《电力系统电压和无功电力技术导则》指出：电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力系统的安全与经济运行，对确保用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有重要的影响。电力系统的无功补偿与无功平衡是确保电压质量的基本条件，有效地控制和合理的无功补偿，不仅能确保电压质量，而且还可提高电力系统运行的稳定性和安全性，降低电能损耗。
本软件系统重点包括三级：第一级是指对全县变电站无功电压控制，主要包括调整主变压器分接头和无功补偿设备；第二级是指对10kV线路电压无功控制，主要包括线路自耦调压器和无功补偿设备；第三级是指对10kV配电变压器无功电压控制，主要包括调整有载配电变压器分接头和无功补偿设备，以调整无功为主。三级联调的控制策略由全网电压无功控制系统完成，分为开环运行和闭环运行两种方式。
1.系统概述
（1）农网电压协调控制系统利用电网三级协调控制改善“低电压”现象。
三级协调控制的控制逻辑和策略需综合考虑农网各电压等级、各类调压与无功设备的协调控制，系统地对电网“低电压”现象进行综合治理，参与协调控制的控制设备如图6-9所示。需要说明的是这些参与协调控制的控制设备视电网条件可以是一部分而非全部。相应的协调控制以“相邻协调”控制为基础（“相邻协调”是指“用户”与“配变”协调控制、“配变”与“线路”协调控制、“线路”与“变电站”协调控制），构建更为复杂的“隔邻协调”控制（“隔邻协调”是指在“相邻协调”控制基础上，综合各级调控能力，允许穿越协助调压的协调控制）。
图6-9 参与协调控制的控制设备
（2）三级无功电压协调控制系统架构
针对三级协调控制系统横跨一级安全区、三级安全区、外网的情况，从外网至三级安全区采取无线通信＋专线的方式，三级至一级安全区采用串口通信的方式，以此可保障信息传输的安全性，如图6-10所示。
图6-10 三级无功电压协调控制系统架构
（3）三级无功电压协调控制系统架构的设计及实现
因为三级协调控制设计到整个农电网，相应的数据采集与控制命令的通信通道、数据流涉及多种安全区。譬如，需对变电站层的进行控制，而变电站层的控制需要与调度进行数据交换，调度属于一级安全区域；对10kV线路及配电变压器的监控、低压用户电压监测的采集服务器位于三级安全区域，采集通信方式为GPRS，而GPRS通信涉及外网。鉴于此种状况，系统采用串口通信完成一级安全区域与三级安全区域的安全通信，三级安全区域与外网采用加密的无线通信和专线实现安全通信。
（4）三级无功电压协调控制系统控制策略
三级协调控制不同于现有的VQC、AVC系统，相比较其协调控制更复杂。主要涉及对有载调压主变压器的调压控制、站内无功补偿设备控制、10kV线路调压器控制、10kV无功设备控制、有载调压配电变压器的调压控制、配电变压器的低压无功补偿设备控制、配变台区低压用户电压监测等同层的多项、不同层的多级协调控制。在对每层控制时都应考虑其对其他层的电压无功影响；在每层需要控制时，都应合理考虑是否是通过其相邻上层还是其越级上层进行调控，这样确定动作顺序的目的主要是准确定位低电压源头，从统筹最优角度在源头上解决问题。
（5）三级无功电压协调控制系统数据采集
由于三级协调控制必须实现现有无功电压设备的数据接口，而现有无功电压设备来自不同厂家、不同型号，通信协议不同，采集方式不同。跨越不同安全区域时也涉及多种通信方式。因此需要根据不同设备情况开发兼容多种通信协议、多种采集方式的数据采集程序。
2.系统主要功能模块介绍
系统共分为以下几大功能模块，见表6-1。
表6-1 系统主要功能模块
（1）系统管理
用户管理：可以添加、删除用户信息，编辑修改用户信息、添加用户角色、修改角色权限。
