點(diǎn)、傳輸數(shù)據(jù)量小、傳輸快，以無功平衡控制器上傳數(shù)據(jù)到云端管理機(jī)平臺為主的形式，同時(shí)工作于授權(quán)頻譜下，3GPP 支持的2G／3G／4G 蜂窩通信技術(shù)。

3.3 無功能源供需平衡方法的研究

研究整條線路總的平衡容量，首先根據(jù)近兩年最大無功潮流典型日確定平衡容量，研究平衡點(diǎn)位置是根據(jù)無功負(fù)荷大小、配電網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、供電半徑長度等因素確定2～3 個(gè)或4 個(gè)平衡點(diǎn)，其不同平衡點(diǎn)的平衡容量應(yīng)有差異，比如平衡補(bǔ)償容量200KVAR, 兩點(diǎn)平衡其補(bǔ)償容量應(yīng)選80KVAR 和120KVAR 兩組組合,其目的是補(bǔ)償平滑調(diào)節(jié)。研究無功能源供需平衡方法的目的是補(bǔ)償后線路中無功潮流最小，使其達(dá)到降損節(jié)能的效果。

3.4 開發(fā)云平臺管理功能研究

研究云端管理機(jī)的數(shù)據(jù)獲取、存取和處理知識的功能，同時(shí)研究推理、判斷并做出相應(yīng)的動(dòng)作指令以外，研發(fā)管理功能。如拓?fù)渚S護(hù)、投切歷史分析與展示、投切事件查詢、投切容量統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。

4 結(jié)論

10kV 配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化工作應(yīng)更多地考慮配電網(wǎng)的特點(diǎn)，若能基于一個(gè)完善的補(bǔ)償方案進(jìn)行改造，在無功規(guī)劃優(yōu)化中科學(xué)合理的選擇無功補(bǔ)償位置和補(bǔ)償容量，以最小的投資達(dá)到最好的補(bǔ)償效果。本文提供的一種充分利用網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化的集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10kV 線路無功補(bǔ)償優(yōu)化的新途徑，將為黑龍江省電力有限公司加快推進(jìn)智能電網(wǎng)的步伐起著十分重要的作用。