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【摘要】配电网的设计会直接影响到供电企业的供电质量和利润水平，文章针对10kV配电网无功优化自动化控制系统的设计的基本原理和优化途径做了一些浅要的探讨。
【关键词】10kV配电网；无功优化自动化；控制系统
【分类号】：TG333.2
1、 概述
配电网的无功优化能够使供电质量得到有效提高，并且可以降低线损和碳排放量，可以有效提高供电企业的经济效益。为实现合理的动态补偿效果，当前国内已经普遍采用了变暗电站调度自动化系统，及SCADA系统，利用该系统中的补偿电容器实际运行电压和和有限的线路运行的相关参数来实现对电容器自动投切的控制以达到动态补偿的效果。
2、 控制模式和控制功能
2.1控制模式
自动化控制模式主要分为就地控制模式和远程控制模式，主要和电网中的开关设备的相关功能有关。就地控制是指当开关设备是重合分段器、分段器以及重合器时，其分、合闸的控制主要由相关设备已经被设定好的功能进行控制；远程控制的开关设备是由远程通讯设备和电动负荷开关组成，其分、合闸通过远程控制来实现，又包括分散式和集中式两种控制方式，分散式是由FTU直接向电网中的可控设备发送信息，可控设备根据这些信息进行综合性的分析和判断后对电网的开关设备进行控制，而集中式是指通过SCADA系统向FTU获取信息再进行集中分析和判断从而进行控制，也可称为主从式控制方式。
2.2控制功能
首先可以实现电网状态的监控功能。可以监控的内容有电网的电流、电压、功率、无功功率和有功功率以及电能等相关的参数。可以实时了解电网的运作状态，对10kV输电线路的联络开关以及分段开关设备进行监控和遥控。通过对电网运行状态的监控可以实现对电网的远动功能。另外可以对电网进行故障的定位和隔离故障区，转供荷载、恢复供电状态以及重构网络，并且这些过程通常是自动完成的。
3、 无功优化自动控制系统框架
调度中心上位机中无功优化自动化控制系统的对补偿器进行远程协调综合性控制，是该系统的核心功能。每条输电线路上一般运行着不止一台补偿装置，且通常是互相独立、没有信息交换功能，因此控制系统要根据每条馈电线路的实际运行情况进行补偿装置的运行协调工作。另外为了实现SCADA系统与其他系统的交互功能，一般都要通过网络来共享电网的相关运行参数，无功优化自动化控制系统可以通过网络来得到任意输电线路的首端参数并综合补偿装置的运行状态对补偿装置进行综合控制。其系统框架可用右图来说明。
对于10kV配电网络，其结构变化比较多，其输电线路上的补偿装置需要根据配电网络的变动对位置、个数和容量等作出及时、合理的调整，这也说明了无功优化自动控制系统应为可配置的、可根据变化进行灵活的状态调整的系统。可以将配电网络的拓扑结构、控制装置、电容器以及开关的投切状态等相关信息存储于专门的数据库中，控制系统通过读取数据库中的信息就可以建立起控制逻辑，在系统运行时，又可以将补偿装置返回的电容器投切状态信息记录进数据库，客户端可以随时调用数据库中的数据，了解配电网络的无功补偿状态和容量，以监视控制系统的运行。
4、 补偿器的投切控制
无功优化自动化控制系统通过和SCADA之间相互联系以获得相关补偿输电线路的首端参数，包括有功功率，记为P，无功功率，记为Q，然后计算功率因数，记为K。通过与各输电线路的相关参数的检测和对比发现参数不同的量，然后由上位机中的控制系统对该线路的补偿装置进行投入或者切除控制的操作。
4.1投入控制
如果Q大于零，则要投入电容器对无功进行补偿。同时还需要判断K的取值，其比输电线路既定的补偿下限低的时候还要根据电容器容量C与Q的关系合理选取当前线路中的容器投入运行。C不大于Q并且与Q值比较接近的时候就近选择未投入运行的电容器，如果有电容器容量相同，则应当选择比较接近线路尾端的电容器。
另外基于电容器和输电线路的拓扑关系，把当前输电线路中的电容器根据容量大小进行递减排列，如果容量一样就对位置编号进行递减排列，接着从表头依次查找，将找到的第一个符合C不大于Q的电容器投入使用。然后由上位机的控制系统根据控制器和电容器的逻辑关系发送投入控制信息给远程控制装置。因为C≤Q，所以电容器投入使用后输电线路可能依然存在无功欠补，控制系统会在下个周期再次检测出该状态并选取合适的电容器投入使用，如此通过很多周期的不断检测以及控制，输电线路上的无功将处于最优化状态。
4.2切除控制
