CN103762606A - 阶梯式配电网低压智能电容器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，包括以下步骤：1)测量10kV馈线首端的功率因数；2)按测量所得的功率因数分为功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段；3)在补偿点电压未出现越限时，将馈线首端的功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段与各低压智能电容器动作分别实行对应；4)通过配变低压侧的电流互感器测量计算无功补偿安装点的配变负载率；5)根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制。本发明方法可以更好地实现配电网无功补偿潜力的进一步挖掘和无功就地平衡，从而达到节能降耗的目的。

Description

阶梯式配电网低压智能电容器控制方法

技术领域

本发明涉及一种10kV线路配变低压侧电容器控制方法，尤其是一种阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，属于电容器控制技术领域。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，近些年来电力负荷的增长势头迅猛，而其中尤以电动机等感性负荷增长较多，因此国内多数省份出现了用电紧张的情况。此外，之前我国电网规划线径不合理，结构较为复杂，农村地区供电线路过长、城市地区负荷过于集中等问题，都造成了我国的电能供应在传输过程中的严重的损耗，如果可以进一步降低运输过程中的损耗，这无疑可以有效地缓解当今电能紧张的问题。

电力系统中过多的无功功率流动是电网产生损耗的主要原因，而根据电网运行监测数据显示，这损耗大部分发生在配电网的运行中。这是因为在输电网中由于电压等级较高，线路的对地电容充电功率较大，可以基本满足本地的无功需求；而在配电网中电压等级较低，并且十分靠近负荷，因此存在着较多的无功缺额，尽管目前普遍采用的电容器补偿可以有效平衡部分无功负荷，但大多数时候配电网10kV线路都需要上层电网下送无功。

按照电力系统中按电压分层、无功分区就地平衡的原则，配电网中的理想状态是每条10kV馈线可以实现无功就地平衡，这也就意味着线路必须要配置一定容量的电容器，并且制定恰当的投切策略。目前无功补偿电容器的容量一般按照配变总容量的30％～40％配置，运行经验表明这个补偿额度在绝大多数情况下是足够的，甚至相当部分的时间里无功补偿装备并没有全部投入而是闲置着。按照当前的投切策略，一般把无功补偿点的功率因数控制在滞后的0.90～0.95之间，而这个控制方法却并不能很好实现无功就地平衡。因为从经济性和工程性方面考虑，并不是所有的配变低压侧都会安装无功补偿装置，因此如果每个补偿点都按照本地的功率因数控制在滞后0.90～0.95之间的话，那么配电变压器和10kV线路中的无功损耗都不能很好地实现就地平衡，线路中没有安装补偿的配变台区的无功损耗也需要上层和线路输送无功补偿。因此，从这里可以进一步挖掘无功补偿的降损潜力。

另一方面，电网部门近年来也提出了打造智能电网的口号，而作为智能电网的重要支撑和基础，配网自动化也越来越引起人们的重视。2009年，国家电网提出智能电网计划，指出要以通信信息平台为支撑、以智能控制为手段；而南方电网则在珠海等地建立了无线专网的配网通信试点工程，并在逐步推广中；而在国外，城市中的配网自动化实现率已经达到60％以上。由此看来，配网自动化的实现是大势所趋。

而有了基于通信的配网自动化做支撑，变电站和线路中各个监测点之间的信息可以实现交互，因此可以实时掌握全线的状况，这对于更好地实现无功补偿和就地平衡有着极大的推动作用。同时，这也解放了传统的、保守的电容器投切控制策略，由于担心无功会倒送给上层电网，因此传统投切控制策略中，无功补偿点的电容器功率因数都控制在滞后的状态，而不允许超前倒送给线路。而实现配网自动化后，馈线首端的无功状况可以及时地反馈到主站，因此只要馈线首端的功率因数没有达到超前，该线路就不会往变电站和上层电网倒送无功，在此前提下，该线路的无功补偿设备可以得到最大化的投入使用。

