1、10kV 配电网无功优化自动化控制系统设计摘要：随着我国经济社会的不断发展，对于电力的需求也不断地增加，电力事业有了长足的发展，由此，怎样才能更好的保持电力系统的稳定、安全、高效运行成为了广大电力从业者关心的问题。无功电压能够有效地改善高投入、高耗能的电力运行状况，通过无功电压的优化和调节，我们可以用最小量的无功补偿投入得到更高质量的电压。本文简要探讨了 10kv 无功电压优化自动化控制系统设计，以期能为所需者提供借鉴。 关键词：无功优化；10kv 配电网；自动控制 中图分类号：TM421 文献标识码：A 无功电压的优化指的是对三维协调的电网分布式无功电压系统作进一步的优化、调节以及控制。此处
2、所指的三个维度，具体来说是在目标、时间以及空间等的三个层次上进行综合、分解、协调，以便于更好的实现整个配电网无功电压系统的优化及调节。其中，在目标维度上，具体指的是保持电力系统的安全稳定，以便于更好的保证电压的质量，最大限度的降低网损程度等；此外，空间维度则主要指的是分解、协调、控制高中低压三个电压等级；而时间维度则指的是为了能够更好的确保电力系统能够更加稳定及持续的运行，推动电力经济健康发展，需在不同时间尺度做调解控制。 一、选择补偿电容器投切控制参量 对于 10 kV 配电网而言，其馈线首端的功率因数以及相应的电压合格率是其运行良好与否的重要指标。而对于馈线首端的功率因数，其和线路有功负荷
3、及感性无功分布、大小密切相连。作为线路运行重要参数，功率因数可通过从变电站 SCADA 系统中获取的有功功率和无功功率计算得来。为给控制电容器自动投切的控制器和执行机构供电，现场通过电压互感器从 10 kV 线路取得电压，再通过控制器运算可识别出电容器运行的现场电压。反映线路无功缺额或过补的线路首端无功功率是决定电容器投切的直接控制参量，但考虑到设备成本和线路上的电容器配置组合的限制，无功欠补或过补就立即进行电容器投切是不现实的，还应考虑有功功率的大小，即通过无功功率和功率因数共同控制电容器的投切。在无法取得线路首端参数或通信不畅的情况下，补偿设备也应当能良好地运行，此时控制器转入现场电压控制
4、状态，由设定的电压整定上下限控制电容器的投切。 二、无功优化自动化系统框架 对于 10 kV 配电网而言，其往往会存在结构频繁变化的情况，而线路上的补偿器也随着网络变化出现位置、容量以及个数的调整，为此，无功优化自动化控制系统需要时能够可配置、能够依照变化而出现动态调整的灵活系统。将配网拓扑结构信息、电容器信息、控制器信息、开关投切状态信息等记录于数据库中。系统启动时连接数据库，读取数据库中的相关信息，建立起控制逻辑。同时系统运行过程中，将补偿器实时上报的电容器投切状态记录于数据库中。无功优化客户端实时查询数据库，获取配网无功补偿状况和补偿容量，监控无功优化自动化系统的运行。 三、投切控制策略
5、 1、投入控制策略 如果 Q 0，需投入电容器来抵偿无功。因为线路电容器容量配置有限，无法满足 Q0 电容器立即投入运行。为此，还需要判断 K 值，如果K 小于当前线路设定补偿下限，选择当前线路上特定电容器投入运行。选择电容器容量 CQ 且与 Q 值最接近的未投入电容器投入运行，如有容量相同的电容器，则选择靠近线路末端的电容器投入运行。依照线路与电容器的拓扑关系，对当前线路上的所有未投入的电容器按容量递减，容量相同时按位置序号递减的顺序排序，然后从表首开始查找，找到第一个容量 CQ 的电容器，则选定该电容器投入运行。根据电容器和控制器的逻辑关系，由上位机控制系统向远程控制器发送投入控制命令。由
