摘要：本文针对当前我国配电网电压控制和无功优化方面存在的无功补偿分布不合理、电压控制结构不合理、电压控制区域不合理、电压控制互动不合理及无功优化结果不理想等几方面的问题，提出建设智能配电网AVC的理念和框架，总结出智能配电网AVC系统主要组成和关键技术。

　　关键词：智能配电网;AVC;自愈;海量数据;谐波

　　0　引言
　　目前，智能电网正在成为全世界范围关注的焦点，各国为解决当前电网存在的问题和达到政策要求而建设更可靠、更高效、抵抗灾害能力更强、更环保和与用户友好互动的电网。对于智能电网的概念目前还没有确切一致的解释，但在其特征和其使用的技术方面已形成统一的认识：智能电网具有信息化、数字化、自动化和互动化的四大特征，使用的技术和设备有：先进的双向通讯技术、高级量测设备和传感器、高级自动化理论和技术、分布式计算机等，智能电网旨在建设更可靠、更经济、更高效、充分保障人身和设备安全、更环保[1]，包含多种分布式和分散电源，并能向用户提供多种服务的电力系统，拉近产业链中的元件—发电、传输和消费的距离，建立更完善、精确的计费制度，使用户和环境受益。

　　我国电网长久以来形成“重输轻配”的局面，配电网的重要性不言而喻，这种局面影响了电网系统的整体性能和效率[3]，而配电网在无功优化和电压控制方面的研究相对更加薄弱。尽管目前传统的AVC在解决电压合格率、功率因数合格率、降低网损率和有效减少电力变压器分接开关、电容器、电抗器设备的动作次数及投切等方面发挥着重要作用，但也存在调节过程不够精细，还不能做到真正意义上的无功就地、分层平衡，不能完全合理地控制电压波动等问题，不能在电网出现故障时自愈地恢复电压，而自愈是智能电网的重要特点和目标，因此，智能配电网AVC的研究势在必行，必需和智能电网的建设同步进行。

　　本文通过研究智能配电网的建设存在的问题，提出建设智能配电网AVC的理念，从智能配电网的关键技术着手，讨论研究智能配电网AVC的主要技术。

　　1　智能配电网
　　1.1　智能配电网是智能电网建设的重点
　　当前智能电网主要有四个方面的技术：高级输电运行(ATO)、高级配电运行(ADO)、高级计量体系(AMI)和高级资产管理(AAM)，除第一项外，后三者都是针对配电网而言[4]。因此，智能电网与传统电网的区别在配电网上表现的更为明显。

　　智能配电网建设的重要性[5]可概括如下：

　　配电网直接面向用户，是控制和保证供电质量的关键环节;

　　目前配电网的自动化、智能化程度远远低于输电网;

　　目前用户的停电事故95%以上是由配电系统引起的;

　　电网超过一半的损耗发生在配电网，造成电能质量降低的主要因素发生在配电网;

　  分布式电源接入的影响主要在配电网;

　　与用户互动、进行需求侧管理的着眼点在配电网。

　　1.2　目前配电网存在的问题
　　1、由于配电网设备繁多、网络结构复杂、操作频率和故障频率都很高、低压配电网是三相不平衡网络、直接面向的用户改动多等诸多原因，配电网新技术(如配电网SCADA系统)应用发展成熟速度较慢，缺乏分布式电源和大规模可再生能源电源的相关应用技术。

　　2、多数配电网络比较薄弱，配置落后，自动化水平低，需要进行网络拓扑结构的改造;发生故障频率高，线损率高，供电可靠率低，电压骤降损失大[6]。

　　3、运行成本高，效率低，污染大， 、 等气体排放严重。

　　4、调度方面：资源配置不够优化;综合决策支持程度不高;实时监控与预警系统的在线分析实用性和调度计划的全局安全经济协调性不高;缺乏统一的调度系统建设规范标准[7,8]。

　　5、电力市场方面：政府监管、政策指导乏力，电价结构与电价形成机制过时，输、配电价明细有待改进。

　　1.3　目前配电网电压控制方面存在的问题
　　电压作为电能质量的重要指标之一，当前我国配电网电压控制和无功优化方面存在的主要问题有：

　　1、无功补偿分布不合理
　　长期以来的一些做法：使用传统的调相调压法规划电网无功补偿容量，长期执行“功率因数调整电费办法”，采用各种不同电压等级的变电所无功补偿装置设计技术规定，这造成了当前电网无功补偿布局不合理的现状：配电网侧电容器补偿容量较少，没有做到无功补偿就地平衡，无功只是从高压侧向低压侧流动，从电源侧向负荷侧流动，造成电网损耗大，电压降落大。

