編者按：近年來，國家電網(wǎng)公司正在積極主動適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，充分利用大云物移智等新技術(shù)，在廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享等關(guān)鍵方面開展了體系化工作。
據(jù)了解，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已在多個城市取得了實質(zhì)性的進展，多個綜合示范項目相繼落地。國網(wǎng)公司所制定的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)第一階段的工作重點目前已經(jīng)進入了全面提速的階段。
2019年1月，國網(wǎng)江蘇南京供電公司與南京軟核科技有限公司開展深入合作，制定相關(guān)方案，研究解決相關(guān)臺區(qū)配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題。在全網(wǎng)內(nèi)，首次提出了以智能配變終端嵌入式APP控制模式，構(gòu)建基于自律協(xié)同原理的配電網(wǎng)三級協(xié)調(diào)電能質(zhì)量治理應(yīng)用場景，為配電網(wǎng)電能質(zhì)量的治理提供了一種新的方式。
目前相關(guān)示范工程項目已成功落地于江蘇南京江寧區(qū)。
一直以來，低壓配電網(wǎng)作為連接電網(wǎng)和用戶的末端環(huán)節(jié)，存在著線路實時運行狀態(tài)獲取困難，無法形成有效的數(shù)據(jù)流等問題。
在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)公司會因地制宜地對電網(wǎng)進行改造，一方面對路線中負荷端的配變和無功補償裝置進行合理配置，另一方面加強了電網(wǎng)對無功電壓設(shè)備的實時控制，最大程度地發(fā)揮了無功電壓設(shè)備的作用，提高整個電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。但是目前在無功電壓控制方面尚存在一些不足。
相關(guān)問題，如：
電壓無功調(diào)節(jié)主要靠局部判斷完成，未充分考慮全局無功電壓的分布及影響。
現(xiàn)有自動控制系統(tǒng)大多數(shù)是對電壓和無功進行孤立的調(diào)節(jié)，沒有把電壓與無功的調(diào)節(jié)有機地結(jié)合起來
目前電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制屬于短時間尺度下的系統(tǒng)全局優(yōu)化，控制決策并不具備主動性和預(yù)見性，沒有充分考慮到長時間尺度下的無功負荷的不確定性對無功電壓控制的影響。
電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備自動控制時動作次數(shù)過于頻繁，嚴重影響了供電穩(wěn)定性和設(shè)備壽命。
現(xiàn)有系統(tǒng)多數(shù)無法進行集中控制和分散控制功能的統(tǒng)一，配電網(wǎng)應(yīng)用功能單一，實用性不強。
主配網(wǎng)缺少聯(lián)調(diào)控制。主網(wǎng)AVC無功電壓控制，只考慮變電站電壓合格，未考慮對饋線的電壓支撐。
用戶智能電表、智能配電終端、OPEN3000系統(tǒng)與電壓相關(guān)數(shù)據(jù)分散，未實現(xiàn)共享。
在夏季7、8月份用電高峰時期，南京江寧區(qū)配電網(wǎng)負荷普遍較重。為避免在用電高峰時段祿口變下出現(xiàn)大范圍持續(xù)性的臺區(qū)低電壓問題，南京軟核科技有限公司結(jié)合現(xiàn)狀及歷史運行數(shù)據(jù)，針對南京江寧祿口變下的65個不同臺區(qū)相關(guān)電能質(zhì)量問題進行分析，發(fā)現(xiàn)臺區(qū)存在高/低電壓現(xiàn)象，部分臺區(qū)電壓波動大，電壓合格率低，夏季負載重，母線電壓偏高，臺區(qū)無載變高檔位運行，臺區(qū)出口越上限，臺區(qū)三相不平衡等問題。經(jīng)過問題分析后，南京軟核科技為供電公司定制了一套解決方案，即建立一套配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制系統(tǒng)，結(jié)合智能配變終端（TTU），來實現(xiàn)點（配變臺區(qū)、用戶）、線（饋線）、面（變電站）全范圍的覆蓋，完成面向用戶電壓的配電網(wǎng)多級協(xié)調(diào)優(yōu)化，實現(xiàn)電壓優(yōu)化及電能質(zhì)量的大幅提升。
