一种配电网多级协调控制系统及方法与流程

本发明涉及一种多级协调控制系统，尤其涉及一种配电网多级协调控制系统及方法，属于配电网节能技术领域。

背景技术：

根据调研数据显示，我国电力行业节能降耗工作虽然取得进步，但与世界主要工业国家相比，供电煤耗与世界先进水平仍然相差约50克/千瓦时。也就是说，按世界先进水平计算，目前我国一年发电多耗标准煤约1亿吨。线损率比多数发达国家高2％～2.5％，相当于一年多损耗电量450亿千瓦时，大体相当于我国中部地区一个省全年的用电量。

电网能耗主要集中在输电线路和用户需求侧，在10kv以下配电网络，特别是以0.4kv等级的配电网络中，由于大量的工农业设备广泛接入，城乡居民的生活用电逐年提升，各种电能污染设备的广泛使用，都给电网带来了大量的能耗损失，城乡配电网更是电力系统能量损耗的主体部分。另一方面，随着现代电网的发展与负荷构成的变化，电能质量问题已经引起供用电双方的高度重视：现代社会已逐渐成为以高科技技术为先导的知识经济时代,对电能质量敏感性的信息用户成为主流，对供电可靠性的要求越来越高。因此，对中低压配电网的电能质量进行综合多级协调控制，并采取措施进行节能降耗，是电网发展规划和建设的必然趋势。

目前，电网现有的设备如无功补偿方式多为电容器补偿，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用。但一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，其每天投切次数有限，且放电时间较长，频繁投切对固定电容器的使用寿命及稳定性有直接影响。在电网无功变化较大时，固定电容器无法平滑线性调节无功输出，更不满足智能电网无功实时调节和设备智能化的基本要求。在电网三相不平衡的治理措施上，现有设备采用简单的各相分补方式，效果不理想，而且不具备治理谐波污染的功能；其他类型的节能设备如svc等，体积庞大，仍然采用是电容、电抗器等器件，设备本身损耗非常大，而且效果不是最优。综上所述，现有的传统的节能设备和措施依然以电容器补偿为主，一方面是补偿节能效果欠佳，另一方面，在面对电能质量问题(如，谐波污染，三相不平衡严重)时，现有设备的治理效果也较差。

现有的国内有关电网节能降损系统的研究仍然停留在独立的、对某区域电网的离线线损计算、无功优化控制、变压器经济运行(主要是运行方式的选择)阶段，且这些系统的技术分别由不同的单位掌握，缺乏整合。系统间信息集成程度不高，数据接口不够规范，运行人员无法掌握配电运行的实时工况，操作繁琐，工作效率低，配电调度运行管理水平仍较低。配电网中的谐波大致使无法投入无功补偿装置，严重时可烧坏无功补偿装置的核心器件(如补偿电容)，而且配电网中其它设备也不能正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的提供一种配电网多级协调控制系统及方法，基于用户电压的采集，对配电网进行智能化管理，提高供电质量。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种配电网多级协调控制系统，该系统包括母线电压获取装置，用于获取母线电压，并将获取的母线电压发送至变电站区域控制装置；

变电站区域控制装置，用于根据来自母线电压获取装置的母线电压，判断母线电压是否合格，并在判断为否时，对母线电压进行调整；

终端检测装置，设置于现场设备侧，用于采集现场设备的馈线电压和配电电压，并将所述采集的馈线电压和配电电压发送至配电区域控制装置；

gprs通道，连接于终端检测装置与配电区域控制装置之间，用于为数据信息的传输提供承载通道；

配电区域控制装置，用于判断来自终端检测装置的馈线电压和配电电压是否合格，并在判断为否后，对馈线电压和配电电压进行调整。

本技术方案在变电站区域设置变电站区域控制装置，用于对母线电压进行协调控制；在配电区域设置配电区域控制器，用户对馈线电压和配电电压的协调控制，从而实现了对用户电压的智能控制，提高了供电质量。

另外，还包括：设置于变电站控制装置与配电区域控制装置之间的反向隔离装置。对变电站控制装置和配电区域控制装置进行隔离，防止了两者之间的相互干扰。

相应的，本发明还公开了一种配电网多级协调控制方法，该方法包括：

一级协调机制，检测到配电电压不合格，通过调整有载调压配变档位或进行无功就地补偿将配电电压调整到合格范围；或在判断不能进行协调时将电压调节目标发送给二级协调机制；

二级协调机制：检测到用户侧馈线电压不合格时，通过线路调压器和线路无功补偿，对线路调压器进行自动调档或线路无功补充投切，以将馈线电压调整到合格范围；或在判断不能进行协调时将电压调节目标发送给三级协调机制进行调节；

