CN105515009A - 一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法 - Google Patents

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    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load

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Abstract

一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法，在负荷功率因数较高的前提下，实时跟踪用户侧电压波动情况，通过控制器优化决策，基于串联补偿原理，自动双向调整串联补偿变压器的二次侧分接头，串联补偿电压与原系统电压叠加后，将用户侧电压稳定在规定范围之内；有效解决用户侧频繁出现过电压或者低电压运行问题，提高供电质量。

Description

一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法
技术领域
本发明涉及低压配电网电压控制技术领域，特别涉及一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法。
背景技术
近几年，随着低压负荷的日益增长，部分供电半径长、线径细、负荷较重的低压线路末端电压严重偏低，而且空调、冰箱等较大功率设备的频繁启停，存在严重的电压骤降现象；同时随着可再生能源发电的发展，分布式电源通过低压负荷侧接入后，由于其普遍存在随机性与间歇性的出力特点，尤其与负荷需求相反时，便会引起电压严重升高的现象，进一步恶化用户侧电压质量。目前，低压配电网电压波动严重尤其低电压问题已成为社会各界普遍关注的焦点，而传统的电压调节方法，在连续性、实时性以及自适应性等方面均存在一定的不足。串联补偿技术在输电网中能够显著提高输电线路利用效率，促进实现电力长距离、大容量、高效率传输。自1950年220kV串联补偿电容器在瑞典成功投运以来，随着电容器制造技术和电力系统控制技术的进步，串联补偿技术在高压及以上输电线路中得到了越来越广泛的应用。串联补偿技术提出较早，但在技术主要用于输电网进行潮流控制；并且未涉及分接头的优化组合设计、无触点投切开关的稳定控制等内容。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于串联补偿原理的低压配电线路双向自动调压方法，在负荷侧功率因数较高且电压大范围波动时，能够自动实现稳压功能，确保负荷侧电压维持在规定范围之内，有效提高用户侧供电质量。随着居民尤其农村生活质量的不断提高，负荷量不断增加，局部地区的低电压问题将会陆续出现；同时，分布式电源作为解决能源危机与环境问题的有效手段，将来会有更多的通过低压负荷侧接入，分布式电源出力的随机性与间歇性特点，会加剧负荷侧电压波动程度。本发明在未来的电网建设中有较为广泛的应用。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：针对功率因数较高的低压配电线路，在用户集中计量箱前侧安装自动调压设备；调压设备包括带分接头的隔离变压器、控制器、以及基于具备过零通断功能固态继电器的无触点投切开关组。将隔离变压器原边并联于火线与零线之中，为装置提供电源；隔离变压器副边的分接头串联至火线之内；其副边的相邻分接头输出电压按照“421”比例原则优化设计，通过合理组合投入相应分接头组别便可实现串联补偿电压的双向自动调整，有效解决用户侧的过电压与低电压问题，提高用户侧电压质量。
具体实现过程为：
(1)确定串联补偿电压控制地点。
有些低压配电网中，因受供电网络参数、负荷波动以及可能存在的分布式电源等因素的影响，电压波动异常频繁且幅度较大；为保证此情况下低压用户侧电压质量，实现补偿点后侧的用户电压不会超出规定范围(-10％～+7％)UN，即198V-235V，在功率因数较高的低压配电线路中，配合电网公司的集中抄表系统，串联补偿点设置在用户计量箱前侧，能够抑制计量箱下游所有用户的电压波动；同时，根据补偿点下游所供的用户数量确定补偿装置的容量。
(2)串联补偿系统的结构。
该电压自动控制方法主要由控制器、带分接头的隔离变压器、基于具有过零通断功能固态继电器的无触点投切电路组成；整个补偿装置从火线L和零线N中取得电源，输出侧直接串联在火线L中，即电压调节装置的输出电压与原系统的电压相叠加后为用户供电；控制器根据补偿后的系统电压自动改变隔离变压器的投入组别，从而将用户侧电压稳定在规定范围之内。具有过零通断功能的固态继电器，其通断特性为，当处于断开状态时接收到开通的驱动信号之后，需在满足电压过零的瞬间才能导通；当处于接通状态时接收到断开的驱动信号后，需在满足电流过零的瞬间才能断开，以减小对于开关以及负荷的冲击。
(3)变压器分接头输出电压设置与组合优化。
