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摘要：
本文着重介绍一种区域电网智能无功优化系统，该系统由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成。该系统综合利用现代通信技术、自动控制技术、短期与超短期负荷预测等手段，完成对变电站无功补偿设备、线路无功补偿设备、配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现变电站、线路、配变无功电压的三级联调，达到增强电网电压调控能力、提升电压质量、降低线路损耗、提高功率因数的综合目的。
关键词：区域电网；无功电压；优化控制
中图分类号：TM761
1 研制背景
国家农网一、二期建设（改造）工程至今十余年以来，农村电网负荷结构发生了深刻变化，出现主变总容量不足、无功补偿设备技术落后、补偿效果不好等问题，电网现状已远远满足不了城乡居民用电负荷快速增长的需求，在负荷高峰时段，居民端出现不同程度的“低电压”现象，已严重影响到诸多电气设备例如空调、冰箱、洗衣机的正常运行。以周口商水县柴坑供电区为例，该区域电网处于省网末端，是典型的受端网络。由于配电网底层无功补偿能力不足，导致大量无功电流从110千伏电网向低压配电网流动；一方面降低了有功电流的输送能力，增加系统有功损耗；另一方面导致系统电压水平差，电压合格率低，配电网末端易产生“低电压”现象。据实测：负荷高峰时段因无功不足引起的“低电压”现象最低可低于130 伏。为建设坚强电网，消除低电压，不断改善供电质量，急需开展智能无功优化补偿的研究工作，这也是此次实施本项目的根本目的。
2 项目研究内容及关键点
2.1项目研究内容
该系统以无功就地平衡、电压最优为依据，打破传统无功补偿设备以电容器组固定补偿为主，通过人工手动投切的方式，综合利用现代通信技术、自动控制技术、短期与超短期负荷预测等手段，完成对变电站无功补偿设备、线路无功补偿设备、配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现变电站、线路、配变无功电压的三级联调。
2.2项目研究的关键点
2.2.1准确监测到低层设备信息；
2.2.2实现区域电网无功优化；
2.2.3依据监测结果和专业知识提出我们的方案。
2.3研究目标：
设计制造出一套由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成的区域电网智能无功优化系统。其中包括理论研究报告、全套设计制造技术、实用装置或软件等；成果的形式能够被其他研究人员掌握，成果的使用权具有可转移性。
2.4项目研究系统结构与工作原理
2.4.1项目的系统结构
项目组针对各种理论方案进行反复论证，最终确定采用以下具体实施方案。该方案由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成.
2.4.2项目的工作原理
根据电压等级和网络拓扑，分层、分区保障无功平衡。正常情况下，各补偿节点的无功补偿设备，依据节点参数自动运行，保证节点的无功平衡、电压合格，上级系统监视其运行。特殊情况下，上级系统按区域优化策略发出指令，就近调度其他补偿节点无功储备，支撑区域无功平衡，保证供电区域的电压合格。以配变低压侧0.4kV作为配变补偿节点，以10kV线路作为线路补偿节点，35/110kV变电站作为站级补偿节点，各节点独立闭环工作，实现节点电压无功的优化控制；子站依据站属区域无功潮流，优先调度各补偿节点无功储备，达到各配电线路至站属区域内部无功平衡的优化目的。以无功优化控制中心为系统主站，协同、控制子站，实现区域电网智能无功优化控制。
3 项目创新点
3.1理论创新性：
