CN103975496A - 用于分散协调电压无功控制(cvvc)的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统包括存储器装置（110），其配置成存储配电系统的多个操作测量。配电系统包括多个电容装置。该系统还包括处理器（115），其耦合成与存储器装置进行通信。处理器编程为确定多个电容装置的多个潜在配置。处理器还编程为确定作为下列至少一个的函数的多个电容装置的每个的切换的优先级：配电系统的至少一个实际电压测量、配电系统的至少一个功率因数确定、至少一个电压参数、至少一个功率因数参数以及电容装置的每个的可用性。

Description

用于分散协调电压无功控制(CVVC)的设备
技术领域
一般来说，本文所述的实施例涉及配电系统，以及更具体来说，涉及用于增强配电系统中的电压和功率因数的控制的设备。
背景技术
已知电力网通常包括发电站、输电和配电线、变压器以及促进输电和电力输送的其它装置。在发电站生成电力之后，通过高压输电线将其传送延伸距离到次级输电/配电变电站。传输线通常工作在大约115千伏(kV)与大约765 kV之间的电压电平。在次级输电/配电变电站，变压器将传送电力的高电压电平降低到范围从大约46 kV至大约69 kV的次级输电电压电平，或者降低到范围从大约12 kV至大约34.5 kV的电压电平。然后，电力通过馈电装置、经由配电系统传送到最终客户，以及在它到达最终客户之前，由配电变压器将电压降低到大约120 V/240 V。
大多数已知配电系统包括耦合到变电站变压器的多个馈电装置。各馈电装置包括多个配电变压器。馈电装置还可包括至少一个电容器组、至少一个电压调节器以及至少一个分布式发电装置、例如柴油发电机。各与相邻变电站邻接的多个常开联络开关限定馈电装置的外边界。馈电装置经由断路开关、自动开关、分段隔离开关和熔断器来分成较小单元。
在一些已知馈电装置中，电压在馈电装置的头部与线路末端(EOL)客户之间降低。因此，为了在高峰电负荷时期期间(包括最远离馈电装置头部的那些区域)将电压保持在预定参数之内，发电站升高所生成电压和/或调整功率因数。作为发电站的动作的替代或补充，可启动局部分布发电装置。这些动作要求燃烧附加燃料资源并且增加操作成本，由此降低系统效率只为了支持局部电压电平和功率因数。在其它已知馈电装置中，本地电容器组用来支持本地电压。但是，这种本地电压调节可要求多个不必要的切换以在较短时间帧中使电容器组联机并且使它们脱机。此外，这种本地电压调节不可充分控制馈电装置中的其它操作参数，例如跨从馈电装置的头部到EOL客户的段的有功功率损耗。
发明内容
在一个方面，提供一种用于增强分散协调电压无功控制(coordinated Volt/Var control：CVVC)的系统。该系统包括存储器装置，其配置成存储配电系统的多个操作测量。配电系统包括多个电容装置。该系统还包括处理器，其耦合成与存储器装置进行通信。处理器编程为确定多个电容装置的多个潜在配置。处理器还编程为确定作为下列至少一个的函数的、多个电容装置的每个的切换的优先级：配电系统的至少一个实际电压测量、配电系统的至少一个功率因数确定、至少一个电压参数、至少一个功率因数参数以及电容装置的每个的可用性。
在另一方面，提供一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统。该系统包括存储器装置，其配置成存储配电系统的多个操作测量。配电系统包括至少一个馈电装置，其包括多个电容装置。该系统还包括处理器，其耦合成与存储器装置进行通信。处理器编程为确定至少一个馈电装置的实际功率因数，并且确定至少一个馈电装置的实际功率因数是否在预定馈电装置功率因数参数之内。处理器还编程为从多个电容装置来确定作为对馈电装置的电压平滑作用的函数、可用于切换的每个电容装置的优先级。处理器还编程为确定预定馈电装置无功功率参数之间的范围。处理器还编程为确定至少一个馈电装置上的实际无功功率与至少一个馈电装置上的无功功率的目标值之间的差分无功功率值的范围。处理器还编程为确定每个可用电容装置的差分无功功率值，并且命令至少一个可用电容装置进行切换。
在又一方面，提供一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统。该系统包括存储器装置，其配置成存储配电系统的多个操作测量。配电系统包括变电站、变压器以及耦合到变压器的多个馈电装置。配电系统还包括各馈电装置中的多个电容装置。该系统还包括处理器，其耦合成与存储器装置进行通信。处理器编程为确定变压器的低压侧的实际功率因数以及多个馈电装置的各馈电装置的实际功率因数。处理器还编程为确定变压器的低压侧的实际功率因数是否在预定变压器低压侧功率因数参数之内。处理器还编程为确定作为各馈电装置中的电容装置的状态和可用性的函数的、多个馈电装置的每个的预测功率因数。处理器还编程为确定多个馈电装置的各馈电装置的实际功率因数的每个和多个馈电装置的各馈电装置的预测功率因数是否在预定馈电装置功率因数参数之内。处理器还编程为确定作为各馈电装置中的电容装置的状态和可用性的函数的、变压器的低压侧的预测功率因数。处理器还编程为确定变压器的低压侧的实际功率因数的每个和变压器的低压侧的预测功率因数是否在预定变压器低压侧功率因数参数之内。处理器还编程为确定作为对多个馈电装置所确定的功率因数与对变压器的低压侧所确定的功率因数之间的比较的函数的、多个电容装置的每个的切换优先级。
附图说明
图1是可用来监测和/或控制配电系统的一部分的操作的示范计算装置的框图；
图2是包括配电系统控制器的示范配电监测和控制系统的框图；
图3是示范配电系统及其一个馈电装置的示意图；
图4是图3所示馈电装置中使用的部分装置的状态的表格视图；
图5是图3所示馈电装置中使用的多个电容器组的电容器组状态的表格视图；
图6是图3所示馈电装置中使用的部分装置的状态的表格视图；
图7是图3所示馈电装置中使用的多个电容器组的电容器组状态的表格视图；
图8是平滑电压并且增强图3所示馈电装置的功率因数的示范方法的流程图；
图9是图8的延续；
图10是在馈电装置级的电容装置适用性的表格视图；
图11是在变电站级的电容装置适用性的表格视图；
图12是在馈电装置级和变电站级的电容装置适用性的表格视图；
图13是运行图3所示配电系统的基于遥测的电压无功控制的示范方法的流程图；以及
图14是可与图13所示的运行基于遥测的电压无功控制的方法配合使用的序列的图形视图。
具体实施方式
图1是可用来监测和/或控制配电系统(图1中未示出)的一部分的操作的示范计算装置105的框图。计算装置105包括存储器装置110以及在操作上耦合到存储器装置110供运行指令的处理器115。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器装置110中。计算装置105由编程处理器115可配置成执行本文所述的一个或多个操作。例如，可通过将操作编码为一个或多个可执行指令，并且在存储器装置110中提供可执行指令，来对处理器115编程。处理器115可包括一个或多个处理单元(例如按照多核配置)。
在示范实施例中，存储器装置110是实现诸如可执行指令和/或其它数据之类的信息的存储和检索的一个或多个装置。存储器装置110可包括一个或多个计算机可读介质，非限制性地例如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态硬盘、硬盘、只读存储器(ROM)、可擦可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)和/或非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型只是示范性的，并且因而并不是限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。
此外，如本文所使用的术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器中存储的、供个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
