新能源环境下配电网无功电压协调改善措施

黄灵资

（国网湖南省电力有限公司湘潭供电分公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

近年，在传统能源供应日趋紧张，环境保护压力加大的背景下，新能源成为我国重要的能源战略。十三五期间国家依旧“主打”低碳绿色，从产业角度来看，光伏、风电与核电等清洁发电产业将获得利好。未来新能源的发展会越来越迅猛，在这种环境下，配电网无功电压协调问题变得非常棘手，为了协调无功电压需要从多个方面来进行考虑，如采用多种方法可以获得非常好的效果[1]，表1为新能源的种类。

表1 新能源种类Table 1 Types of New Energy

1 配电网无功控制的难点

现阶段，我国的配电网系统与输电网相比自动化程度和智能化程度非常低，其内部的检测点和控制点相对比较低，在配电网中实施无功控制主要会面临以下几个问题：第一，由于配电网存在的负荷类型偏多、面非常的广，导致监测出的数据很少，利用传统的方法进行建模，将出现算法复杂、耗费的时间偏长等问题。第二，设备的本身由于不能满足条件导致运行的状况不可控制，只可能通过临近的设备来可靠动作，从而实现其运行状况的改善。比如对配变来说，一旦电压出现越限，就需要他通过调整主变来达到稳定其电压的目的。第三，当执行控制命令以后，受限于电压等级和区域电网的不平衡性，很容易出现无法兼顾的问题。第四，设备的动作不但需要根据本地信息，而且需要综合协调电网的上下级，否则将发生振荡问题。如一些台区的电压存在偏低问题，就需要配变及时的上调电压，进行上调以后很有可能会出现台区电压超出上限值的问题[2]。

2 控制策略遵循的原则

对配电网的无功功率进行协调控制的时候，需要严格按照以下几点进行：（1）先对无功功率进行调整，然后再进行电压调整。电能进行传输、转换的过程中，维持其正常运行的条件是保证无功平衡，与此同时根据特性曲线，可以及时了解负荷的变化，这对维护电网无功功率平衡有非常大的帮助，这样就必然会有更新的平衡点，使得设备电压出现变化。为此，在新能源环境下进行配网无功功率协调控制首先需要遵循的原则就是优先调整无功功率，然后再对电压进行调整。（2）所选用的无功调整策略应遵循自上而下来判断和控制。众所周知，无功功率无法进行远距离传送，在分配无功功率的时候，需要依照就地平衡和补偿，从而降低无功消耗。因此，无功功率需要从上面到下面来进行判断。当上一级电网需要进行无功补偿，就需要检查下级电网是否能够满足要求，这样做的目的不仅能够保证本地对无功功率的需求，而且可以极大的降低无功在电网中发生流动，可以降低网损。（3）电压需要采用自下而上来判断、自上而下来进行控制。配电网无法在用户端进行调压，而需要选用上一级的调压来实现动作。现阶段，大多数的地区的调整线路电压的调压器数量偏低，需要综合依靠调整配变档位来实现动作的完成，电压不合格的调整应进行逐级申请。为此，需要从下到上来进行电压的调整，调整过程中，上级调压设备可能会对下级设备的电压产生非常大的影响，其调整面之广很受人关注。相比来说，下级调压设备的工作不会对上级设备产生多大影响，其调整面相对比较窄，需要从上到下进行逐层、逐级的进行调压[3]。

3 新能源环境下配电网无功电压调整

3.1 配电网无功电压三级协调控制

电网无功电压三级协调控制方法，包括如下步骤，（1）创建自身结构复制传入的数据；（2）前推；（3）回代；（4）收敛性判定；（5）结果回转到调用者。本发明的优点：依据设备的安装位置和控制范围实现设备间的分层控制。依据短期与超短期负荷预测技术对电网运行状态的变化趋势进行预判，保证调节策略的前瞻性，减少设备的调节次数，避免无效动作。通过分级协调控制解决当前配电网调节设备不足的现状，充分发挥调节设备的调节潜力，减少配网投资建设的经济压力。可适应多种常规和非常规调节设备，如分组电容器、配变分接头、线路调压器、线路电容器，以及SVG、SVC、TSF 等[4]。

3.2 无功电压协调控制模型

现实中，分布控制层需要对配网负荷动态采集的数据进行动态监测，且需要准确预测本地的负荷曲线，对于电容器组动作控制则需要对电容器的容量来测定，其负荷预测无法满足电压的变化，由于这个容量为标准容量，它的投切不会给变电站内的母线电压带来较大的影响，一般多应用在集中层，此外，值得一提的是电容器容量和电压成正比例，实践中不常处在额定电压之下，它的投切动作也会随着电压的变化而发生变化[5]。

3.3 无功电压协调控制策略

对配电网进行无功电压协调控制的时候需要根据供电的范围来及时的进行负荷预测，并严格按照指定的预定方案来实现，运行过程中还应依靠现有的动作方案来实现投切，目前，电容器进行补偿的目的是促进补偿面积更加大，并尽可能的不发生过补偿问题，实现就地平衡是根本目的。应按照实际情况来动态进行数据的监测，采用配变档位调整和无功补偿对配电网的功率进行优化处理，并按照优化后的结果来动态的进行控制分析。目前优化的目标函数需要确保总网损量最小。如果选用的控制方案不合理，比如配网用户负荷预测和实际值相差很大，那么就需要进行负荷预测曲线即电容器的重新制定，在这一段时间内，将配网内的所有电容器进行闭锁，直到新的方案被制定出来以后才可实现闭锁[6]。实际情况下，如果分布控制的结果没有办法维持系统的安全稳定运行，则需要对节点电压进行调整，并不断优化条件，需要按照实际的问题及时的控制，利用优化算法，将最优结果用以执行，紧接着应根据结果来重新的进行方案报送，然后进行分布控制。在故障的情况下，比如10KV配电线路中的某条线路出现三相短路，重合闸跳开失败，所有的负荷都转移到另一条线路上，这样的功率流动会呈现直线上升，这时的电流将持续增大，电压也将有所下降，则需要应用更多的无功补偿来保证电压处于稳定状态。配电网电压的无功控制则应紧急的控制，及时的控制电容器组的投切，以此来达到最优的控制。该类控制电压的数值需要在合理的范围内，恢复故障后应进行及时的恢复，从而达到稳定的运行模式[7]。

4 案例分析

以某县供电公司配电网无功电压协调控制为例来分析，该公司承担着辖区内10kV配电线路的运行和维护，当地有非常大的风电场和光伏电站，由于其出力的不确定性经常出现配电网无功电压不足的问题，该公司配电运检班根据当地的条件，制定了双层电网协调模式，严格按照指定的预定方案来实现，应用手工实现投切电容器组，获得了良好的效果[8]。

5 结论

通过应用无功电压调整模式来控制配电网无功电压，实现了综合的协调控制，依据不同的补偿来进行动态调整，获得了良好的效果，通过就地补偿和无功控制优化，建立了科学的控制策略，这种策略对于新能源环境下配电网无功电压协调有非常大的帮助。