・配网技术与系统・ 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 智能配电台区控制器的研究与设计 张小伟， 孙金国， 杜路路， 孙彦彪， 王韬尉， 朱国栋 （许继电气股份有限公司，河南许昌４６１０００） 摘要：进行了中低压无功补偿优化方案及新型智能配电台区控制器硬件及软件 系统研究与设计。对项目中涉及的关键技术进行详细阐述，并通过公司节能改造项目 验证了系统节能降损、提升电能质量的效果。 关键词：配电台区；无功优化；监控系统；节能降损；节电量算法 张小伟（１９８４一）， 中图分类号：ＴＭ ５７１ 文献标志码：Ａ文章编号：２０９５—８１８８（２０１７）０５－００２９－０８ 男，工程师，主要从 ＤｏＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５—８１８８．２０１７．０５．００７ 事电能质量治理产 品的技术设计与产 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 品开发工作。 Ａｒｅａ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｗｅｉ，ＳＵＮ Ｊｉｎｇｕｏ，ＤＵ Ｌｕｌｕ，ＳＵＮ Ｙａｎｂｉａｏ， ＷＡＮＧ Ｔａｏｗｅｉ，ＺＨＵ Ｇｕｏｄｏｎｇ （ｘｊ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｃｈａｎｇ ４６１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ’Ｓ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｒｅ ｖｅｒｉｉｆｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅａ；ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ０ 引 言 要的现实意义 。 本文对智能配电台区补偿方案及控制器硬件 中低压配电网，特别是农网属于电网末端，覆 盖区域广，配电线路和负荷复杂密集。随着其用 及软件系统进行了详细的研究与设计，并对项目 电负荷的发展及负荷性质的变化，配电网中无功、 中涉及的关键技术，如交流采样用到的全周波傅 谐波及功率因数等电能质量问题越来越严重¨Ｊ， 里叶交算法 、节电量算法、ＧＰＲＳ通信 等技 术进行了详细的阐述。 无功传送引起的网损比重增大，功率因数越趋低 劣。电力市场化逐步展开，新能源并网强势发展， １ 智能配变台区补偿方案 电能质量及损耗和经济效益将密切联系 。Ｊ。这 配电网改造中，首要目标是补偿无功，减少线 将直接关系到广大用户和用电企业的切身利益。 损，提高功率因数，调节电压平衡，稳定电压，改善 面对农网负荷增长快而配电网建设投资滞后，农 供电质量。智能配电台区是安装于配电变压器出 网亟需进行调压与降损的升级改造，以改善功率 线侧，属于末端集中补偿。配电线路中智能配变 因数，减少线损，稳定供电电压，提升供电质量。 台区补偿示意图如图１所示。图１中，补偿１为 配电网在节能降损方面有很大的挖掘潜力。因此 变电站集中补偿，补偿２为中压线路补偿，补偿３ 进行配电网节能降损优化控制器的研究与设计， 为智能配变台区，补偿４为就地补偿。 并大力推进节能措施，对配电网经济运行具有重 在中低压配电网中一般利用并联电容器组进 孙金国（１９８２一），男，工程师，主要从事电能质量治理产品的技术设计与产品开发工作。 杜路路（１９８７一），女，工程师，主要从事电机节能、高压无功及谐波补偿成套设备、低压无功补偿成套设备工作。 