基于輪詢電表帶電狀態(tài)的配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)控技術(shù)研究

鮑鵬飛，胡屹，郭東東，陳超

(中國南方電網(wǎng)深圳市供電局有限公司，廣東 深圳 518048)

0 引言

近年來，隨著人們對電能的需求日益增大，對各個地區(qū)進行配電的配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也越來越廣。配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)范圍的擴大，使配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量也大量增加。配網(wǎng)又稱配電網(wǎng)，由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器等組成，用于給各個地區(qū)的居民及工廠輸送安全電流，是擁有重要分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)[1-2]。為此，該領(lǐng)域研究者進行了大量研究。

文獻(xiàn)[3]提出集中式、分散式和多時間尺度的電壓控制方法。集中電壓控制集中調(diào)節(jié)并網(wǎng)電容器組、有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)和分布式光伏；分散式電壓控制根據(jù)局部可用信息，監(jiān)測點電壓控制電網(wǎng)運行；多時間尺度電壓控制通過短時間配電網(wǎng)實時控制和長時間配電網(wǎng)優(yōu)化。該方法考量電網(wǎng)實際運行情況，從實際角度出發(fā)選取合適控制方法，改善電壓控制穩(wěn)定性，但在實際選擇中易受到外界因素干擾，存在控制效率較低問題。文獻(xiàn)[4]分析含高滲透率光伏的低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)損和電壓特性，構(gòu)建低壓配電網(wǎng)主動電壓控制模型。在傳統(tǒng)電壓控制方法基礎(chǔ)之上，增加光伏功率因數(shù)和儲能有功的調(diào)控技術(shù)，考慮運行成本，并采用雙層迭代的災(zāi)變遺傳算法進行求解。該方法運行成本較低，工作效率較高，但在進行電壓控制時穩(wěn)定性較差，控制效果不理想。

基于上述問題存在，提出基于輪詢電表帶電狀態(tài)的配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)控技術(shù)。輪詢電表帶電狀態(tài)是按照一定順序?qū)ΡO(jiān)測電表的帶電狀態(tài)進行詢問。通過監(jiān)測電表的帶電狀態(tài)進行輪詢，實現(xiàn)對配網(wǎng)節(jié)點電壓的監(jiān)控。

1 配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)測

1.1 配網(wǎng)節(jié)點電壓分布評估

對配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)測，需要對配網(wǎng)節(jié)點電壓進行分布評估。由節(jié)點在配網(wǎng)中位置進行分類，將其分為末端節(jié)點電壓、聯(lián)絡(luò)節(jié)點電壓與中間節(jié)點電壓[5]。

末端節(jié)點電壓位于配網(wǎng)中線路分支最末端，其電壓較低。中間節(jié)點電壓是一種不含分布式電源的電荷節(jié)點，是配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)3種節(jié)點中數(shù)量最多一種。對中間節(jié)點電壓評估能有效地篩選安全穩(wěn)定的中間節(jié)點，對安全節(jié)點可以降低監(jiān)測的強度，以達(dá)到節(jié)約成本效果[6]。配網(wǎng)節(jié)點電壓分布評估流程如圖1所示。

圖1 配網(wǎng)節(jié)點電壓分布評估流程圖

1.2 配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)測模型

在對配網(wǎng)節(jié)點電壓進行監(jiān)測前，建立配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)測模型，對其進行特征結(jié)構(gòu)表達(dá)。分析配網(wǎng)節(jié)點鏈?zhǔn)金伨€電壓最大值[7]。配網(wǎng)節(jié)點監(jiān)測的鏈?zhǔn)金伨€連接方式如圖2所示。

圖2 鏈?zhǔn)金伨€配網(wǎng)連接圖

圖2中，將U1與U2之間電壓設(shè)為ΔU1，將U2與U3之間電壓設(shè)為ΔU2。建立數(shù)學(xué)模型為式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式中，N1與N2為圖2中左右兩線路的阻抗，T1,T2，P1,P2分別為不同電阻值和電抗值。

2 配網(wǎng)節(jié)點電壓控制

2.1 配網(wǎng)節(jié)點電壓的總體控制

配網(wǎng)節(jié)點電壓總體控制是指結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對整個配網(wǎng)中節(jié)點電壓進行最簡單的調(diào)節(jié)控制。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)將配網(wǎng)節(jié)點電壓數(shù)據(jù)收集與運算后，將分析結(jié)果通過信息傳輸方式，傳輸給配網(wǎng)節(jié)點電壓控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對該信息分析，對控制執(zhí)行設(shè)備下達(dá)指令，對各個節(jié)點的電壓進行微調(diào)，使節(jié)點電壓處于正常狀態(tài)[8]。