智能配變終端是集用電信息采集、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測、智能控制與通信等功能于一體的二次設(shè)備，可綜合處理低壓配電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息。通過挖掘智能配變終端的數(shù)據(jù)采集和計算能力，建立強大的數(shù)據(jù)流，來支撐后臺管理信息系統(tǒng)，從而建立低壓配電網(wǎng)智能運檢體系。
針對目前南京江寧區(qū)配網(wǎng)存在的高電壓、低電壓、三相不平衡等問題，采用一種綜合治理方案，集成配電網(wǎng)中目前各種無功電壓設(shè)備（線路調(diào)壓器、線路無功補償、有載調(diào)壓變）和電力電子設(shè)備（APF、SVG和換相開關(guān)）等裝置，構(gòu)建配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制（AVQC）系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制系統(tǒng)
北極星泛在電力物聯(lián)網(wǎng)了解到，此次，南京軟核科技有限公司設(shè)計的配電網(wǎng)無功電壓多級協(xié)調(diào)控制平臺方案是主要應(yīng)用于配電網(wǎng)智能化管理的自動控制平臺，該平臺由自律協(xié)同配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理APP和嵌入式配網(wǎng)主站軟件組成。
通過配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理APP嵌入在智能配變終端中并能獨立優(yōu)化邊緣控制。
案例
經(jīng)了解，2019年1月25日，江蘇省南京市江寧區(qū)10kV北莊線、青龍線及下屬10個典型臺區(qū)（兩臺10kV線路調(diào)壓器、8臺有載調(diào)壓變、2個三相不平衡治理臺區(qū)）配置一套配電網(wǎng)無功電壓及三相不平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備遠程可視化監(jiān)控與運維。
（1）主站軟件
主站軟件獲得配網(wǎng)自動化四區(qū)主站接入授權(quán)且支持國網(wǎng)信息安全規(guī)范，同時可用于配網(wǎng)設(shè)備管理及無功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的運行管理，滿足運行維護人員在維護時調(diào)整更新并對有載調(diào)壓變、配網(wǎng)電壓質(zhì)量（低電壓、高電壓、三相不平衡）等進行綜合分析的需求。并可定期給出問題原因分析和改造調(diào)整建議，提高整體效果，滿足以下功能及要求：
全局分析監(jiān)測
基于大數(shù)據(jù)的“低電壓”成因分析
基于大數(shù)據(jù)的三相不平衡優(yōu)化分析
信息安全保證
嵌入四區(qū)主站
主網(wǎng)AVC母線電壓優(yōu)化分析
無功電壓設(shè)備的運維管理
AVQC設(shè)備的運維管理
配網(wǎng)AVQC主站軟件通過4G與端側(cè)控制裝置進行通訊，只負責監(jiān)測，不控制裝置。軟件主要包括區(qū)域概況、實時監(jiān)測、歷史曲線、事件查詢、告警查詢、控制效果和遠程調(diào)控等模塊。
平臺及區(qū)域概況頁面如圖2所示：
圖2 主站平臺界面
實時監(jiān)測模塊展示TTU終端、線路調(diào)壓器、有載調(diào)壓變和換相開關(guān)的實時數(shù)據(jù)，如圖3。
圖3 實時監(jiān)測模塊
歷史曲線模塊可查詢某個設(shè)備在指定時段內(nèi)的歷史信息，以曲線形式展示，例如TTU終端量測的臺區(qū)首端三相電壓、電壓不平衡度、三相電流、電流不平衡度、有功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，如圖4。
圖4 歷史曲線模塊
事件查詢可以查詢指定時段內(nèi)一次設(shè)備的動作情況，包括線路調(diào)壓器調(diào)檔、有載調(diào)壓變調(diào)檔、換相開關(guān)換相。
告警查詢模塊各種告警信息，例如臺區(qū)無功異常、三相電流不平衡越限、數(shù)據(jù)異常等等，如圖5。
圖5 告警查詢模塊
控制效果模塊用于分析比較設(shè)備投運前后電壓質(zhì)量，如圖6。
圖6 控制效果模塊
（2）無功優(yōu)化控制
本示范應(yīng)用中因10kV北莊線-成功甫頭站等8個臺區(qū)明顯出現(xiàn)不同程度的高低電壓越限問題，故考慮分別配置臺區(qū)無功電壓優(yōu)化APP軟件及相應(yīng)的配變終端，結(jié)合有載調(diào)壓變進行低電壓治理。
典型10kV北莊線-成功甫頭站變壓器因需更換為有載調(diào)壓配電變壓器，其分接頭調(diào)節(jié)范圍為±4×2.5%，現(xiàn)場安裝圖見圖7。
圖7 有載調(diào)壓配電變壓器現(xiàn)場安裝圖
