編者按：近年來，國家電網(wǎng)公司正在積主動(dòng)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(dòng)、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(gè)城市取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，多個(gè)綜合示范項(xiàng)目相繼落地。國網(wǎng)公司所制定的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)階段的工作重點(diǎn)目前已經(jīng)進(jìn)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(tái)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(jí)協(xié)調(diào)電能質(zhì)量治理應(yīng)用場(chǎng)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(xiàng)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(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)公司會(huì)因地制宜地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造，一方面對(duì)路線中負(fù)荷端的配變和無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行合理配置，另一方面加強(qiáng)了電網(wǎng)對(duì)無功電壓設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，程度地發(fā)揮了無功電壓設(shè)備的作用，提高整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)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(dòng)控制系統(tǒng)大多數(shù)是對(duì)電壓和無功進(jìn)行孤立的調(diào)節(jié)，沒有把電壓與無功的調(diào)節(jié)有機(jī)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(shí)間尺度下的系統(tǒng)全局優(yōu)化，控制決策并不具備主動(dòng)性和預(yù)見性，沒有充分考慮到長時(shí)間尺度下的無功負(fù)荷的不確定性對(duì)無功電壓控制的影響。

電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備自動(dòng)控制時(shí)動(dòng)作次數(shù)過于頻繁，嚴(yán)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(jìn)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(shí)用性不強(qiáng)。

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(duì)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(shí)現(xiàn)共享。

在夏季7、8月份用電高峰時(shí)期，南京江寧區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷普遍較重。為避免在用電高峰時(shí)段祿口變下出現(xiàn)大范圍持續(xù)性的臺(tái)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(yùn)行數(shù)據(jù)，針對(duì)南京江寧祿口變下的65個(gè)不同臺(tái)區(qū)相關(guān)電能質(zhì)量問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)臺(tái)區(qū)存在高/低電壓現(xiàn)象，部分臺(tái)區(qū)電壓波動(dòng)大，電壓合格率低，夏季負(fù)載重，母線電壓偏高，臺(tái)區(qū)無載變高檔位運(yùn)行，臺(tái)區(qū)出口越上限，臺(tái)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)（配變臺(tái)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(jí)協(xié)調(diào)優(yōu)化，實(shí)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、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(jì)算能力，建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)流，來支撐后臺(tái)管理信息系統(tǒng)，從而建立低壓配電網(wǎng)智能運(yùn)檢體系。

針對(duì)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(bǔ)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(jì)的配電網(wǎng)無功電壓多級(jí)協(xié)調(diào)控制平臺(tái)方案是主要應(yīng)用于配電網(wǎng)智能化管理的自動(dòng)控制平臺(tái)，該平臺(tái)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(dú)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(gè)典型臺(tái)區(qū)（兩臺(tái)10kV線路調(diào)壓器、8臺(tái)有載調(diào)壓變、2個(gè)三相不平衡治理臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控與運(yùn)維。

（1）主站軟件

主站軟件獲得配網(wǎng)自動(dòng)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(shí)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(yùn)行管理，滿足運(yùn)行維護(hù)人員在維護(hù)時(shí)調(diào)整更新并對(duì)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(jìn)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(cè)

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(yùn)維管理

AVQC設(shè)備的運(yùn)維管理

配網(wǎng)AVQC主站軟件通過4G與端側(cè)控制裝置進(jìn)行通訊，只負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，不控制裝置。軟件主要包括區(qū)域概況、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史曲線、事件查詢、告警查詢、控制效果和遠(yuǎn)程調(diào)控等模塊。

平臺(tái)及區(qū)域概況頁面如圖2所示：

圖2 主站平臺(tái)界面

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如圖3。

圖3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊

歷史曲線模塊可查詢某個(gè)設(shè)備在指定時(shí)段內(nèi)的歷史信息，以曲線形式展示，例如TTU終端量測(cè)的臺(tái)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(shí)段內(nèi)一次設(shè)備的動(dòng)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(tái)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(yùn)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(gè)臺(tái)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(tái)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(jìn)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(chǎng)安裝圖見圖7。

圖7 有載調(diào)壓配電變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

饋線側(cè)

通過對(duì)搜集出的江寧各供電所臺(tái)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(tái)區(qū)電壓合格率相對(duì)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(duì)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(chǎng)因需加裝一臺(tái)線路調(diào)壓器，額定容量8000kVA，調(diào)節(jié)范圍±4×2.5%，現(xiàn)場(chǎng)安裝圖見圖8、9。

圖8現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

圖9 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

（3）三相不平衡治理

三相負(fù)荷不平衡治理由臺(tái)區(qū)側(cè)智能配變終端和智能負(fù)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(tái)區(qū)三相不平衡管控APP軟件比對(duì)負(fù)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(dòng)作序列，以載波通信的方式直接向換相開關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)下達(dá)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(tái)區(qū)出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象。本案例就其中的2個(gè)典型三相不平衡臺(tái)區(qū)進(jìn)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(tái)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(duì)負(fù)荷換相開關(guān)進(jìn)行快速切換，實(shí)現(xiàn)臺(tái)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(chǎng)安裝如圖11。

圖11 配電變壓器三相不平衡治理裝置現(xiàn)場(chǎng)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(duì)10KV兩條饋線進(jìn)行了電能質(zhì)量綜合治理，總體情況比較：試點(diǎn)2條饋線及其下屬的10個(gè)臺(tái)區(qū)，電壓合格率達(dá)到99.9%；臺(tái)區(qū)電壓連續(xù)越限時(shí)間不超過30分鐘；臺(tái)區(qū)三相不平衡度由70%下降至12%左右，換相時(shí)間小于10ms，且可實(shí)現(xiàn)不停電換相，調(diào)節(jié)效果。治理效果對(duì)比見表1。

表1 整體治理效果對(duì)比

（2）典型治理點(diǎn)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(yùn)后，配電變壓器在調(diào)檔動(dòng)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(dòng)作前后電壓曲線對(duì)比圖

同時(shí)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(yùn)后，三相負(fù)荷電流不平衡度由時(shí)刻的70%下降至12%，見圖13。

圖13 治理前后三相不平衡度對(duì)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(jì)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(yàn)。

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(shí)際應(yīng)用驗(yàn)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(tái)區(qū)的可能性。同時(shí)也完成了全網(wǎng)首次以智能配變終端嵌入式APP模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(chǎng)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(tái)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。