首次综合利用现代通信技术、自动控制技术、抗涌流专用投切开关技术及短期与超短期负荷预测等手段，完成了对变电站、线路和配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现了变电站、线路、配变无功电压的三级联调。
3.2工艺性创新：
3.2.1抗涌流专用投切开关技术
为适应容性电气设备的开断特性，能够承载大容量的分合闸电流，项目中使用了自主研发的抗涌流开关，该类开关具有触头开距大、弹跳小、分合闸速度快、体积小、便于安装等突出优点，安全可靠、无重燃、可重复开断。
3.2.2为简化安装工艺，节省材料，研制了无功补偿柜安装台架
低压台区的无功补偿装置的安装通常采用三角形台架，该台架制造、安装工艺复杂，严重影响登杆检修。新研制的台架是两根槽钢和两根角钢，通过双头螺栓把无功补偿柜安装在配电变压器台架的低压侧。既节省材料，又简化了制造、安装工艺，同时也增强了装置固定的稳定性，解决了后期登杆困难的问题，提高了检修作业的安全性。
3.2.3穿心式电流互感器巧妙应用
改进前测量用电流互感器型号为LZK-10，该互感器体积大，外壳耐高温程度差，且安装在配变计量箱内，与计量电流互感器上下叠加到一块，安装工艺难度大，高温运行出现个别电流互感器烧毁现象，影响正常计量。经过探讨研究，及时改用型号为LMZJ-0.5穿心式电流互感器，不仅简化了安装工艺，且避免了因电流互感器发热带来的事故隐患。
3.4软件平台创新
3.4.1独特的电网建模技术：
采用DCOM等技术，实现图形化建模操作，方便人员的使用和维护，同时支持跨数据库的迁移和操作。
3.4.2先进快捷的通讯模式
系统首次将GPRS通讯模式引入到实时地无功设备监控系统中来，通过配置GPRS模块，可实现终端设备的快速接入。良好的通讯接入方式，节省了工期、降低了项目实施的人力、物力。
4 项目结论
该项目从根本上解决了传统无功补偿设备以固定补偿为主、人工手动投切易成过补或欠补等问题，实现了区域电网智能无功优化，达到国内外领先水平，具有广阔的应用前境。能较好地改善电网的供、用电环境，有效的提高设备利用率，解决了因无功补偿不足引起的农村“低电压”问题
5 项目实施应用效果
该项目实施后，经试运行证明：
1、 提高了系统功率因数；
2、改善了电压质量。
3、降低了线损，较好地改善了商水电网的供、用电环境，有效的提高了设备利用率，为电网的安全可靠经济运行提供了保障。同时也为我国的节能减排做出了贡献。该系统实现了无功补偿的技术跨越。
6 结束语
当前对区域电网智能无功优化系统研究相对较少，有较大的研究空间和意义。实现区域电网智能无功优化，有利于提高供电质量，降低消耗，增加效益。能根本上解决了传统无功补偿设备以固定补偿为主、人工手动投切易成过补或欠补等问题。该系统运行后，将取得明显的经济效益和社会效益。
参 考 文 献
[1] 魏小新；提高功率因数补偿的措施[J]；电气时代；2003年09期
[2]崔绍景；；浅谈低压无功功率补偿装置[J]；科技信息；2009年05期
[3]王五星；厂矿最优化无功补偿模型[J]；节能；1998年11期
[4]尚德彬；李增印；；抽油机电机无功补偿技术的研究与应用[J]；电机技术；2006年02期
[5]蓝运祥；；探讨农网无功补偿技术方案[J]；广东科技；2009年16期
[6]勾有明；；配电网低压无功补偿方案探讨[J]；民营科技；2010年11期
[7]李振国；；电网的无功补偿探讨[J]；中小企业管理与科技（上旬刊）；2011年09期
[8]刘哲；赵冬梅；张旭；；基于混沌蚁群算法的电力系统无功优化[J]；现代电力；2009年04期
[9]鲁俊生；；电力网无功功率补偿技术的现状[J]；企业技术开发；2009年06期
[10]杨旭云；；无功补偿容量的合理确定[J]；中国新技术新产品；2009年23期
张金涌，出生年月：1976年11月，性别：男，职称：电力工程师，从事工作：科学研究