饋線側(cè)
通過對搜集出的江寧各供電所臺區(qū)電壓合格率數(shù)據(jù)的篩選分析，10kV-北莊線等下整體臺區(qū)電壓合格率相對其他線路并不高。因此在10kV-北莊線等分別考慮配置饋線無功電壓優(yōu)化APP軟件及相應(yīng)的配變終端，通過對線路調(diào)壓器的優(yōu)化控制，大幅提高線路末端電壓質(zhì)量及提升配變的綜合電壓合格率。
典型現(xiàn)場因需加裝一臺線路調(diào)壓器，額定容量8000kVA，調(diào)節(jié)范圍±4×2.5%，現(xiàn)場安裝圖見圖8、9。
圖8現(xiàn)場安裝圖
圖9 現(xiàn)場安裝圖
（3）三相不平衡治理
三相負荷不平衡治理由臺區(qū)側(cè)智能配變終端和智能負荷換相開關(guān)共同組成，如圖10。
圖10 三相不平衡治理架構(gòu)示意圖
智能配變終端通過內(nèi)嵌臺區(qū)三相不平衡管控APP軟件比對負荷電流的大小和換向開關(guān)的相位狀態(tài)，根據(jù)預(yù)置的控制策略，形成開關(guān)動作序列，以載波通信的方式直接向換相開關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)下達控制命令，執(zhí)行換相操作。
由數(shù)據(jù)分析可知，祿口變下有大量臺區(qū)出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象。本案例就其中的2個典型三相不平衡臺區(qū)進行治理：在北莊線白云雙塘站及北莊線西邊圩1站分別考慮配置臺區(qū)三相不平衡管控APP軟件及相應(yīng)的配變終端，根據(jù)換相指令對負荷換相開關(guān)進行快速切換，實現(xiàn)臺區(qū)各分支線三相功率平衡。
典型村落配電變壓器低壓側(cè)加裝三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，現(xiàn)場安裝如圖11。
圖11 配電變壓器三相不平衡治理裝置現(xiàn)場安裝圖
應(yīng)用效果
（1） 整體效果
該系統(tǒng)從無功電壓、三相不平衡兩方面對10KV兩條饋線進行了電能質(zhì)量綜合治理，總體情況比較：試點2條饋線及其下屬的10個臺區(qū)，電壓合格率達到99.9%；臺區(qū)電壓連續(xù)越限時間不超過30分鐘；臺區(qū)三相不平衡度由最高70%下降至12%左右，換相時間小于10ms，且可實現(xiàn)不停電換相，調(diào)節(jié)效果顯著。治理效果對比見表1。
表1 整體治理效果對比
（2）典型治理點分析
以白云張圩站1#配電變壓器為例。
配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制（AVQC）系統(tǒng)投運后，配電變壓器在調(diào)檔動作后三相電壓迅速下降至228V左右，電壓合格率由85.5%提升至99.9%，如圖12所示。
圖12 有載調(diào)壓變動作前后電壓曲線對比圖
同時在該配電變壓器低壓側(cè)安裝了三相不平衡調(diào)節(jié)裝置。配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制（AVQC）系統(tǒng)投運后，三相負荷電流不平衡度由最大時刻的70%下降至12%，見圖13。
圖13 治理前后三相不平衡度對比
南京軟核科技有限公司成立于2008年，在低電壓治理、配電網(wǎng)節(jié)能、線損在線計算及分析等領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積累和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。
此次，通過與江蘇南京供電公司一同研究解決配網(wǎng)存在的高電壓、低電壓、三相不平衡等問題，不僅通過實際應(yīng)用驗證了配電網(wǎng)自律協(xié)同無功電壓控制技術(shù)適用于存在無功電壓、諧波及三相不平衡等問題的配電線路和臺區(qū)的可能性。同時也完成了全網(wǎng)首次以智能配變終端嵌入式APP模式實現(xiàn)了對配電網(wǎng)無功電壓類設(shè)備的分析和閉環(huán)控制的現(xiàn)場示范應(yīng)用。
南京軟核科技有限公司相信未來圍繞公司的核心產(chǎn)品業(yè)務(wù)，結(jié)合國家電網(wǎng)公司“基建全過程綜合數(shù)字化管理平臺建設(shè)”、“配電物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)信息化”等泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)相關(guān)內(nèi)容，公司將為電網(wǎng)企業(yè)提供更多的深度智能化、信息化應(yīng)用及解決方案。
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