CN105634132A

CN105634132A - 一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统

Info

Publication number: CN105634132A
Application number: CN201610070420.6A
Authority: CN
Inventors: 孙雪
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiangsu Jinyou Electric Co Ltd
Priority date: 2016-01-31
Filing date: 2016-01-31
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2036-01-31
Also published as: CN108254642A; CN105634132B; CN108254642B

Abstract

本发明涉及一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，包括终端部分、计算机部分、通信部分、监测部分，其特征在于：所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站；所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机；所述通信部分包括MSTP设备、以太网交换机、EPON；所述补偿部分由电流互感器、电压互感器、开关电源、信号调理电路、电容器投切控制装置、光电耦合装置、主控器件、数据存储装置以及AD转换电路构成，所述主控器件输出的数据上传至所述数据总线，由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理。

Description

一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统

技术领域

本申请涉及一种配电网系统，尤其是一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统。

背景技术

10kV配电网作为发、输电系统联接用户侧的重要一环,位于电力系统的终端环节,是中低压配电的重要构成部分,主要担任着为用户输送和分配电能的功能。由于我国经济水平的不断提高,用电需求的不断扩大,因而对配电网的可靠性提出了越来越高的要求。

我国配电网结构落后多年，一直缺乏合理科学的规划，传统配电网中主要有以下不足：通信节点数量巨大、类型繁多、分布不均匀、系统组织困难；通信系统多分布在户外，恶劣气候的考验需要更高的可靠性保障；通信带宽要求得不到保证，由于采用的多种通信系统和多层集成方式，不同业务流要求带宽和实时性不同。

线损率是综合反映电力网规划计划、生产运行和经营管理水平的主要经济技术指标。如何准确、合理地自动计算出配电网理论损耗电量，同时计算出各类损耗所占的比例使当前面临的问题。

造成电能质量不合格的原因是多方面的,配电网而言,最为重要的是有功和无功问题,两者中又是无功对电压的影响较为突出。只有无功功率和无功潮流在电网中合理分布,才能确保无功的分层、分区实现就地平衡,也是降低网损和线损的主要解决办法。近年来,很多研究通过使用电力电子设备来进行无功补偿,使得电能质量在一定程度上有了较大的改善，但这些电力电子器件在开通和关断期间会引入谐波；由于安装在变电站或线路末端,只能实现定点补偿,无法做到从整个配电网的角度实现无功优化和补偿。

发明内容

为了解决现有技术中配电网中通信系统存在的缺陷、如何合理预估线损率从而评估配电网的工作效率的问题以及无功补偿的问题，本发明提出了一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统。

本发明的技术方案为：一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，包括终端部分、计算机部分、通信部分以及偿部分，

所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站；

所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机；所述网络工作站包括配电调度工作站、配电管理工作站、系统维护工作站、高级应用工作站；所述应用服务器包括网络系统服务器、数据库服务器、SCADA服务器、Web服务器、高级应用服务器；所述SCADA服务器实时采集所述终端设备上传的遥侧、遥信、电能、数字量、定值等数据，同时向各所述终端部分发送数据信息及控制命令；

所述通信部分包括MSTP(多生成树协议)设备、以太网交换机、EPON(以太网无源光网络)，其中一个主MSTP(多生成树协议)设备与多个从MSTP(多生成树协议)设备分别连接，

该主MSTP(多生成树协议)设备通过所述以太网交换机与所述前置服务器连接，所述前置服务器通过所述防火墙路由器与数据总线连接，所述网络工作站、应用服务器、共享打印机与所述防火墙路由器共同连接在所述数据总线上，进行数据交换；

所述从MSTP(多生成树协议)设备通过所述EPON(以太网无源光网络)连接所述配电子站，所述配电子站通过由光纤和分光器组成的通信线路连接所述终端设备，所述通信线路是双链型，所述分光器安放在每个所述终端设备的信息接入点上，实现全网自愈保护。

所述补偿部分由电流互感器、电压互感器、开关电源、信号调理电路、电容器投切控制装置、光电耦合装置、主控器件、数据存储装置以及AD转换电路构成，所述主控器件输出的数据上传至所述数据总线，由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理；

其中，所述电流互感器、电压互感器接入所述配电网的三相电路，通过所述电压互感器和电流互感器对电网的电压和电流进行实时数据采集，由电压互感器和电流互感器经过所述信号调理电路将电压和电流信号转换成幅值低的电压和电流信号，输入所述AD转换电路完成采样,所述主控器件通过测量所述AD转换电路输出脉冲信号的两个上升沿的时间间隔,来确定所述配电网的信号周期，保证采样的同时性；所述主控器件经过抽样、分析和优化计算，生成投切控制命令，I/O口输出的信号再进行光耦耦合装置，将操作命令传送给所述电容器投切控制装置进行投切操作，所述数据存储装置存储计算分析程序；所述电源开关输出端连接所述主控器件的复位引脚，用于在出现死机的情况下，手动复位。