一２９— 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 圉 卡 变电站３５／１ｏｋＶ ３８０ ｖ ３８ｏｖ 配电 配电 配电 配电 ３８０ Ｖ ３８Ｏ Ｖ 卒麓 ，园 图１ 酉 电线路中智能 变台区补偿不意图 行无功补偿 Ｊ，配合新型智能控制器进行综合控 制，达到无功补偿、平衡有功、提高功率因数、改善 供电质量、节能降损的目的。智能配变台区控制 器主要负责实时监测线路的各种运行参数，采集 系统三相电压、电流，计算系统功率、功率因数、频 率、谐波等数据，并对不平衡度、节电量等进行统 计。控制器根据相关控制策略，控制电容器投切 操作。投切操作采用复合开关形式，可实现电容 器过零点无涌流投切，减少因涌流问题造成对其 他电气设备的冲击，延长电容器使用寿命。同时 配置了过流、无流、过压、欠压、缺相、断相等对系 统及电容器进行保护 ｊ。 ２ 控制器系统硬件设计 智能配电台区控制器采用成熟的ＡＲＭ Ｃｏｄｅｘ．Ｍ３系列３２位微控制器ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６ 进行低压配变无功补偿控制器系统 ，１０－１１１的设 计。该芯片具备５１２ ＫＢ片内Ｆｌａｓｈ，６４ ＫＢ片内 ＲＡＭ，高达７２ ＭＨｚ的频率保证系统运行速度，３ 路共１６通道的１２位高精度ＡＤ采样输入，外配 ＰＴ、ＣＴ采样电路进行实时采样。 对硬件外围电路功能按模块化结构进行设 计，主要包括：电源模块，交流采样模块，开入开出 模块，通信ＲＳ一２３２、ＲＳ一４８５、ＧＰＲＳ模块，存储模 块，直流量模块以及人机交互模块等。控制器硬 件模块组成如图２所示。 控制器主要模块及其功能如下： （１）电源模块。由交流２２０ Ｖ经电源模块整 流变压，为系统及外围模块提供１２ Ｖ及５ Ｖ供 电，其中５ Ｖ直流电压经过电源芯片ＳＰＸ１１１７变 换到３．３ Ｖ给核心ＣＰＵ供电。 （２）交流采样模块。电网电压、电流经 、 一 ０一 ・配网技术与系统・ 电 交 流 开 八 源 采 开 模 样 出 块 模 模 块 块 智能配电台区控制系统 人 直 存 通 机 流 储 信 交 量 模 模 互 模 块 块 模 块 块 图２智能配电台区控制器硬件模块图 ＣＴ变换及分压稳压电路调理后输入给ＣＰＵ进行 ＡＤ采样，供控制系统进行电气量及统计量的计 算及保护使用。 （３）开入开出模块。由主控芯片发出控制信 号经光隔发送至复合开关进行电容器的投切操 作，并由复合开关将执行结果经开入电路反馈给 主控芯片。为保护ＣＰＵ及系统安全，将开出信号 通过光隔输出。 （４）通信模块。系统配置有ＲＳ一２３２、ＲＳ一 ４８５及ＧＰＲＳ无线通信模块用于本地调试、站控 层监测及远程后台监控及调度。其中ＲＳ一２３２ 用于技术人员调试及程序升级；ＲＳ一４８５接口提 供Ｍｏｄｂｕｓ通信，用于站控层监控；ＧＰＲＳ用于远 程后台无线通信，方便对各地区智能配电台区的 集中监控及调度。 （５）存储模块。ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片仅提供 ５１２ ＫＢ的内部Ｆｌａｓｈ，供系统程序及运行使用，系统 另外配置了１６ ＭＢ的Ａｔｍｅｌ串行接口闪存芯片 ＡＴ４５ＤＢ１６１ Ｄ，用于存储系统参数及运行统计数据。 （６）直流量模块。主要用于４～２０ ｍＡ直流 模拟量测量，用于温湿度等传感器信号采集。 （７）人机交互模块。主要包括液晶、按键及 ＬＥＤ信号灯部分，其中液晶部分使用串行接口开 模数显液晶屏，具有很强的抗干扰性。 ３ 控制器系统软件设计及相关关键 技术 智能配电台区控制器软件系统采用成熟稳定 的嵌入式实时操作系统ＵＣ／ＯＳ—ＩＩ 作为核心。 ・配网技术与系统・ 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 依据系统需要实现的功能进行任务划分、定时器 表１智能配电台区控制器软件系统定时器及中断设计 及中断规划、通信系统设计等。软件系统任务的 建立流程如图３所示。系统中各任务的具体执行 顺序由ＵＣ／ＯＳ．ＩＩ操作系统按照时间片、优先级及 系统当时的状态决定并进行实时调度。 图３控制器软件系统任务建立流程 ３．１定时器及中断设计 ＡＲＭ芯片ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６具有丰富的定时 器及中断资源。该芯片具备２个高级定时器、 ４个普通定时器、２个基本定时器及１个嘀嗒定时 器，支持的中断共８４个（１６个内部＋６８个外 部），还有１６级可编程的中断优先级设置。丰富 的定时器及中断功能保证了系统开发的实时眭及 灵活性，也为软件系统的正常稳定运行提供有力 的保障。规划好软件系统的定时器及中断功能， 对系统稳定及高效运行至关重要。智能配电台区 控制器软件系统定时器及中断设计如表１所示。 ３．２任务规划 智能配电台区控制器软件控制核心采用嵌入 式实时操作系统ＵＣ／ＯＳ．ＩＩ，而ＵＣ／ＯＳ．Ⅱ中的系 统功能是以任务的形式进行组织的，因此，需要基 于该操作系统对系统功能进行任务划分，以便控 制器各软件模块有序高效地运行。智能配电台区 控制器软件系统的任务规划如下： （１）主任务。主要功能包括创建其他任务、 运行灯控制、开入开出处理、电气量计算、参数自 检、保护、ＶＱＣ电压无功控制、运行数据统计等。 序号 定时器用途 主要任务 定时要求 熟懈｛￣ｕｃ蝴／ｏｓ－Ｈ ｕｃ／ｏｓ－Ｉ嘴Ｌ￣｛的ｔ设 定…时器ｚ采…样定…时器 及存储 ～魏 ～善西 ’ 定时器３定时器 毫秒定时器入采样消拌处理 毫秒定时器入按键处理程序 篥 纂筹 、刀 ，设置中断周期１ 。 … 模 定 …釜 软件 系统软时钟 为任务延时、 由定时器３提 定时器初始化 定时等提供基准供精度为１ ｍｓ 注：定时器定时周期计算公式：（１＋时钟预分频）／７２ Ｍ Ｘ（时 钟重载周期＋１）ｓ （２）显示任务。主要进行电参量及统计数据 显示、告警信息显示、按键操作、通信及保护等定 值修改操作。 （３）通信任务。主要有近距离串口及 Ｍｏｄｂｕｓ通信，远距离ＧＰＲＳ无线通信等。 （４）存储任务。主要功能包括参数定值、统 计量、报告等系统运行相关数据的存储，方便 查询。 ３．３傅里叶算法 电力系统中需实时监测正常及故障时电压及 电流信号，包括直流、基波、高次谐波分量等。综 合考虑选择全周波傅里叶算法。其基本思路来自 傅里叶级数，本身具有滤波作用，是利用正弦、余 弦函数的正交函数性质来提取信号中某一频率的 分量。电网实时电气量的计算放在系统主任务中 进行，相关计算流程如图４所示。 对电气量进行全波傅里叶计算时，首先将傅 氏级数与继电保护信号进行积分变换，求出保护 所需基频分量或倍频分量实部、虚部，进而求出其 幅值和相位。电气量计算包括４—２０ ｍＡ直流 量、交流电压、电流的直流分量、１—５次谐波分 量，然后计算三相相电压、线电压有效值，电流有 效值，有功、无功，视在功率，功率因数，有功无功 电度量，软件测频，各相相位，零序电压，零序电 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 冈４电气量的计算流程 流，电压及电流不平衡度，节电量，ＣＰＵ温度。各 次谐波含量和总的谐波畸变率等。并对计算结果 进行二次系数调整、通道补偿、相位补偿、谐波 补偿。 全波傅里叶算法具有很强的滤波能力，能将 基波及各次谐波分开，能完全滤掉各整次谐波和 纯直流分量，对高频分量和按指数衰减的非周期 分量所包含的低频分量也有一定的抑制作用。