存储器装置110可配置成存储操作测量，非限制性地包括变电站电压和电流读数、整个配电系统(图1中未示出)的局部电压和电流读数和/或任何其它类型的数据。在一些实施例中，处理器115基于数据的使用时间从存储器装置110中删除或“清除”数据。例如，处理器115可改写与后续时间和/或事件关联的、先前所记录和存储的数据。作为补充或替代，处理器115可删除超过预定时间间隔的数据。另外，存储器装置110非限制性地包括充分数据、算法和命令，以促进分散协调电压无功控制(CVVC)(下面进一步论述)。
在一些实施例中，计算装置105包括耦合到处理器115的呈现接口120。呈现接口120向用户125呈现诸如用户界面和/或告警之类的信息。例如，呈现接口120可包括显示适配器(未示出)，其可耦合到显示装置(未示出)，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器和/或“电子墨水”显示器。在一些实施例中，呈现接口120包括一个或多个显示装置。作为补充或替代，呈现接口120可包括音频输出装置(未示出)(例如音频适配器和/或喇叭)和/或打印机(未示出)。在一些实施例中，呈现接口120例如通过使用人机接口(HMI)(未示出)，来呈现与同步机器(图1中未示出)关联的告警。
在一些实施例中，计算装置105包括用户输入接口130。在示范实施例中，用户输入接口130耦合到处理器115，并且接收来自用户125的输入。用户输入接口130可包括例如键盘、指针装置、鼠标、触控笔、触敏面板(例如触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入接口(例如包括话筒)。单个组件、例如触摸屏可用作呈现接口120和用户输入接口130的显示装置。
通信接口135耦合到处理器115，并且配置成耦合成与诸如传感器或者另一个计算装置105之类的一个或多个其它装置进行通信，以及执行关于这类装置的输入和输出操作。例如，通信接口135可非限制性地包括有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器和/或并行通信适配器。通信接口135可从一个或多个远程装置接收数据和/或向其传送数据。例如，计算装置105的通信接口135可向另一个计算装置105的通信接口135传送告警。
呈现接口120和/或通信接口135均能够(例如向用户125或另一装置)提供适合与本文所述方法配合使用的信息。相应地，呈现接口120和通信接口135可称作输出装置。类似地，用户输入接口130和通信接口135能够接收适合与本文所述方法配合使用的信息，并且可称作输入装置。
图2是可用来监测和/或操作配电系统205的一部分、例如配电段或馈电装置F1的示范监测和控制系统200的框图。系统200包括配电系统或者馈电装置控制器215，其可经由通信网络225耦合到其它装置220。网络225的实施例可以非限制性地包括与因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线LAN(WLAN)和/或虚拟专用网络(VPN)的操作耦合。虽然下面针对特定计算装置105来描述某些操作，但是预期任何计算装置105可执行所述操作的一个或多个。例如，控制器215可执行以下所有操作。
参照图1和图2，控制器215是计算装置105。在示范实施例中，计算装置105经由通信接口135耦合到网络225。在一个备选实施例中，控制器215与其它装置220集成。
控制器215与第一操作人员230进行交互(例如经由用户输入接口130和/或呈现接口120)。例如，控制器215可向操作人员230呈现与配电系统205和馈电装置F1有关的信息、例如告警。其它装置220与第二操作人员235进行交互(例如经由用户输入接口130和/或呈现接口120)。例如，其它装置220可向第二操作人员235呈现告警和/或其它操作信息。如本文所使用的术语“操作人员”包括与操作和维护配电系统205和馈电装置F1关联的任何职位中任何人，非限制性地包括轮班操作人员、维护技术人员和系统监控人员。
馈电装置F1包括一个或多个监测传感器240。在示范实施例中，监测传感器240收集操作测量，非限制性地包括变电站电压和电流读数、整个配电系统的局部电压和电流读数和/或任何其它类型的数据。监测传感器240反复(例如周期、连续和/或在请求时)传送当前时间的操作测量读数。例如，监测传感器240可产生最小值(例如4毫安(mA))与最大值(例如20 mA)之间的电流。最小传感器电流值表示关于检测到最小量度条件的指示。最大传感器电流值表示关于检测到最高可检测条件的指示。控制器215接收并且处理操作测量读数。另外，控制器215非限制性地包括充分数据、算法和命令，以促进分散协调电压无功控制(CVVC)(下面进一步论述)。
在示范实施例中，配电系统205包括与监测传感器240相似的附加监测传感器(未示出)，其收集与配电系统205的其余部分关联的操作数据测量，非限制性地包括来自附加馈电装置的数据和环境数据，其中非限制性地包括本地外部温度。这种数据跨网络225来传送，并且可由能够访问网络225的任何装置来访问，非限制性地包括台式计算机、膝上型计算机和个人数字助理(PDA)(均未示出)。
拓扑识别算法和方法
图3是示范配电系统205及其一个馈电装置F1的示意图。配电系统205包括变电站300。变电站300包括降压变电站变压器302，其限定高压侧母线304和低压侧母线306。在示范实施例中，变压器302是负载抽头变换(LTC)变压器。备选地，变压器302是实现如本文所述馈电装置F1的操作的任何类型的变压器。变压器302将高压侧304电压变换成所定义范围之内的低压侧306电压。配电系统205包括多个配电段或馈电装置F1、F2和F3，下面进一步论述。变电站300还可包括至少一个可选变电站电容装置307。
在示范实施例中，馈电装置F1耦合到变压器302。馈电装置F1包括至少一个断路器305，其促进耦合以及隔离变压器302和馈电装置F1。馈电装置F2和F3示出附加的类似馈电装置如何耦合到变压器302。监测和控制系统200包括充分计算资源，并且编程为促进在变电站级和/或馈电装置级的分散协调电压无功控制(CVVC)(下面进一步论述)。系统200耦合成经由多个通信装置308(仅标明两个)(其可限定通信网络225(图2所示)的一部分)与变电站300中的设备和馈电装置F1进行通信。通信网络225还可包括远程通信装置、例如远程终端单元(RTU)310，其促进系统200与通信装置308之间的远程通信。
馈电装置F1还包括多个电容器组或电容器C1、C2、C3、C4和C5。在此，术语“Ci”表示电容器C1至C5的每个和任一个，其中“i”是从1至5的任何数字。当电容器Ci接通(例如闭合)时，某个量的无功功率(VAR)将通过(一个或多个)关联电容器Ci注入馈电装置F1。通过改变接通或关断哪些电容器Ci，无功功率量可改变。因此，馈电装置F1的诸如功率因数、有功功率损耗以及馈电装置F1中的电压偏差之类的其它操作条件可改变。
馈电装置F1还包括耦合到馈电装置F1的多个配电变压器312(仅标明一个)。馈电装置F1还包括耦合到配电变压器312的每个的多个电负载314(仅标明一个)。馈电装置F1可包括耦合到馈电装置F1的至少一个电压调节器(图3仅示出一个、即VR1)。备选地，馈电装置F1的一些实施例可包括多个级联电压调节器。在示范实施例中，电压调节器VR1结合LTE变压器302进行操作。备选地，对于没有与变压器302关联的LTC的那些实施例，电压调节器VR1促进馈电装置F1中的电压控制。另外，备选地，对于没有关联馈电装置上的电压调节器的那些实施例，变压器312中的LTC促进馈电装置F1中的电压控制。当跨馈电装置F1的电压增加或降低时，LTC变压器302和/或电压调节器VR1调节馈电装置F1中的电压，以促进将这类电压保持在所定义范围之内、例如114 V与126 V之间。
LTC变压器302和/或电压调节器VR1各可包括可选择抽头位置，其能够经由监测和控制系统200来改变和控制。改变LTC变压器302中的抽头位置在分立步骤中同时改变所有馈电装置上的电压。改变电压调节器中的抽头位置仅改变关联馈电装置中的电压。这些不同抽头位置可使电压调节器VR1将低压侧306上的电压增加或降低到预定值。每个LTC和VR包括控制器(未示出)，其在抽头改变事件之前生成倒计数。
馈电装置F1还包括多个分布式发电装置、即DG1和DG2，其可用来将电力注入馈电装置F1。DG1和DG2是任何类型的分布式发电装置，非限制性地包括柴油发电机、微型涡轮机和太阳能收集器阵列。馈电装置F1还包括多个断路开关DS1、DS2和DS3，其促进馈电装置F1的部分的耦合和隔离。
