CN104767210A - 配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法，通过设立集中补偿单元和分散补偿单元并将其有机组合，可在系统总体投入成本较低的情形下对低压侧的输电线路及配电变压器实现无功功率的智能协同补偿。本发明系统及方法可降低线路损耗，尤其适用于农网及采用公共变压器的配电线路的无功功率补偿，有助于提升整个配电系统的功率因数，提高供电线路末端电压，提高电网的安全、经济、高效运营水平。

Description

配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法

技术领域

本发明涉及无功功率补偿技术领域，尤其是涉及一种配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法。

背景技术

在配电网中，电力发电机所发的无功功率和输电线的功率常常不足以满足网中大量的电机、变压器、电抗器、荧光灯等感性负载的无功需求以及系统中无功的损耗，因而容易造成电网功率因数下降、电网系统利用率降低。为了减少有功损失和电压降落、减少电力输送中的损耗，更为了电网的安全、经济、高效地运行，提高电力输送的容量和质量，通常都要进行就近的无功功率补偿或者调节。目前广泛采用通过投切并联电容器（组）的方式进行无功补偿，其原理是先通过监测线路电压与电流，计算功率因数；如果功率因数滞后则投入电容，如果功率因数超前则切除电容。

现有的电力低压配电网，尤其是农网或采用公共变压器的线路，各最终用户通常是以T接的用电配电方式各自就近连接配电干线，由于供电线路上的各T接到配电变压器的低压侧间无公共的连接点，因此通常不对低压配电网送电线路进行有针对性的无功功率补偿，而仅在该段供电线路的源头即台区（亦即配电变压器的低压侧）进行集中式的无功功率补偿。不难看出，采用这样的技术方案时电力网中仅对高压侧的输电线路和变压器进行了无功功率补偿，却未对低压侧的输电线路作有针对性的无功功率补偿。然而根据实际经验，电力网中最大部分的无功损耗即发生在低压侧的输电线路上，因此这种集中补偿的方案仍存在比较明显的缺陷。

针对这种集中补偿的缺陷，结合布线成本考虑，现有技术中也有人提出了如下改进方案：在线路中增设分散补偿单元，即在台区的每条输电回路上的中后段分别增设无功功率补偿装置，集中补偿处是以实时检测获得的无功功率作为补偿判据，而分散补偿是以实时检测的线路电压与系统预设的线路电压目标值的比较值作为补偿判据。采用该方案，能在末端线路电压降低时，通过投入电容既对线路进行了无功功率补偿，也同时提升末端线路电压；只是，该方案对作为补偿判据的线路电压目标值的设定有较高要求，否则由于集中补偿与分散补偿之间无协同作用，在某些情形下如用电高峰期，此时集中补偿往往已全部投入仍欠补，但分散补偿却由于线路电压目标值设置得不合理而无法全部投入，从而造成系统欠补偿；而在另一些情形（例如后半夜的低用电量区段、用户所用负荷类型/使用量产生较大变化、或其他类似情形）为达到设定的线路电压目标值，分散补偿装置可能仍会持续投入补偿并进而造成集中补偿装置亦难以冲抵的、对电网系统的过补，从而对电网系统造成损害。

发明内容

本发明的目的，即在于提供一种性价比较高、安全可靠的配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法。

一、本发明配电网低压线路的无功协同补偿系统，同样是基于现有技术中常用的投切并联电容器的原理进行无功补偿，其具体技术方案如下：主要包括有设置在台区配电变压器低压侧的集中补偿单元，以及设置在台区的各配电出线中后段上的分散补偿单元；其特别之处在于：

所述分散补偿单元，包括设置有从控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测就地电压/无功功率/功率因数/无功电流以及电网电压波动；该投切控制电路以检测到的实时线路就地电压/无功功率/功率因数/无功电流与系统预设的相应参数目标值的比较值作为补偿电容的投切控制判据；

所述集中补偿单元，包括设置有主控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测配电变压器低压侧的实时电压、电流，该投切控制电路以计算获得的无功电流/无功功率/功率因数或其它等效值作为补偿电容的投切控制判据；所述集中补偿单元，还采取通过所述主控制器使电网电压产生小幅度波动的方式向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令。