在輸電過程中，功率變化引起電壓變化可通過總體控制有效調(diào)節(jié)。但由于配網(wǎng)中設(shè)備異常而引起的節(jié)點電壓突變，該控制并不能達(dá)到理想效果，故不能作為配網(wǎng)節(jié)點電壓控制的主要手段。

2.2 基于輪詢電表帶電狀態(tài)的節(jié)點電壓協(xié)調(diào)

節(jié)點電壓協(xié)調(diào)是將相似的節(jié)點劃分為一類，建立同類節(jié)點監(jiān)測電表相互協(xié)調(diào)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對同類電表數(shù)據(jù)收集，跳過整體監(jiān)測系統(tǒng)，獨立進行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)同類節(jié)點中的節(jié)點電壓出現(xiàn)問題，該方法對其進行調(diào)節(jié)控制[9]。節(jié)點電壓協(xié)調(diào)流程如圖3所示。

圖3 配網(wǎng)中節(jié)點電壓協(xié)調(diào)

2.3 配網(wǎng)節(jié)點電壓控制中電壓分級調(diào)節(jié)

在配網(wǎng)節(jié)點電壓數(shù)據(jù)收集中，節(jié)點電壓數(shù)據(jù)收集優(yōu)先級別劃分，按照節(jié)點在配網(wǎng)中重要程度進行劃分。在節(jié)點定級后，對配網(wǎng)中節(jié)點電壓應(yīng)從級別高的節(jié)點開始調(diào)節(jié)[10]。

節(jié)點電壓分級調(diào)節(jié)通過并聯(lián)電容器與分級調(diào)壓器實現(xiàn)。并聯(lián)電容器可與分級調(diào)壓器并聯(lián)，減少通過分級電壓的電流，保護分級調(diào)壓器作用，使分級調(diào)壓器工作環(huán)境更安全。

3 實驗分析

3.1 實驗環(huán)境及參數(shù)

為驗證所提方法的有效性，進行實驗分析。實驗監(jiān)測環(huán)境如圖4所示。

圖4 實驗監(jiān)測環(huán)境

3.2 實驗結(jié)果分析

3.2.1 節(jié)點電壓監(jiān)控穩(wěn)定性分析

為了驗證本文方法的有效性，實驗分析了3種方法對配網(wǎng)節(jié)點電壓的監(jiān)控穩(wěn)定性，實驗結(jié)果如圖5所示。

分析圖5可以看出，在相同監(jiān)控條件下，3種方法的監(jiān)控穩(wěn)定性有所差別。從圖中可以看出，文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法監(jiān)控的節(jié)點電壓不穩(wěn)定，出現(xiàn)大幅度的波動，本文方法監(jiān)控的節(jié)點電壓始終保持穩(wěn)定，驗證本文方法的有效性。

圖5 不同方法監(jiān)測節(jié)點電壓監(jiān)測穩(wěn)定性對比

3.2.2 節(jié)點監(jiān)控準(zhǔn)確性分析

為驗證本文方法有效性，實驗對比3種方法監(jiān)控配網(wǎng)節(jié)點電壓準(zhǔn)確性，結(jié)果如圖6所示。

分析圖6可知，采用3種方法對配網(wǎng)中部分節(jié)點進行監(jiān)控的準(zhǔn)確性分析。當(dāng)監(jiān)控節(jié)點數(shù)量為18時，本文方法監(jiān)控準(zhǔn)確性約為98 %，文獻(xiàn)[3]方法監(jiān)控準(zhǔn)確性約為89 %，文獻(xiàn)[4]方法的監(jiān)控準(zhǔn)確性約為80 %。在進行配網(wǎng)節(jié)點監(jiān)控時，本文方法對節(jié)點電壓監(jiān)控準(zhǔn)確性較高。

4 總結(jié)

配網(wǎng)節(jié)點電壓易出現(xiàn)問題，節(jié)點電壓的傳統(tǒng)監(jiān)控方法仍存在不足之處，本文提出基于輪詢電表帶電狀態(tài)的配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)控技術(shù)研究。通過對末端節(jié)點電壓、聯(lián)絡(luò)節(jié)點電壓與中間節(jié)點電壓的分布監(jiān)測，構(gòu)建監(jiān)測模型；采用輪詢方式采集配網(wǎng)節(jié)點電壓數(shù)據(jù)，完成了配網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)控研究。實驗結(jié)果表明，采用本文方法可有效監(jiān)測配網(wǎng)節(jié)點電壓，具有一定可行性。