另外，在示范实施例中，馈电装置F1可经由联络开关TS #1耦合到其它变电站、例如sub #1。Sub #s 1、2、3和4以及关联联络开关TS #s 1、2、3和4分别在图3中示出。TS #s 1、2、3和4常开。此外，TS #s 1至4与变压器302协作促进限定与馈电装置F1关联的监测和控制系统200的分散CVVC部分320的地理和操作范围。TS #s 1、2、3和4与最远的配电变压器312下游的“最后一个”、即最远的客户计量协作限定线路末端(EOL)电压值。具体来说，离变压器302最远的计量限定EOL值。CVVC部分320促进将EOL电压保持在规格之内，同时促进馈电装置F1中的电压平滑。
监测和控制系统200包括至少一个拓扑识别算法，其促进识别与馈电装置F1关联的断路开关DS1、DS2和DS3、自动开关(未示出)以及TS #s 1、2、3和4的状态。因此，系统200一直“知道”哪些电容器Ci可用于切换。
图4是馈电装置F1(图3所示)中使用的部分装置的状态的表格视图、即表350。具体来说，表350以“1”作为“闭合”以及“0”作为“断开”来示出装置DS1、DS2、DS3、TS #1、TS #2、TS #3和TS #4的分立状态。在这里，三个DS闭合，以及四个TS断开。
图5是馈电装置F1(图3所示)中使用的多个电容器组Ci的电容器组Ci状态的表格视图、即表360。具体来说，表360示出各电容器Ci，包括通/断态(“通”（ON）或“断”（OFF）)、大小(单位为kVAR)、计数器(操作次数)、接通或断开开关的定时器设定以及状态(“可用”或“不可用”)。作为一个选项，通过对开关操作次数施加限度，计数器跟踪电容器操作以促进降低不必要的开关操作。各电容器Ci包括控制器(未示出)，其跟踪自上一次操作以来的时间，并且对预定时间周期阻止后续操作。当满足对操作的全部要求、非限制性地例如没有维护正在进行并且没有关联定时器正阻止操作时，电容器Ci是可用的。例如，表360因维护而将电容器C2示为不可用。
图6是馈电装置F1(图3所示)中使用的部分装置的状态的表格视图、即表370。具体来说，表370以“1”作为“闭合”以及“0”作为“断开”来示出装置DS1、DS2、DS3、TS #1、TS #2、TS #3和TS #4的分立状态。在这里，DS1和DS2闭合以及DS3断开，而四个TS断开。参照图3，当DS3断开时，电容器C5对于服务/操作不可用。
图7是馈电装置F1(图3所示)中使用的多个电容器组Ci的电容器组状态的表格视图、即表380。在这里，由于如图6所示断开的DS3，电容器C5对于服务/操作不可用，并且接收“OTS”、即服务区域外部的状态。这种OTS状态使电容器C5不得由系统200控制。
组合电压平滑以及功率因数确定和控制算法及方法
图8是平滑电压并且增强馈电装置F1(图3所示)的功率因数的示范方法400的流程图。图9是图8的延续。最平坦电压分布定义为具有馈电装置上的平均电压与最低电压之间的最小差的分布，其中包括所有电压测量点。但是，在一些备选实施例中，可使用确定电压分布平坦度的不同方法。监测和控制系统200(图2所示)包括至少一个电压平滑算法和功率因数校正算法，其进行协合以促进在馈电装置F1级的功率因数校正，同时经由其电容器Ci控制功能将电压平滑特征结合在馈电装置F1中。监测和控制系统200可缩放成促进包含与配电系统205(图3所示)关联的所有馈电装置F1、F2和F3。因此，功率因数在源自变电站300(图3所示)的所有馈电装置F1、F2和F3保持在预定参数之内，由此促进在变电站级、即在低压侧306(图3所示)将功率因数控制在预定参数之内。
在本示范实施例中，在监测和控制系统200中编程的电压平滑算法和功率因数校正算法基于由监测传感器240(图2所示)所收集和传送的、馈电装置F1中的条件的实时、即实际遥测测量。具体来说，监测和控制系统200关于当前电容器Ci状态和可用性、预定电压限度、预定功率因数限度以及馈电装置F1的基于遥测的测量，来评估所有电容器C1开关组合(CSC)。在所有可行CSC之间，算法促进一个选择特定CSCx，其将平滑电压分布并且将功率因数保持在所指定限度之内。每次一个地切换电容器Ci。
如本文所使用的术语“VC-i”表示在电容器组i、即Ci所测量的电压的变量。另外，如本文所使用的术语“VMi”表示在馈电装置F1中的另一个计量点i所测量的电压的变量。此外，如本文所使用的术语“VB”表示在低压侧306所测量的电压的变量。此外，如本文所使用的术语“VMAX”表示最大可允许电压、例如126 V的变量。另外，如本文所使用的术语“VMAX”表示最小可允许电压、例如114 V的变量。此外，如本文所使用的术语“VFM”表示电压平滑余量的变量，其表示切换任何电容器Ci之前、在馈电装置F1中的电压分布的最小所需改进。VFM是可配置参数，非限制性地例如大约0.2 V。此外，如本文所使用的术语“ΔV”表示电压平滑改进余量的变量，其进一步表示证明电容器Ci开关次数的增加的、馈电装置F1中的电压分布的最小所需改进。ΔV是可配置参数，非限制性地例如大约0.2 V。另外，如本文所使用的术语“TN”表示两个时间相邻的电容器控制动作之间的时间延迟的变量。此外，如本文所使用的术语“P”和术语“Q”分别表示有效功率与无功功率的变量。
另外，在本示范实施例中，如以上所述，算法输入非限制性地包括VB测量、P和Q馈电装置F1测量、所有VCi测量以及所有VMi测量。此外，在本示范实施例中，算法输入包括预定的可配置功率因数范围。此外，在本示范实施例中，算法输入非限制性地包括至少一个电容器切换灵敏度表(未示出)。
各电容器灵敏度表包括多行，其中每行i对应于一个可行CSCi。各电容器灵敏度表还包括多列，其对应于测量点、即电容器组Ci位置和其它测量点。各电容器灵敏度表还包括多列，其对应于表示因特定CSCi的电容器Ci开关引起的电压变化的值。每次切换电容器组Ci时，在各测量点的电压读数被获取并且从基本电压中减去，以确定变化是因关联开关事件引起的电压。使用如以上对于图5和图7所述的各电容器Ci的状态和可用性表，通过在将电容器状态从“断”改变成“通”时相加电压灵敏度值而在将电容器状态从“通”改变成“断”时减去电压灵敏度值，来计算这些值。
在本示范实施例中，方法400包括将上述输入传送402到监测和控制系统200中。具体来说，将VB测量、在低压侧306的P和Q馈电装置F1测量、所有VCi测量以及所有VMi测量输入到监测和控制系统200。这类测量是稳态测量，即，在馈电装置F1上的非瞬变、即稳态条件期间进行测量。监测和控制系统200的一些实施例可包括至少一个电压测量完整性测试算法，其可用来确定引入电压测量、即VB、VCi和VMi测量是否在预计范围之内。引入电压测量的这类预计范围是可配置的。允许使用关联范围之内的电压测量，而不允许使用关联范围之外的电压测量。
每个电压测量的最小电压值、即Vmin从引入数据来确定404。另外，每个电压测量的平均电压值、即Vavg从引入数据来确定406。每个电压测量的当前电压值、即VCUR通过从Vavg的关联值中减去Vmin的关联值来确定408。在低压侧306的功率因数(pf)的值使用下式、从所接收的P和Q的值来确定410：
， (等式1)
其中，pf值将如以下所述来使用。
确定412可用于切换的各电容器组Ci。如本文所使用的术语“M”表示可用电容器组Ci的总数，其中M ≤ N，以及N是馈电装置F1中的已安装电容器组Ci的总数。
确定414仅使用可用电容器Ci的潜在电容器切换组合(CSCi)。将存在总共2M个组合，其中M是可用电容器Ci的总数。所有CSC的电容器状态变更表(未示出)基于当前电容器切换状态和CSCi来创建416。这个表将具有2M行(各CSCi一行)和M列(各电容器Ci一列)。基于现有电容器切换灵敏度表(通-断和断-通)和CSCi状态变更表，通过在将电容器从“断”改变成“通”时相加灵敏度值而在将电容器状态从“通”改变成“断”时减去电压灵敏度值，来生成418新电容器切换灵敏度表(未示出)。电容器状态变化、例如整个馈电装置F1的每个CSCi的新电压分布基于可用电压测量和已更新电容器切换灵敏度表来计算420。
每个CSCi的平均电压值、即Vavg CSCi从引入数据来确定422。每个CSCi的最小电压值、即Vmin CSCi从引入数据来确定424。每个CSCi的当前电压值、即VCSCi通过从Vavg CSCi的关联值中减去Vmin CSCi的关联值来确定426。CSCi的每个的更新pf值在低压侧306使用下式来计算428：
， (等式2)