适 用于各种周期量采集计算，但是其响应速度一般， 需要一个周波的数据窗长度，所以在采样点数Ⅳ 增大时，计算量急剧增加，不能适合快速采集的要 求，因此比较适用于电量计算时的数据采集，或者 是其他实时性要求不强但精度高的场合。对于中 低压配电网，其负荷变化并不是很剧烈，采用全波 傅里叶对电气量进行精确采集与计算能够满足电 网系统安全运行的要求。 ３．４监控及通信系统设计 智能配电台区控制器核心ＣＰＵＳＴＭ３２Ｆ１０３ ＺＥＴ６具有多达５个ＵＳＡＲＴ和３个ＳＰＩ通信接 口。按照系统需求为其配备本地串口、Ｍｏｄｂｕｓ通 信及远程ＧＰＲＳ通信功能。依据系统功能进行通 信接口规划如表２所示。 ３．４．１ Ｍｏｄｂｕｓ通信模块 控制器装置实现了Ｍｏｄｂｕｓ ＲＴＵ版本，采用串 行接收，中断发送模式，可同时连接３２个装置，实现 一３２一 ・配网技术与系统・ 表２控制器通信接口规划 通信接口 串口功能 说明 串１：３ １ １０３通信 用于站内通信、凋试及程序 下载 由ＲＳ一４８５接口 甲“ ｒ１ 用于Ｍｏｄｂｕｓ，进行现场远距 Ｍ０ｄｂｕｓ通信 离有线通信 用于ＧＰＲＳ与后台网络通 信，实现系统远程监控与在线 升级 ｓＰＴ无线或Ｗｉｆｉ通 用于近场无线或Ｗｉｉｆ通信 …， 信（选配） 与抄表终端配合使用 双向半双工的通信。使用串口４，默认参数９ ６００， Ｅ，８，１，支持通信速率范围为１ ２００～３８ ４００ ｂｐｓ。 Ｍｏｄｂｕｓ数据接收与发送流程如图５所示。 ０ＭＭＴａ ｋ（ｖ。。 ＇ ＭＯＤＢＵＳＲｏｕｔｕｉｎｅ（＆ ＣｏｒｍＭｏｄｂｕｓ） Ｍｏｄｂｕｓ通信函数 设置串口数据发送完成标志 使能数据接收 Ｍ。ｄｂｕｓ组装并发送应答帧ｌ 图５ Ｍｏｄｂｕｓ通信流程 系统为要查询的状态量、测量信息、电度量、 谐波数据等进行内部寄存器地址映射（点表），主 站根据点表及Ｍｏｄｂｕｓ协议功能对装置进行查 询，装置作出响应，从而实现主站对装置的监控与 调度。 查询：查询中的功能代码为被寻址的从机设 备应执行的动作类型。数据字节中包含从机须执 行功能的各附加信息，如功能代码０４为查询从 机，读保持寄存器，并用寄存器的内容作响应。该 数据区含有告之从机读取寄存器的起始地址、数 量及错误校验。 响应：从机正常响应时，响应功能码是查询功 ・配网技术与系统・ 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 能码的应答。数据字节包含从机采集的数据，如 已投入相关相电容器（过流、无流切除所有电容 器组）。当电压恢复至设定的电压上、下限区间 时，过压、欠压保护返回。 寄存器值或状态。如出现错误，则修改功能码，指 明为错误响应，并在数据字节中含有一个代码，来 说明错误。 ３．４．２ ＧＰＲＳ通信模块 无功补偿模块：三相供电系统中，跨接在相线 与相线之间的电阻元件具有转移相问无功功率的 智能配电台区通过ＧＰＲＳ模块可以将分散在 各地区的配电台区实时监测的系统运行状态及统 作用，跨接在相线与相线之间的电容或电感元件 具有转移相间有功功率的作用。由于实际负载一 般为电感性，因此，通常可用电容来进行三相有功 计数据上送到后台电网能效管理平台，实现整个 配电网能效监控的集中化、可视化、智能化。实时 掌控各地区的供电情况，同时结合国家相关规定 和国网公司规范进行智能调节，实现电网节能降 损评估的及时化、精细化。 本控制器ＧＰＲＳ通信模块使用中兴ＭＥ３０００ 模块，使用串口５，默认参数１１５ ２００，Ｎ，８，１。 ＧＰＲＳ通信流程如图６所示。 