智能配电网AVC技术优化

智能电网的建设过程中，智能配电网应当是建设重点，这是由智能配电网在智能电网中的重要地位和目前配电网存在的诸多严重影响电网整体运行性能的问题决定的。

首先来说明智能配电网是智能电网建设的重点。

当前智能电网主要有四个方面的技术：高级输电运行（ATO）、高级配电运行（ADO）、高级计量体系（AMI）和高级资产管理（AAM），除第一项外，后三者都是针对配电网而言。因此，智能电网与传统电网的区别在配电网上表现得更为明显。

智能配电网建设的重要性可概括如下：

1）配电网直接面向用户，是控制和保证供电质量的关键环节；

2）目前配电网的自动化、智能化程度远远低于输电网；

3）目前用户的停电事故95%以上是由配电系统引起的；

4）电网超过一半的损耗发生在配电网，造成电能质量降低的主要因素也在配电网；

5）分布式电源接入的影响主要在配电网；

6）与用户互动、进行需求侧管理的着眼点在配电网。

目前配电网存在的问题如下：

1）由于配电网设备繁多、网络结构复杂、操作频率和故障频率都很高、低压配电网是三相不平衡网络、直接面向的用户改动多等诸多原因，配电网新技术（如配电网SCADA系统）应用发展成熟速度较慢，缺乏分布式电源和大规模可再生能源电源的相关应用技术。

2）多数配电网络比较薄弱，配置落后，自动化水平低，需要进行网络拓扑结构的改造；且发生故障频率高，线损率高，供电可靠率低，电压骤降损失大。

3）运行成本高，效率低，污染大，CO₂、NO₂等气体排放严重。

4）调度方面：资源配置不够优化，综合决策支持程度不高，实时监控与预警系统的在线分析实用性和调度计划的全局安全经济协调性不高，缺乏统一的调度系统建设规范标准。

5）电力市场方面：政府监管、政策指导乏力，电价结构与电价形成机制过时，输、配电价明细有待改进。

AVC在配电网方面的应用研究比较少，当前顺着国家大力建设智能配电网的潮流，应当抓住契机，趁热打铁，同步建设智能AVC和智能配电网AVC。

8.7.3.1 智能配电网AVC研究现状

配电网AVC的研究和应用国内外并不多见，智能配电网AVC的研究就更少见，作者提出智能配网AVC的概念，是一种尝试，也是一种美好的愿望。显然智能配网AVC的建设面临重重困难，还是从硬件和软件方面来阐述。

1.硬件方面

配电网投资比例小，很多先进设备和技术设施不到位，导致配电网遗留问题解决不了，新技术应用不得力。配电网本身具有直接面向用户、用户数量多、设备多、要求不一、设备线路改动多、网络拓扑结构复杂、线路连接考虑因素多等特点，而目前配电网在线监测、测控设备少，严重影响数据采集、遥控和遥调功能，制约了电网优化控制软件的投入使用和配电网自动化水平的提升。

然而，利好的消息是各界人士已经意识到需要加快建设智能配电网的必要性，并付诸了实施。上海市电力公司在2008年开展了智能配电网研究，重点关注智能表计、配电自动化以及用户互动等方面。此外，华北电网公司也于2008年启动了数字电表等用户侧的智能电网相关实践，限于篇幅，还有很多电网企业在智能配网方面的工作不再一一叙述。上文已经说明，现代技术发展和交融迅速，相信随着智能配电网建设的深入，智能配网AVC的建设在硬件方面的问题将逐步解决。

2.软件方面

配电网AVC的研究和应用几乎是空白，如何直接开展智能配电网AVC的研究工作，参考很少，知识储备不够，更困难的是智能配电网必然会与普通配电网有很大的区别，面临着大变动后智能配电网在电压控制和无功优化方面会有什么样的新问题，原来的优化模型还是否有可取之处等一系列问题。此外，政策等不定因素对配电网的影响更直接更明显，可以肯定的是电费计价方式的改变和分布式电源的广泛并网运行必然会影响负荷总量的变化，直接影响负荷预报的精度，从而给无功容量预测精度带来很大影响。

但是，这些问题不是说智能配电网AVC没有必要、没有可能建设成功，相反智能配电网AVC的建设非常有必要，它必将会极大地优化资源配置，节约社会能源，减少网损，控制功率因数，产生巨大的社会效益和经济效益。当前，充分发挥想象力，调动积极性，加大投入研究开发智能配电网AVC势在必行。

8.7.3.2 智能配电网AVC的目标

传统AVC是为了保证电压质量、涉及静态电压调节、平衡无功功率和电压之间的关系、减少变压器及电容（抗）器等无功补偿设备的动作次数从而降低工作人员劳动强度及提高电网运行的安全水平。然而AVC在配电网方面的研究和应用鲜有闻之，作者结合传统AVC的目标和智能配电网的特征，尝试性地提出智能配电网AVC的目标概括如下：

1）兼容传统AVC。

2）自适应。不受任何通道或电网故障等影响，分布式计算得到的结果适应于任何变化的运行方式需要的功能。

3）自愈。智能配电网AVC依靠建立在就地计算补偿构成的闭环控制系统进行自愈，该系统首先能够进行电压的自动优化调整，其次在配网电压出现异常和故障时能自行诊断、隔离和最终恢复，达到减少电压崩溃，避免因电压问题导致的停电事故的目的。再者，智能配网AVC应该能够有效抵御攻击，帮助电网提高防灾能力。

4）动态电压调节，动态无功优化。

5）优化模型考虑谐波电压。

6）无功就地补偿，形成经济压差无功补偿布局。

7）考虑分布式电源的投切，保证电能质量。

8）资源和设备的高效使用。(www.xing528.com)