如果Q小于零，则输电线路处于无功过补偿状态，已经出现无功倒送，应当适当切除已投入运行的电容器。应当在已投入使用的电容器中选择C≥Q并且最接近Q值的电容器进行切除。
相反的，将把当前输电线路中的电容器根据容量大小进行递增排列，如果容量一样就对位置编号进行递增排列，接着从表头依次查找，将找到的第一个符合C不小于Q的电容器切除使用。如果C>Q导致切除电容器后出现电路无功欠补偿的情况，则会在接下来的检测周期中进行检测和无功补偿操作。另外，如果列表中的电容器都不符合C≥Q的条件，则选择C值最大的电容器进行切除运行，切除后依然处于过补状态则会在接下来的检测周期中进行检测和选择新的电容器来切除的操作，经过多个周期的操作使输电线路处于非过补状态。
4.3投切控制运作方式
给控制器设定电压整定上下限值，其差值为正定窗口，通过控制器对现场电压进行检测，现场电压比整定窗口上限值高的时候则进行切除控制，这时由上位机发来切除命令，将整定窗口向下平移以使上限值比现场电压低，将电容器切除；低于整定窗口下限时则进行投入控制操作，由上位机发来投入命令，整定窗口向上平移，使得整定下限比现场电压值低，电容器投入使用。如此经过反复循环使得整定窗口的位置保持在比较合适的状态。另外控制器和上位机的连接信息通过GPS传递，如果传递信号超过三次没有接收到则判定为通信系统故障，此时控制装置自动转化为独立工作模式，此时依赖整定窗口的最终形态对电容器的投切进行独立控制，当通信恢复正常时再重新进入受控模式。
5、 控制系统的拓展
配电网的分布范围广、数据流通量大，对这些数据进行集中处理和控制对于控制系统主机的负荷太大，对于中央处理系统的软硬件配置、系统的维护等都提出非常高的要求。随着当前计算机网络技术的高速发展，在处理多服务器访问问题和数据远程传输和读取方面的技术都比较成熟，有效提高了配电网络的应用能力，实现按照供电小区对配电网络的数据进行分散式存放，减轻中央处理系统的压力。
结束语
在信息化技术高速发展的时代，电力调度系统的改革和优化不断进行，通过对10kV无功优化自动化控制系统的优化设计仍然在进一步地发展，随着分布网络的建成和技术的成熟，电力传输的质量和能源损耗都会得到更好的控制。
参考文献：
[1]李乐乐.基于ARM的10kV配电网控制与保护技术研究[D].华北电力大学（保定）， 2008.
[2]蔡捷恭.浅议10KV配电网控制系统[J].商情，2009，（18）：116-117.
【关键词】10kV配电网；无功优化自动化；控制系统
【分类号】：TG333.2
1、 概述
配电网的无功优化能够使供电质量得到有效提高，并且可以降低线损和碳排放量，可以有效提高供电企业的经济效益。为实现合理的动态补偿效果，当前国内已经普遍采用了变暗电站调度自动化系统，及SCADA系统，利用该系统中的补偿电容器实际运行电压和和有限的线路运行的相关参数来实现对电容器自动投切的控制以达到动态补偿的效果。
2、 控制模式和控制功能
2.1控制模式
自动化控制模式主要分为就地控制模式和远程控制模式，主要和电网中的开关设备的相关功能有关。就地控制是指当开关设备是重合分段器、分段器以及重合器时，其分、合闸的控制主要由相关设备已经被设定好的功能进行控制；远程控制的开关设备是由远程通讯设备和电动负荷开关组成，其分、合闸通过远程控制来实现，又包括分散式和集中式两种控制方式，分散式是由FTU直接向电网中的可控设备发送信息，可控设备根据这些信息进行综合性的分析和判断后对电网的开关设备进行控制，而集中式是指通过SCADA系统向FTU获取信息再进行集中分析和判断从而进行控制，也可称为主从式控制方式。
2.2控制功能
首先可以实现电网状态的监控功能。可以监控的内容有电网的电流、电压、功率、无功功率和有功功率以及电能等相关的参数。可以实时了解电网的运作状态，对10kV输电线路的联络开关以及分段开关设备进行监控和遥控。通过对电网运行状态的监控可以实现对电网的远动功能。另外可以对电网进行故障的定位和隔离故障区，转供荷载、恢复供电状态以及重构网络，并且这些过程通常是自动完成的。
3、 无功优化自动控制系统框架
调度中心上位机中无功优化自动化控制系统的对补偿器进行远程协调综合性控制，是该系统的核心功能。每条输电线路上一般运行着不止一台补偿装置，且通常是互相独立、没有信息交换功能，因此控制系统要根据每条馈电线路的实际运行情况进行补偿装置的运行协调工作。另外为了实现SCADA系统与其他系统的交互功能，一般都要通过网络来共享电网的相关运行参数，无功优化自动化控制系统可以通过网络来得到任意输电线路的首端参数并综合补偿装置的运行状态对补偿装置进行综合控制。其系统框架可用右图来说明。
