率先实现｜云边端协同架构的智能配电终端+嵌入式电能质量治理app+主站功能模块应对配电网电能质量问题

编者按：近年来，国家电网公司正在积极主动适应“互联网+”战略，充分利用大云物移智等新技术，在广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享等关键方面开展了体系化工作。

据了解，泛在电力物联网建设已在多个城市取得了实质性的进展，多个综合示范项目相继落地。国网公司所制定的泛在电力物联网第一阶段的工作重点目前已经进入了全面提速的阶段。

2019年1月，国网江苏南京供电公司与南京软核科技有限公司开展深入合作，制定相关方案，研究解决相关台区配电网电能质量问题。在全网内，首次提出了以智能配变终端嵌入式APP控制模式，构建基于自律协同原理的配电网三级协调电能质量治理应用场景，为配电网电能质量的治理提供了一种新的方式。

目前相关示范工程项目已成功落地于江苏南京江宁区。

一直以来，低压配电网作为连接电网和用户的末端环节，存在着线路实时运行状态获取困难，无法形成有效的数据流等问题。

在实际应用中，电网公司会因地制宜地对电网进行改造，一方面对路线中负荷端的配变和无功补偿装置进行合理配置，另一方面加强了电网对无功电压设备的实时控制，最大程度地发挥了无功电压设备的作用，提高整个电网的经济效益。但是目前在无功电压控制方面尚存在一些不足。

相关问题，如：

电压无功调节主要靠局部判断完成，未充分考虑全局无功电压的分布及影响。

现有自动控制系统大多数是对电压和无功进行孤立的调节，没有把电压与无功的调节有机地结合起来

目前电网的电压无功优化控制属于短时间尺度下的系统全局优化，控制决策并不具备主动性和预见性，没有充分考虑到长时间尺度下的无功负荷的不确定性对无功电压控制的影响。

电压无功调节设备自动控制时动作次数过于频繁，严重影响了供电稳定性和设备寿命。

现有系统多数无法进行集中控制和分散控制功能的统一，配电网应用功能单一，实用性不强。

主配网缺少联调控制。主网AVC无功电压控制，只考虑变电站电压合格，未考虑对馈线的电压支撑。

用户智能电表、智能配电终端、OPEN3000系统与电压相关数据分散，未实现共享。

在夏季7、8月份用电高峰时期，南京江宁区配电网负荷普遍较重。为避免在用电高峰时段禄口变下出现大范围持续性的台区低电压问题，南京软核科技有限公司结合现状及历史运行数据，针对南京江宁禄口变下的65个不同台区相关电能质量问题进行分析，发现台区存在高/低电压现象，部分台区电压波动大，电压合格率低，夏季负载重，母线电压偏高，台区无载变高档位运行，台区出口越上限，台区三相不平衡等问题。经过问题分析后，南京软核科技为供电公司定制了一套解决方案，即建立一套配电网自律协同无功电压控制系统，结合智能配变终端（TTU），来实现点（配变台区、用户）、线（馈线）、面（变电站）全范围的覆盖，完成面向用户电压的配电网多级协调优化，实现电压优化及电能质量的大幅提升。

智能配变终端是集用电信息采集、设备运行状态监测、智能控制与通信等功能于一体的二次设备，可综合处理低压配电网中的数据信息。通过挖掘智能配变终端的数据采集和计算能力，建立强大的数据流，来支撑后台管理信息系统，从而建立低压配电网智能运检体系。

针对目前南京江宁区配网存在的高电压、低电压、三相不平衡等问题，采用一种综合治理方案，集成配电网中目前各种无功电压设备（线路调压器、线路无功补偿、有载调压变）和电力电子设备（APF、SVG和换相开关）等装置，构建配电网自律协同无功电压控制（AVQC）系统，系统结构见图1。

图1 配电网自律协同无功电压控制系统

北极星泛在电力物联网了解到，此次，南京软核科技有限公司设计的配电网无功电压多级协调控制平台方案是主要应用于配电网智能化管理的自动控制平台，该平台由自律协同配电网电能质量治理APP和嵌入式配网主站软件组成。

通过配电网电能质量治理APP嵌入在智能配变终端中并能独立优化边缘控制。

案例

经了解，2019年1月25日，江苏省南京市江宁区10kV北庄线、青龙线及下属10个典型台区（两台10kV线路调压器、8台有载调压变、2个三相不平衡治理台区）配置一套配电网无功电压及三相不平衡协调控制系统，实现对现场设备远程可视化监控与运维。

（1）主站软件

主站软件获得配网自动化四区主站接入授权且支持国网信息安全规范，同时可用于配网设备管理及无功电压调节设备的运行管理，满足运行维护人员在维护时调整更新并对有载调压变、配网电压质量（低电压、高电压、三相不平衡）等进行综合分析的需求。并可定期给出问题原因分析和改造调整建议，提高整体效果，满足以下功能及要求：