（2）接口管理
农电网电压协调控制系统通过接口程序实现与集控SCADA系统实时通信，自动获取变电站层SCADA系统实时数据。系统在线拓扑分析和优化计算，实时地与变电站层SCADA系统通信，向变电站层SCADA系统发出控制命令，通过集控SCADA系统实现对电容器（电抗器）等无功设备的自动投切、主变压器分接头的自动升降及发电机无功出力的调节。
线路、配电变压器层采用GPRS通信模块，按一定周期实时地与线路、配电变压器层数据采集设备通信，实时获取电网运行数据，同时系统通过优化计算，实时地将线路层控制命令通过GPRS模块发送至设备，实现对电容器等无功设备的自动投切，配电变压器、线路调压器分接头的自动升降。
（3）电网建模
能够编辑电力系统所要描述的系统接线图并录入对应的电网数据。
1）高压电网结构图，如图6-11所示。
图6-11 高压电网结构图
对于10kV以上的变电层电网，生成一张高压图，并将相应设备的台账信息和电网量测点号进行录入，以备电网进行优化计算。
2）中压电网结构图，如图6-12所示。
对于10kV的每条馈线，生成一张中压图，并将相应设备的台账信息和馈线监测设备编号进行录入，以备中压网优化计算以及控制使用。
图6-12 中压电网结构图
3）低压电网结构图，如图6-13所示。
图6-13 低压电网结构图
对于每条10kV馈线下的每个台区，生成一张低压图，并将相应设备台账信息和电压监测仪监测点号进行录入，以备监测用户电压用。
（4）参数维护
对系统相关参数进行配置，包括变电站层状态、设备闭锁时间、电压考核上下限，设备动作次数等，可远程进行配置，客户端进行设置后将结果更新到服务器。
1）对系统变电站层状态进行维护，包括：全网优化状态（参与计算、不参与计算）、监控中心优化状态（参与计算、不参与计算）、变电所优化状态（参与计算、不参与计算）、设备优化状态（参与计算、不参与计算）。
2）闭锁设置包括：成功闭锁时间、失败闭锁时间、未处理闭锁时间。
3）系统变电站层考核指标设置包括：
① 考核电压。具体包括电压越限判断连续测点次数、根据时间段设置各个限值，时间段可由用户定义、母线电压警戒限设置、母线电压考核限设置。
② 功率因数。具体包括全网功率因数设置、功率因数越限判断连续测点次数和变电站功率因数设置。
③ 动作次数。具体包括变压器分接头、电容器、电抗器每天动作次数分配，电容电抗器动作权级，使用年限、本月总运行时间、本月总停运时间、最后一次动作、当天动作次数、最近一周动作次数。
4）变电站层数据采集点号维护包括：遥测数据（厂站号、遥测号、遥信名、SCADA厂站号、SCADA遥测号）和遥信数据（厂站号、遥信号、标志位、系数、SCADA厂站号、SCADA遥测号）。
5）控制点号维护包括：各监控站控制接口（厂站号、控制设备名、控制点号）。
（5）电网监视
电网监视功能可监视到变电站层的一次图形、中压馈线图形以及台区图形，并可刷新电网实时数据，可通过图形查看到设备参数及状态。中低压线路还在监视界面做控制实验（远程通过GPRS控制设备），可监视发生的事件信息。
1）全网目录。
全网目录可提供快捷直观的图形目录，方便用户快速连接进入电网图形，并实时监视馈线、台区相关电压监测点电压越限情况，如有越限，相关目录标签将闪烁提示，如图6-14所示。
全网目录包括馈线目录、台区目录、标签链接和越限提示。
2）高压一次接线图监视。
高压一次接线图可监视变电站层一次主接线图，刷新电网实时数据，显示设备优化控制状态，显示厂站功率因数，并具有电压越限标签自动提示，如图6-15所示。高压一次接线图主要包括：变电站层全网图形显示、实时刷新电网量测数据、
图6-14 全网目录图
图6-15 高压一次接线图监视图
显示设备优化控制状态、各变电站功率因数列表、设备优化控制状态设置、设备台账查询、人工置数、标签链接等。
