CN102882217A - 10kV配网首端运行参数远程采集系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网的无功补偿，即10kV配网首端运行参数远程采集系统及控制方法。10kV配网首端运行参数远程采集系统包括若干随器无功动态补偿装置和配电线路无功优化自动化控制系统；随器无功动态补偿装置安装在变压器低压侧与变压器同投同切；配电线路无功优化自动化控制系统包括若干个配电线路无功补偿智能终端、GPRS网络传输、通信服务器、internet网络、上位机。实现了10kV配电线路首端；随器补偿的变压器二次侧功率因数达到0.9以上。平均功率因数基本达到了0.95及以上，通过远程通信技术和网络技术实现上下位机之间的双向数据交换，实现功率因数和电压的双控。

Description

10kV配网首端运行参数远程采集系统及控制方法

技术领域　

本发明涉及一种配电网的无功补偿，即10kV配网首端运行参数远程采集系统及控制方法。

背景技术

在现有技术中，在国内外区域电网中，都有智能无功优化与控制系统在应用，对于无功优化算法的研究日益深入。但是10kV及以下配电网的无功补偿发展相对落后，不仅由于配电网具有负荷随季节波动较大，供电半径较长，线路末端电压较低等特点，而且配电网无功补偿的分析方法与补偿方式的也具有其特殊性。国内同类产品，由于体积大，重量重，必须用双杆安装(H台)，如功率因数型补偿装置及SVC型补偿装置。10kV配电线路无功补偿，以往采用的投切方式多数为功率因数型，SVC型也是采用功率因数进行比较和投切，均为围绕安装点的参数进行控制，无法考虑整个配电线路的状况最优控制。配电网无功补偿的优化研究，已有报道,但通过远程通信技术和网络技术实现上下位机之间的双向数据交换，实现功率因数和电压的双控，未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足而提供一种利用移动通信网和INTER互联网技术，实现功率因数和电压双控的10kV配网首端运行参数远程采集系统及控制方法。

本发明的技术解决方案是：10kV配网首端运行参数远程采集系统包括若干随器无功动态补偿装置和配电线路无功优化自动化控制系统；随器无功动态补偿装置安装在变压器低压侧与变压器同投同切；配电线路无功优化自动化控制系统包括若干个配电线路无功补偿智能终端、GPRS网络传输、通信服务器、internet网络、上位机。

无功补偿智能终端包括数据传输单元DTU、控制器、投切开关（高压真空接触器）和补偿电容器。

控制器包括信号检测与处理模块，负责采集电压、电流信号，间接求得功率因数值，并把这些信号转换成单片机控制模块能够接收的信号；单片机控制模块，采用16位高速单片机，对采集的补偿点参数进行分析和处理，得到补偿决策所需的原始数据，并通过GPRS通信模块传送给上位机，并接受上位机的优化控制指令，实现自动补偿；

通信模块，采用GPRS远程通信，负责建立单片机与上位机以及其它补偿装置之间的通信通道。

随器无功动态补偿装置包括的控制电路包括电压互感器、信号变换电路、低通滤波器、A/D转换器、16位微处理器、光电耦合器、继电器驱动电路、继电器、接触器、补偿电容器组。

10kV配网首端运行参数远程采集系统的控制方法采用配电网随器动态补偿方法和配电线路无功补偿优化方法；

配电网随器动态补偿方法是对电网电流、电压进行采样和处理，从而计算出电网的功率因数，并根据无功补偿算法控制补偿电容的投切，以达到改善电网电压质量，提高配电网的功率因数，实现电网无功补偿的作用；

配电线路无功补偿优化方法中控制电容器的自动投切是通过远程通信技术和网络技术实现上、下位机之间的双向数据交换，下位机采集各补偿点的实测电压和投切情况传输给调度室里的上位机，上位机再集中整合变电站出口的功率因数和无功功率，确定各补偿点投切情况，再把投切命令传输给下位机，达到了功率因数和电压的双控。