其中，ki是可配置用户偏好，QOFF和QON对应于作为分别将其状态从“通”改变成“断”以及从“通”改变成“断”的函数的、每个CSCi中的电容器Ci的额定kVAR。
每个CSCi的最大电压值、即Vmax CSCi从引入数据来确定430。如果Vmin CSCi < VMIN(如以上所定义)，则排除432 CSCi而不予考虑。另外，如果Vmax CSCi > VMAX(如以上所定义)，则排除434 CSCi而不予考虑。创建436可行CSC的列表，其中可行CSC的总数为N1。进行关于在步骤432和434之后剩下还是没有剩下可行CSC的分立确定438。如果没有剩下CSC，则应用440临时等待时间TN(可配置用户偏好)，并且该过程返回到方法步骤412。如果存在可行CSC，则运行迭代函数，开始于设置442成值“0”。使i的值增加444 “1”。进行关于是否i > N1的分立确定446。如果不是的话，则消除448其中pfCSCi在预定范围之外的每个CSCi。另外，消除450其中VCUR – VCSCi < VFM(如以上所定义的可配置用户偏好)的每个CSCi。方法步骤446至450重复进行，直到满足关于是否i > N1的分立确定，即，不存在要评估的其它CSC。
如果存在其中i > N1的剩余CSC，则进行关于任何可行CSC是否剩余的分立确定452。如果存在的话，则对于关联CSC是否满足两个要求、即进行Min{ni}确定以及进行{VCUR - VCSCi}确定来查找454非主导CSC，其中ni是CSCi中的电容器状态变化的数量。
如本文所使用的术语“非主导”识别对于无法识别同时优化各目标的单个解决方案的那些情况的重要多目标问题的解决方案。在搜索解决方案的同时，到达使得在尝试进一步改进目标时其它目标因而受损的点。如果不能通过采用在没有使另一个目标恶化的情况下改进目标的另一个解决方案替代它来将它排除不予考虑，则该试探解决方案称作“非主导”。例如，对于具有“k”个目标函数要同时优化的多目标问题，如果“x”对于至少一个目标比“y”要好并且对任何其它目标没有恶化，则“x”被说成是主导解决方案“y”。不是被任何其它解决方案主导的解决方案称作非主导解决方案。在两个目标的情况下，如果“x”关于一个目标比“y”要好并且它对另一目标没有恶化，则解决方案“x”被说成是被解决方案“y”主导。不是被任何其它解决方案主导的解决方案称作非主导解决方案。
非主导CSC解决方案关于ni按升序来分类，以及消除具有更多电容器状态变化、在电压改进方面没有表现成明显好于具有较少电容器状态变化的CSC解决方案的非主导CSC解决方案，即，如果关于具有n次切换的非主导CSC的电压改进小于ΔV，则消除456具有n+1次切换的非主导CSC。开始于具有最少数量的电容器状态变化ni(例如ni=1)的非主导CSCi解决方案。将这个解决方案与下具有多数量电容器状态变化ni+1(例如ni+1=2)的一个非主导解决方案CSCi+1相比，并且使用下式来测试CSCi+1是否提供大于阈值ΔV(用户偏好，例如0.5 V)的电压分布的改进。
[VCUR – VCUR CSCi+1] - [VCUR – VCUR CSCi] > ΔV。 (等式3)
如果是的话，则将CSCi+1非主导解决方案保持在库中。如果不是的话，则丢弃那个解决方案，并且将CSCi+2与CSCi进行比较。继续这个过程，直到已经测试所有非主导解决方案。选择具有(VCUR – VCSCi)的最高值的非主导CSC，并且运行460电容器切换例程。这个CSC将促进达到馈电装置上的最平坦电压。但是，用户可选择另外某个标准来选择CSC，例如具有不超过四次电容器切换、给出最平坦电压分布的CSC。该过程返回到方法步骤412以进行下一个潜在电容器切换事件。
如果不存在剩余CSC，其中i > N1，则进行适当的分立确定。如果如方法步骤410所确定的现有pf处于限度之内，则进行下一个分立确定462。如果是的话，则应用440临时等待时间TN，以及该过程返回到方法步骤412。如果如方法步骤410所确定的现有pf不在限度之内，则运行迭代函数，开始于设置464成值“0”。使i的值增加466“1”。进行关于是否i > N1的分立确定468。如果不是的话，则消除470其中pfCSCi在预定范围之外的每个CSCi。方法步骤466至470重复进行，直到满足关于是否i > N1的分立确定，即，不存在要评估的其它CSC。如果从方法步骤452存在可行CSC，则进行分立确定472。如果不是的话，则应用440临时等待时间TN，以及该过程返回到方法步骤412。如果是的话，则查找474具有最少数量的开关事件、即min{ni}的CSC，并且运行460电容器切换例程。该过程返回到方法步骤412以进行下一个潜在电容器切换事件。
监测和控制系统200的CVVC部分320促进将EOL电压电平保持在规格之内，同时促进平滑整个馈电装置F1的电压分布，并且在配电系统205的馈电装置级保持功率因数。这种电压平滑和功率因数管理促进降低在馈电装置级的电力的需求和消耗。此外，电力需求和消耗的这类馈电装置级降低促进降低在变电站级的电力的总体需求和消耗。此外，在源自同一变电站的所有馈电装置将功率因数保持在预期限度之内转化为在变电站级、即低压侧306的相同预期限度之内的功率因数。
另外，如果不存在与馈电装置关联的、用于功率因数校正的所指定电容器、即靠近变电站安装的电容器，则与其中依次实现两个优化目标、即首先电压平滑以及其次功率因数优化的任何解决方案相比，监测和控制系统200的CVVC部分320促进减少电容器切换操作的数量。
功率因数确定和控制算法及方法(没有组合电压平滑)
与上述组合功率平滑以及功率因数确定和控制相对照，以下所述的用于确定和控制功率因数的算法和方法在电压平滑序列之后运行。具体来说，电压平滑和功率因数增强分两个分立步骤执行。最平坦电压分布定义为具有馈电装置上的平均电压与最低电压之间的最小差的分布，其中包括所有电压测量点。但是，在一些备选实施例中，可使用确定电压分布平坦度的不同方法。在功率因数管理算法和方法之前使用的初步电压平滑算法和方法主要包括单独切换各馈电装置中的开关电容器组。在各电容器切换事件之前，监测和控制系统200的CVVC部分320(均在图3中示出)确定将提供关联馈电装置中的最平坦电压的电容器。对于包括电压调节器的那些馈电装置，在算法和方法序列中为使用电压调节器促进附加电压平滑做准备。一旦实现了充分电压平滑，则发起功率因数控制确定和控制算法及方法。
如上所述，功率因数通过止式(1)来确定，其中P和Q分别是有效和无功功率。功率因数能够滞后(Q>0)或超前(Q<0)。因此，对于每一个预期或目标功率因数pfT(用户偏好)，存在需要计算以使得能够建立无功功率的范围的值QT MIN和QT MAX，其中QT MIN < Q < QT MAX。QT MIN and QT MAX的值使用下式来确定：
QT MAX = P * tan (arcos (pfT))，以及 (等式4)
QT MIN = -P * tan (arcos (pfT))。 (等式5)
如从上式看到，存在影响功率因数的两个因数，即，P和Q。一般来说，我们没有对客户负载的任何控制，因此，当P发生变化时，为了将功率因数保持在预期限度之内，操作人员被限制到通过“接通”和“关断”电容器，仅影响Q的变化。为了实际目的，变电站母线306上的电容器307或者更靠近变电站300的馈电装置F1至F3上的电容器Ci对配电系统205具有可忽略的影响，并且主要用于功率因数校正(全部在图3示出)。
用于功率因数的算法能够基于下列三种情况(用户偏好)：每个馈电装置的pf；在变电站变压器300的低压侧306的pf；以及在变电站变压器302的高压侧304的pf。
确定和控制馈电装置上的功率因数(pfF)的算法和方法
为了计算馈电装置上的功率因数，需要具有各馈电装置上的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量，功率因数通过上式(1)来确定，其中P和Q是馈电装置上的有效和无功功率的值。用于功率因数校正的电容器将是对电压分布具有最小影响的电容器。这些电容器将靠近变电站300，因为那些电容器对电压分布没有显著影响。需要确保解决如下情况：切换一个电容器以便平滑电压，并且然后切换同一电容器以便改进功率因数。这种不必要的切换降低断开和闭合装置的使用年限以及增加维护成本。