ＣＯＭＭＴａｓｋ（ｖｏｉｄ） ＧＰＲＳＲｏｕｔｉｎｅ（＆ＣｏｍｍＧｐｒｓ） ＧＰＲＳ通信函数 ＧＰＲＳＲｅｃｖｆｒｐｓＦｒａｍｅ（ｐｃｏｍｍ） 接收ＧＰＲＳ数据帧 ＧＰＲＳＣ ｈｅｃｋＣｏｎｅｎｅｒｃｔＳｔａｔｅ（５） 每隔５ ｓ检查连接状态 ３０ ｍｉｎ无ＧＰＲｓ信号则重新 ｌ ｌ错误处理 复位ＧＰＲＳ模块 Ｉ—— 一 图６ ＧＰＲＳ通信流程 ３．５保护及电容器投切控制 保护模块：为保护系统及电容器的安全运行， 装置配置有过流、无流、过压、欠压、缺相、断相、谐 波超标保护，当触发相关保护时，装置发出告警信 息（点亮告警灯），根据所发生保护闭锁相关电容 器组的投切操作，并根据相应保护自动切除所有 平衡及无功补偿、提高功率因数。 本系统中电容器投切方式可设置为远程、自 动、手动模式。系统默认为自动模式。投切类型 可配置为：功率因数，无功缺额，功率因数＋无功 缺额，系统默认为功率因数方式。系统根据控制 方式及投切类型执行相间、分补、共补投切策略判 断，并根据判断结果执行投切出口给复合开关进 行电容的投切，还可进行电容器的运行数据统计。 控制器实时采集电压、电流参数进行分析与 计算，根据预先设置好的参数，采用先进的补偿算 法及智能化的电容器投切技术，选择最佳的电容 器组，控制其对应的复合开关，确保实现精确 投切。 根据需要，装置可实现相间电容器投切、单相 分补电容器投切、三相共补电容器投切。电容器 组容量相同或不相同，需要按照电容器容量大小、 投切次数、运行时间综合选择，逐个投切电容器。 投切逻辑如图７～图９所示。 投：选择最接近且小于补偿容量的电容器组， 如果有多组同容量电容器组满足条件，则比较动 作次数，投人动作次数最少的那一种。 切：选择最接近且大于切除容量的电容器组， 如果有多组同容量电容器组满足条件，则比较运 行时间，切除运行时间最长的电容器组。 图７～图９中参数说明：Ｑｐｈ Ｑ 也、Ｑｐｈｘ３指任 意的Ａ、Ｂ、Ｃ三相无功值；Ｑｐｈａ、Ｑｐｈｂ、Ｑｐｈｏ指对应的 Ａ、Ｂ、Ｃ三相无功值；ｃｏｓｐｈｘｌ、ｃｏｓｐｈｘ２、ｃｏｓｐｈｘ３指 任意的Ａ、Ｂ、Ｃ三相功率因数；ｃｏｓａ、ｃｏｓｂ、ＣＯＳＣ指 对应的Ａ、Ｂ、Ｃ三相功率因数；ｃｏｓｄｚ指功率因数 设置下限值；Ｑ指当前总的无功功率值；Ｕ 。为当 前不平衡值；Ｕｂ 为设置的不平衡定值；Ｐ 指 Ａ、Ｂ、Ｃ三相中的任意一相。 ３．６节电量计算 控制器系统实时获取线路电压、电流、功率等 一３３— 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） ・配网技术与系统・ 选择Ｂ相相关 电容器切除 选择Ｂ相相关 电容器投入 图７分补逻辑 ｌＩ 电容器投入 有Ｐ 相间 电容投入 ＆ ＆ 闭锁ｌ ≥１｛闭锁Ｐ 相间投 图８相问补偿逻辑 选择相关共补 电容器切除 选择相关共补 电容器投入 图９共补逻辑图 系统参数及电容器投切状态、投切时间，并通过 ＧＰＲＳ获得全网拓扑参数，根据无功补偿装置容 由式（１）、式（２）即得式（３）： 量（做差法）计算加装并联无功补偿装置后的节 电力△（△Ｐ）为 ａ（ａＥ）＝ ｌ／，［Ｑｃ（ （２ ｔａｎ６）Ｔ／３ ６００ Ｉ ／ 一 （３） ａ（ａｅ）： 三｛ Ｒ—Ｑ ｔ ｎａ×１０一ｓ： （Ｃ—ｔａｎ０）Ｑ ｘ １０。 （１） 式中：ｃ——无功经济当量，ｃ：／￣（２Ｑ ＋Ｑ ）； Ｑ——系统不补偿时的无功，通过系统无 功和电容器投入补偿容量折算， Ｑ＝Ｑ ＋Ｑ ： 将节电力乘以时间即得节电量为 △（ＡＥ）＝∑△（ＡＰ ） 一 （２） ４一 ・配网技术与系统・ 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） Ｑ ——信息采集时刻系统的无功； ｐ ——电容器投入的补偿容量； ——与有效管理。已安装智能配电台区各地市分布情 况如表３所示。 