基于轮询电表带电状态的配网节点电压监控技术研究

鲍鹏飞，胡屹，郭东东，陈超

(中国南方电网深圳市供电局有限公司，广东 深圳 518048)

0 引言

近年来，随着人们对电能的需求日益增大，对各个地区进行配电的配网网络覆盖范围也越来越广。配网网络范围的扩大，使配网的网络节点数量也大量增加。配网又称配电网，由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器等组成，用于给各个地区的居民及工厂输送安全电流，是拥有重要分配电能作用的网络[1-2]。为此，该领域研究者进行了大量研究。

文献[3]提出集中式、分散式和多时间尺度的电压控制方法。集中电压控制集中调节并网电容器组、有载调压变压器分接开关和分布式光伏；分散式电压控制根据局部可用信息，监测点电压控制电网运行；多时间尺度电压控制通过短时间配电网实时控制和长时间配电网优化。该方法考量电网实际运行情况，从实际角度出发选取合适控制方法，改善电压控制稳定性，但在实际选择中易受到外界因素干扰，存在控制效率较低问题。文献[4]分析含高渗透率光伏的低压配电网的网损和电压特性，构建低压配电网主动电压控制模型。在传统电压控制方法基础之上，增加光伏功率因数和储能有功的调控技术，考虑运行成本，并采用双层迭代的灾变遗传算法进行求解。该方法运行成本较低，工作效率较高，但在进行电压控制时稳定性较差，控制效果不理想。

基于上述问题存在，提出基于轮询电表带电状态的配网节点电压监控技术。轮询电表带电状态是按照一定顺序对监测电表的带电状态进行询问。通过监测电表的带电状态进行轮询，实现对配网节点电压的监控。

1 配网节点电压监测

1.1 配网节点电压分布评估

对配网节点电压监测，需要对配网节点电压进行分布评估。由节点在配网中位置进行分类，将其分为末端节点电压、联络节点电压与中间节点电压[5]。

末端节点电压位于配网中线路分支最末端，其电压较低。中间节点电压是一种不含分布式电源的电荷节点，是配网网络3种节点中数量最多一种。对中间节点电压评估能有效地筛选安全稳定的中间节点，对安全节点可以降低监测的强度，以达到节约成本效果[6]。配网节点电压分布评估流程如图1所示。

图1 配网节点电压分布评估流程图

1.2 配网节点电压监测模型

在对配网节点电压进行监测前，建立配网节点电压监测模型，对其进行特征结构表达。分析配网节点链式馈线电压最大值[7]。配网节点监测的链式馈线连接方式如图2所示。

图2 链式馈线配网连接图

图2中，将U1与U2之间电压设为ΔU1，将U2与U3之间电压设为ΔU2。建立数学模型为式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式中，N1与N2为图2中左右两线路的阻抗，T1,T2，P1,P2分别为不同电阻值和电抗值。

2 配网节点电压控制

2.1 配网节点电压的总体控制

配网节点电压总体控制是指结合监测系统的监测数据，对整个配网中节点电压进行最简单的调节控制。当监测系统将配网节点电压数据收集与运算后，将分析结果通过信息传输方式，传输给配网节点电压控制系统，控制系统对该信息分析，对控制执行设备下达指令，对各个节点的电压进行微调，使节点电压处于正常状态[8]。

在输电过程中，功率变化引起电压变化可通过总体控制有效调节。但由于配网中设备异常而引起的节点电压突变，该控制并不能达到理想效果，故不能作为配网节点电压控制的主要手段。

2.2 基于轮询电表带电状态的节点电压协调

节点电压协调是将相似的节点划分为一类，建立同类节点监测电表相互协调的子系统，该系统通过对同类电表数据收集，跳过整体监测系统，独立进行数据分析，当同类节点中的节点电压出现问题，该方法对其进行调节控制[9]。节点电压协调流程如图3所示。

图3 配网中节点电压协调

2.3 配网节点电压控制中电压分级调节

在配网节点电压数据收集中，节点电压数据收集优先级别划分，按照节点在配网中重要程度进行划分。在节点定级后，对配网中节点电压应从级别高的节点开始调节[10]。

节点电压分级调节通过并联电容器与分级调压器实现。并联电容器可与分级调压器并联，减少通过分级电压的电流，保护分级调压器作用，使分级调压器工作环境更安全。

3 实验分析

3.1 实验环境及参数

为验证所提方法的有效性，进行实验分析。实验监测环境如图4所示。

图4 实验监测环境

3.2 实验结果分析

3.2.1 节点电压监控稳定性分析

为了验证本文方法的有效性，实验分析了3种方法对配网节点电压的监控稳定性，实验结果如图5所示。

分析图5可以看出，在相同监控条件下，3种方法的监控稳定性有所差别。从图中可以看出，文献[3]方法和文献[4]方法监控的节点电压不稳定，出现大幅度的波动，本文方法监控的节点电压始终保持稳定，验证本文方法的有效性。

图5 不同方法监测节点电压监测稳定性对比

3.2.2 节点监控准确性分析

为验证本文方法有效性，实验对比3种方法监控配网节点电压准确性，结果如图6所示。

分析图6可知，采用3种方法对配网中部分节点进行监控的准确性分析。当监控节点数量为18时，本文方法监控准确性约为98 %，文献[3]方法监控准确性约为89 %，文献[4]方法的监控准确性约为80 %。在进行配网节点监控时，本文方法对节点电压监控准确性较高。

4 总结

配网节点电压易出现问题，节点电压的传统监控方法仍存在不足之处，本文提出基于轮询电表带电状态的配网节点电压监控技术研究。通过对末端节点电压、联络节点电压与中间节点电压的分布监测，构建监测模型；采用轮询方式采集配网节点电压数据，完成了配网节点电压监控研究。实验结果表明，采用本文方法可有效监测配网节点电压，具有一定可行性。