所述电容器投切控制装置包括两个电容器组、一组跌落式熔断器组、一组避雷器组，其中，所述配电网的三相电路引出分别接入所述跌落式熔断器组中的跌落式熔断器，所述两个电容器组和避雷器组并联接入所述跌落式熔断器组的输出端，其中每组电容器组包括三个电阻、三个电容以及三个高压接触器，所述电容器采用单星形布线方式，所述主控器件控制所述高压接触器进行投切,避免采用电力电子设备投切引入谐波。

所述高级应用工作站包括数据库存储模块、线损管理模块、操作系统模块，其中所述数据库存储模块存储由表达线损信息的维度表和事实表，其中所述维度表包括时间维度表、管理责任人维度表、拓扑维度表、损失原因维度表、降损方法维度表、计算方法维度表。

所述线损管理模块基于所述数据库存储模块的数据进行处理分析，其包括文件模块、系统设置模块、设备查询模块、线损处理模块以及统计分析模块。

本发明的有益效果：

(1)在稳定的数据采集手段的基础上，为整个供电企业提供准确完整的数据支持，为企业决策层决策提供强有力的数据基础；

(2)通过信息化管理，简化线损管理员的工作，提升其工作效率；

(3)及时迅速的发现线损计算及分析中所产生的问题，找到线损产生的具体环节及原因，为降低线损提供科学化的建议；

(4)有效减少了通信节点，降低了系统冗余度；

(5)通信可靠性强；

(6)有效监测电网无功分布情况，并及时进行相应的补偿。

附图说明

图1为本发明的系统构成框图；

图2为本发明的线损管理模块构成示意图；

图3为本发明的补偿部分的构成框图；

图4为本发明的电容器投切控制装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

发明的实施例参考图1-4所示。

一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，包括终端部分、计算机部分、通信部分以及偿部分，

其中，所述电流互感器、电压互感器接入所述配电网的三相电路，通过所述电压互感器和电流互感器对电网的电压和电流进行实时数据采集，由电压互感器和电流互感器经过所述信号调理电路将电压和电流信号转换成幅值低的电压和电流信号，输入所述AD转换电路完成采样，所述主控器件通过测量所述AD转换电路输出脉冲信号的两个上升沿的时间间隔，来确定所述配电网的信号周期，保证采样的同时性；所述主控器件经过抽样、分析和优化计算，生成投切控制命令，I/O口输出的信号再进行光耦耦合装置，将操作命令传送给所述电容器投切控制装置进行投切操作，所述数据存储装置存储计算分析程序；所述电源开关输出端连接所述主控器件的复位引脚，用于在出现死机的情况下，手动复位。

所述电容器投切控制装置包括两个电容器组、一组跌落式熔断器组、一组避雷器组，其中，所述配电网的三相电路引出分别接入所述跌落式熔断器组中的跌落式熔断器，所述两个电容器组和避雷器组并联接入所述跌落式熔断器组的输出端，其中每组电容器组包括三个电阻、三个电容以及三个高压接触器，所述电容器采用单星形布线方式，所述主控器件控制所述高压接触器进行投切，避免采用电力电子设备投切引入谐波。

所述线损管理模块基于所述数据库存储模块的数据进行处理分析，其包括文件模块、系统设置模块、设备查询模块、线损处理模块以及统计分析模块，

所述文件模块由用户管理子模块、角色管理子模块、权限管理子模块三个子模块组成，

所述用户管理子模块用于添加、删除、修改系统用户及其基本信息；

所述角色管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限，对系统角色进行色查询、增加、修改和删除。

所述权限管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限，为各个角色设置权限，对各角色能够浏览和操作的菜单项进行统一管理。

