CN105262104A - 含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法。该方法包括以下步骤：1)测量10kV配电线路的主干线长度，将其平均分为N段，从首端到末端分别标记为分段1、分段2、…、分段N；2)分别以分段N、分段N‐1、分段N‐2、…、分段1为对象，调用各个分段区域内的无功补偿设备，包括电容器和具有无功调节能力的分布式电源，使得各分段的段口功率因数大于0.98；3)判断10kV配电线路各节点是否存在电压越限，若无，则结束，若有，则调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备去消除电压越限情况。本发明方法充分利用分布式电源的无功调节能力，更好地实现配电线路无功分区就地平衡，达到节能降耗的目的。

Description

含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法

技术领域

本发明涉及一种10kV配电线路的无功补偿控制方法，特别是涉及一种含分布式电源的10kV配电线路无功补偿分段平衡控制方法，属于电容器和分布式电源控制技术领域。

背景技术

配电网作为电网中电能输送的最后一个环节，也是直接面对用户的环节，近年来越来越得到人们的关注。2014年8月，国务院印发《关于加强城市基础设施建设的意见》，指出要将配电网发展纳入城乡整体规划，进一步加强城市配电网建设，实现各电压等级协调发展。9月，国家电网发布了《配电网科学规划在我国城市群发展中的作用》分析报告，指出我国配电网科学规划应以智能配电网为发展导向，根据城市群的不同发展阶段实施差异化原则。2015年4月，国家电网在第二季度工作会议强调，大力实施“一特四大”战略，着力解决特高压和配电网“两头薄弱”问题，并加强分布式电源并网和充换电设施接电全过程管理和服务，更好适应分布式电源加快发展和电动汽车推广应用的需要。

然而，目前在配电网上产生的损耗依然是各个环节中最严重的，约占电网总电能损耗的一半。固然，配电网结构复杂、线路冗长，而且配电线路的阻抗值相对较高是造成严重损耗的原因之一，但更重要的一个原因是目前我国的配电网无功补偿配置相对不足，而且控制策略和方式偏向保守，不能合理而充分地利用各种无功补偿设备去平衡无功负荷和损耗。因此，在配电网规划中考虑更充分的无功补偿配置以及在实际运行中采用更合理的无功控制策略，是促进配电网进一步发展和降低电网损耗的最为直接有效的方法。

目前配电网主要的无功补偿方式有配变低压侧分散补偿，变电站和杆上集中补偿两种，而无功补偿装置主要是电容器、电抗器、静止无功补偿器和具有无功调节能力的DG等。在我国，由于规划和历史原因，目前配电网发展较为落后，目前主要采用低压侧电容器进行无功补偿，其他的补偿手段较少涉及。按照当前的电容器控制策略，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，然而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。

此外，目前相当部分的DG已经具有一定的无功调节能力，然而由于监控和调度上难以统一管理，目前的DG一般都采用就地式的局部控制，其中大部分采用定功率因数的运行方式。这种控制方法虽然可以简化DG的控制和管理，但同时也放弃了其无功调节能力，如果能充分发挥DG的无功调节作用，结合配电变压器的低压侧电容器补偿，将能进一步改善配电网的电压水平，并降低网络中的功率损耗。

按照目前分层分区进行无功补偿的指导原则，无功功率不宜在线路上进行长距离输送，无功就地平衡是最理想的状态。然而，我国配电网多采用配电变压器低压侧的电容器进行无功补偿，而电容器的容量配置不统一、安装地点不均衡造成了配电线路的无功补偿分布不均，按照传统的控制方法，各配变低压侧的电容器只需要维持0.90～0.95的功率因数，不考虑线路和配变上产生的无功损耗，这难以实现有效的无功就地平衡。

因此，需要提出一种合理的配电线路无功平衡方法，并且考虑加入DG的无功调节能力，从而更好地进行无功补偿，改善配电网的电压质量和提高节能降损能力。

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，提供一种含分布式电源(简称DG)的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，

该方法通过将10kV配电线路合理分段，以各分段的功率因数为控制目标，以各分段内的电容器和具有无功调节能力的DG为控制对象，通过电容器补偿和DG调节使得各分段的功率因数达到0.98以上，即基本实现分段内的无功就地平衡，从而更好地实现配电网无功补偿控制，进一步挖掘配电网无功补偿设备的潜力，达到节能降耗的目的。