目标功率因数pfT能够超前或滞后。一些用户可能期望具有在某些限度之内既超前又滞后的目标功率因数(例如，他们可能期望功率因数为既超前又滞后的0.98或更好)。在那种情况下，pfT1 = pfT2，并且对应值为|QT MIN| = QT MAX。如果用户偏好是具有一直滞后的功率因数，则pfT2 = 0并且QT MIN = 0。如果用户偏好是具有一直超前的功率因数，则pfT1 = 0并且QT MAX = 0。如果用户想要具有使得是不对称的功率因数，则| QT MIN | ≠ QT MAX。如果功率因数的值超前和滞后，则pfT1 > 0并且pfT2 < 0。如果功率因数的值均滞后，则pfT1 > pfT2 > 0。如果功率因数的值均超前，则pfT1 < pfT2 < 0。
“接通”电容器将那个馈电装置上的无功功率降低QCi，而“关断”电容器将馈电装置上的无功功率增加QCi。如果当前无功功率为QCUR并且电容器具有额定值QCi，则已经切换电容器Ci之后的无功功率的值为：
“通” → “断”，QNEW = QCUR + QCi，以及 (等式6)
“断” → “通”，QNEW = QCUR – QCi。 (等式7)
最初，从馈电装置得到有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。得到目标功率因数pfT1和pfT2(用户偏好)的值。分别基于目标功率因数pfT1和pfT2、分别使用等式(4)和(5)分别计算最大和最小无功功率QT MAX和QT MIN的值。使用上式(1)来计算馈电装置功率因数pfF。
检查馈电装置功率因数pfF是否在预期目标限度之内、即QT MIN ≤ Q ≤ QT MAX，其中这种确定使用功率因数与无功功率之间的已知关系进行。如果馈电装置功率因数pfF在预期目标限度之内，则不要求进一步操作动作。但是，如果馈电装置功率因数pfF在预期目标限度之外，则应当运行下列子例程。
对于没有线路上的电压调节器的馈电装置，运行下列例程。通过计算馈电装置上的平均电压与馈电装置上的最低电压之间的差以确定基本条件，按升序对所有可用电容器组进行分类。在各电容器已经模拟成在交替位置被切换之后进行相同操作。查找两个值之间的差的绝对值。按所计算值的升序对电容器组进行分类。对于没有线路上的电压调节器的那些馈电装置，所有可用电容器均作为离变电站的距离的函数、按升序来分类。
如果功率因数pfF在预期目标限度之外，则检查是否Q > QMAX或者是否Q < QMIN。如果Q > QMAX，则如下所述直接进行。如果Q < QMIN，则使用以下在论述情况Q > QMAX之后进一步论述的方法。
如果Q > QMAX，则计算ΔQ=||Q| - |QMAX||。
使用来自上述所分类电容器组表的电容器，并且开始于表中的第一电容器，确定“关断”的所有可用电容器。然后，查找表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的所有电容器Ci。
如果不存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的电容器，则对于“关断”的每一个可用电容器来计算：
ΔQCi = | |QNEW_Ci_SWITCHED |– |QMAX ||, (如果QNEW_Ci_SWITCHED > 0 )，以及 (等式8)
ΔQCi = | |QNEW_Ci_SWITCHED |– |QMIN ||, (如果QNEW_Ci_SWITCHED < 0 )， (等式9)
其中，在将电容器从“断”态切换到“通”态时，QNEW_Ci_SWITCHED = Q - QCi。
随后，从上述所分类电容器组表中查找具有ΔQCi的最低值的电容器，将那个特定电容器从“断”态直接切换到“通”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。对于没有电压调节器的那些馈电装置，如上所述返回到该过程的开始。
在所有可用电容器用来尝试达到预期功率因数、但仍然没有达到这种预期功率因数的情况下，可向用户传送通知，建议确定是否根据需要采用所有电容器组大小来设计馈电装置。
如果只存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的一个电容器，则将那个特定电容器从“断”态直接切换到“通”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则终止该算法。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后终止该算法。对于没有电压调节器的那些馈电装置，终止该算法。
如果只存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的一个以上电容器，则选择在物理上最靠近变电站的电容器。将那个特定电容器从“断”态直接切换到“通”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。对于没有电压调节器的那些馈电装置，如上所述返回到该过程的开始。
如果Q > QMAX，则计算ΔQ=||Q| - |QMIN||。
使用来自上述所分类电容器组表的电容器，并且开始于表中的第一电容器，确定“接通”的所有可用电容器。然后，查找表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的所有电容器Ci。
如果不存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的电容器，则对于“接通”的每一个可用电容器来计算：
ΔQCi = | |QNEW_Ci_SWITCHED |– |QMAX ||, (如果QNEW_Ci_SWITCHED > 0 )，以及 (等式8)
ΔQCi = | |QNEW_Ci_SWITCHED |– |QMIN ||, (如果QNEW_Ci_SWITCHED < 0 )， (等式9)
其中，在将电容器从“通”态切换到“断”态时，QNEW_Ci_SWITCHED = Q + QCi。
随后，从上述所分类电容器组表中查找具有ΔQCi的最低值的电容器，将那个特定电容器从“断”态直接切换到“通”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。对于没有电压调节器的那些馈电装置，如上所述返回到该过程的开始。
在所有可用电容器用来尝试达到预期功率因数、但仍然没有达到这种预期功率因数的情况下，可向用户传送通知，建议确定是否根据需要采用所有电容器组大小来设计馈电装置。
如果只存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的一个电容器，则将那个特定电容器从“通”态直接切换到“断”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后终止该算法。对于没有电压调节器的那些馈电装置，终止该算法。
如果只存在表达式ΔQ < QCi < ΔQ + QT MAX + | QT MIN |成立的一个以上电容器，则选择在物理上最靠近变电站的电容器。将那个特定电容器从“通”态直接切换到“断”态。对预定时间周期、非限制性地例如大约60秒记录在最近切换的电容器的电压变化的移动平均数。对于具有电压调节器的那些馈电装置，检查与电压调节器关联的定时器的任一个是否正在运行。如果没有与电压调节器关联的定时器正在运行，则返回到该过程的开始，即，得到来自馈电装置的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量。如果与电压调节器关联的定时器的一部分正在运行，则等待到定时器期满，允许电压调节器改变抽头，并且然后终止该算法。对于没有电压调节器的那些馈电装置，终止该算法。
确定和控制变电站变压器的低压侧的功率因数(pf)的算法和方法
如上所述，有效功率(P)和无功功率(Q)始终在变电站变压器306的低压侧306(均在图3中示出)来测量。因此，等式(1)用来使用PLS和QLS的测量值来确定低压侧功率因数pfLS。
最初，所有馈电装置上的所有可用电容器被确定，并且然后使用下列方法按升序来分类。计算平均电压与馈电装置F1中的最低电压之间的差，以确定基本条件。执行从现有通/断态到相反通/断态的一系列连续模拟电容器切换操作。在各模拟电容器切换事件之后，重复确定平均电压与馈电装置F1中的最低电压之间的差。然后，对各模拟开关事件来确定两个值之间的差(Δ)的绝对值。表被生成并且装载有按Δ的值的升序来分类的电容器的列表。电容器的开关顺序通过分类列表来确定，即，切换开始于表的顶部的电容器。