3）馈线接线图监视。
馈线接线图可监视馈线为单位的接线图，刷新有监测的设备实时数据，显示母线到相应监测点的电压降值。此外，还可在图形上进行设备控制实验，远程控制设备，并具有电压越限标签自动提示，如图6-16所示。馈线接线图主要包括：馈线图形显示、实时刷新量测数据、中压线路电容器控制实验、中压线路调压器控制实验、中压配变控制实验、中压配变电容器控制实验、设备台账查询、标签链接等。
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图6-16 馈线接线图
4）台区接线图监视。
台区接线图可监视台区为单位的接线图，刷新电压监测点实时数据，显示配变到相应监测点的电压压降值，并具有电压越限标签自动提示，如图6-17所示。台区接线图主要包括：台区图形显示、实时刷新量测数据、电压越限标签自动提示、设备台账查询、标签链接。
（6）变电站优化控制子系统
1）量测数据处理。
① 遥测、遥信关联检测。通过线路功率或电流判断线路开关遥信号是否正确，如果遥测值正常且有较大的功率或电流（相对于零漂数值），而当某一端开关拉开时，确认该开关状态错误，如两端均拉开，则确认开关状态正确，遥测出错。刀闸状态辨识结合其开关状态，当某开关为合时，其刀闸也应为合。
图6-17 台区接线图监视
② 数据过滤。通过接收实时数据，判定母线电压是否在正常数值范围以内，如处于正常范围之外，则系统定性此数据为坏数据，加以过滤。
③ 死数据判定。检测遥测数据，判定死数据（15min不变化）告警要求；测点次数应具有连续性；数据的准确度用户可外部设置；死数据状态下，是否封锁变电所由用户决定，可外部设置。
2）安全保护处理。
① 根据设备保护遥信列表置设备保护状态，包括变压器保护信号、电容器、电抗器保护等。
② 对于保护信号动作，将触发相关设备保护状态，系统不会对该设备发令。
③ 当保护信号复归，本系统是否自动解除相关设备的保护状态，可由人工按不同保护信号单独设置。
④ SCADA系统中自定义遥信状态，本系统也可以进行处理。比如设备故障检修、刀闸、挂牌。
⑤ 判断变压器是否并列运行，并列运行变压器统一调节，保持分接头在同一档或电压比一致。
⑥ 滑档，将档位转化成标准档位后进行比较。在判断到滑档后，将变压器故障闭锁，并作为事项提示用户。
⑦ 并列运行主变档位不相当，进行告警处理。
⑧ 对于档位不一致的并列运行变压器能自动调节以保持分接头在同一档或电压比一致。
⑨ 在规定时间间隔内对同厂站只操作一个设备（并列运行变压器联调除外）。
⑩ 同变电所相同容量电容器组循环投切。
3）控制结果处理。判断上次控制设备控制是否成功，如成功，设定成功闭锁，并累加动作次数；如失败，设定失败闭锁，并累计连续失败次数，如失败次数达3次，将该设备置事故闭锁对所有设备闭锁条件检查是否可以解锁，如满足解锁条件，进行解锁。根据其他状态确定设备控制状态。
4）电压越限的判定。通过接收实时数据，判定电压处于某考核限数值范围之外，若连续若干次都处于某范围之外，系统才定性此电压越限。
进行电压越限判定时，要求测点次数应具有连续性；考核限用户可外部设置；电压越限包括高、中、低3侧；对考核母线设定考核标志，一般母线为监测母线设监测标志；考核限及警戒限均分时段设定，系统自动根据当前时间确定约束范围。
5）功率因数越限的判定。通过接收实时数据或系统通过计算，判定功率因数是否处于考核限数值范围之外，若连续若干次都处于某范围之外，系统则定性此功率因数越限。
进行功率因数越限判定时，要求测点次数应具有连续性，考核线用户可外部设置，功率因数包括全网功率因数、单站功率因数。