本发明的目的通过采取如下技术方案实现：

含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，包括以下步骤：

1)测量10kV配电线路的主干线长度，根据其长度将其平均分为N段，从首端到末端分别标记为分段1、分段2、…、分段N，其中N的取值方法如下：

$N=\mathrm{int}\left(\frac{l}{3}\right)+1$

式中，l表示10kV配电线路主干线长度，int()为取整函数；

2)以分段N为对象，调用分段N区域内的无功补偿设备，所述无功补偿设备包括电容器和具有无功调节能力的DG，使得分段N的段口功率因数大于0.98；

3)分别以分段N‐1、分段N‐2、…分段2和分段1为对象，重复步骤2)的操作，使得各分段的段口功率因数大于0.98；

4)判断10kV配电线路各节点是否存在电压越限，若无，则结束，若有，则调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备消除电压越限。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述步骤2)的分段N的段口功率因数是指分段N中最靠近10kV变电站的节点的功率因数。

优选地，所述步骤2)调用分段N区域内的无功补偿设备按如下方式进行：

若段口功率因数大于0.98，则不需要操作；

若段口功率因数小于0.98且为滞后状态，则先从靠近线路末端的安装有电容器的节点开始分组投电容器，一个节点完全投入后再依次投下一个节点，若所有电容器都投入后段口功率因数仍然小于0.98，则从靠近线路末端的DG开始增加无功出力，一个DG的无功出力达到极限后，则依次调节下一个DG，直到段口功率因数大于0.98或该分段区域内所有DG的无功出力达到极限；

若段口功率因数小于0.98且为超前状态，则与以上操作相反，先减少DG的无功出力直到无功出力为0，再分组切电容器，直到段口功率因数大于0.98。

优选地，所述步骤4)调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备去消除电压越限情况按如下方式进行：

电压越限是指节点的电压大于10.7kV或小于9.3kV，若分段i区域内存在节点电压大于10.7kV，则先减少分段i区域内的DG无功出力，若DG无功出力减少到0之后节点电压仍然大于10.7kV，则再分组切电容器，直到节点电压不再越限或电容器全部切完；若分段i区域内存在节点电压小于9.3kV，则先分组投分段i区域内的电容器，若电容器投完之后节点电压仍然小于9.3kV，则减少DG的无功出力，直到节点电压不再越限或DG的无功出力减少到0。作为一种优选方案，所述步骤2)调用分段N区域内的无功补偿设备，具体如下：

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明提出的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，通过把10kV配电线路进行分段，分别设定无功补偿的目标，减少无功功率在线路上的流动，从而可以更好地实现配电网无功分区就地平衡。

2、本发明的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法提出，把中低压接入配电网的分布式电源的无功调节也充分利用起来，配合电容器一同进行10kV配电线路的无功补偿，提高设备利用率和改善补偿效果。

3、本发明的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法提出各个分段的无功补偿目标都要达到功率因数0.98以上，通过提高功率因数要求来减少无功功率在线路上的流动，从而减少由此造成的功率损耗。

附图说明

图1为本发明的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法流程图。

图2为本发明在10kV配电线路具体实施的线路示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

图1所示为本实施例的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法流程图，包括以下步骤：

1)测量10kV配电线路的主干线长度，根据其长度将其平均分为N段，从首端到末端分别标记为分段1、分段2、…、分段N；

2)以分段N为对象，调用分段N区域内的无功补偿设备，包括电容器和具有无功调节能力的DG，使得分段N的段口功率因数大于0.98；

3)分别以分段N‐1、分段N‐2、…、分段1为对象，重复步骤2)的操作，使得各分段的段口功率因数大于0.98；

4)判断10kV配电线路各节点是否存在电压越限，若无，则结束本次流程，若有，则调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备去消除电压越限情况。

以南方某地区的一条10kV配电线路作为实例，对比验证含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法与传统控制方法的补偿和降损效果。

该线路的配变总容量为9360kVA，共有27个负荷点，其中20个安装有无功补偿装置，安装补偿容量共3140kvar，约占配变总容量的30％，处于目前通用的按配变总容量30％～40％配置的范围之内；该线路还接入了5个分布式电源。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，含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法要求如上述步骤所述。