以下是例举的本发明配电网低压线路的无功协同补偿系统的一种工作模式：工作状态下，分散补偿单元通过其检测电路将检测获得的实时就地电压发送给从控制器，从控制器将该检测值与系统预设的线路电压目标值进行比较，如不符则通过控制投切控制电路对所属补偿电容进行投切，从而实现对低压侧输电线路上的无功补偿；根据无功补偿领域的技术常识，其中作为投切控制判据的参数显然也可以采用无功功率、功率因数、或无功电流。而在台区即配电变压器的低压侧，集中补偿单元通过其检测电路获取就地实时电压、电流，由主控制器根据计算获得的无功功率（显然也可以是功率因数、无功电流或其它等效值）控制投切控制电路对所属补偿电容的投切量；若系统无功欠补，且集中补偿单元内的电容全部投入后仍欠补，则所述主控制器向从控制器发出调整所述线路电压目标值（或其它等效参数目标值）的指令进而使从控制器增加分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围；若系统无功过补，且集中补偿单元内的电容全部切除后仍过补，则所述主控制器向从控制器发出调整所述线路电压目标值（或其它等效参数目标值）的指令进而使从控制器减少分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围。

以上方案中所述集中补偿单元向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令的具体方式，可由所属领域技术人员根据现有技术及应用现场实际自由采用，优选的一种实施方式是由所述主控制器通过所述集中补偿单元中的投切控制电路调整相应补偿电容的投切并使电网电压产生小幅度波动的方式进行。其中，电网电压的不同波动可设定为具有不同的线路电压目标值（或其它等效参数目标值）调整含义即代表不同的调整指令。所述“电压小幅波动”中具体的调整幅度可由所属领域技术人员结合现场实际确定，通常以方便于电压检测电路的监测而又不致于导致电网电压明显波动并给电网使用带来不良影响为宜，一般而言，该调整幅度应设置在额定电压的±10%范围内。其波动时长同样可由所属领域技术人员结合现场实际确定，通常可设置为0.2s～300s。采用本方案的优点是无需新增任何硬件投入，由集中补偿单元仅仅通过电源线广播方式发送超低频补偿控制指令给各分散补偿单元，能有效地避免高频及弱电信号通信可靠性不够及成本高等问题；同时，由于只是用于产生电网电压的短时小幅波动，所以，也不会对电网的使用造成明显不利的影响。

为了适应不同应用场合的需要，可以考虑将所述电网电压小幅波动的波形进行多样化设计，并相适应地将所述分散补偿单元的检测电路设计为包括用于检测电网电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形，以有效避免误干扰，确保调整指令的准确传送。

由上，本发明配电网低压线路的无功协同补偿系统通过设立集中补偿单元和分散补偿单元并将其有机组合，在系统总体投入成本较低的情形下实现了对低压侧的输电线路及配电变压器的无功功率智能协同补偿，能显著降低配电网低压线路线损，提高线路末端电压，具有较佳的无功功率补偿效果。本发明有效解决了传统独立补偿方式下易出现的系统轻负荷时过补偿、重负荷时欠补偿的问题。本发明抗干扰能力强，尤其适合农网及采用公共变压器的配电线路的无功功率补偿，有助于提升整个配电系统的功率因数及供电质量，提高电网的安全、经济、高效运营水平。

 二、本发明配电网低压线路的无功协同补偿方法，同样是基于现有技术中常用的投切并联电容器的原理进行无功补偿，其具体技术方案如下：

（1）硬件系统：包括有设置在台区配电变压器低压侧的集中补偿单元，以及设置在台区的各配电出线中后段上的分散补偿单元；

所述分散补偿单元，包括设置有从控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测就地电压/无功功率/功率因数/无功电流以及电网电压波动；该投切控制电路以检测到的实时线路就地电压/无功功率/功率因数/无功电流与系统预设的相应参数目标值的比较值作为补偿电容的投切控制判据；

所述集中补偿单元，包括设置有主控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测配电变压器低压侧的实时电压、电流，该投切控制电路以计算获得的无功电流/无功功率/功率因数或其它等效值作为补偿电容投切控制判据；所述集中补偿单元，还采取通过所述主控制器使电网电压产生小幅度波动的方式向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令；不同的波动可预设为代表不同的调整指令；

（2）工作方法：

系统运行过程时，所述分散补偿单元及所述集中补偿单元首先是作为相互间独立的两套补偿系统分别根据所属检测电路获得的信息独立运行并对就地无功进行补偿，当如下情形发生时则启用如下规则进行无功协同补偿：

如集中补偿单元通过检测发现系统无功欠补，则先控制集中补偿单元内的补偿电容投入，如全部投入后仍欠补，则通过所述主控制器采取使电网电压产生小幅度波动的方式向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制增加分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围。

如集中补偿单元通过检测发现系统无功过补，则先控制集中补偿单元内的补偿电容切除，如全部切除后仍过补，则通过所述主控制器采取使电网电压产生小幅度波动的方式向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制减少分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围。