以原边输入220V为基准，隔离变压器的二次侧分接头按照“421”的电压输出比例分为3组，即相邻触头之间的输出电压为10V、20V和40V。通过基于具有过零通断功能固态继电器的无触点开关之间的组合，能够实现-70V至0V以及0V至+70V的降压与升压调节(以220V为基准)。通过此方式，以10V为级差可组合出13组补偿电压值，能够实现0-70V双向电压的自动调整(除升压50V与降压50V之外)。
(4)电压调节滞环与延时技术。
受所供区域用户空调等较大设备启动会引起短时的电压骤降，而分布式电源随机性与间歇性出力特点，会使得低压配电系统中电压波动较大，致使用户侧电压会频繁超出电压偏差要求的范围，可能会导致该电压自动调节装置频繁切换动作，不利于负荷侧电压稳定与设备运行的可靠性；为此，采用电压滞环与短延时技术，防止开关短时间内连续切换分接头，防止该调压装置的频繁动作。
优选的是，第二步中，采用串联补偿结构，通过实时跟踪负荷侧电压，自动输出补偿电压，与原系统电压叠加后为用户供电；控制器根据输出电压值实时调整串联补偿电压大小，从而保证用户侧电压满足供电质量要求；
优选的是，第三步中，隔离变压器的分接头是以220V为基准，按照输出电压为“421”比例的原则进行设计，保证电压级差一定的前提下，以最少分接头数量能够实现最多的输出电压组合。并采用具有过零开断功能的固态继电器构成投切开关，减小切换对于系统与设备的冲击。
优选的是，第四步中，采用电压滞环与短延时技术，消除电压大范围波动以及短时电压骤降引起该调压系统频繁切换动作的问题，提高设备使用寿命，减小对于负荷的影响。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明专利所公开的方法，与传统的调压措施相比，具有灵活性与实时性特点，可直接改善不合格的用户侧电压，将电压稳定在要求范围之内；同时实现过电压与低电压的双向调整，适用于当同一配电线路中负荷与分布式电源出力特性呈现逆向分布时，出现的双向电压不稳定甚至超标的现象，有效提高用户侧供电质量。同时，该自动调压方法是通过串联补偿与电压叠加的原理，调整补偿电压量实现电压的调整，而不需要整个装置输出负载所需的全电压值，可有效减小设备的容量与实际运行功率，与常规方式相比，具有更高的经济性。
附图说明
附图1为双向自动调压系统的构成框图。
附图2为升压效果图。
附图3为降压效果图。
附图4为升压调压组合表。
附图5为降压调压组合表。
具体实施方式
本发明提出一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法，下面结合附图和实施例对本发明予以详细说明。
一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法，对于功率因数较高的低压配电系统，基于串联补偿原理在用户侧集中计量仪表箱前侧的配电线路上，安装自动调压装置，实时跟踪用户侧电压波动情况，通过控制器优化决策，自动调整输出补偿电压，与原系统电压叠加后确保用户侧电压稳定在规定范围之内。整个双向自动调压系统的构成如附图1所示，共有三部分构成，1为控制器，2为带分接头的隔离变压器，3为基于具有过零通断功能固态继电器的无触点投切开关组。
其具体实施步骤如下：
(1)将该串联补偿装置安装于用户侧集中计量箱的前侧配电线路中，火线与零线通过开关QF接入隔离变压器的原边，作为装置的供电电源；隔离变压器的副边分接头通过投切开关组串联到火线中，与系统接通的分接头输出电压与原系统电压相叠加后，为用户供电。
(2)控制器实时测量用户侧的电压，通过固态继电器自动选择切换隔离变压器的分接头，调节串联补偿电压值，从而保证负荷侧电压稳定在规定范围之内；并将固态继电器的开断状态作为切换的闭锁信号，按照“先断开、后接通”的原则进行控制，以防止出现隔离变压器副边分接头之间发生短路，提高整个装置的可靠性。
(3)隔离变压器副边有三个分接头，以原边输入220V为基准时，OA之间输出电压为10V，AB之间输出电压为20V，BC之间输出电压为40V。通过投切开关之间的不同组合会产生不同的串联补偿电压输出，正向调压组合表和反向调压组合表分别如附图4和附图5所示。考虑到实际电压变化，输入电压的调节范围为150V-330V。当投入补偿绕组为BC时，负荷侧电压由184V升高为217V的仿真波形如附图2所示；负荷侧电压由257V将至212V的仿真波形如附图3所示。
(4)为防止电压波动引起投切开关的频繁动作，分别设置了电压调节滞环区间，并通过延时技术躲过冲击性负载启动引起的电压骤降对于调节装置稳定运行的影响。
本发明利用串联补偿技术，通过实时跟踪负荷侧电压的变化，自动调整串联补偿输出电压，保证用户电压合格率；按照“421”的原则合理设计隔离变压器分接头输出电压，并利用具有过零通断功能的无触点投切开关优化组合投入绕组，利用3组分接头可构成13组补偿电压值组合，可有效提高设备利用率；并通过滞环以及短延时技术，确保补偿设备的稳定可靠运行。