电容器切换选择的第一方法包括从上述电容器切换优先级列表中选择具有最坏功率因数的馈电装置，并且电容器切换将开始于关联馈电装置。电容器切换选择的第二方法包括确定哪一个馈电装置具有最多可用电容器，并且基于离变电站的距离开始对它们进行切换(最靠近的电容器组将首先切换)。电容器切换选择的第三方法包括执行Pareto分析。在本示范实施例中，描述第一方法。
“接通”电容器将那个馈电装置上的无功功率降低QCi，而“关断”电容器将馈电装置上的无功功率增加QCi。如果当前无功功率为QCUR并且电容器具有额定值QCi，则已经切换电容器Ci之后的无功功率的值为：
“通” → “断”，QNEW = QCUR + QCi，以及 (等式6)
“断” → “通”，QNEW = QCUR – QCi。 (等式7)
馈电装置上的当前功率因数可表示为：
， (等式10)
则，“接通”电容器将产生新的功率因数：
， (等式11)
以及“关断”电容器将产生新的功率因数：
。 (等式12)
有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS从变电站变压器302的低压侧306来得到。得到目标功率因数pfT(用户偏好)的值。最大和最小无功功率QT MAX和QT MIN的值分别使用等式(4)和(5)来确定。使用上式(10)来计算当前馈电装置功率因数pfLS。
确定功率因数pfLS是否在预期目标限度之内、即QT MIN ≤ QLS ≤ QT MAX，其中使用功率因数与无功功率之间的已知关系进行这种确定。如果功率因数pfLS在预期目标限度之内，则不要求进一步操作动作。如果功率因数pfLS在预期目标限度之外，则运行下列序列。
确定电容器组的数量以及可用于耦合到变电站变压器的每一个电容器组(QCS1、QCS2…)的无功功率。如果存在至少一个变电站电容器组，则对于可用的每一个变电站电容器组，在切换电容器之后使用下式来计算新的低压侧无功功率：
“通” → “断”，QNEW = QLS_Measured + QCSi ，以及 (等式13)
“断” → “通”，QNEW = QLS_Measured – QCi。 (等式14)
确定变压器302的低压侧306上的无功功率的测量值、即QLS_NEW是否在如上所述限度之内。如果QLS_NEW是在限度QT MIN ≤ QLS ≤ QT MAX之内，则选择使pf处于目标限度之内的变电站电容器组Ci用于切换。如果存在这个表达式成立的一个以上电容器组，则选择引起最接近预期功率因数的中列数（midrange）的pf的电容器用于切换。如果它们中的许多产生相同pf，则使用仲裁选择标准，非限制性地例如选择在变电站主接线图上具有较低编号标识符的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
如果QLS_NEW是在限度QT MIN ≤ QLS ≤ QT MAX之外，并且如果单个变电站电容器组不能使目标功率因数在目标限度之内，则确定切换那个电容器组与预期功率因数相比是将改进功率因数还是使它更差。
如果功率因数将通过切换那个变电站电容器组得到改进，则切换使功率因数最接近预期功率因数的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
如果切换变电站电容器组使功率因数恶化，或者如果不存在可用的电容器组，则得到各馈电装置的有效(P)和无功(Q)功率的值，并且确定每个的功率因数、即pfFi。对于各馈电装置，通过确定pfT与pfFi之间的差的绝对值，来确定误差ξ。生成馈电装置排位表，其中馈电装置关于误差ξ从最差到最好排名。注意，如果馈电装置是在限度之内，则误差ξ为0。
对于各馈电装置，假定希望得到相同的功率因数pfT，并且计算ΔQmin和ΔQmax，使得如果QFEEDER < ΔQmin，则：
ΔQmin = |QFEEDER - QT MIN|，或者 (等式15)
ΔQmax = | ΔQmin + |QT MAX - QT MIN||。 (等式16)
另外，如果QFEEDER > ΔQmax，则：
ΔQmin = |QFEEDER - QT MAX|，或者 (等式17)
ΔQmax = | ΔQmin + |QT MAX - QT MIN||。 (等式16)
图10是在每个馈电装置的馈电装置级的电容装置适用性的表格视图、即表500。对于各馈电装置，检验关联馈电装置中的每个电容器组的可用性和状态，并且生成包含1和0以表示适用性的馈电装置表500。1表示特定电容器能够使馈电装置上的功率因数处于限度之内的切换，以及0表示这不是可能的。
图11是在每个馈电装置的变电站级的电容装置适用性的表格视图、即表510。对于变电站，检验所有馈电装置上的每个电容器组的可用性和状态，并且生成包含1和0以表示适用性的变电站表510。1表示特定电容器能够使变电站变压器的低压侧上的功率因数处于限度之内的切换，以及0表示这不是可能的。
图12是在每个馈电装置的馈电装置级和变电站级的电容装置适用性的表格视图、即表520。生成基于结合以上两个表的最终表520。这个表520将确定是否存在固定馈电装置功率因数和变电站变压器低压侧功率因数的任何电容器。在这里，馈电装置F4的电容器C3和馈电装置F2的电容器C1满足两种要求。
如果最终表520不为空、即存在一些0和1，则选择并且切换来自馈电装置、具有最差功率因数的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
备选地，如果最终表520为空、即全0，则评估变电站表510是否为空。如果变电站表520不为空，则选择并且切换来自馈电装置、具有最差功率因数的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
如果变电站表510为空，则评估馈电装置表500是否为空。如果馈电装置表500不为空，则选择并且切换来自馈电装置、具有最差功率因数的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。如果馈电装置表500为空，则从所有可用电容器组中确定最多地改进功率因数的(一个或多个)组。如果不存在所确定的电容器组，则该方法终止，并且该方法重新开始使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
如果仅存在所确定的一个电容器组，则选择并且切换该电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。如果存在满足这个条件的附加电容器组，则选择并且切换来自馈电装置、具有最差功率因数的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
如果存在来自馈电装置、具有最差功率因数的附加电容器组，则选择并且切换最靠近变电站的电容器。使用临时等待时间周期t=TD，以及该方法重新开始得到来自变电站变压器302的低压侧306的有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS。
在变电站变压器的高压侧的功率因数(pf)的确定和控制的算法和方法
如果目标是将功率因数在变压器302的高压侧304上保持在某个范围之内，则要求变压器的高压侧上的P和Q的测量、即PHS和QHS以确定pfHS。这提出难题，因为通常不测量这些值。但是，P和Q始终在变电站变压器302的低压侧306上测量，因此已知PLS和QLS的值以及变压器阻抗，就能够得出变压器的高压侧上的功率因数的公式：
pfHS = cos [(arctan QHS )/ PHS]。 (等式18)
(1) 表示变压器的高压侧，以及(2)表示变压器的低压侧。以下表达式用来相对于新基值来计算二次3Φ有效负载功率、无功功率和二次、即低压侧(2)母线电压：
P2 = P2 3Φ / SB 3Φ， (等式19)
Q2 = Q2 3Φ / SB 3Φ，以及 (等式20)
V2 = V2 11 / V2B 11。 (等式21)
其中，SB 3Φ = 100MVA，P2 3Φ是变压器302的低压侧306上的有效功率的测量值，Q2 3Φ是变压器302的低压侧306上的无功功率的测量值，V2 11是变压器302的低压侧306上的线间电压的测量值，以及V2B 11是与铭牌值对应的、变压器302的低压侧306上的电压的基值。