配电线路无功优化自动化控制系统由调度室内的上位PC机、配电线路中的无功补偿控制器（下位机）及通讯三部分组成。基本思路是把某条配电线路上安装的无功补偿装置通过GPRS远程通讯技术和网络技术进行统一管理，使得无功补偿装置能够根据上位机的指令进行投切动作。

10kV配网首端运行参数远程采集系统的控制方法是按电压投切方式来确定最佳补偿点的位置和容量；控制电容器的自动投切是通过远程通信技术和网络技术实现上下位机之间的双向数据交换，下位机采集各补偿点的实测电压和投切情况传输给调度室里的上位PC机，上位PC机再集中整合变电站出口的功率因数和无功功率，确定各补偿点投切情况，再把投切命令传输给下位机，达到了功率因数和电压的双控。采用配电网随器动态补偿、沿线路分散补偿中固定补偿和动态补偿相结合的无功优化方案。

配电网10kV线路无功优化自动化控制系统，利用移动通信网和INTER互联网现有公共资源，系统建设一次性投入费用和运行费用低；投切负荷开关采用高压真空接触器，寿命长，可单杆安装；不须安装电流互感器，使得体积小、安装工作简便；借助变电所出口无功功率和功率因数采样数据远程集控，实现了电压与功率因数双控的目的（无功优化、投切控制和管理一体化），与功率因数控制的投切开关相比自动化程度高、性价比高。

随器补偿采用设置固定补偿+动态补偿相结合的补偿方式，固定补偿用来补偿变压器的空载部分，动态补偿一般设计两组，从应用情况可见，随器补偿动态投切效果良好，补偿效果显著。网络采用INTER互联公网或APN内网方式；通信采用移动通信网。 

本发明的优点是：1、实现了配电网10kV线路无功优化自动化控制系统；按电压投切方式来确定最佳补偿点的位置和容量，安装简便；控制电容器的自动投切是通过远程通信技术和网络技术，实现上下位机之间的双向数据交换，达到了功率因数和电压双控目的，实现了10kV配电线路首端                                                

；充分利用现代最前沿的数字化技术、远程通信技术和网络技术将无功补偿优化、无功补偿自动化和调度自动化管理三者紧密结合在一起。2、随器补偿的变压器二次侧功率因数达到0.9以上。3、补偿后配电网网损率下降率达到5个百分点。4、实现配电网10kV线路无功优化自动化控制系统，无功补偿一步到位地做到从分散就地自动投切控制到调度室上位机远程遥控和遥测。5、配电网无功优化自动化控制系统取得了良好的补偿效果，且功率因数曲线较为平缓，平均功率因数基本达到了0.95及以上，在提高功率因数的同时，也大大改善了电压质量，有效降低配电网的损耗，提高配电网的供电能力和用电设备的出力，技术指标和经济指标均达到了项目预期的目标。6、在调度室内对线路的运行情况一目了然。调度室里的主控微机，根据调度自动化系统采集变电站出口（线路首端）功率因数值和无功功率值，远程通信网络传输的线路中各智能投切装置的实测电压和投切情况，实现10kV配电线路首端

。7、系统将无功补偿一步到位地做到了从分散就地自动投切控制到调度室集中远地遥控和遥测，同时还将遥测的数据进行处理和存档，实现了无功优化自动化控制系统，同时提高了工作质量和工作效率，降低了劳动强度。8、投切负荷开关采用高压真空接触器，寿命长，可单杆安装；不须安装电流互感器，使得体积小、安装工作简便。9、节能降损，提高了功率因数，通过动态的无功补偿很大程度上减低了线路的线损，并提高了线路末端的电压。对供电半径较长的吉林地区具有非常重要的现实意义和社会意义。10、实现了无功补偿装置投切的自动化管理，将无功补偿一步到位地做到了从分散就地自动投切控制到调度室集中远程遥控和遥测，同时还将遥测的数据进行处理和存档，实现了无功优化自动化控制系统。10、提供耐低温（-40℃）的随器补偿控制器，避免冬季发生误动或拒动现象。11、通过远程通信技术和网络技术实现上下位机之间的双向数据交换，实现功率因数和电压的双控。