Claims (2)

1.一种用于低压配电线路的串联补偿双向自动调压方法，其特征在于：
(1)确定电压控制地点与装置容量
有些低压配电网中，因受供电网络参数、负荷波动以及可能存在的分布式电源等因素的影响，电压波动异常频繁且幅度较大；为保证此情况下低压用户侧电压质量，实现补偿点后侧的用户电压不会超出规定范围(-10％～+7％)UN，即198V-235V；在用户侧功率因数较高时，配合电网公司的集中抄表系统，串联补偿点设置在用户计量箱前侧，能够抑制计量箱下游所有用户的电压波动；同时，根据补偿点下游所供的用户数量确定补偿装置的容量；
(2)电压自动控制系统的结构
该电压自动控制装置主要有控制器、带分接头的隔离变压器、基于具有过零通断功能固态继电器的无触点投切电路组成；该装置从火线L和零线N中取得电源，输出侧直接串联在火线L中，即电压调节装置的输出电压与原系统的电压相叠加后为用户供电；控制器根据补偿后的系统电压，通过控制投切开关自动改变隔离变压器的接入组别，将用户侧电压稳定在规定范围之内；
(3)变压器分接头输出电压设计与组合优化
以原边输入220V为基准，隔离变压器的副边分接头按照“421”的电压输出比例分为3组，即相邻抽头之间的输出分别为10V、20V和40V；通过无触点投切开关之间的组合，能够实现-70至0以及0V至+70V的降压与升压调节(以220V为基准)；通过此方式，以10V为级差可组合出13组补偿电压值，能够实现0-70V双向电压的调整(除降压50V与升压50V)；
(4)电压调节滞环与延时技术
由于部分低压配电系统中，受所带负荷运行特性的影响，电压波动幅度较大，会频繁超出电压偏差要求的范围；同时，可能受所供区域用户空调等较大设备启动的影响，会出现短时的电压骤降现象；上述两种现象都有可能导致该调压装置频繁调节，为防止该调压装置的频繁动作，采用电压滞环与短延时技术，防止开关短时间内连续切换分接头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于用户侧功率因数较高的场合，在用户侧计量箱前侧的低压配电线路中，采取本专利所提出的串联补偿双向自动调压方法，利用串联补偿原理，实时跟踪用户侧电压波动情况；通过控制器优化决策，自动调整输出补偿电压，与原系统电压叠加后能够确保用户侧电压稳定在规定范围之内，实现负荷侧电压在大范围变化时，能够自动实现电压稳定在规定范围之内，有效解决用户侧频繁出现的过电压或者低电压运行问题，提高供电质量。
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