全局分析监测

基于大数据的“低电压”成因分析

基于大数据的三相不平衡优化分析

信息安全保证

嵌入四区主站

主网AVC母线电压优化分析

无功电压设备的运维管理

AVQC设备的运维管理

配网AVQC主站软件通过4G与端侧控制装置进行通讯，只负责监测，不控制装置。软件主要包括区域概况、实时监测、历史曲线、事件查询、告警查询、控制效果和远程调控等模块。

平台及区域概况页面如图2所示：

图2 主站平台界面

实时监测模块展示TTU终端、线路调压器、有载调压变和换相开关的实时数据，如图3。

图3 实时监测模块

历史曲线模块可查询某个设备在指定时段内的历史信息，以曲线形式展示，例如TTU终端量测的台区首端三相电压、电压不平衡度、三相电流、电流不平衡度、有功功率、功率因数等数据，如图4。

图4 历史曲线模块

事件查询可以查询指定时段内一次设备的动作情况，包括线路调压器调档、有载调压变调档、换相开关换相。

告警查询模块各种告警信息，例如台区无功异常、三相电流不平衡越限、数据异常等等，如图5。

图5 告警查询模块

控制效果模块用于分析比较设备投运前后电压质量，如图6。

图6 控制效果模块

（2）无功优化控制

本示范应用中因10kV北庄线-成功甫头站等8个台区明显出现不同程度的高低电压越限问题，故考虑分别配置台区无功电压优化APP软件及相应的配变终端，结合有载调压变进行低电压治理。

典型10kV北庄线-成功甫头站变压器因需更换为有载调压配电变压器，其分接头调节范围为±4×2.5%，现场安装图见图7。

图7 有载调压配电变压器现场安装图

馈线侧

通过对搜集出的江宁各供电所台区电压合格率数据的筛选分析，10kV-北庄线等下整体台区电压合格率相对其他线路并不高。因此在10kV-北庄线等分别考虑配置馈线无功电压优化APP软件及相应的配变终端，通过对线路调压器的优化控制，大幅提高线路末端电压质量及提升配变的综合电压合格率。

典型现场因需加装一台线路调压器，额定容量8000kVA，调节范围±4×2.5%，现场安装图见图8、9。

图8现场安装图

图9 现场安装图

（3）三相不平衡治理

三相负荷不平衡治理由台区侧智能配变终端和智能负荷换相开关共同组成，如图10。

图10 三相不平衡治理架构示意图

智能配变终端通过内嵌台区三相不平衡管控APP软件比对负荷电流的大小和换向开关的相位状态，根据预置的控制策略，形成开关动作序列，以载波通信的方式直接向换相开关的执行机构下达控制命令，执行换相操作。

由数据分析可知，禄口变下有大量台区出现三相不平衡现象。本案例就其中的2个典型三相不平衡台区进行治理：在北庄线白云双塘站及北庄线西边圩1站分别考虑配置台区三相不平衡管控APP软件及相应的配变终端，根据换相指令对负荷换相开关进行快速切换，实现台区各分支线三相功率平衡。

典型村落配电变压器低压侧加装三相不平衡调节装置，现场安装如图11。

图11 配电变压器三相不平衡治理装置现场安装图

应用效果

（1） 整体效果

该系统从无功电压、三相不平衡两方面对10KV两条馈线进行了电能质量综合治理，总体情况比较：试点2条馈线及其下属的10个台区，电压合格率达到99.9%；台区电压连续越限时间不超过30分钟；台区三相不平衡度由最高70%下降至12%左右，换相时间小于10ms，且可实现不停电换相，调节效果显著。治理效果对比见表1。

表1 整体治理效果对比

（2）典型治理点分析

以白云张圩站1#配电变压器为例。

配电网自律协同无功电压控制（AVQC）系统投运后，配电变压器在调档动作后三相电压迅速下降至228V左右，电压合格率由85.5%提升至99.9%，如图12所示。

图12 有载调压变动作前后电压曲线对比图

同时在该配电变压器低压侧安装了三相不平衡调节装置。配电网自律协同无功电压控制（AVQC）系统投运后，三相负荷电流不平衡度由最大时刻的70%下降至12%，见图13。

图13 治理前后三相不平衡度对比

南京软核科技有限公司成立于2008年，在低电压治理、配电网节能、线损在线计算及分析等领域具有深厚的技术积累和丰富的应用经验。

此次，通过与江苏南京供电公司一同研究解决配网存在的高电压、低电压、三相不平衡等问题，不仅通过实际应用验证了配电网自律协同无功电压控制技术适用于存在无功电压、谐波及三相不平衡等问题的配电线路和台区的可能性。同时也完成了全网首次以智能配变终端嵌入式APP模式实现了对配电网无功电压类设备的分析和闭环控制的现场示范应用。

南京软核科技有限公司相信未来围绕公司的核心产品业务，结合国家电网公司“基建全过程综合数字化管理平台建设”、“配电物联网建设信息化”等泛在电力物联网建设相关内容，公司将为电网企业提供更多的深度智能化、信息化应用及解决方案。