（1.国网江苏省电力公司丰县供电公司；2.国网江苏省电力公司徐州供电公司 江苏省徐州丰县 221700）
摘要: 众所周知，电压质量是衡量电品质的一项重要指标，对电力设备安全运行、网络损耗等有着直接的影响。传统的无功电压控制模式主要是分布控制，近些年又有许多集中控制模式被提出来。本文主要提出了一种基于两层无功电压控制模式的配电网无功电压集中 －分布协调控制方法，该方法根据控制对象的补偿效果与动作周期的不同，将配电网无功电压控制体系解耦为无功的就地分布补偿与电压的集中优化控制两个层面，建立控制模型并研究了相应的控制策略。这对有效降低网损、提高电压质量，具有一定的工程指导意义。
关键词: 配电网； 协调控制； 无功优化
一、配电网无功控制的难点
由于目前配电网自动化、智能化程度远低于输电网，监测点及可控点比例低，对配电网实施电压无功控制存在以下难点：
1）配电网点多面广，负荷类型多样，可用运行监测数据较少，传统全网统一建模计算的方式计算量大，算法复杂，耗时长。
2）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。如对于无载调压配变，电压越下限时，只能通过线路调压器或主变调压改善其电压水平。
3）控制命令执行后，由于不同电压等级、区域电网间的相关联性，容易出现顾此失彼的问题。如主变下调电压虽然能够将电压越上限的配变电压调整合格，但同时可能导致原来电压合格的配变电压越下限。
4）设备动作既要依据本地量测信息，还要依据上下级电网的协调请求，容易引起设备动作振荡。如低压台区用户电压偏低，请求所属配变上调电压，但上调后又可能引起配变本地电压越上限
二、控制策略遵循的原则
配电网全网电压无功协调控制策略应遵循以下原则：
1）先调节无功，后调整电压。无功平衡是电能传输、转换及维持电气设备正常运行的基础条件。同时由无功电压特性曲线可知，负荷变化时，为了维持无功功率平衡，必然会形成新的无功平衡点，导致设备运行电压产生变化。因此，配电网电压无功协调控制应先调节无功，后调整电压。
2）无功自上而下判断，自下而上控制。无功功率不宜远距离输送，对无功功率的分配，应按照就地平衡、分散补偿的原则进行，尽量降低无功消耗点从上级电网吸收的无功功率，减少无功在线路中的流动。因此，无功应自上而下判断。如果上级电网有无功补偿的需求，应首先检查下级电网无功是否已就地平衡，在下级电网无法满足补偿要求的情况下，再形成本地补偿的控制命令。而控制命令的执行应自下而上逐级进行，如此既能满足本地无功需求，又能减少无功在电网中的流动，最大限度地降低网损。
三、两层无功电压控制模式
对配电网而言，无功电压控制手段相对较少，主要是依靠并联电容器组的投切与变压器分接头的调节，且两者的补偿效果与动作周期有数量级上的差异。因此，配电网无功电压控制问题根据控制对象的补偿效果与动作周期不同，可解耦为无功补偿与电压调节两个层面。其中无功补偿层面的控制对象为电容器组，其补偿交由配电站就地分布控制，电压调节层面的控制对象为变压器分接头，其调压交由调度中心集中控制。前者补偿效果好而动作周期长，后者动作周期短而补偿效果较差。为提高集中控制的补偿效果，可从配电站无功补偿容量中分一部分出来，以动态补偿的形式交由集中控制处理，即集中控制和分布控制各占一部分容量。由此，集中控制的控制手段更灵活，调节能力更强且动作周期不受影响。