表３ 已安装智能配电台区各地市分布情况 信息采集时刻系统的电压； 串接的元器件归算至基准电压下 的等效电阻值，默认设置为１； Ｒ——从补偿点至上级无功电源点所有 ｔａ ——电容器的介质损耗角正切值，以出 厂值为准，默认设置为０．００１； 配电变压器变比，与变压器挡位有 关，默认设置为２５； ——以２０１６年３月１日至３月３１日为报告期对 全省所有已安装设备进行全面分析，数据采集频 率为１５ ｍｉｎ。 ４．１节约电量 系统补偿计算系数，共补时取１，分 补时取３，相补时取１； 补偿装置运行时间的第ｉ个时间间 ——为准确计算节电效果，采用实测法测量三月 份数据并测算全年数据。３月份的电量基本与该 地区年度月平均电量一致。依据装置实测法所得 隔，根据控制器统计周期确定。 ４案例及效益分析 本文所研究与设计的新型智能配电台区控制 器在山东配网节能改造试点项目及甘肃配电网节 节电量，根据Ｅ＝（ＡＥ／３０）Ｘ ３６５可估算测试范 围内年节电量。 报告期内全省无功补偿配置总容量为 能与提高供电可靠性改造项目中得到了实际应用， 验证了系统在节能降损、提升电能质量方面的显著 效果。下面以甘肃项目实际运行数据来进行说明。 １６ ６４９ ｋｖａｒ，全省累计节约电量１６．０３万ｋＷｈ，折 合标准煤５２．９１ ｔ。按照每千瓦时０．５５元计算， 节约电费８．８２万元。单台设备平均日节约电量 为３６．６８ ｋＷｈ，年节约电量１３ ３８７．６９ ｋ ，节约电费 配电网节能与提高供电可靠性改造项目在甘 肃省２个地市、１３个区县、１４１条线路共计安装智 能配电台区设备２５７套；且同步建设配电网能效 管理系统，实现了对所有已安装设备的综合监测 ７ ３６３．２３元。单台设备年节约电量略高于可研报告 中１２ ３２４．８６ ｋＷｈ，节电效率为１７．１４。全省及各地 市节电量、累计补偿容量如表４所示。 表４全省及各地市节电量明细 本次分析时间２０１６年３月，配变２５７台，投 有１１２个台区。投入后功率因素小于０．８５的有 ６３个台区，０．８５～０．９５的有３７个台区，大于 ０．９５的有１５７个台区。各地市智能配电台区设 运台区１４１台，单台设备日节约电量３６．６８ ｋＷｈ， 推算年节约电量１８８．７７万ｋＷｈ，折合标煤 ６２２．９３ ｔ，减少ＣＯ 排放１ ６１９．６２ ｔ，减少ＳＯ２排放 ｌ７．４４ ｔ，减少氮氧化物４．３６ ｔ。 ４．２功率因数提升 备投运后功率因数提升明显，投运后平均功率因 数由０．８５０达到０．９５０，其中兰州由０．８４９达到 ０．９４８，白银由０．８５３达到０．９５４。投运前后功率 因数分布如图１Ｏ所示。 ４．３三相电压不平衡降低 选取１２台设备在２０１６年１１月３日１点一 １４点之间投入，３月１ ２ Ｅｔ １点一１ ４点退出进行 一投运前台区功率因数主要分布在０．８０— ０．９０区间内；投运后台区功率因数主要分布在＞ ０．９５区间内。投人前功率因数小于０．８５有９５ 个台区，０．８５—０．９５的有５０个台区，大于０．９５ ３５— 电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．５） 添凶媳 如 ∞ Ｏ 图１０投运前后功率因数分布图 比对。智能配电台区设备投运后三相电压不平衡 率均有所下降，投入后三相电压不平衡度较投入 前变化幅度小，说明智能配电台区设备调整三相 电压不平衡度能力较好。在７点降低情况最明 显，不平衡率降低了０．０９４。三相电压不平衡率 对比图如图１１所示。 斛 妪 图ｌ １ 三相电压不平衡率对比图 ４．４供电能力提升 （１）有功输送能力提升：在设备容量不变的 条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率， 因此可以多送有功功率。