三级协调机制：在母线电压合格范围内，计算出使配变电压合格率最高的最优母线电压值，将最优母线电压作为协调目标交给主网avc执行。

本技术方案设置有三级协调机制，分别为一级协调机制、二级协调机制以及三级协调机制，通过该三级联调的控制策略，可以在三级联合实时调压的同时进行无功补偿，提高了电压质量，降低了网损，提高了用户电压合格质量。

另外，还包括：

按照预设的时间间隔获取母线电压、馈线电压以及配变电压，并获得当前的某一天的电压曲线值；并根据所述的电压曲线值，确定母线电压的合格范围、馈线电压的合格范围和配变电压的合格范围。

另外，所述的一级协调机制的步骤包括：

配电区域控制装置通过终端检测装置获取配电电压；

配电区域控制装置计算出公变台区下面所有的低压平均电压，并在确定的配电电压合格范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，最后得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是配电目标电压值；

配电区域控制装置按照所述确定的目标电压值调整不合格配电电压；

其中，所述电压贡献度是指，偏离合格率范围越远，贡献度越小；离电压优化值越近，贡献度越高；

另外，所述二级协调机制包括：

配电区域控制装置通过终端检测装置获取馈线电压；

配电区域控制装置计算出馈线下面所有的低压平均电压，并在馈线电压合格率范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是馈线电压目标值；

配电区域控制装置按照所述馈线电压目标值调整馈线下的不合格电压；

其中，所述电压贡献度是指，偏离合格率范围越远，贡献度越小；离电压优化值越近，贡献度越高。

另外，所述三级协调机制包括：

变压站区域控制装置通过母线电压获取装置获取母线电压；

变压站区域控制装置计算出变压器下面的低压平均电压，并在母线电压合格率范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是母线电压的目标值；

变压站区域控制装置按照确定的母线电压目标值调整母线下的不合格的电压；

其中，所述电压贡献度是指，偏离合格率范围越远，贡献度越小；离电压优化值越近，贡献度越高。

本发明的配电网多级协调控制系统，在变电站区域设置变电站区域控制装置，用于对母线电压进行协调控制；在配电区域设置配电区域控制器，用户对馈线电压和配电电压的协调控制，从而实现了对用户电压的智能控制，提高了供电质量。

附图说明

图1是本发明一种配电网多级协调控制系统的一种实施例示意图；

图2是本发明一种配电网多级协调控制系统中终端检测装置与配电区域控制装置的连接关系示意图；

图3是本发明一种配电网多级协调控制方法的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

参考图1，该图是发明一种配电网电压质量监控平台的一种实施例的示意图，该平台包括：主站控制系统1、配电站控制系统2、主网3、用户信息采集平台4、反向隔离装置5和gprs通道，其中主网3与主站控制平台1连接，主站控制平台1与配电站控制平台2之间设置有反向隔离装置5，用户信息采集平台4与配电站控制平台2连接，配电站控制平台2通过gprs通道与设置在现场设备处的终端检测装置连接(图中未示出)。

主站控制系统1，包括综自系统11和变电站区域控制装置12。其中综自系统11用于采集母线电压；变电站区域控制装置，用于协调控制母线电压。在具体实现时，给综自系统11还可以为一个监测设备，该监测设备用于代替综自系统采集母线电压。

配电站控制系统2，包括工作站21、服务器22、配电区域控制装置24、通讯管理机25、防火墙26以及连接与上述设备之间的通讯线路23。其中，通讯管理机包括：信号调制模块和信号解调模块。信号调制模块包括射频功放电路和基带电路，所述射频功放电路，用于对接收到的定位信号进行放大，并将生成的所述放大的定位信号传输给基带电路；所述基带电路用于将接收到的所述放大的定位信号传输给信号解调模块。其中，工作站21为系统维护人员提供对系统进行建模、修改、维护操作；系统实用人员进行监视系统运行情况、操作、报表、控制、系统告警处理等。服务器22，用于为平台提供数据库、数据处理等服务。

主网3，包括运行监测工作站31、报表工作站32、主网avc主站33以及维护工作站34。主网的这些设备用汇总、制作报表等工作，为变电站区域控制装置对母线电压的协调控制提供协调量。

用户信息采集平台4，用于采集用户电表的电压、电流、用电量等数据。

反向隔离装置5，设置于主站控制系统1与配电站控制系统2之间，起到了反向隔离相互干扰的作用。

gprs通道6，用于为数据的传输提供承载的通道。

另外，本平台还可以包括电源管理器，该电源管理器可包括：取样电路模块、v/f变换模块、mcu控制器、键盘输入模块、伺服电机、环形自耦变换器、稳压输出模块，所述取样电路模块通过v/f变换模块连接mcu控制器，所述键盘输入模块与mcu控制器连接，所述mcu控制器依次通过伺服电机、环形自耦变换器连接稳压输出模块。

