配電網節能降耗與電壓支撐綜合控制技術研究

摘 要：自農網建設和改造工程實施以來，農網架構得到明顯改善，但隨著農村經濟的快速發展，對農網的供電能力和供電質量提出了更高要求，對此文章進行了初步研究，提出了設備及系統的研究方向。

關鍵詞：配電網；節能降耗；控制技術

1 配電網的發展趨勢

對中低壓配電網的電能質量進行綜合控制，同時進行節能降耗，是電網發展規劃和建設的必然趨勢。應用實用技術建設一個結構相對合理、低網損、高供電質量的智能農網已是大勢所趨。

2 電能質量綜合治理目前具備的條件

目前電力電子功率變換技術、瞬時無功功率控制技術、網絡智能化技術以及無線通信技術發展迅速，可以通過上述技術研制出小型化、智能化的治理裝置，提高農村電網的供電質量，用智能化手段對配電網進行離線與在線的監控，使農網始終處于安全、可靠、優質、經濟、高效的最優運行狀態成為可能。

3 治理裝置的基本要求

（1）結構簡單。

（2）提高功率因數，能做到各相分補，改善三相不平衡，節能降耗。

（3）提高末端電壓合格率。

（4）實時監測并上傳配電網數據。

4 新型節能設備和綜合控制系統的基本描述

4.1 新型節能設備原理概述

新型節能設備基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流和諧波電流，實現快速連續動態無功補償和諧波治理的目的。同時，能夠動態地提供電壓支撐，阻尼系統振蕩、抑制電壓閃變、改善三相不平衡等作用。

圖1為柔性無功調節原理圖，將系統看作一個電壓源，無功柔性調節裝置可以看作一個可控電壓源，連接電抗器或者可以等效成一個線形阻抗元件。

電能質量的優化控制的基本原理以三相電路瞬時無功功率理論為基礎，通過外部電流互感器，實時檢測負載電流，并通過內部DSP計算，提取出負載電流的諧波成分，然后通過PWM信號發送給內部IGBT，控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，達到濾除電網諧波目的。此外，還可提供超前或滯后的無功電流，用于改善電網功率因數、實現動態無功補償。如圖2所示為新型節能設備進行電能質量優化治理的原理示意圖，通過優化治理的效果可達95%以上。

4.2 綜合控制系統概述

配電網節能優化與電能質量綜合控制系統具備采集電網電能質量、配網數據、調度數據的能力，拓撲架構如圖3，根據采集的數據進行綜合分析，能夠給出電能質量狀況的綜合報表，通過報表結果進一步提出治理決策支持并對底層各種設備進行控制，如針對諧波污染治理的APF設備，補償無功功率的SVG設備，具備治理諧波污染，優化三相不平衡和補償無功功率的統一電能質量控制器等，達到全面優化協調控制的目的。能夠對各種底層設備的狀態進行監測，實現遠程控制。

配電網節能優化控制系統分為硬件采集控制層、通訊集成層、軟件應用層、組態展示層。其中軟件應用層和數據集成層的交互采用C/S結構，當圖表數據、評估報表和自定義報表通過管理平臺定義發布后，用戶對數據的瀏覽查看均采用B/S方式連接到WEB服務器；并且通過WEB方式，還能實現簡單的查詢分析功能。主站系統通過兼顧C/S、B/S的優點，在滿足系統實時性、高可靠性、高靈活性的同時實現了免維護的瘦客戶端。

本系統總體架構采用多層次分布式的處理架構，能夠高效地即時處理，系統良好的擴展性，具有高度靈活性和魯棒性。

整個系統總體上分為四個層次：

（1）硬件采集控制層（The hardware control）：包括各種數據采集單元、監測單元、控制單元、可控SVG、可控APF、電能質量監測裝置等。

（2）通訊數據集成層（Communication data integration）：通訊數據集成層包括對各種采集單元、監測單元、控制單元的數據集成，同時為了滿足上層軟件應用層的分析和控制硬件采集控制層的需要，數據集成層也為PMIS＼SCADA＼PMIS＼GIS等系統提供數據接口。該層主要完成數據采集和存取功能，同時負責數據整合的工作。

（3）軟件應用層（Application layer）：為了保證系統的兼容性、可移植性和靈活性，本系統定義了軟件應用層。該層接受展示層的輸入請求，并根據請求執行相應的邏輯功能，同時判斷是否需要訪問系統資源。業務邏輯層是實際處理功能邏輯的層次，負責完成對數據的計算分析評估等處理，同時該層還需要一些系統級的服務，如安全管理、事務管理、設備控制、資源管理等。

（4）展示層：采用組態軟件完美展示從各種設備單元到軟件應用系統各個環節的狀態、包括開關、電抗、電容器狀態，電壓、電流等數據。展示層同時提供web瀏覽和人機交互界面，用戶可以直接通過展示層瀏覽和控制系統任何硬件單元。