李琳，出生年月：1974年11月，性别：女，职称：电力工程师，从事工作：科学研究
本文着重介绍一种区域电网智能无功优化系统，该系统由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成。该系统综合利用现代通信技术、自动控制技术、短期与超短期负荷预测等手段，完成对变电站无功补偿设备、线路无功补偿设备、配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现变电站、线路、配变无功电压的三级联调，达到增强电网电压调控能力、提升电压质量、降低线路损耗、提高功率因数的综合目的。
关键词：区域电网；无功电压；优化控制
中图分类号：TM761
1 研制背景
国家农网一、二期建设（改造）工程至今十余年以来，农村电网负荷结构发生了深刻变化，出现主变总容量不足、无功补偿设备技术落后、补偿效果不好等问题，电网现状已远远满足不了城乡居民用电负荷快速增长的需求，在负荷高峰时段，居民端出现不同程度的“低电压”现象，已严重影响到诸多电气设备例如空调、冰箱、洗衣机的正常运行。以周口商水县柴坑供电区为例，该区域电网处于省网末端，是典型的受端网络。由于配电网底层无功补偿能力不足，导致大量无功电流从110千伏电网向低压配电网流动；一方面降低了有功电流的输送能力，增加系统有功损耗；另一方面导致系统电压水平差，电压合格率低，配电网末端易产生“低电压”现象。据实测：负荷高峰时段因无功不足引起的“低电压”现象最低可低于130 伏。为建设坚强电网，消除低电压，不断改善供电质量，急需开展智能无功优化补偿的研究工作，这也是此次实施本项目的根本目的。
2 项目研究内容及关键点
2.1项目研究内容
该系统以无功就地平衡、电压最优为依据，打破传统无功补偿设备以电容器组固定补偿为主，通过人工手动投切的方式，综合利用现代通信技术、自动控制技术、短期与超短期负荷预测等手段，完成对变电站无功补偿设备、线路无功补偿设备、配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现变电站、线路、配变无功电压的三级联调。
2.2项目研究的关键点
2.2.1准确监测到低层设备信息；
2.2.2实现区域电网无功优化；
2.2.3依据监测结果和专业知识提出我们的方案。
2.3研究目标：
设计制造出一套由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成的区域电网智能无功优化系统。其中包括理论研究报告、全套设计制造技术、实用装置或软件等；成果的形式能够被其他研究人员掌握，成果的使用权具有可转移性。
2.4项目研究系统结构与工作原理
2.4.1项目的系统结构
项目组针对各种理论方案进行反复论证，最终确定采用以下具体实施方案。该方案由底层补偿设备、控制子站、系统主站和通讯网络四大部分组成.
2.4.2项目的工作原理
根据电压等级和网络拓扑，分层、分区保障无功平衡。正常情况下，各补偿节点的无功补偿设备，依据节点参数自动运行，保证节点的无功平衡、电压合格，上级系统监视其运行。特殊情况下，上级系统按区域优化策略发出指令，就近调度其他补偿节点无功储备，支撑区域无功平衡，保证供电区域的电压合格。以配变低压侧0.4kV作为配变补偿节点，以10kV线路作为线路补偿节点，35/110kV变电站作为站级补偿节点，各节点独立闭环工作，实现节点电压无功的优化控制；子站依据站属区域无功潮流，优先调度各补偿节点无功储备，达到各配电线路至站属区域内部无功平衡的优化目的。以无功优化控制中心为系统主站，协同、控制子站，实现区域电网智能无功优化控制。
3 项目创新点
3.1理论创新性：