进入变压器的高压侧(1)的3Φ有效和无功功率的每单位值使用下式来计算：
P1 = P2 + R * [(P2 2 + Q2 2) / V2 2]，以及 (等式22)
Q1 = Q2 + X * [(P2 2 + Q2 2) / V2 2]， (等式23)
其中，R和X是变电站变压器的每单位电阻和电抗值。
在变压器的低压侧与低压侧母线之间忽略变压器磁芯损耗和阻抗。注入变压器的实际高压侧(1)有效和无功功率通过下式来计算：
P1 3Φ = P1 * SB 3Φ，以及 (等式24)
Q1 3Φ = Q1 * SB 3Φ。 (等式25)
“接通”电容器将那个馈电装置上的无功功率降低QCi，而“关断”电容器将馈电装置上的无功功率增加QCi。如果当前无功功率为QCUR并且电容器具有额定值QCi，则已经切换电容器Ci之后的无功功率的值为：
“通” → “断”，QNEW = QCUR + QCi，以及 (等式6)
“断” → “通”，QNEW = QCUR – QCi。 (等式7)
有效功率(P)和无功功率(Q)的测量、即PLS和QLS从变电站变压器302的低压侧306来得到。得到目标功率因数pfT(用户偏好)的值。最大和最小无功功率QT MAX和QT MIN的值分别使用上式(4)和(5)来确定。使用上式(10)来计算当前馈电装置功率因数pfLS。
使用pfT的值、等式(22)和(23)以及PLS和QLS的测量值，等效功率因数pfLS基于高压侧(2)上的预期功率因数pfT来计算。然后，确定等效功率因数pfLS是否在预期目标限度之内、即QT MIN ≤ QLS_TARGET ≤ QT MAX。如果QLS在预期目标限度之内，则不要求进一步操作动作。如果QLS是在预期目标限度之外，则使用以上对于变压器低压侧所述的方法，使用QT MIN和QT MAX的新值。
如本文所述的功率因数确定算法、方法和例程用来确定电容器的增强或改进开关序列，其将促进将功率因数保持在预期限度之内。将功率因数保持在限度之内引起配电系统中的较低损耗，由此改进总体系统效率。如本文所述的功率因数确定算法、方法和例程包含确定和控制馈电装置上的功率因数、变压器的低压侧上的功率因数以及变压器的高压侧上的功率因数。另外，除了现场的所有电容器之外，变电站中的电容器组也可用作用于功率因数校正的装置。
电压降低算法和方法
在本示范实施例中，一旦在整个配电系统205平滑了电压分布，并且相应地调制了功率因数，则运行电压降低算法和方法，以降低整个系统205的电压。电压降低能够按照三种方式进行，即，具有负载抽头变换器(LTC)的变压器302、例如VR1等的电压调节器以及变电站电容器组307。
LTC在分立步骤同时降低所有馈电装置和所有相的电压。电压调节器仅改变与其关联的馈电装置上的电压。变电站电容器组能够按照(一个或多个)分立步骤仅改变电压，其取决于组的大小。但是，如果具有变电站电容器组，则将基于整个馈电装置上的最小平均电压的不同算法用于CVVC，因此这个组将最可能没有用于电压降低。
电压降低的目的是降低系统上的电压，使得可进一步促进本文所述的功率效率，同时将所有电压、包括EOL电压保持在规格之内。因此，促进电力消耗的降低。
基于遥测的电压无功算法和方法
图13是运行配电系统205(图3所示)的基于遥测的电压无功控制的示范方法600的流程图。基于遥测的电压无功算法和方法描述CVVC优化例程以及在应用这个算法时能够利用的可能序列。CVVC优化按如下(2种方式)如用户偏好所限定进行工作。这种基于遥测的电压无功算法和方法促进消除对广泛系统建模(其要求大量计算资源)的需要。因此，如本文所述的CVVC优化使用来自现场的具有某种预测的直接输入，来实现如本文所述的监测和控制系统200的CVVC部分320。因此，系统等待时间显著降低，由此促进现场装置的及时控制以及降低计算资源的成本。
第一选项包括运行602如上所述拓扑识别算法和方法，以识别将由监测和控制系统200的CVVC部分320来控制的装置。运行604电压平滑算法，其使一定数量的电容器被接通/关断。这个例程的目的是平滑电容器组的电压开关操作，而与功率因数无关。在电压平滑算法完成之后，运行606独立功率因数算法。这个算法定义开关序列，其在电压平滑算法使功率因数超出限度之外时将对其校正。最后，运行608电压降低算法，以降低电压。
第二选项包括运行602如上所述拓扑识别算法和方法，以识别将由监测和控制系统200的CVVC部分320来控制的装置。运行610组合电压平滑和功率因数算法，其定义电容器切换序列，该电容器切换序列引起电压平滑，使得功率因数没有超出预期限度之外。这个算法不同于以上对于第一选项所述的独立不同电压平滑算法和功率因数算法，因为它必须满足两个目标而不是一个。最后，运行608电压降低算法，以降低电压。
图14是可与运行基于遥测的电压无功控制的方法(图13所示)配合使用的序列700的图形视图。在定义CVVC优化例程的优选例程之后，必须定义将整天应用例程的序列。由于馈电装置上的负载递增地变化，所以用户能够决定他们希望运行CVVC优化例程的频度。在CVVC例程开始之前，运行变电站变压器母线电压监测算法，其中基于用户偏好能够略过这个步骤。在这个算法完成之后，存在三个可能的用户选择序列。
第一序列710是同步系统例程、即CVVC例程，其在整天的预定时间t之后运行。时间t是用户定义值，例如15分钟、30分钟和1小时。同步系统例程必须选择成连续运行，而与系统205上的负载条件无关。
第二序列720是异步系统例程，即，在时间t之后运行CVVC例程。时间t是用户定义值，例如15分钟、30分钟和1小时。但是，在CVVC优化例程的应用中间，交替运行电压鉴定算法(VQA)(即，对于预定义时间在任何测量点超过VMIN或VMAX参数)以及功率因数鉴定算法(PFQA)(即，对于预定义时间周期超过功率因数参数)，以便检查是否存在超出规格的任何电压或者超出规格的功率因数。基于用户偏好，如果算法的任一个在时间t之前检测到超出规格条件的两个中的任一个，则将运行CVVC优化例程。有时，用户能够选择仅使VQA或PFQA算法的任一个而不是两者运行。如果不存在超出规格条件，则CVVC例程基本上始终在时间t之后运行。如果超出规格条件的电压或VAR发生，并且运行CVVC例程，则定时器t重置。异步系统例程可选择成在系统205上的轻、非高峰负荷条件期间运行。
第三序列730是连续系统序列，其中CVVC例程基本上连续运行。连续系统序列可选择成在系统205上高峰负荷条件期间运行。
与已知电压平滑和功率因数控制系统相对照，本文所述的方法、系统和设备提供将EOL电压电平保持在规格之内，同时平滑整个馈电装置的电压分布。另外，与已知电压平滑和功率因数控制系统相对照，本文所述的方法、系统和设备促进在配电系统中的馈电级将功率因数保持在预定参数之内。另外，与已知电压平滑和功率因数控制系统相对照，本文所述的监测方法、系统和设备与任何解决方案(其中两个优化目标依次实现，例如首先电压平滑以及其次功率因数优化)相比促进减少电容器切换次数。开关操作的这种减少促进降低的维护成本以及延长断开和闭合装置的有用使用年限。
此外，与已知电压平滑和功率因数控制系统相对照，本文所述的监测方法、系统和设备促进通过使用来自现场的直接、实时的实际输入以实现配电系统的更局部控制，来分散CVVC电压无功增强控制系统，由此消除跨长距离的操作数据传递以及降低操作临时等待时间。这种基于遥测的电压无功算法和方法还促进消除对广泛系统建模(其要求大量计算资源)的需要。因此，除了系统等待时间显著减少之外，还促进对现场装置的及时控制，降低计算资源的成本。
这种电压平滑和功率因数管理促进降低在馈电装置级的电力的需求和消耗。此外，电力需求和消耗的这类馈电装置级降低促进降低在变电站级的电力的总体需求和消耗。此外，在源自同一变电站的所有馈电装置将功率因数保持在预期限度之内转化为在变电站级将功率因数控制在相同预期限度之内。
本文所述方法、系统和设备的一个示范技术效果包括下列至少一个：(a) 实现将EOL电压电平保持在规格之内，同时平滑整个馈电装置的电压分布；(b) 实现在配电系统中的馈电装置级将功率因数保持在预定参数之内；(c) 使用单组算法来实现以上(a)和(b)；(d) 实现确定和控制馈电装置上的功率因数、变压器的低压侧上的功率因数和变压器的高压侧上的功率因数；以及(e) 降低与配电系统的监测和控制关联的临时等待时间。