9）和用户友好互动，提高社会用电效率。

10）进一步减小工作人员劳动强度和设备折旧，保障人员和设备安全；

表8-3提供了目前AVC和智能配网AVC的比较情况。

表8-3 目前AVC和智能配电网AVC的比较

8.7.3.3 智能配电网AVC的技术

要实现以上目标，智能配电网AVC需要以下技术的辅助。

1.自愈关键技术

自愈是智能配电网区别于传统配电网的重要特征，同时也是智能配电网AVC的关键目标。智能配网自愈技术可以为智能配网AVC借鉴使用的关键技术有馈线自动化技术、配网闭环运行故障隔离技术及配网广域测控技术等。

（1）馈线自动化技术

目前的馈线自动化技术依赖主站远方遥控采集与监控数据，实施无功补偿调压，故障定位、隔离及自动恢复供电，可将自愈的速度提高至秒级。

（2）配网闭环运行故障隔离技术

配电网在线路出现故障时，需要快速隔离、切除故障，而使非故障线路的供电基本不受影响，保证智能配电网AVC的闭环运行。

（3）配网广域测控技术

当前配电网的测控装置少，设备在线检测、配电网运行数据采集、数据传输、分析与管理服务滞后。配网广域测控技术可较大程度地提高配电网信息交换与集成的水平。

2.先进的通信和数据处理技术

智能配电网是一个高度开放的网络系统，需要通过建立先进的通信系统以使系统每一部分都能双向通信。

智能配电网AVC系统应当对SCADA等平台一体化设计，实现数据的无缝连接。而目前配电SCADA系统由于起步晚、配电网设备多、用户多、改动多、故障频率高等原因尚不完善。配电SCADA系统作为配电网自动化的基础，需要加快研究和开发进度。

传统AVC数据库容量较小，随着智能配网建设的深入，必然要求智能配电网AVC考虑和存储海量数据。系统可采用数据全息无损压缩技术和先进的分布式数据库技术。此外，智能配电网AVC自身携带的某些工具软件，使得系统更简洁高效。不仅如此，系统还应做到：将异常数据自动筛选出来，便于用户将更多的精力放在应用的易用性和实用性上，提高自动化水平；借助海量数据的迅捷吞吐和长时间的数据在线存储，完整、精确和无损地再现任一时间段的故障；将可视化组态工具嵌入数据库，与数据捆绑，方式更加灵活，历史状态回放更加方便；服务器不对未请求的压缩数据解压，避免系统速度变慢；数据在压缩状态下传输，极大减少对网络带宽的占用；在客户端解压压缩数据，充分有效地利用网络中计算资源，使系统可容纳更多用户同时访问，加快互动化。

3.灵活的集中拓扑

灵活的可重构的配电网集中拓扑需具备如下功能：便于配电网自动化水平的提高；系统在经历电压崩溃等故障时，把故障影响范围限制在最小范围，并可迅速通过智能配电网AVC等系统下发指令恢复对其他部分的供电。

4.灵活的分布式电源

分布式电源种类很多，包括小型水电、风力发电、光伏电源、微型透平、燃料电池和储能装置（飞轮储能、超级电容器、超导磁能储能和钠硫蓄电池等）。配电网中的分布式电源，靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要，并提高了电网供电可靠性，逐渐得到广泛应用。特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政策的大力支持下，迅速增长。目前，在北欧一些国家分布式电源发电量份额百分比较重，已接近30%，预计美国在2020年这一数据也将达到25%。我国在并网的风电机组总容量方面已处于世界领先地位。

与此同时，由于民用洁净能源技术的日益成熟，使得一些分布式电源有望在不久的将来走入千家万户，如太阳能光伏电源和可作为民用储能装置的充电式混合动力汽车。

大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点，要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中并协调运行，将可带来巨大的效益。除了节省对输电网的投资外，还可提高全系统的可靠性和效率，提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持及其他辅助功能。同时还为系统运行提供了巨大的灵活性，必要时提供紧急供电保证系统正常供电。

5.无功潮流及无功功率的预报

随着我国智能配电网建设的迅速深入开展，配电网的运行方式将会有较大变化，各控制区域间相互影响，传统AVC对这些影响的分析不够精细，为避免各相邻子区域间相互影响，在控制目标中加入了联络线无功潮流的控制手段，进行无功潮流的计算。此外，依据配电网中的历史数据结合当前系统无功的状态，预计未来一段时间内配电网无功功率的变化趋势，从而可以经济合理的安排变压器档位、电容（抗）器等无功补偿设备的动作和投切容量，保持配电网运行的安全稳定性，减少不必要的无功备用容量，有效提高经济效益和社会效益。

6.计及谐波电压

随着配电网中非线性元件的大量使用，谐波污染愈加严重，严重影响电网安全经济运行，在无功优化模型中考虑谐波电压的影响能减少谐波污染，有效提高电能质量。

7.动态无功优化

智能配电网AVC不仅要取得计算模型效率和全局最优间的协调，还应处理好电压波动带来的影响。传统无功优化利用当前时刻的优化结果指导下个时刻的设备动作，这不是真正意义上的动态过程，动态无功优化的结果要更科学，更精确。

8.互动化技术

实时的科学可视化技术不仅能展现配电网无功有关的数据，关键是能深入挖掘运行数据的含义，将高级应用分析出来的结果加以提炼，并进行重点展示，便于用户准确提取相关的信息。智能配电网AVC系统的人机交互界面应能够精细显示实时工况和事项，并能根据用户要求选择显示工况和事项、事件回放、更新速度等信息。

移动通信行业的无线网络通信技术及经营模式可以作为电力行业加快互动化的铺垫和借鉴，这也必将促进电力系统与用户和工作人员之间更多的互动。