6）参与计算设备选择。设备计算状态为true、全网控制状态为投入、变电所状态为正常时允许该设备参与计算，设备计算状态由其他状态决定。要使设备计算状态为true，设备控制状态必须为建议或可控，且设备为典型负荷时段允许动作设备类型。
7）控制命令处理。变电所优化控制子系统应能对并列运行变压器发出的命令进行处理，控制命令先后排序，并控制返校处理。
（7）线路优化控制子系统
1）功能要求。
① 能够以线路为单位，综合考虑本地及下级设备电压情况，结合负荷预测结果实现对10kV线路调压器的遥调控制；
② 能够以变电站为单位，综合考虑上级无功情况，结合负荷预测结果，从降损角度实现多条线路无功补偿设备的协调投切控制；
③ 能够预判控制命令执行后电网运行情况变化，防止引起设备振荡。
2）其他要求。
量测数据处理、安全保护处理、控制结果处理、参与计算设备选择的要求与变电站优化控制子系统相同。
（8）配电变压器优化控制子系统
1）功能要求。
① 能够以台区为单位，综合考虑本地及下级设备电压情况，结合负荷预测结果实现对有载调压配电变压器的遥调控制；
② 能够以10kV线路为单位，综合考虑上级无功情况，结合负荷预测结果，从降损角度实现多个配变无功补偿设备的协调投切控制；
③ 能够预判控制命令执行后电网运行情况变化，防止引起设备振荡。
2）其他要求。
量测数据处理、安全保护处理、控制结果处理、参与计算设备选择的要求与变电站优化控制子系统相同。
（9）事项预警
事项显示模块显示各种由系统产生的需要监视人员知道的内容，可以分为控制方案、建议方案、异常信息、网络通信状态、进程运行状态等。
内容分类显示的类型可由用户定义，显示内容的时间跨度也可由用户定义。此外，还可定义重要的信息可由弹出框显示，定时消失并通过短信通知相关负责人员。
（10）曲线报表查询分析
1）曲线查询。
电压曲线：允许查询当天或者按日查询电压曲线，变电站层可按变电站、母线电压等级查询，馈线层可按馈线、配变查询，台区按台区、电压监测点查询。所有查询曲线均显示电压上、下限值。
负荷曲线：对有功、无功曲线可按日及变电站、馈线及配变进行查找，可显示最大、最小有功及无功。
档位变化曲线：以曲线显示月、日变压器有载分接头档位。
电容器动作曲线：以曲线显示月、日电容器投切变化。
功率因数曲线：按日对各个变电所的功率因数曲线进行查询。
2）报表统计。
状态查询：对设备当前控制状态、用户定义控制状态、设备保护状态、设备闭锁状态，设备闭锁时间、设备闭锁开始时间进行查询，并提供用户手动解锁功能。
电压合格率查询：对母线电压分日、月、年以厂站、电压等级查询电压合格率、最高电压、最低电压，并允许设定电压合格范围。
历史事项查询：可对本月系统产生的各种指令，包括控制命令、建议命令、警告信息等进行查询。对系统产生的历史指令按时间、指令类型、电气范围分段查询。时间可以按日、时段查；指令类型可以按操作类型、执行结果、设备类型查；电气范围按监控站、变电站查询。
设备运行率查询：对变压器、电容器的投运率、检修率进行查询，可按月、日查询投运时间、检修时间、运行率、可用率。
设备动作次数查询：可按时间范围、发令单位、设备类型、动作类型查询。时间范围可以分为月、多日、单日；发令单位可以分为系统发令、调度员发令；设备类型分为电容器、电抗器、变压器；动作类型分为升、降、投、切。
（11）Web展现
统计表：提供A、B、C、D、综合类电压合格率统计表，提供主变压器、线路、配电变压器调压动作统计表。
统计图：提供A、B、C、D、综合类电压合格率对比图，提供电压质量对比图，电压损失图。
运行分析：提供配电电压无功、配变无功电量、馈线无功、三项不平衡运行分析图，提供负荷波动预测曲线。
监控图：嵌入“电网监视”模块，无需客户端，通过浏览器即可查看电网运行状况。
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