显然，采用上述发明方法能实现对低压侧的输电线路及配电变压器实现无功功率的智能协同补偿，有效避免系统过/欠补偿运行情形的发生。

上述方案中，所述集中补偿单元向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令的具体方式，可由所属领域技术人员根据现有技术及应用现场实际自由采用（如无线式、有线式如载波等），以下是优选的一种实施方式：

1）所述集中补偿单元通过所述主控制器及投切控制电路改变所属补偿电容的投切量，使配电网电压产生指定的小幅波动；

2）所述分散补偿单元的所述从控制器通过其检测电路检测到该电压波动后，如判断该电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形与预设值相符，则按预定规则上调或下调所述参数目标值。

本方案中，所述“电压小幅波动”中具体的调整幅度可由所属领域技术人员结合现场实际确定，通常以方便于电压检测电路的监测而又不致于导致电网电压明显波动并给电网使用带来不良影响为宜，一般而言，该调整幅度应设置在额定电压的±10%范围内。其波动时长同样可由所属领域技术人员结合现场实际确定，通常可设置为0.2s～300s。采用该方案的优点是无需新增硬件投入及二次布线，由集中补偿单元仅仅通过电源线广播的方式发送超低频补偿控制指令给各分散补偿单元，能有效地避免高频及弱电信号通信可靠性不够高及成本大等问题；同时，由于只是用于产生电网电压的小幅波动，所以，也不会对电网的使用造成明显不利的影响。此外，将所述参数目标值的调整规则设计为“电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形与预设值相符”，有助于适应不同应用场合的需要，避免误干扰，确保调整指令的准确传送。

 综上，本发明配电网低压线路的无功协同补偿补偿方法通过设立集中补偿单元和分散补偿单元并将其有机组合，在系统总体投入成本较低的情形下实现了对低压侧的输电线路及配电变压器实现无功功率的智能协同补偿，能显著降低配电网低压线路线损，提高线路末端电压，具有较佳的无功功率补偿效果。本发明有效解决了传统独立补偿方式下易出现的系统轻负荷时过补偿、重负荷时欠补偿的问题。本发明补偿系统及补偿方法抗干扰能力强，尤其适合农网及采用公共变压器的配电线路的无功功率补偿，有助于提升整个配电系统的功率因数及供电质量，提高电网的安全、经济、高效运营水平。

附图说明

图1是本发明配电网低压线路的无功协同补偿系统的一个实施例的组成原理示意框图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明配电网低压线路的无功协同补偿系统及补偿方法作进一步的说明。

图1是本发明无功协同补偿系统的一个实施例的组成原理示意框图。如图1所示，本发明无功协同补偿系统主要由设置在台区配电变压器1低压侧的集中补偿单元及设置在台区的各配电出线中后段上的分散补偿单元组成；所述集中补偿单元和分散补偿单元均基于现有的采用并联电容器的原理进行补偿，分别包含有控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路（这部分内容属所属领域技术常识，图略）。出于描述方便，下文中将集中补偿单元中的控制器定义为主控制器，其中预先设定有无功功率目标值或及其上下限范围；同时，将分散补偿单元中的控制器定义为从控制器，其中预先设定有线路电压目标值（或无功功率、功率因数、无功电流等其它等效参数的目标值）或及其上下限范围。所述分散补偿单元中的检测电路包括有就地电压/无功功率/功率因数/无功电流检测子电路以及电网电压波动检测子电路，其中的电压波动检测子电路根据实际应用需要可设计包括有电压波动幅值检测子单元和/或电压波动时长检测子单元和/或电压波动间隔检测子单元和/或电压波动波形检测子单元；各检测子电路的信号输出端与所述从控制器的I/O口相连，所述从控制器通过所述投切控制电路与所述补偿电容相连，并以检测到的实时线路就地电压/无功功率/功率因数/无功电流与系统预设的相应参数目标值的比较值作为投切控制判据。而所述集中补偿单元中的检测电路包括用于检测配电变压器低压侧的实时电压、电流，而其投切控制电路以计算获得的无功电流/无功功率/功率因数或其它等效值作为补偿电容投切控制判据；所述集中补偿单元，还包括有由所述主控制器与所述集中补偿单元中的补偿电容及其投切控制电路组成的电网电压小幅波动产生电路，用以向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令；不同的波动预设为代表不同的调整指令。

以下介绍本发明配电网低压线路的无功协同补偿方法：

系统运行过程时，所述分散补偿单元及所述集中补偿单元首先是作为相互间独立的两套补偿系统分别根据所属检测电路获得的信息独立运行并对就地无功进行补偿；当如下情形发生时则启用如下规则进行无功协同补偿：

如集中补偿单元通过检测发现系统无功欠补，如上所述必然会先控制集中补偿单元内的补偿电容投入，如全部投入后仍欠补，则所述主控制器向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制增加分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围；