首次综合利用现代通信技术、自动控制技术、抗涌流专用投切开关技术及短期与超短期负荷预测等手段，完成了对变电站、线路和配变低压侧无功补偿设备的优化协调控制，实现了变电站、线路、配变无功电压的三级联调。
3.2工艺性创新：
3.2.1抗涌流专用投切开关技术
为适应容性电气设备的开断特性，能够承载大容量的分合闸电流，项目中使用了自主研发的抗涌流开关，该类开关具有触头开距大、弹跳小、分合闸速度快、体积小、便于安装等突出优点，安全可靠、无重燃、可重复开断。
3.2.2为简化安装工艺，节省材料，研制了无功补偿柜安装台架
低压台区的无功补偿装置的安装通常采用三角形台架，该台架制造、安装工艺复杂，严重影响登杆检修。新研制的台架是两根槽钢和两根角钢，通过双头螺栓把无功补偿柜安装在配电变压器台架的低压侧。既节省材料，又简化了制造、安装工艺，同时也增强了装置固定的稳定性，解决了后期登杆困难的问题，提高了检修作业的安全性。
3.2.3穿心式电流互感器巧妙应用
改进前测量用电流互感器型号为LZK-10，该互感器体积大，外壳耐高温程度差，且安装在配变计量箱内，与计量电流互感器上下叠加到一块，安装工艺难度大，高温运行出现个别电流互感器烧毁现象，影响正常计量。经过探讨研究，及时改用型号为LMZJ-0.5穿心式电流互感器，不仅简化了安装工艺，且避免了因电流互感器发热带来的事故隐患。
3.4软件平台创新
3.4.1独特的电网建模技术：
采用DCOM等技术，实现图形化建模操作，方便人员的使用和维护，同时支持跨数据库的迁移和操作。
3.4.2先进快捷的通讯模式
系统首次将GPRS通讯模式引入到实时地无功设备监控系统中来，通过配置GPRS模块，可实现终端设备的快速接入。良好的通讯接入方式，节省了工期、降低了项目实施的人力、物力。
4 项目结论
该项目从根本上解决了传统无功补偿设备以固定补偿为主、人工手动投切易成过补或欠补等问题，实现了区域电网智能无功优化，达到国内外领先水平，具有广阔的应用前境。能较好地改善电网的供、用电环境，有效的提高设备利用率，解决了因无功补偿不足引起的农村“低电压”问题
5 项目实施应用效果
该项目实施后，经试运行证明：
1、 提高了系统功率因数；
2、改善了电压质量。
3、降低了线损，较好地改善了商水电网的供、用电环境，有效的提高了设备利用率，为电网的安全可靠经济运行提供了保障。同时也为我国的节能减排做出了贡献。该系统实现了无功补偿的技术跨越。
6 结束语
当前对区域电网智能无功优化系统研究相对较少，有较大的研究空间和意义。实现区域电网智能无功优化，有利于提高供电质量，降低消耗，增加效益。能根本上解决了传统无功补偿设备以固定补偿为主、人工手动投切易成过补或欠补等问题。该系统运行后，将取得明显的经济效益和社会效益。
参 考 文 献
[1] 魏小新；提高功率因数补偿的措施[J]；电气时代；2003年09期
[2]崔绍景；；浅谈低压无功功率补偿装置[J]；科技信息；2009年05期
[3]王五星；厂矿最优化无功补偿模型[J]；节能；1998年11期
[4]尚德彬；李增印；；抽油机电机无功补偿技术的研究与应用[J]；电机技术；2006年02期
[5]蓝运祥；；探讨农网无功补偿技术方案[J]；广东科技；2009年16期
[6]勾有明；；配电网低压无功补偿方案探讨[J]；民营科技；2010年11期
[7]李振国；；电网的无功补偿探讨[J]；中小企业管理与科技（上旬刊）；2011年09期
[8]刘哲；赵冬梅；张旭；；基于混沌蚁群算法的电力系统无功优化[J]；现代电力；2009年04期
[9]鲁俊生；；电力网无功功率补偿技术的现状[J]；企业技术开发；2009年06期
[10]杨旭云；；无功补偿容量的合理确定[J]；中国新技术新产品；2009年23期
张金涌，出生年月：1976年11月，性别：男，职称：电力工程师，从事工作：科学研究
李琳，出生年月：1974年11月，性别：女，职称：电力工程师，从事工作：科学研究