对于10kV配电网络，其结构变化比较多，其输电线路上的补偿装置需要根据配电网络的变动对位置、个数和容量等作出及时、合理的调整，这也说明了无功优化自动控制系统应为可配置的、可根据变化进行灵活的状态调整的系统。可以将配电网络的拓扑结构、控制装置、电容器以及开关的投切状态等相关信息存储于专门的数据库中，控制系统通过读取数据库中的信息就可以建立起控制逻辑，在系统运行时，又可以将补偿装置返回的电容器投切状态信息记录进数据库，客户端可以随时调用数据库中的数据，了解配电网络的无功补偿状态和容量，以监视控制系统的运行。
4、 补偿器的投切控制
无功优化自动化控制系统通过和SCADA之间相互联系以获得相关补偿输电线路的首端参数，包括有功功率，记为P，无功功率，记为Q，然后计算功率因数，记为K。通过与各输电线路的相关参数的检测和对比发现参数不同的量，然后由上位机中的控制系统对该线路的补偿装置进行投入或者切除控制的操作。
4.1投入控制
如果Q大于零，则要投入电容器对无功进行补偿。同时还需要判断K的取值，其比输电线路既定的补偿下限低的时候还要根据电容器容量C与Q的关系合理选取当前线路中的容器投入运行。C不大于Q并且与Q值比较接近的时候就近选择未投入运行的电容器，如果有电容器容量相同，则应当选择比较接近线路尾端的电容器。
另外基于电容器和输电线路的拓扑关系，把当前输电线路中的电容器根据容量大小进行递减排列，如果容量一样就对位置编号进行递减排列，接着从表头依次查找，将找到的第一个符合C不大于Q的电容器投入使用。然后由上位机的控制系统根据控制器和电容器的逻辑关系发送投入控制信息给远程控制装置。因为C≤Q，所以电容器投入使用后输电线路可能依然存在无功欠补，控制系统会在下个周期再次检测出该状态并选取合适的电容器投入使用，如此通过很多周期的不断检测以及控制，输电线路上的无功将处于最优化状态。
4.2切除控制
如果Q小于零，则输电线路处于无功过补偿状态，已经出现无功倒送，应当适当切除已投入运行的电容器。应当在已投入使用的电容器中选择C≥Q并且最接近Q值的电容器进行切除。
相反的，将把当前输电线路中的电容器根据容量大小进行递增排列，如果容量一样就对位置编号进行递增排列，接着从表头依次查找，将找到的第一个符合C不小于Q的电容器切除使用。如果C>Q导致切除电容器后出现电路无功欠补偿的情况，则会在接下来的检测周期中进行检测和无功补偿操作。另外，如果列表中的电容器都不符合C≥Q的条件，则选择C值最大的电容器进行切除运行，切除后依然处于过补状态则会在接下来的检测周期中进行检测和选择新的电容器来切除的操作，经过多个周期的操作使输电线路处于非过补状态。
4.3投切控制运作方式
给控制器设定电压整定上下限值，其差值为正定窗口，通过控制器对现场电压进行检测，现场电压比整定窗口上限值高的时候则进行切除控制，这时由上位机发来切除命令，将整定窗口向下平移以使上限值比现场电压低，将电容器切除；低于整定窗口下限时则进行投入控制操作，由上位机发来投入命令，整定窗口向上平移，使得整定下限比现场电压值低，电容器投入使用。如此经过反复循环使得整定窗口的位置保持在比较合适的状态。另外控制器和上位机的连接信息通过GPS传递，如果传递信号超过三次没有接收到则判定为通信系统故障，此时控制装置自动转化为独立工作模式，此时依赖整定窗口的最终形态对电容器的投切进行独立控制，当通信恢复正常时再重新进入受控模式。
5、 控制系统的拓展
配电网的分布范围广、数据流通量大，对这些数据进行集中处理和控制对于控制系统主机的负荷太大，对于中央处理系统的软硬件配置、系统的维护等都提出非常高的要求。随着当前计算机网络技术的高速发展，在处理多服务器访问问题和数据远程传输和读取方面的技术都比较成熟，有效提高了配电网络的应用能力，实现按照供电小区对配电网络的数据进行分散式存放，减轻中央处理系统的压力。
结束语
在信息化技术高速发展的时代，电力调度系统的改革和优化不断进行，通过对10kV无功优化自动化控制系统的优化设计仍然在进一步地发展，随着分布网络的建成和技术的成熟，电力传输的质量和能源损耗都会得到更好的控制。
参考文献：
[1]李乐乐.基于ARM的10kV配电网控制与保护技术研究[D].华北电力大学（保定）， 2008.
[2]蔡捷恭.浅议10KV配电网控制系统[J].商情，2009，（18）：116-117.