如集中补偿单元通过检测发现系统无功过补，如上所述会同样先控制集中补偿单元内的补偿电容作相应切除，如全部切除后仍过补，则所述主控制器向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制减少分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围。

本实施例中，所述集中补偿单元向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令，具体是由集中补偿单元仅仅通过电源线广播方式发送超低频补偿控制指令给各分散补偿单元的方式进行：

1）所述集中补偿单元通过所述主控制器及投切控制电路改变所属补偿电容的投切量，使配电网电压产生指定的小幅波动；

2）所述分散补偿单元的所述从控制器通过其检测电路检测到该电压波动后，如判断该电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形与预设的相符，则按预定规则上调或下调所述参数目标值。

 以上内容仅是为解释本发明技术方案所作的例举的本发明的较佳实施方式，不应视为用于限定本发明的实施形式。凡所属领域技术人员能依本发明技术方案作出的等同变化与改进，均应属于本发明技术方案涵盖范围之内。

Claims (5)

1.配电网低压线路的无功协同补偿系统，是采用并联电容器的方式进行补偿，包括有设置在台区配电变压器低压侧的集中补偿单元，以及设置在台区的各配电出线中后段上的分散补偿单元；其特征在于：

所述分散补偿单元，包括设置有从控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测就地电压/无功功率/功率因数/无功电流以及电网电压波动；该投切控制电路以检测到的实时线路就地电压/无功功率/功率因数/无功电流与系统预设的相应参数目标值的比较值作为补偿电容的投切控制判据；

所述集中补偿单元，包括设置有主控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测配电变压器低压侧的实时电压、电流，该投切控制电路以计算获得的无功电流/无功功率/功率因数或其它等效值作为补偿电容的投切控制判据；所述集中补偿单元，还采取通过所述主控制器使电网电压产生小幅度波动的方式向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令。

2.根据权利要求1所述的配电网低压线路的无功协同补偿系统，其特征在于，所述集中补偿单元向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令，由所述主控制器通过所述集中补偿单元中的投切控制电路调整相应补偿电容的投切并使电网电压产生小幅度波动的方式进行。

3.根据权利要求1或2所述的配电网低压线路的无功协同补偿系统，其特征在于：所述分散补偿单元的检测电路，包括用于检测电网电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形。

4.配电网低压线路的无功协同补偿方法，是采用并联电容器的方式进行补偿，其特征在于：

（1）所采用的补偿系统中，包括有设置在台区配电变压器低压侧的集中补偿单元，以及设置在台区的各配电出线中后段上的分散补偿单元；

所述分散补偿单元，包括设置有从控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测就地电压/无功功率/功率因数/无功电流以及电网电压波动；该投切控制电路以检测到的实时线路就地电压/无功功率/功率因数/无功电流与系统预设的相应参数目标值的比较值作为补偿电容的投切控制判据；

所述集中补偿单元，包括设置有主控制器、补偿电容及相应的检测电路和投切控制电路，该检测电路包括用于检测配电变压器低压侧的实时电压、电流，该投切控制电路以计算获得的无功电流/无功功率/功率因数或其等效值作为补偿电容的投切控制判据；所述集中补偿单元，还采取通过所述主控制器使电网电压产生小幅度波动的方式向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令；不同的波动预设为代表不同的调整指令；

（2）具体包括采用如下规则进行无功功率协同补偿：

如集中补偿单元通过检测发现系统无功欠补，先控制集中补偿单元内的补偿电容投入，如全部投入后仍欠补，则通过所述主控制器采取使电网电压产生小幅度波动的方式向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制增加分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围；

如集中补偿单元通过检测发现系统无功过补，先控制集中补偿单元内的补偿电容切除，如全部切除后仍过补，则通过所述主控制器采取使电网电压产生小幅度波动的方式向从控制器发出调整所述参数目标值的指令进而使从控制器控制减少分散补偿单元内的补偿电容投入，从而使系统无功功率逼近或达到设定的上下限范围。

5.根据权利要求4所述的配电网低压线路的无功协同补偿方法，其特征在于，所述集中补偿单元通过所述主控制器向所述分散补偿单元的从控制器发送调整所述参数目标值的指令，具体采用如下方式进行：

1）所述集中补偿单元通过所述主控制器及投切控制电路改变所属补偿电容的投切量，使配电网电压产生指定的小幅波动；

2）所述分散补偿单元的所述从控制器通过其检测电路检测到该电压波动后，如判断该电压波动的幅值和/或电压波动的时长和/或电压波动的间隔和/或电压波动的波形与预设的相符，则按预定规则上调或下调所述参数目标值。