首先，对该线路的主干线长度进行测量，其长度为8.61km。根据其长度将其平均分为N段，其中N的取值为：

$N=\mathrm{int}\left(\frac{8.61}{3}\right)+1=3$

因此把该线路分为3段，具体分段位置如图2的粗虚线所示。

分段3的段口功率因数为图2中府又乡配电房的功率因数，分段2的段口功率因数为图2中裕兴花园配电房的功率因数，分段1的段口功率因数为图2中馈线首端的功率因数。

首先以分段3为对象，从分段3区域内靠近线路末端的节点开始分组投入电容器，直到分段3的段口功率因数为0.988；然后以分段2为对象，通过分组投入分段2区域内的电容器来增加分段2的段口功率因数，但分段2区域内全部电容器投入后，分段2的段口功率因数仍然低于0.98，因此增加分布式电源DG4的无功出力，使得分段2的段口功率因数增加到0.987；然后以分段1为对象，通过分组投入分段1区域内的电容器来使得分段1的段口功率因数增加到0.981。

检查该线路各节点的电压值，没有出现电压越限的情况，说明本发明方法能较好地改善配电线路的节点电压质量。

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0.844，并没有符合电网运行的要求；而本发明方法可以更好地实现无功就地平衡，通过提高各分段的段口功率因数，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5.85％下降到2.53％，有功损耗从349kW减少到146kW，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8.87kV，明显低于9.3kV的最低电压要求，如下表2所示，节点序号从变电站10kV母线出来后第一个节点为#1节点，依次往后排列，其中节点序号为1～5的节点分别为分布式电源DG1、DG2、…、DG5的并网点。

表2传统控制方法下的10kV节点电压(单位：kV)

而采用本发明方法后，最低电压依然可以达到9.9kV，如下表3所示：

表3本发明方法下的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含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法后，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9.9kV以上，没有出现电压越限的情况。

上述的实施例的线路中，无功补偿总配置容量为3140kvar，占配变总容量的30％，采用本发明后无功补偿投入总量为2369kvar，其余的无功负荷和损耗则由分布式电源出力进行平衡，由此调动了不同设备的作用进行协同配合，并且节能降损效果也明显改善，从而验证了本发明提出的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法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.含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)测量10kV配电线路的主干线长度，根据其长度将其平均分为N段，从首端到末端分别标记为分段1、分段2、…、分段N，其中N的取值方法如下：

$N=\mathrm{int}\left(\frac{l}{3}\right)+1$

式中，l表示10kV配电线路主干线长度，int()为取整函数；

2)以分段N为对象，调用分段N区域内的无功补偿设备，所述无功补偿设备包括电容器和具有无功调节能力的DG，使得分段N的段口功率因数大于0.98；

3)分别以分段N‐1、分段N‐2、…分段2和分段1为对象，重复步骤2)的操作，使得各分段的段口功率因数大于0.98；

4)判断10kV配电线路各节点是否存在电压越限，若无，则结束，若有，则调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备消除电压越限。

2.根据权利要求1所述的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，其特征在于：所述步骤2)的分段N的段口功率因数是指分段N中最靠近10kV变电站的节点的功率因数。

3.根据权利要求1所述的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，其特征在于：所述步骤2)调用分段N区域内的无功补偿设备按如下方式进行：

若段口功率因数大于0.98，则不需要操作；

若段口功率因数小于0.98且为滞后状态，则先从靠近线路末端的安装有电容器的节点开始分组投电容器，一个节点完全投入后再依次投下一个节点，若所有电容器都投入后段口功率因数仍然小于0.98，则从靠近线路末端的DG开始增加无功出力，一个DG的无功出力达到极限后，则依次调节下一个DG，直到段口功率因数大于0.98或该分段区域内所有DG的无功出力达到极限；

若段口功率因数小于0.98且为超前状态，则与以上操作相反，先减少DG的无功出力直到无功出力为0，再分组切电容器，直到段口功率因数大于0.98。

4.根据权利要求1所述的含分布式电源的10kV配电线路无功分段平衡控制方法，其特征在于：所述步骤4)调用电压越限的节点所在的分段区域内的无功补偿设备消除电压越限按如下方式进行：

电压越限是指节点的电压大于10.7kV或小于9.3kV，若分段i区域内存在节点电压大于10.7kV，则先减少分段i区域内的DG无功出力，若DG无功出力减少到0之后节点电压仍然大于10.7kV，则再分组切电容器，直到节点电压不再越限或电容器全部切完；若分段i区域内存在节点电压小于9.3kV，则先分组投分段i区域内的电容器，若电容器投完之后节点电压仍然小于9.3kV，则减少DG的无功出力，直到节点电压不再越限或DG的无功出力减少到0。