下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。 

附图说明

图1是配电线路无功优化自动化控制系统拓扑简图。

图2是配电线路无功优化自动化控制系统体系结构简图。

图3是随器无功动态补偿装置工作原理框图。

图4是控制器工作原理框图。

具体实施方式

10kV配网首端运行参数远程采集系统包括若干随器无功动态补偿装置和配电线路无功优化自动化控制系统。

参见图1，配电线路无功优化自动化控制系统包括配电线路无功补偿智能终端1（若干个）、GPRS收发器6、GPRS网络传输2、通信服务器3、internet网络4、上位机5、配电线路8。还包括调度自动化系统。无功优化强调的是整个网络优化，而不是某一个设备或某一个点的优化。投切方式为电压型，电压型不需要采样电流，体积小、成本低，其补偿效果远优于功率因数控制型。利用目前成熟的网络通信技术，异地采样、上位机控制方式。即投切装置的电压和投切状态的信息与调度室各变电站出口首端的无功功率和功率因数信息整合进行双向控制，同时利用模糊算法有选择性的进行投切。利用数字化技术，远程通信技术和网络技术，实现了无功优化、自动化补偿和调度自动化一体的技术集成。系统采用DotNet技术进行开发，以C/S架构的方式运行。运行在客户端的系统可随时与服务器交互，监视线路上各补偿装置的运行状态。运行在服务器上的系统通过局域网获取调度自动化系统中线路的首端参数，同时通过GPRS与现场的补偿装置通信，控制或获取工作现场的补偿装置的运行状态。系统服务器端将获取的实时数据存储在数据库中，数据库采用SQL Server 2005进行设计与管理。系统客户端可对存储于数据库中的数据进行分析与统计，并可生成统计报表或以Excel文件的形式导出。

参见图2，配电线路无功补偿智能终端1（补偿器）包括数据传输单元DTU、控制器、投切开关和补偿电容器。

参见图3，随器无功动态补偿装置的控制电路包括电压互感器、信号变换电路、低通滤波器、A/D转换器、16位微处理器、光电耦合器、继电器驱动电路、继电器、接触器、补偿电容器组。基于交流采样技术，利用16位微处理器对电网电流、电压进行采样和处理，从而计算出电网的功率因数，并根据无功补偿算法控制补偿电容的投切，实现电网无功补偿的作用。该装置可以与配电变压器同台安装，也可以悬挂在电杆上。该装置采用16位高速处理器作为控制器的核心，交流采样，具有过压保护和欠压保护功能。考虑冬季严寒，控制电子元件全部采用军用品级，适用于-40℃～+50℃工作温度范围。根据系统的感性无功、电网电压和功率因数的变化情况控制电容器的投切，以达到改善电网电压质量，提高配电网的功率因数、降损节能的目的。

Ubc→电压互感器→信号变换电路→低通滤波器→A/D转换器→16位微处理器→光电耦合器→继电器驱动电路→继电器→接触器→补偿电容器组；

Ia→电流互感器→信号变换电路→低通滤波器→A/D转换器→16位微处理器→光电耦合器→继电器驱动电路→继电器→接触器→补偿电容器组。

参见图4，控制器由信号检测与处理模块、单片机控制模块，通信模块等几个部分组成。信号检测与处理模块负责采集电压、电流信号，间接求得功率因数值，并把这些信号转换成单片机控制模块能够接收的信号。通信采用GPRS远程通信模块，负责建立单片机与上位机以及其它补偿装置之间的通信通道。无功补偿控制器的控制核心采用的是16位高速单片机，对采集的补偿点参数进行分析和处理，得到补偿决策所需的原始数据，并通过GPRS通信模块传送给上位机。并接受上位机的优化控制指令，实现自动补偿。