因此，需要提出一种低压智能电容器的控制方法，可以根据全线无功状况来确定无功补偿电容器投切，并进行实时控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中无功补偿控制策略的缺陷，提供一种电容器投切的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，该方法可以根据10kV馈线首端的功率因数来判断某地区的无功平衡状况，结合通信手段对各无功补偿安装点的电容器进行阶梯式的投切控制，以更好地实现配电网无功补偿潜力的进一步挖掘和无功就地平衡，从而达到节能降耗的目的。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)测量10kV馈线首端的功率因数；

2)按测量所得的功率因数分为功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段；

3)在补偿点电压未出现越限时，将馈线首端的功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段与各低压智能电容器动作分别实行对应；在补偿点电压出现越限或将出现越限时，对各低压智能电容器进行相应的操作使电压合格；

4)通过配变低压侧的电流互感器测量计算无功补偿安装点的配变负载率；

5)根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制。

作为一种优选方案，所述步骤3)在补偿点电压未出现越限时，具体如下：

对各低压智能电容器，当馈线首端的功率因数为滞后0.98以下时，对应电容器操作为只投入不切断；当功率因数为滞后0.98～1时，闭锁电容器动作；当功率因数为超前时，对应电容器操作为只切断不投入。

作为一种优选方案，所述步骤3)在补偿点电压出现越限或将出现越限时，具体如下：

对各低压智能电容器，若补偿点电压尚未越限，但经测算投一组或切一组电容器后都将引起补偿点电压越限，则电容器不需要动作；若补偿点电压越上限，则分组切断电容器直到电压合格；若补偿点电压越下限，则分组投入电容器直到电压合格。

作为一种优选方案，步骤5)所述根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，具体如下：

自动化系统每15分钟进行一次对馈线首端功率因数和无功补偿点负载率的测量，根据首端的功率因数确定电容器是否需要动作，设可操作的无功补偿点为k个，根据负载率的变动幅度来确定投切的优先级，负载率变动最大的补偿点记为i＝1，变动次大的记为i＝2，以此类推直到i＝k；

所述以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制，具体为：i＝1对应的配变侧的电容器先按步骤3)在补偿点电压未出现越限时的电容器投切动作开始，再判断馈线首端的功率因数是否达到闭锁要求，即功率因数是否滞后0.98～1，若否，则i＝2，3…k对应的负荷点电容器依次进行投切动作，如果i＝k对应的负荷点电容器动作后还没达到闭锁要求，则重置i＝1，循环进行，直到馈线首端的功率因数达到闭锁要求或没有可操作的电容器。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明提出的阶梯式低压智能电容器控制方法，借助通信手段来实时读取10kV线路馈线首端的功率因数，并由此来判断线路的无功补偿效果来制定电容器控制策略(控制电容器闭锁或投切动作)，可以更好地实现配电网无功补偿潜力的进一步挖掘和无功就地平衡，从而达到节能降耗的目的。

2、本发明的阶梯式低压智能电容器控制方法提出根据两次测量无功补偿点负载率之间的变动幅度来确定电容器投切动作的优先级(投切顺序)，使得无功补偿更加有针对效果，根据实际需要进行阶梯式投切，最终达到全线无功平衡。

3、本发明的阶梯式低压智能电容器控制方法克服了传统控制中低压智能电容器只能补偿在滞后0.90～0.95的限制，通过馈线首端的无功状况作为判据保证不往上层电网倒送无功，从而可以更大限度地发挥电容器的补偿作用，提高设备利用效果。

4、本发明的阶梯式低压智能电容器控制方法与传统的控制拥有一定的可行性和显著的优越性，可以广泛应用于目前的10kV线路中，为电网公司和社会带来相当可观的经济效益。

附图说明

图1为本发明的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法在10kV线路实施的示意图。

图2为本发明的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，是本发明在10kV线路具体实施的示意图，配电网中产生的有功损耗主要包括10kV配电线路、配电变压器和380V低压线路三个部分，按照现有的传统的无功补偿电容器投切方法，为了避免10kV线路往变电站和上层电网倒送无功功率，各个无功补偿点都只能补偿平衡本台区的无功负荷，本地功率因数一般控制在滞后的0.90～0.95之间。

如图1所示，并不是所有的负荷侧都会安装无功补偿设备，出于经济性和施工的考虑，通常只会在配变容量较大、负荷较为集中的线路中末端安装无功补偿设备。因此，如果按照传统的投切控制方法，没有安装补偿设备的负荷点，还有配电变压器和10kV线路中的无功损耗仍然还是要依靠线路来下送，而这部分无功功率在线路流动的时候，无疑会增加配电网中的有功损耗。

