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率先實現|云邊端協同架構的智能配電終端+嵌入式電能質量治理app+主站功能模塊 應對配電網電能質量問題
日期:2019-10-18 15:38:05

 近年來,國家電網公司正在積極主動適應“互聯網+”戰略,充分利用大云物移智等新技術,在廣泛互聯、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享等關鍵方面開展了體系化工作。

據了解,泛在電力物聯網建設已在多個城市取得了實質性的進展,多個綜合示范項目相繼落地。國網公司所制定的泛在電力物聯網第一階段的工作重點目前已經進入了全面提速的階段。

2019年1月,國網江蘇南京供電公司與南京軟核科技有限公司開展深入合作,制定相關方案,研究解決相關臺區配電網電能質量問題。在全網內,首次提出了以智能配變終端嵌入式APP控制模式,構建基于自律協同原理的配電網三級協調電能質量治理應用場景,為配電網電能質量的治理提供了一種新的方式。    

目前相關示范工程項目已成功落地于江蘇南京江寧區。

一直以來,低壓配電網作為連接電網和用戶的末端環節,存在著線路實時運行狀態獲取困難,無法形成有效的數據流等問題。

在實際應用中,電網公司會因地制宜地對電網進行改造,一方面對路線中負荷端的配變和無功補償裝置進行合理配置,另一方面加強了電網對無功電壓設備的實時控制,最大程度地發揮了無功電壓設備的作用,提高整個電網的經濟效益。但是目前在無功電壓控制方面尚存在一些不足。

相關問題,如:

電壓無功調節主要靠局部判斷完成,未充分考慮全局無功電壓的分布及影響。

現有自動控制系統大多數是對電壓和無功進行孤立的調節,沒有把電壓與無功的調節有機地結合起來

目前電網的電壓無功優化控制屬于短時間尺度下的系統全局優化,控制決策并不具備主動性和預見性,沒有充分考慮到長時間尺度下的無功負荷的不確定性對無功電壓控制的影響。

電壓無功調節設備自動控制時動作次數過于頻繁,嚴重影響了供電穩定性和設備壽命。

現有系統多數無法進行集中控制和分散控制功能的統一,配電網應用功能單一,實用性不強。

主配網缺少聯調控制。主網AVC無功電壓控制,只考慮變電站電壓合格,未考慮對饋線的電壓支撐。

用戶智能電表、智能配電終端、OPEN3000系統與電壓相關數據分散,未實現共享。

 

在夏季7、8月份用電高峰時期,南京江寧區配電網負荷普遍較重。為避免在用電高峰時段祿口變下出現大范圍持續性的臺區低電壓問題,南京軟核科技有限公司結合現狀及歷史運行數據,針對南京江寧祿口變下的65個不同臺區相關電能質量問題進行分析,發現臺區存在高/低電壓現象,部分臺區電壓波動大,電壓合格率低,夏季負載重,母線電壓偏高,臺區無載變高檔位運行,臺區出口越上限,臺區三相不平衡等問題。經過問題分析后,南京軟核科技為供電公司定制了一套解決方案,即建立一套配電網自律協同無功電壓控制系統,結合智能配變終端(TTU),來實現點(配變臺區、用戶)、線(饋線)、面(變電站)全范圍的覆蓋,完成面向用戶電壓的配電網多級協調優化,實現電壓優化及電能質量的大幅提升。

智能配變終端是集用電信息采集、設備運行狀態監測、智能控制與通信等功能于一體的二次設備,可綜合處理低壓配電網中的數據信息。通過挖掘智能配變終端的數據采集和計算能力,建立強大的數據流,來支撐后臺管理信息系統,從而建立低壓配電網智能運檢體系。

針對目前南京江寧區配網存在的高電壓、低電壓、三相不平衡等問題,采用一種綜合治理方案,集成配電網中目前各種無功電壓設備(線路調壓器、線路無功補償、有載調壓變)和電力電子設備(APF、SVG和換相開關)等裝置,構建配電網自律協同無功電壓控制(AVQC)系統,系統結構見圖1。

圖1 配電網自律協同無功電壓控制系統

北極星泛在電力物聯網了解到,此次,南京軟核科技有限公司設計的配電網無功電壓多級協調控制平臺方案是主要應用于配電網智能化管理的自動控制平臺,該平臺由自律協同配電網電能質量治理APP和嵌入式配網主站軟件組成。

通過配電網電能質量治理APP嵌入在智能配變終端中并能獨立優化邊緣控制。

案例

經了解,2019年1月25日,江蘇省南京市江寧區10kV北莊線、青龍線及下屬10個典型臺區(兩臺10kV線路調壓器、8臺有載調壓變、2個三相不平衡治理臺區)配置一套配電網無功電壓及三相不平衡協調控制系統,實現對現場設備遠程可視化監控與運維。

(1)主站軟件

主站軟件獲得配網自動化四區主站接入授權且支持國網信息安全規范,同時可用于配網設備管理及無功電壓調節設備的運行管理,滿足運行維護人員在維護時調整更新并對有載調壓變、配網電壓質量(低電壓、高電壓、三相不平衡)等進行綜合分析的需求。并可定期給出問題原因分析和改造調整建議,提高整體效果,滿足以下功能及要求:

  • 全局分析監測     

  • 基于大數據的“低電壓”成因分析

  • 基于大數據的三相不平衡優化分析

  • 信息安全保證

  • 嵌入四區主站

  • 主網AVC母線電壓優化分析

  • 無功電壓設備的運維管理

  • AVQC設備的運維管理

配網AVQC主站軟件通過4G與端側控制裝置進行通訊,只負責監測,不控制裝置。軟件主要包括區域概況、實時監測、歷史曲線、事件查詢、告警查詢、控制效果和遠程調控等模塊。

平臺及區域概況頁面如圖2所示:

圖2 主站平臺界面

實時監測模塊展示TTU終端、線路調壓器、有載調壓變和換相開關的實時數據,如圖3。

圖3 實時監測模塊

歷史曲線模塊可查詢某個設備在指定時段內的歷史信息,以曲線形式展示,例如TTU終端量測的臺區首端三相電壓、電壓不平衡度、三相電流、電流不平衡度、有功功率、功率因數等數據,如圖4。

圖4 歷史曲線模塊

事件查詢可以查詢指定時段內一次設備的動作情況,包括線路調壓器調檔、有載調壓變調檔、換相開關換相。

告警查詢模塊各種告警信息,例如臺區無功異常、三相電流不平衡越限、數據異常等等,如圖5。

圖5 告警查詢模塊

控制效果模塊用于分析比較設備投運前后電壓質量,如圖6。

圖6 控制效果模塊

(2)無功優化控制

 

本示范應用中因10kV北莊線-成功甫頭站等8個臺區明顯出現不同程度的高低電壓越限問題,故考慮分別配置臺區無功電壓優化APP軟件及相應的配變終端,結合有載調壓變進行低電壓治理。

    典型10kV北莊線-成功甫頭站變壓器因需更換為有載調壓配電變壓器,其分接頭調節范圍為±4×2.5%,現場安裝圖見圖7。

圖7 有載調壓配電變壓器現場安裝圖

饋線側

通過對搜集出的江寧各供電所臺區電壓合格率數據的篩選分析,10kV-北莊線等下整體臺區電壓合格率相對其他線路并不高。因此在10kV-北莊線等分別考慮配置饋線無功電壓優化APP軟件及相應的配變終端,通過對線路調壓器的優化控制,大幅提高線路末端電壓質量及提升配變的綜合電壓合格率。

 

典型現場因需加裝一臺線路調壓器,額定容量8000kVA,調節范圍±4×2.5%,現場安裝圖見圖8、9。

 

圖8 現場安裝圖

圖9 現場安裝圖

(3)三相不平衡治理

三相負荷不平衡治理由臺區側智能配變終端和智能負荷換相開關共同組成,如圖10。

 

 

圖10 三相不平衡治理架構示意圖

 

智能配變終端通過內嵌臺區三相不平衡管控APP軟件比對負荷電流的大小和換向開關的相位狀態,根據預置的控制策略,形成開關動作序列,以載波通信的方式直接向換相開關的執行機構下達控制命令,執行換相操作。

由數據分析可知,祿口變下有大量臺區出現三相不平衡現象。本案例就其中的2個典型三相不平衡臺區進行治理:在北莊線白云雙塘站及北莊線西邊圩1站分別考慮配置臺區三相不平衡管控APP軟件及相應的配變終端,根據換相指令對負荷換相開關進行快速切換,實現臺區各分支線三相功率平衡。

典型村落配電變壓器低壓側加裝三相不平衡調節裝置,現場安裝如圖11。

圖11 配電變壓器三相不平衡治理裝置現場安裝圖

 

應用效果

(1) 整體效果

該系統從無功電壓、三相不平衡兩方面對10KV兩條饋線進行了電能質量綜合治理,總體情況比較:試點2條饋線及其下屬的10個臺區,電壓合格率達到99.9%;臺區電壓連續越限時間不超過30分鐘;臺區三相不平衡度由最高70%下降至12%左右,換相時間小于10ms,且可實現不停電換相,調節效果顯著。治理效果對比見表1。

表1 整體治理效果對比

治理效果

電壓合格率

三相不平衡度

投運前

85.5%

71.3%

投運后

99.9%

12.1%


2)典型治理點分析

以白云張圩站1#配電變壓器為例。

配電網自律協同無功電壓控制(AVQC)系統投運后,配電變壓器在調檔動作后三相電壓迅速下降至228V左右,電壓合格率由85.5%提升至99.9%,如圖12所示。

 

圖12 有載調壓變動作前后電壓曲線對比圖

同時在該配電變壓器低壓側安裝了三相不平衡調節裝置。配電網自律協同無功電壓控制(AVQC)系統投運后,三相負荷電流不平衡度由最大時刻的70%下降至12%,見圖13。

圖13 治理前后三相不平衡度對比

南京軟核科技有限公司成立于2008年,在低電壓治理、配電網節能、線損在線計算及分析等領域具有深厚的技術積累和豐富的應用經驗。

此次,通過與江蘇南京供電公司一同研究解決配網存在的高電壓、低電壓、三相不平衡等問題,不僅通過實際應用驗證了配電網自律協同無功電壓控制技術適用于存在無功電壓、諧波及三相不平衡等問題的配電線路和臺區的可能性。同時也完成了全網首次以智能配變終端嵌入式APP模式實現了對配電網無功電壓類設備的分析和閉環控制的現場示范應用。

南京軟核科技有限公司相信未來圍繞公司的核心產品業務,結合國家電網公司“基建全過程綜合數字化管理平臺建設”、“配電物聯網建設信息化”等泛在電力物聯網建設相關內容,公司將為電網企業提供更多的深度智能化、信息化應用及解決方案。

 

 

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