　　2、电压控制结构不合理
　　自动电压控制系统由安装在变电站的VQC无功/电压自控装置到地区电网无功电压集中控制系统，再到现在的无功电压分布式控制系统，保证了电网电压质量、安全稳定运行、降低网损及降低运行人员工作强度。但是，自动电压控制系统目前仅在输电侧发挥功效，配电侧无功电压自动控制研究还相对较少，不足以满足人们对电网高效、优化运行的追求，不能满足智能配电网的技术要求。

　　3、电压控制区域不合理
　　AVC的变压器分接头动作、电容(抗)器的无功调节无法做到均匀调节，相邻两级电网之间的无功电压控制不和谐，因此无法建立全网统一的电压标准，只能以本地测量电压为依据，分散量测误差使得优化结果受到一定影响。

　　4、优化目标协调不合理
　　降损与电压质量目标不统一，无功调控顾此失彼。电网从发电到用电是一个有机的整体，只有做到各个环节相互协调、信息互动，才能从现代电网向智能电网进行转变。随着电网的发展，如何保证各种分布式电源的安全，可靠的接入电网，在传统电压控制中没有体现。

　　5、无功优化结果不理想
　　传统AVC系统一方面存在网损和电压控制顾此失彼的情况;另一方面只实现了静态无功优化，还没有做到真正意义上的动态无功优化;模型未计及谐波电压，而随着非线性元件的广泛使用，谐波的危害愈加剧烈[12];当电网出现问题时尚不具备自愈的能力。

　　1.4　智能配电网的特征
　　相比较传统配电网，智能配电网的主要特征[9]可概括如下：

　　1、自愈
　　具有自愈功能，减少停电事故，实现敏感设备的不间断持续供电，抑制电压骤降，抵御攻击、有效提高配电网防灾能力，满足特定需求，可以为用户提供“定制电力”，提高服务水平，实现电压、无功的优化控制，达到保证电网供电可靠、优质的目的。

　　2、分布式电源接入和退出
　　实现包括风力发电机、太阳能发电机、生物质发电机等分布式电源的即插即用，做到分布式电源安全平稳投入和退出。

　　3、电网运行更经济
　　合理控制潮流，提高系统容载比，充分利用系统容量;减少不必要投资，降低运行成本，减少设备折旧。

　　4、支持需求侧管理
　　通过完善相关技术和管理制度，提高综合决策能力，支持分段、实时电价，更好的削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点;支持用户自备分布式发电、储能装置并网;支持电动车的接入并选择低电价时段充电、高电价时段向电网卖电。

　　5、加速互动化，可视化管理
　　利用配网广域测控技术，实时采集电网及其设备运行数据，提供潮流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位置、停电范围等实时信息，解决电网“盲管”问题。

　　6、设备管理、生产管理的自动化、信息化
　　高级配电自动化(ADA)包含系统的监视与控制、与用户的交互[4]，通过高级配电自动化技术实现智能配电网管理的自动化;大力发展信息平台，通过建立可靠、经济、实用的通信方式等手段来实现智能配电网的管理的信息化。

　　2　智能配电网AVC的目标
　　传统AVC是为了保证电压质量、涉及静态电压调节、平衡无功功率和电压之间的关系、减少变压器及电容(抗)补偿器等设备的动作次数从而降低工作人员劳动强度及提高电网运行的安全水平，在此基础上并结合智能配电网的特征，智能配电网AVC的目标概括如下：

　　1、兼容传统AVC;

　　2、自适应;
　　不受任何通道或电网故障等影响，分布式计算得到的结果适应于任何变化的运行方式需要的功能[10]。

　　3、自愈;
　　智能配电网AVC依靠建立在就地计算补偿构成的闭环控制系统进行自愈，该系统首先能够进行电压的自动优化调整，其次在配网电压出现异常和故障时能自行诊断、隔离和最终恢复，达到减少电压崩溃，最终达到避免目前大量存在的因电压问题导致的停电的目的;再者，智能配网AVC应该能够有效抵御攻击，帮助电网提高防灾能力。

　　4、动态电压调节，动态无功优化;

　　5、优化模型考虑谐波电压;

　　6、无功就地补偿，形成经济压差无功补偿布局;

　　7、考虑分布式电源的投切，保证电能质量;

　　8、进一步减少工作人员劳动强度和设备折旧，保障人员和设备安全;

　　9、资源和设备的高效使用;

　　10、和用户友好互动，提高社会用电效率。

　  3　智能配电网AVC的主要技术
　　要实现以上目标，智能配电网的AVC需要以下技术的辅助和使用：

　　自愈关键技术[4]
　　自愈是智能配电网区别于传统配电网的重要特征，同时也是智能配电网AVC的关键目标，文献[4]中提出的智能配网自愈技术可以为智能配网AVC借鉴使用的关键技术有:馈线自动化技术、配网闭环运行故障隔离技术等。