如果允许电容器过补偿，那么在线路轻载的某些时间段里，有可能会出现线路中无功功率过多反而往上层电网倒送的情况，这就限制了电容器的补偿作用。而本发明提出，通过检测馈线首端(如图1所示在母线的出线处)的功率因数来实时判断全线的无功状况，当功率因数达到一定值(如滞后0.98～1)的时候对电容器进行闭锁，如果馈线首端的功率因数滞后0.98以下，各补偿点的电容器可以按照其优先级继续进行投入操作，不受本地功率因数的限制，因此可以支援平衡邻近没有安装补偿的配变台区，直到满足闭锁条件，而馈线首端和各个补偿点的信息交互则通过通信系统来实现，通过实时监测和控制可以有效避免倒送的问题。

从无功分区就地平衡的原则出发，维持馈线首端的功率因数刚好在1的水平是最理想的状态，但是当功率因数较低的时候，投入电容器的补偿效果比较好，而当功率因数水平本来比较高的时候，要再次提升的话则要投入更多的电容器设备。

因此，本实施例的阶梯式低压智能电容器控制方法如图2所示，包括以下步骤：

1)测量10kV馈线首端的功率因数；

2)按测量所得的功率因数分为功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段；

3)在补偿点电压未出现越限时：将馈线首端的功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段与各低压智能电容器动作实行对应，当馈线首端的功率因数在滞后0.98～1的范围内都属于低损状态，当线路达到该要求时，全线的电容器都闭锁动作；而当功率因数滞后0.98以下时，只能下达投入电容器的操作指令；当功率因数处于超前时，只能下达切断电容器的操作指令；在补偿点电压出现越限或将出现越限时：若补偿点电压尚未越限，但经测算投一组或切一组电容器后都将引起补偿点电压越限，则电容器不需要动作；若补偿点电压越上限，则分组切断电容器直到电压合格；若补偿点电压越下限，则分组投入电容器直到电压合格；

4)通过配变低压侧的电流互感器测量计算无功补偿安装点的配变负载率；

5)根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制；

运行经验表明，负荷水平较重的时候无功需求较大，此时的有功损耗往往也比较严重，所以步骤5)具体如下：

自动化系统每15分钟进行一次对馈线首端功率因数和无功补偿点负载率的测量，根据首端的功率因数确定电容器是否需要动作，设可操作的无功补偿点为k个，根据负载率的变动幅度来确定投切的优先级，负载率变动最大的补偿点记为i＝1，变动次大的记为i＝2，以此类推直到i＝k；i＝1对应的配变侧的电容器先按步骤3)在补偿点电压未出现越限时的电容器投切动作开始，再判断馈线首端的功率因数是否达到闭锁要求(即功率因数是否滞后0.98～1)，若否，则i＝2，3…k对应的负荷点电容器依次进行投切动作，如果i＝k对应的负荷点电容器动作后还没达到闭锁要求，则重置i＝1，循环进行，直到馈线首端的功率因数达到闭锁要求，或全线已经没有可以操作的无功补偿设备(电容器)。

应用实例：

以南方某地区10kV线路作为实例，对比验证阶梯式智能电容器控制方法与传统的控制方法的补偿和降损效果。

该线路的配变总容量为10790kVA，共有30个负荷点，其中20个安装有无功补偿装置，安装补偿容量共3940kvar，占配变总容量的36.5％，处于目前通用的按配变总容量30％～40％配置的范围之内。传统的控制方法要求各个无功补偿点的功率因数在滞后0.90～0.95之间，阶梯式的智能控制方法要求馈线首端的功率因数在滞后0.98～1之间，通过对线路建模仿真，两种控制方法的线路损耗如表1所示(年最大负荷利用小时数按3500h算)：