可多送的有功功率△Ｐ 计算如下： ＡＰ＝Ｐ２一Ｐ１＝Ｓ（ＣＯＳ ２一ＣＯＳ １） （４） 全省改造公用台区配变总容量为５８ ５３５ ＫＶＡ， 加装节能装置后，平均功率因数由０．８５０（ＣＯＳ ） 提升至０．９５０（ＣＯＳ ），在变压器设备容量不变的 情况下，按照实际运行工况，根据上述公式计算可 以多送有功４ ６５２．３０ ｋＷ。 （２）减少变压器配置容量：如需要的有功不 变，加装节能装置后，由于需要的无功减少，因此 所需要的配变容量也相应地减少△Ｌｓ，计算如下： ， １ １ 、 ＡＳ＝Ｓ 一Ｓ，＝Ｐｆ＼ ｃｏｓ １ 一 ＣＯＳ ２， １（５） 报告期内投运配变平均有功功率总和为 ５ ２０６．８４ ｋＷ，加装节能装置后，如果需要的有功 一 ６一 ・配网技术与系统・ 不变，根据上述公式计算可得，所需要的配变容量 相应可减少６４０．７６ ＫＶＡ。 ５ 结 语 综上所述，智能配电台区控制器的设计与开 发涉及到电力系统中嵌入式硬件接口设计、软件 操作系统任务设计、无功补偿及电容器投切策略、 模拟量采样算法、Ｍｏｄｂｕｓ及ＧＰＲＳ无线通信技 术、节电量算法等，是一个涉及多学科多技术的复 杂综合电力系统装置。智能配电台区具有智能型 控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、安全可 靠等特点。采用智能配电台区对中低压配电网进 行无功优化补偿是一项投资少、收效快、经济高效 的节能降损方案。在节能降损、提高功率因数、改 善供电质量与能效、提高设备利用率及寿命、节约 用户电费等方面效果显著。 ｒＬ ｒｆ新型智能配电台区的设计通过了理论验证，１ ２ ３ １●Ｊ］ 并在山东配电网综合节能试点项目及甘肃配电网 节能与提高供电可靠性改造项目中顺利投运，证 明了系统设计与开发的正确性与有效性。通过试 点项目运行及取得的经济效益来看，智能配电台 区安全可靠，技术先进，节能环保，对中低压配电 网及电力用户来说都是一种节能降损升级改造的 理想方案，应当在配电网范围内大力推广应用。 【参考文献】 李松楠，苏浩益．含风力发电机组的配电网功率因 数补偿投资最优分配策略［Ｊ］．电力电容器与无功 补偿，２０１６（３）：８２—８７． 张利生．电力网电能损耗管理及降损技术［Ｍ］．北 京：中国电力出版社，２００６． 雷铭．电力网降损节能手册［Ｍ］．北京：中国电力 出版社，２００５． 姚霞，刘建华，陈斌，等．低压ＴＳＣ无功补偿装置投 切策略优化设计［Ｊ］．电力电容器与无功补偿， ２０１６（６）：１４４—１４９． 薛春旭．电力系统微机继电保护交流采样算法研 究［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２０１２． 张艳平，李益华．电力系统微机监控的交流采样方 法研究［Ｊ］．长沙电力学院学报，２０００，１５（３）： ３９＿４１． 杨学志．通信之道一从微积分到５Ｇ［Ｍ］．北京：电子 工业出版社，２０１６． （下转第６６页） 电器与能效管理技术（２０１７Ｎ０．５） ・分布式电源及并网技术・ ５ 结 语 本文基于电流型ＰＷＭ控制器ＬＭ５０２６ＭＴ，结 合有源钳位正激电路的运用和研究，设计了一款输 入电压ｌ８—３６ Ｖ，输出２４ Ｖ／１００ Ｗ，开关频率２９０ ｋＨｚ变换器，电路实际效率高达９１％，实现了电路 的高效化 小型化。 【参考文献】 输出电流／Ａ （ａ１输出电流一效率曲线 ［１］张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００４． ［２］来新泉，郭仲杰，张倩．可提高Ｂｕｃｋ型ＤＣ／ＤＣ转换 器带载能力的斜坡补偿设计［Ｊ］．微电子学，２００７，３７ （１）：３３—３７． ＼ 模 ［３］ＷＡＴＳＯＮ Ｒ，ＬＥＥ Ｆ Ｃ，ＨＵＡ Ｇ Ｃ．Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｃｔｉｖｅ－－ｃｌａｍｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｏｆｔ ｓｗｉｔｃｈ ｉｎ ｆｌｙ— ｂａｃｋ 疑 ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６ （１１）：１６２—１６９． ［４］郑大连，杨忠孝，张榆平．基于ＬＭ５０２６的ＤＣ／Ｉ）Ｃ电源 输入电压／ｖ （ｂ）输入电压一效率曲线 降耗设计［Ｊ］．通信电源技术，２００１１，２８（１）：１４—１８． ［５］ 罗俊，徐祯，朱海，等．采用磁集成技术的有源钳位 正激变换器设计［Ｊ］．微电子学，２０１ｌ’４１（２）： ２２３—２２９． 图８效率对比 于９１％，实现了ＤＣ／ＤＣ变换器的高效性。 收稿日期：２０１６—０９—０１ （上接第３６页） ［８］ 王秀艳，夏晓峰，王素珍，等．矿热炉节电技术探讨 及补偿装置设计［Ｊ］．电力电容器与无功补偿，２０１５ （４）：２２－２６． 潘悦，王海云，刘旭东．风电不同外送输电系统低电 压穿越特性研究［Ｊ］．电力电容器与无功补偿，２０１６ （２）：８９－９４． ［９］ 贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理（第四版） ［１２］ 任哲，房红征．嵌入式实时操作系统ＵＣ／ＯＳ一１１原 理及应用［Ｍ］．北京：航空航天大学出版社，２０１４． 收稿日期：２０１６—１２一侣 ［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９４． ［１０］郝思鹏，邹添天，陈婷，等．农网配电台区智能监控 系统研发［Ｊ］．电测与仪表，２０１４（２３）：９４－９８． （上接第５４页） ［５］ＨＵ Ｈ，ＨＡＲＢ Ｓ，ＫＵＴＫＵＴ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＰＶ ｓｙｓｔｅｍｓ ５７２—５８３． ［７］ ＡＲＡａＪＯ Ｓ Ｖ，ＺＡＣＨＡＲＩＡＳ Ｐ，ＭＡＬＬＷＩＴＺ Ｒ．Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｓｉｎｇｌｅ．．ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅｓｓ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｆｏｒ ｇｒｉｄ．． ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ，２０１３， ２８（６）：２７１１－２７２６． ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏＩｔａｉｃ ｓｖｓｔｅｍｓ ［Ｊ］． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ１ Ｅ１ｅｃｔｒ０ｎｉｃｓＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ０ｎ，２０１０，５７（９）： ．［６］ＣＨＩＵ Ｈ Ｊ，ＬＯ Ｙ Ｋ，ＣＨＵＡＮＧ Ｃ Ｃ，ｅｔ ａｌ・Ａ ｍｏｄｕｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｓｏ１ａｒ ｉ。ｒｏ—ｉ“ 。ｎ。 ｗｉｔｈｏｕｔ ３１１８３１２８． －收稿日期：２０１ ６—１ ０—２５ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１４，４２（６）： 一６６—