终端检测装置(图中未示出)，设置于现场设备处。具体实现时可以体现为包括电压检测模块、电流检测模块的功能设备。下面以终端检测装置包括电流检测模块和电压检测模块为例对，终端检测装置和配电站控制装置之间的连接关系进行说明。如图2所示，其中，配电区域控制装置包括：放大电路241、过压过流保护模块242、漏电保护模块243和数据处理(dsp)模块244、线路调压器245和数据传输模块246。另外，还可以包括模数信号转换器251，该模数信号转换器251可以是通讯管理机的一部分也可以是一个单独的设备。具体的，电压检测模块71和电流检测模块72分别经过模数信号转换器251和放大电路模块241与dsp模块244进行连接。为了提高控制装置的安全性能dsp模块244还可以连接有过压过流保护模块242和漏电保护模块243。线路调压245和数据传输模块246分别与dsp模块244连接。其中电压检测模块用于采集配电网的电压参数，电流检测模块用于检测配电网的电流参数，线路调节器用于调节配电网的电压保持电压的稳定输出，过压过流保护模块、漏电保护模块用于保护配电网的安全。电压检测模块采用芯片型号为hvd100的电压检测模块，电流检测模块采用芯片型号为klari-modsc的电流检测模块；模数信号转换器采用芯片型号为ad7794的模数转换器；线路调压器采用10kv线路调压器。

下面对本发明的另一方面进行说明。

参考图3，该图是本发明一种配电网多级协调控制方法的流程示意图，该流程包括如下步骤：

步骤s11，检测到配电电压不合格；具体实现时，可以采用协调控制系统中的配电区域控制装置计算出公变台区下面所有的低压平均电压，并在确定的配电电压合格范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，最后得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是配电目标电压值；

步骤s12，判断一级协调机制是否可以调整，若是，则执行步骤s13,否则,执行步骤s14；

步骤s13，通过调整有载调压配变档位或进行无功就地补偿将配电电压调整到合格范围；具体实现时，可以将配电电压调整为步骤s11中确定的目标值；

步骤s14，将电压调节目标发送给二级协调机制进行协调；

步骤s15，检测馈线下其他用户电压的不合格情况；具体实现时，将检查出来的所有的馈线电压不合格的情况一并处理；

步骤s16，判断二级协调机制是否可以调整，若是，则执行步骤s17，否则，执行步骤s18；

步骤s17，对线路调压器进行自动调档或线路无功补充投切，以将馈线电压调整到合格范围；具体实现时，可以根据确定的目标值，将不合格馈线电压调整为确定的目标值；确定目标值的方法为：通过配电区域控制装置计算出馈线下面所有的低压平均电压，并在馈线电压合格率范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是馈线电压目标值

步骤s18，将电压调节目标发送给三级协调机制进行调节；

步骤s19，搜索母线下其他用户电压的不合格情况，以便于集中调整所有不合格的用户电压；

步骤s20，采用三级协调机制进行调整；具体实现时，可能还会出现三级协调机制不能够进行调整的情况，此时需要对三级协调机制的内容进行调整，通常情况下，按照预先设定好的三级协调机制是可以实现最终的协调控制的；

步骤s21，在母线电压合格范围内，通过智能公变终端平台采集配变电压，计算出使配变电压合格率最高的最优母线电压值；具体实现时，可以通过变压站区域控制装置计算出变压器下面的低压平均电压，并在母线电压合格率范围内，每增加1v，计算电压贡献度的值；遍历法，循环计算一遍，得到最大的电压贡献度值时的电压值，就是母线电压的目标值；

步骤s22，将最优母线电压作为协调目标交给主网avc执行，增加配网调压能力。

需要说明的，在具体实现的时候，需要按照预设的时间间隔获取母线电压、馈线电压以及配变电压；其中获取母线电压的时间间隔可以是1分钟量测一次，然后获得当前莫一天的电压曲线值；而馈线电压和配变电压可以设置一个小时量测一次，具体的时间间隔可以根据实际工作情况进行调整。然后根据的电压曲线值，确定母线电压的、馈线电压以及配变电压的优化值(合格范围)。其中可以设置10kv母线电压范围为10～10.7kv,馈线设备电压范围为9.3～10.7kv,低压表计电压范围为198～235v。也可以根据实际工作需要调整上述数值。

另外，本发明方法实施例中预设有电压贡献度，该电压贡献度是指，偏离合格率范围越远，贡献度越小；离电压优化值越近，贡献度越高。

本发明的系统控制方法采用三级调节机制，通过三级联调的控制策略，可以在三级联合实现调压的同时进行无功补偿，提高了电压质量，降低了网损，提高了用户电压合格质量。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。