6、于 CQ，当电容器投入后，线路仍可能处于无功欠补的状态，则无功优化自动化控制系统会在下一个检测周期里检测到该状态，选取新的电容器投入运行。经过多个周期的检测和控制，将使线路上的无功处于优化状态。 2、切除控制策略 如果 Q Q，电容器切除后线路欠补，则会在下一个检测周期内投入容量较小的电容器进行补偿。在查表的过程中如未找到 CQ 的电容器，则选择该表中容量最大的电容器予以切除。如电容器切除后线路仍然过补，在下一个检测周期内，控制系统会选择新的电容器切除。经过多个周期的检测和控制，将使线路的功率因数达标且处于非过补状态。 3、控制器投切控制 给控制器设定电压整定上下限值，限差称之为整定窗口，如果
7、控制器检测到现场电压高于整定上限，则切除电容器；如果现场电压低于整定下限，则将电容器投入。当上位机发来投入命令时，将整定窗口向上平移，使整定下限高于现场电压，电容器投入；当上位机发来切除命令时，将整定窗口向下平移，使整定上限低于现场电压，电容器切除。反复多次将使整定窗口处于较为理想的状态。控制器定期通过 GPRS 向位于上位机的控制系统发送连接确认包，如连续 3 次收不到上位机回复的确认包，则认为通信异常，控制器转为独立工作状态，依赖最终的整定窗口独立控制电容器的投切，直到上位机主动召唤控制器才转为受控状态。从而保证通信异常情况下，补偿器仍能正常工作。如上下位机通信正常，则控制器只有收到上位机
8、的控制命令时才会控制电容器投切。 四、通信规约制定 1、确认上、下位机通信连接 DTU 接电后，上位机控制系统检测各 DTU 登录，上位机向远程控制器发送通信连接确认请求，如收到控制器的通信连接确认，说明上、下位机通信正常。同时，下位机也定时向上位机发送通信连接确认请求，如收到上位机的确认包，说明通信正常。当下位机连续发 3 次连接确认均得不到上位机确认时，则控制器视该状况为通信异常，控制器将转为独立工作状态，直至收到上位机连接确认。 2、投入或切除控制命令 如果上位机做出投切控制决策，向指定远程控制器发送投切控制命令数据包。上位机控制系统的用户也可根据网络运行状态手动向指定控制器发送投切命令
9、。上位机发出控制命令后，由于系统采用多线程异步执行模式，且无法确定同一时间段内发出的多个控制命令会以何种顺序得到各控制器的反馈，因此要求下位机的反馈数据包是带有状态的，即包中含有被投切的电容器的新状态。 3、电容器运行状态参数请求与回复 上位机控制系统需获取现场电压、各电容器运行状态及控制器电压整定上下限等。当上位机发出运行状态参数请求后，控制器会根据请求参数类型的不同，将运行参数封装在数据包中发送给上位机。根据以上分析，且考虑数据包的完整性，在包中增加校验码，制定报文格式如图 1（a） 。同步头防止系统处理非系统报文；包类型表示数据包的含义，如采用 0x80 表示通信连接确认，0x81 表示
10、投切控制命令，0x82 表示上报电容器状态等；包长度表示整个数据包的长度；包内容是实际数据包装载的内容，可能是 0 长度，如图 1（b）中的连接确认数据包，也可能是多个字节。当一个控制器控制多个电容器时，包内容的第一个字节表示电容器编号，后续字节表示命令类型或参数值，如图 1（c）表示将控制器控制的第一个电容器投入，图 1（d）表示控制器控制的第一个电容器处于切除状态。校验码是为了验证数据包的完整性，可通过将校验码之外的所有字节求和并对 0xFF 求模得到。 图 1 通信规约报文格式 五、结论 本文简要探讨了 10kv 无功优化自动化控制系统的架构，对于无功电压的优化与调节，我们需要在有效地确保供电电压稳定和质量的前提下，更好的做到电网系统稳定以及无功功率的平衡，进而实现电能的最小损耗。 参考文献： 1 王云霞.关于电力系统电压与无功补偿问题探讨J.现代经济信息.2010(16) 2 王静.无功补偿在配网节能降耗中的运用J.中国高新技术企业.2011(22)