表1 两种控制方法下的线路损耗对比

从上表1可知，采用传统的控制方法虽然可以使得各个无功补偿点的功率因数维持在滞后0.90～0.95之间，但由于存在着配变及线路的无功损耗，以及部分负荷点没有安装无功补偿设备，因此最终全线的功率因数也只能达到0.863，并没有符合电网运行的要求；而阶梯式的智能控制方法可以更好地实现无功就地平衡，考察的馈线首端功率因数也就是全线的功率因数可以达到0.988，由于改善了无功补偿的效果，总供电无功大幅度减少，因此线路的网损率也从7.2％下降到5.5％，有功损耗从560kW减少到424kW，降损效果得到进一步提升。而在传统控制方法下，10kV节点的最低电压仅有9.16kV，明显低于9.3kV的最低电压要求，如下表2所示：

表2 传统控制方法下的10kV节点电压(单位：kV)

而采用阶梯式智能控制后，最低电压依然可以达到9.68kV，如下表3所示：

表3 阶梯式控制方法下的10kV节点电压(单位：kV)

通过表2和表3的对比可知，线路在传统的控制方法下依然还有不少节点电压幅值低于下限值，尤其是在线路的中末端；而当采用了本发明提出的阶梯式智能控制方法后，沿线电压得到明显的抬升，包括线路末端的节点，基本上都稳定在9.7～9.9kV之间，没有出现电压越限的情况。

上述的实例线路中，无功补偿总配置容量为3940kvar，占配变总容量的36.5％，采用传统控制方法后无功补偿投入总容量为1140kvar，而采用阶梯式智能控制策略后无功补偿投入总量为3180kvar，此时依然还没有全部容量投入，还有可以调控投切的裕度，而设备利用率则大大提高，并且节能降损效果也明显改善，从而验证了本发明提出的阶梯式智能电容器控制策略与传统的控制方法相比，拥有一定的可行性和显著的优越性，推广后可为电网公司和社会带来相当可观的经济效益。

以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)测量10kV馈线首端的功率因数；

2)按测量所得的功率因数分为功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段；

3)在补偿点电压未出现越限时，将馈线首端的功率因数滞后0.98以下、功率因数滞后0.98～1和功率因数超前三段与各低压智能电容器动作分别实行对应；在补偿点电压出现越限或将出现越限时，对各低压智能电容器进行相应的操作使电压合格；

4)通过配变低压侧的电流互感器测量计算无功补偿安装点的配变负载率；

5)根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制。

2.根据权利要求1所述的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，其特征在于：所述步骤3)在补偿点电压未出现越限时，具体如下：

对各低压智能电容器，当馈线首端的功率因数为滞后0.98以下时，对应电容器操作为只投入不切断；当功率因数为滞后0.98～1时，闭锁电容器动作；当功率因数为超前时，对应电容器操作为只切断不投入。

3.根据权利要求1所述的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，其特征在于：所述步骤3)在补偿点电压出现越限或将出现越限时，具体如下：

对各低压智能电容器，若补偿点电压尚未越限，但经测算投一组或切一组电容器后都将引起补偿点电压越限，则电容器不需要动作；若补偿点电压越上限，则分组切断电容器直到电压合格；若补偿点电压越下限，则分组投入电容器直到电压合格。

4.根据权利要求2所述的阶梯式配电网低压智能电容器控制方法，其特征在于：步骤5)所述根据两次测量对比得到无功补偿点负载率的变动幅度，确定投切的优先级，具体如下：

自动化系统每15分钟进行一次对馈线首端功率因数和无功补偿点负载率的测量，根据首端的功率因数确定电容器是否需要动作，设可操作的无功补偿点为k个，根据负载率的变动幅度来确定投切的优先级，负载率变动最大的补偿点记为i＝1，变动次大的记为i＝2，以此类推直到i＝k；

所述以补偿点电压未出现越限为前提，对各低压智能电容器进行投切控制，具体为：i＝1对应的配变侧的电容器先按步骤3)在补偿点电压未出现越限时的电容器投切动作开始，再判断馈线首端的功率因数是否达到闭锁要求，即功率因数是否滞后0.98～1，若否，则i＝2，3…k对应的负荷点电容器依次进行投切动作，如果i＝k对应的负荷点电容器动作后还没达到闭锁要求，则重置i＝1，循环进行，直到馈线首端的功率因数达到闭锁要求或没有可操作的电容器。

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