本文所述的方法和系统并不局限于本文所述的具体实施例。例如，各系统的组件和/或各方法的步骤可与本文所述的其它组件和/或步骤无关且分离地使用和/或实施。另外，各组件和/或步骤还可与其它部件和方法结合使用和/或实施。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求书的范围之内。
一些实施例涉及一个或多个电子或计算装置的使用。这类装置通常包括处理器或控制器，例如通用中央处理器(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、简化指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够运行本文所述功能的任何其它电路或处理器。本文所述的方法可编码为包含在非限制性地包括存储装置和/或存储器装置的计算机可读介质中的可执行指令。这类指令在由处理器运行时使该处理器执行本文所述方法的至少一部分。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含意。
虽然按照各种具体实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员会知道，在权利要求书的精神和范围之内，能够经过修改来实施本发明。

Claims (20)

1. 一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统，所述系统包括：
存储器装置，配置成存储配电系统的多个操作测量，所述配电系统包括多个电容装置；以及
处理器，耦合成与所述存储器装置进行通信，所述处理器编程为：
确定所述多个电容装置的多个潜在配置；以及
确定作为下列至少一个的函数的所述多个电容装置的每个的切换的优先级：
所述配电系统的至少一个实际电压测量；
所述配电系统的至少一个功率因数确定；
至少一个电压参数；
至少一个功率因数参数；以及
所述电容装置的每个的可用性。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述多个电容装置的所述多个潜在配置包括多个电容器切换组合(CSC)，其中每个CSC包括可用于作为电容器切换定时装置和电容器切换计数装置中的至少一个的函数来切换的那些电容装置。
3. 如权利要求2所述的系统，还包括至少一个可行CSC，其中所述至少一个可行CSC包括至少一个电容装置，其促进作为下列项的函数、将所述配电系统的至少一个电压值保持在预定参数之内：
当所述至少一个电容装置从“通”状态切换到“断”状态时；以及
当所述至少一个电容装置从“断”状态切换到“通”状态时。
4. 如权利要求2所述的系统，其中，所述配电系统的所述至少一个功率因数确定包括与单独操作所述多个电容装置的每个关联的变压器的低压侧的功率因数确定。
5. 如权利要求2所述的系统，其中，所述处理器还编程为作为下列至少一个的函数来排除CSC不予考虑作为可行CSC：
至少一个CSC包括在至少一个电容装置的状态变化时使所述配电系统的电压降低到低于预定参数的所述至少一个电容装置；以及
至少一个CSC包括在至少一个电容装置的状态变化时使所述配电系统的电压增加到高于预定参数的所述至少一个电容装置。
6. 如权利要求2所述的系统，其中，所述处理器还编程为作为下列至少一个的函数来排除CSC不予考虑作为可行CSC：
至少一个CSC包括在至少一个电容装置的状态变化时使所述配电系统的功率因数的变化超出由预定参数所定义的预定范围之外的所述至少一个电容装置；以及
第一CSC包括第一数量的开关，第二CSC包括第二数量的开关，所述第一数量的开关多于所述第二数量的开关。
7. 如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还编程为：
将所述至少一个电容装置从“断”状态切换到“通”状态；以及
将所述至少一个电容装置从“通”状态切换到“断”状态。
8. 一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统，所述系统包括：
存储器装置，配置成存储配电系统的多个实际测量，所述配电系统包括至少一个馈电装置，所述至少一个馈电装置包括多个电容装置；以及
处理器，耦合成与所述存储器装置进行通信，所述处理器编程为：
确定所述至少一个馈电装置的实际功率因数；
确定所述至少一个馈电装置的所述实际功率因数是否在预定馈电装置功率因数参数之内；
从所述多个电容装置来确定作为对所述馈电装置的电压平滑作用的函数、可用于切换的每个电容装置的优先级；
确定预定馈电装置无功功率参数之间的范围；
确定所述至少一个馈电装置上的实际无功功率与所述至少一个馈电装置上的无功功率的目标值之间的差分无功功率值的范围；
确定每个可用电容装置的差分无功功率值；以及
命令至少可用电容装置进行切换。
9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还编程为将每个可用电容装置的状态确定为“断”状态或“通”状态。
10. 如权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还编程为确定作为所述预定功率因数参数的至少一个的函数的、所述至少一个馈电装置的无功功率差分值的范围。
11. 如权利要求10所述的系统，其中，所述处理器还编程为确定每个可用电容装置的所述差分无功功率值是否在所述至少一个馈电装置的无功功率差分值的所述范围之内。
12. 如权利要求11所述的系统，其中，所述处理器还编程为：
确定是否没有可用电容装置具有在所述至少一个馈电装置的无功功率差分值的所述范围之内的差分无功功率值；以及
确定至少一个可用电容装置是否具有在所述至少一个馈电装置的无功功率差分值的所述范围之内的差分无功功率值。
13. 如权利要求11所述的系统，其中，所述处理器还编程为确定所述可用电容装置的哪一个电容装置在被切换时提供最低的所确定差分馈电装置无功功率值。
14. 一种用于增强分散协调电压无功控制(CVVC)的系统，所述系统包括：
存储器装置，配置成存储配电系统的多个操作测量，所述配电系统包括变电站、变压器、耦合到所述变压器的多个馈电装置以及各馈电装置中的多个电容装置；以及
处理器，耦合成与所述存储器装置进行通信，所述处理器编程为：
确定所述变压器的低压侧的实际功率因数和所述多个馈电装置的各馈电装置的实际功率因数；
确定所述变压器的低压侧的所述实际功率因数是否在预定变压器低压侧功率因数参数之内；
确定作为各馈电装置中的所述电容装置的状态和可用性的函数的、所述多个馈电装置的每个的预测功率因数；
确定所述多个馈电装置的各馈电装置的所述实际功率因数的每个和所述多个馈电装置的各馈电装置的所述预测功率因数是否在预定馈电装置功率因数参数之内；
确定作为各馈电装置中的所述电容装置的状态和可用性的函数的、所述变压器的低压侧的预测功率因数；
确定所述变压器的低压侧的所述实际功率因数的每个和所述变压器的低压侧的所述预测功率因数是否在预定变压器低压侧功率因数参数之内；以及
确定作为对所述多个馈电装置所确定的所述功率因数与对所述变压器的低压侧所确定的所述功率因数之间的比较的函数的、所述多个电容装置的每个的切换优先级。
15. 如权利要求14所述的系统，其中，所述处理器还编程为确定与所述变电站关联的并且定位在所述多个馈电装置上游的多个电容装置。
16. 如权利要求15所述的系统，其中，所述处理器还编程为对于与所述变电站关联的每一个电容装置来确定所述变压器的低压侧的预测功率因数。
17. 如权利要求16所述的系统，其中，所述处理器还编程为选择所述变电站电容装置的至少一个用于将所述变压器的低压侧的功率因数的实际值改变成处于所述预定变压器低压侧功率因数参数之内的实际值。
18. 如权利要求14所述的系统，其中，所述处理器还编程为：
确定所述多个馈电装置的各馈电装置的实际功率因数值；
确定所述多个馈电装置的各馈电装置的目标馈电装置功率因数值；以及
确定各目标馈电装置功率因数值与各实际馈电装置功率因数值之间的馈电装置功率因数误差值。
19. 如权利要求18所述的系统，其中，所述处理器还编程为关于所述馈电装置功率因数误差值的幅值来对所述多个馈电装置区分优先次序。
20. 如权利要求14所述的系统，其中，所述变压器还包括高压侧和低压侧，其中所述处理器还编程为确定和控制所述变压器的高压侧上的实际功率因数。
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