本软件系统分成以下七大功能模块：

①投切事件检索模块将定时向数据库服务器查询所有线路和补偿器的运行状态，并将检索结果存储于客户端的数据库中，用于分析与展示运行状态。

②现场运行状况展示模块将根据用户所选定的查询范围，如变电站、线路、补偿器组或某个具体的补偿器来展示该范围内的运行状况，同时显示出所选对象的属性。

③投切历史分析模块用于以图形的方式展示某线路上各补偿器投切事件变化过程以及某时间段内的投切容量的变化状况。

④静态补偿投切事件维护模块是为了使系统的用户能够方便地将静态补偿器的投切情况与动态补偿进行综合分析与统计。

⑤补偿器统计模块允许用户以不同范围内的补偿器为统计单位统计某个时间段内的投切容量，用于分析与决策。

⑥投切事件查询模块允许用户构造查询条件，查询指定补偿器在指定时刻范围内的投切事件。

⑦网络拓扑维护模块的主要作用是允许用户在将来新增或改造线路设备时，能够方便地对系统中线路及其设备进行更新，使系统运行与实际情况相符，这既方便了用户使用，同时也利用系统的维护。

本发明强调的是整个网络优化，而不是某一个设备或某一个点的优化。本发明投切装置的开关选择是高压真空接触器，对于10kV投切电容器而言，比真空断路器性价比高。投切方式为电压型，电压型不需要采样电流，体积小、成本低，其补偿效果远优于功率因数控制型。但电压型不能控制功率因数，运行中发现在负荷低谷时段出现过补现象。针对现实问题，提出了利用目前成熟的网络通信技术，异地采样、上位机控制方式。即投切装置的电压和投切状态的信息与调度室各变电站出口首端的无功功率和功率因数信息整合进行双向控制，同时利用模糊算法有选择性的进行投切。利用数字化技术，远程通信技术和网络技术，实现了无功优化、自动化补偿和调度自动化一体的技术集成。

实验例

佟江线和邮电线10kV线路补偿共计6个补偿点，共计补偿容量为1850kvar，年节约电量共计约52.36万千瓦时，年节约资金约26.18万元。随器和线路补偿装置共计投资78.6万元，三年多即可回收总投资。

Claims (5)

1.一种10kV配网首端运行参数远程采集系统，其特征在于包括若干随器无功动态补偿装置和配电线路无功优化自动化控制系统；随器无功动态补偿装置安装在变压器低压侧与变压器同投同切；配电线路无功优化自动化控制系统包括若干个配电线路无功补偿智能终端（1）、GPRS网络传输（2）、通信服务器（3）、internet网络（4）、上位机（5）。

2.按照权利要求1所述的10kV配网首端运行参数远程采集系统，其特征在于无功补偿智能终端包括数据传输单元DTU、控制器、投切开关和补偿电容器。

3.按照权利要求2所述的10kV配网首端运行参数远程采集系统，其特征在于控制器包括信号检测与处理模块，负责采集电压、电流信号，间接求得功率因数值，并把这些信号转换成单片机控制模块能够接收的信号；

单片机控制模块，采用16位高速单片机，对采集的补偿点参数进行分析和处理，得到补偿决策所需的原始数据，并通过GPRS通信模块传送给上位机，并接受上位机的优化控制指令，实现自动补偿；

通信模块，采用GPRS远程通信，负责建立单片机与上位机以及其它补偿装置之间的通信通道。

4.按照权利要求1所述的10kV配网首端运行参数远程采集系统，其特征在于随器无功动态补偿装置包括的控制电路包括电压互感器、信号变换电路、低通滤波器、A/D转换器、16位微处理器、光电耦合器、继电器驱动电路、继电器、接触器、补偿电容器组。

5.一种10kV配网首端运行参数远程采集系统的控制方法，其特征在于采用配电网随器动态补偿方法和配电线路无功补偿优化方法；

配电网随器动态补偿方法是对电网电流、电压进行采样和处理，从而计算出电网的功率因数，并根据无功补偿算法控制补偿电容的投切，以达到改善电网电压质量，提高配电网的功率因数，实现电网无功补偿的作用；

配电线路无功补偿优化方法中控制电容器的自动投切是通过远程通信技术和网络技术实现上、下位机之间的双向数据交换，下位机采集各补偿点的实测电压和投切情况传输给调度室里的上位机，上位机再集中整合变电站出口的功率因数和无功功率，确定各补偿点投切情况，再把投切命令传输给下位机，达到了功率因数和电压的双控。

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