鉴于此，本文提出的配电网无功电压集中－分布协调控制模式为: 配电网以并联补偿电容器组、有载调压变压器分接头，配合小容量动态补偿装置作为控制对象，根据补偿效果与动作周期的不同，将控制体系分为配电站分布控制与调度中心集中控制两个控制层面。其中，配电站以电容器组为控制对象，以本地采集数据为依据按照一定的控制策略对配电站无功负荷进行分布补偿，以基本达到无功的就地平衡；调度中心以变压器分接头和动态补偿装置为控制对象，以状态估计为依据按照一定的算法进行全局优化，满足配电网降损调压的需要。协调控制应选择合适的控制变量，以配电网降损调压为总控制目标，达到无功的就地分布补偿与电压的集中优化控制相协调。
四、无功电压协调控制模型与控制策略
1.无功电压协调控制模型
由于分布控制层需向集中控制层上报配电站本地实时监测数据、本地负荷预测曲线、基于短期无功负荷预测曲线的电容器组动作方案、以及动作方案的配套信息等，其中电容器组的动作方案是依据电容器组容量来制定的，而负荷预测不能提供母线电压的变化趋势，因而该容量是额定电压下的标准容量，且不考虑投切动作对母线电压的影响。但在集中控制层中，电容器组容量与母线电压的平方成正比，且很少能够运行在额定电压下，其投切动作亦将使母线电压发生变化，从而电容器组的补偿效果不应以容量而应以电纳来表示。因此，本文选择电容器补偿电纳 ( 即分布控制结果) 作为两层控制之间的协调变量。一方面，分布控制上报的电容器组动作方案应先转换为电纳的形式，供集中控制全局优化计算使用；而另一方面，当分布控制方案不合理、分布控制结果使集中控制无法维持系统安全运行或在故障情况下，调度中心应考虑将相应配电站的电容器组作为集中控制变量纳入全局优化计算当中，根据优化计算结果指导配电站分布控制，修订动作方案。由此，配电网无功电压协调控制的模型可表示如图 1 所示。
图1 配电网无功电压协调控制模型示意图
图中上行信息流为各配电站本地实时监测数据、本地负荷预测曲线、基于短期无功负荷预测曲线的电容器组动作方案、以及动作方案的配套信息等； 下行信息流为上述若干情况下，调度中心下达的控制指令。
2.无功电压协调控制策略
本节分正常运行和故障两种情况下的控制策略进行讨论。
(1) 正常运行情况下
各配电站分布控制系统制定本站供电范围内的短期负荷预测曲线，并依此离线制定电容器组的动作方案，运行时依据动作方案进行投切控制。电容器组补偿的目标是使无功负荷预测曲线的补偿面积最大化，并尽量避免过补偿，基本达到无功的就地平衡。
调度中心根据实时监测数据、状态估计结果以及各配电站上报的电容器组动作方案，以有载调压变压器分接头和动态无功补偿装置为控制对象进行配电网无功优化计算，依据优化结果进行实时控制。优化计算的目标是满足电压约束与功率因数约束下的总网损最小化。
当分布控制方案不合理时，例如某配电站上报的负荷预测曲线与实际负荷偏差较大，应责令配电站重新制定负荷预测曲线及相应的电容器组动作方案并上报。在此期间内，该配电站电容器组应闭锁动作，待新的动作方案开始执行后解除闭锁。
当分布控制结果使集中控制无法维持系统安全运行时，例如分布控制结果导致部分节点电压、功率因数越限，且集中优化的约束范围内无可行解时，调度中心应添加相应配电站的电容器组作为集中控制对象，重新进行优化计算，并将优化结果下达配电站执行。随后，配电站应依据集中控制结果重新制定电容器组动作方案并上报，随后退回本地分布控制。
结语：
综上，上文主要就两层无功电压控制模式的配电网无功电压集中－分布协调控制方法进行了探究，它是根据控制对象的补偿效果与动作周期的不同，将配电网无功电压控制体系解耦为无功的就地分布补偿与电压的集中优化控制两个层面，建立控制模型并研究了相应的控制策略。希望能给业内人士一些建议。
论文作者:马立方1,陈洁2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
标签：电压论文; 电容器论文; 集中控制论文; 动作论文; 配电网论文; 负荷论文; 方案论文; 《电力设备》2016年第11期论文;