　　1)馈线自动化技术[13]
　　目前的馈线自动化技术依赖主站远方遥控采集与监控数据，实施无功补偿调压，故障定位、隔离及自动恢复供电，可将自愈的速度提高至“几秒级”。

　　2)配网闭环运行故障隔离技术
　　配网AVC闭环运行且分段开关采用断路器，并配备差动保护，则可在线路出现故障时快速(200ms内)切除故障，而使非故障线路的供电基本不受影响。

　　先进的通讯和数据处理技术
　　智能配电网是一个高度开放的网络系统，需要通过建立先进的通讯系统来实现系统每一部分都能双向通讯。

　　AVC系统应当对SCADA等平台一体化设计，实现数据的无缝连接。而目前配电SCADA系统由于起步晚、配电网设备多、用户多、改动多、故障频率高等原因尚不完善。配电SCADA系统作为配电网自动化的基础，需要加快研究和开发进度。

　　传统AVC数据容量较小，随着智能配网建设的深入，必然要求智能配电网AVC考虑和存储海量数据[11]。利用数据全息无损压缩技术压缩这些海量数据，快速回放数据，同时节约硬盘空间，大大提高系统整体速度;先进的分布式数据库技术能够充分利用硬件配置，实现高性能的数据计算;此外智能配电网AVC自身携带的某些工具软件，高度集成接口、趋势、报表、计算、通知、报警、冗余等服务在数据库内，使得AVC系统更简洁高效。不仅如此，系统还应做到：将异常数据自动推送出来，使得用户可以将更多的精力放在应用的易用性和实用性上，提高自动化水平;借助海量数据的迅捷吞吐和长时间的数据在线存储，完整、精确和无损的再现任何一个时间段的故障回放，同时支持任意关联点的多线程、多相关性“切片类”回放;将可视化组态工具嵌入数据库，与数据捆绑，方式更加灵活，历史状态回放更加方便;服务器不对请求的压缩数据解压，避免系统速度变慢;数据在压缩状态下传输，极大减少对网络带宽的占用;在客户端解压压缩数据，充分有效利用网络中计算资源系统可容纳更多用户同时访问，加快互动化。

　　灵活的网络拓扑[1]
　　灵活的可重构的配电网络拓扑需具备如下功能：便于配电网自动化水平的提高;系统在经历电压崩溃等故障时，把故障影响范围局限在最小范围，并可迅速通过AVC等系统下发指令恢复对其他部分的供电。

　　无功潮流及无功功率的预报
　　随着我国智能配电网建设的迅速深入开展，配电网的运行方式将会有较大变化。各控制区域间相互影响，传统AVC对这些影响的分析不够精细，为避免各相邻子区域间相互影响，在控制目标中加入联络线无功潮流的控制手段，进行无功潮流的计算。此外，依据配电网中的历史数据结合当前系统无功的状态，预计未来一段时间内配电网无功功率的变化趋势，准确的无功预报可以经济合理的安排变压器档位、电容(抗)补偿器等设备的动作和投切容量，保持配电网运行的安全稳定性，减少不必要的无功备用容量，有效提高经济效益和社会效益。

　　计及谐波电压
　　随着配电网中非线性元件的大量使用，谐波污染愈加严重，严重影响电网安全经济运行，在无功优化模型中考虑谐波电压的影响能减少谐波污染，有效提高电能质量。

　　动态无功优化
　　智能配网AVC不仅要取得计算模型效率和全局最优间的协调，还应处理好电压波动带来的影响。当前静态无功优化利用当前时刻的优化结果指导下个时刻的设备动作不能满足电网的动态特性，动态无功优化的结果将更科学，更精确。

　　先进的系统监控方法
　　智能配电网AVC需要实时监视和分析系统目前状态[3]：既包括识别故障早期征兆的预测，也包括对已经发生的扰动做出响应，需要在系统中安放大量的监视传感器并把它们连接到通讯网络。状态监测是AVC系统能够实现资源重组、优化的重要保障。

　　互动化技术
　　实时的科学可视化技术不仅能展现配电网无功有关的数据，关键是能深入挖掘运行数据的含义，将高级应用分析出来的结果加以提炼，并进行重点展示，便于用户提取确切相关的信息。智能配电网AVC系统在人机交互界面[2]应该能够精细显示实时工况和事项，并能根据用户要求自己选择显示工况和事项、事件回放、更新速度等信息。

　　4　结束语
　　智能配电网的建设正在有条不紊地进行，传统配电网的AVC系统已不能解决智能配电网电压控制和无功优化的新问题，经济和技术的发展迫切需要新型智能配电网AVC的出现。本文分析了当前配电网电压控制和无功优化方面的不足，提出智能配电网的AVC的研究理念和技术。当前传统AVC广泛应用在各省、地、县，效益明显，我们应该大力加强对智能配电网AVC的研究和发展。