所述系统设置模块由字典管理子模块、变电站管理子模块、线路参数子模块、变压器参数子模块和线损计算设置子模块五个子模块组成。

所述字典管理子模块对本系统中的各种基本参数进行维护。

所述变电站管理子模块对全局配电网内所有变电站的包括名称，简称、电压等级在内的基本数据进行维护。

所述线路参数子模块用于完成裸导线、电缆、架空线的电阻率参数设置，以备电量法和容量法计算。

所述变压器参数子模块用于包括存储变压器的型号、容量对应的短路损耗、空载损耗和额定电流在内的参数，以备计算线损时需要。

所述线损计算设置子模块用于计算线损的各种设置，确定线损计算方法，计算电量法、容量法时用到的功率因数以及负荷曲线特征系数。

所述设备查询模块由综合查询子模块、变压器查询子模块、变压器查询图表子模块、塔杆查询子模块和塔杆查询图表子模块五个子模块组成。

所述综合查询子模块用于完成对于包括配电网、变电站、线路、变压器、开关、电容器在内的参数查询。

所述变压器查询子模块用于完成配电网内所有变压器的数据查询。

所述变压器查询图表子模块用于完成配电网内所有变压器按变电站的数据统计图表。

所述塔杆查询子模块用于完成配电网内所有杆塔的数据查询。

所述塔杆查询图表子模块用于完成配电网内所有杆塔的数据统计图表。

所述线损处理模块由备份初始化子模块、表底录入子模块和线路线损计算子模块三个子模块组成。

所述备份初始化子模块用于在每月线路关口表进行抄表前进行初始化，确定本月各关口表的起码，更新到数据库中，并确定本月的关口表供电量计算日期。

所述表底录入子模块录入全局所有线路的关口表的有功及无功表底。

所述线路线损计算子模块计算全局已经录入表底的线路的线损值。

所述统计分析模块主要由用户电量查询子模块、线损查询子模块、线损分析子模块、线路理论损失电量报表查询子模块和线路功率因数月报表子模块五个子模块组成。

所述用户电量查询子模块按线路查询、导出已经导入系统中的用户电量。

所述线损查询子模块按线路查询全局所有线路的实际、理论线损值以及所涉及的所有数值。可以查询已经计算出的各个线路各个月的理论线损，并分析线损的组成及其所占比重。

所述线损分析子模块查询绘制某一条线路各月的线损值曲线图或列表，可以用图表的形式直观地显示线损随季度和时间的变化所呈现出的变化；或者，查询绘制某一月各条线路的线损值曲线图或列表，用图表的形式直观地显示各条线路在同一季度或者同一月中的线损变化情况，进行各个线路之间线损的比较。

所述线路理论损失电量报表查询子模块查询全局所有线路的理论损失电量以及所涉及的所有数值。

所述线路功率因数月报表子模块查询各月全局所有线路的功率因数值以及所涉及的所有数值。

其中，所述线路线损计算子模块的线损计算过程如下：

步骤1，计算变压器损耗，

步骤1.1，计算各变压器的形状系数，

k_{i} = \frac{\sqrt{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{i}^{2} d t}}{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{i} d t}

式中，k_i为为第i台变压器的形状系数，T为月运行小时数，p_i为第i台变压器的持续负荷功率，t为时间，

步骤1.2，计算各变压器的损耗电量，

W_{i} = (P_{k i} \times {[\frac{I_{a v i} \times k_{i} \times U}{S_{i}}]}^{2} + P_{o i}) \times T

式中，W_i为第i台变压器的损耗电量，P_ki为第i台变压器的负载损耗，P_oi为第i台变压器的空载损耗，I_avi为第i台变压器的月平均电流，U为运行电压，S_i为第i台变压器的额定容量。

步骤1.3，计算变压器总损耗电量

W_{T} = Σ_{i = 1}^{n} W_{i};

其中，n为变压器的总台数，

步骤2，计算线路损耗

步骤2.1，计算各分段线路上的形状系数，

k_{j} = \frac{\sqrt{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{j}^{2} d t}}{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{j} d t}

式中，k_j为第j段线路的形状系数，p_j为第j段线路的持续负荷功率，

步骤2.2，计算第j段线路的月平均电流，

I_{a v j} = \frac{Σ_{j j = 1}^{m_{j}} (W_{p j j} + W_{q j j})}{Σ_{i i = 1}^{n} (W_{p i i} + W_{q i i})} \times \frac{\sqrt{\frac{(W_{p}^{2} + W_{q}^{2})}{3}}}{T \times U}

其中，I_avj为第j段线路的月平均电流，m_j为第j段线路下所供的变压器台数，W_pjj为第j段线路下第jj台变压器的月有功电量，W_qjj为第j段线路下第jj台变压器的月无功电量，W_pii为第i段线路下第ii台变压器的月有功电量，W_qii为第i段线路下第ii台变压器的月无功电量，W_p为月有功电量，W_q为月无功电量，

步骤2.3，计算各分段线路上的损耗电量，

W_{j} = k_{j}^{2} \times I_{a v j} \times R_{j} \times T

其中，W_j为第j段线路的月损耗电量，R_j为第j段线路的电阻。

步骤2.4，计算线路总损耗电量

W_{L} = Σ_{j = 1}^{n} W_{j};

其中，W_L为线路总损耗电量

步骤3，计算配电网总损耗电量，

W＝W_L+W_T。

其中，W为配电网总损耗电量。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，包括终端部分、计算机部分、通信部分以及偿部分，

所述通信部分包括MSTP设备、以太网交换机、EPON，其中一个主MSTP设备与多个从MSTP设备分别连接，

该主MSTP设备通过所述以太网交换机与所述前置服务器连接，所述前置服务器通过所述防火墙路由器与数据总线连接，所述网络工作站、应用服务器、共享打印机与所述防火墙路由器共同连接在所述数据总线上，进行数据交换；

所述从MSTP设备通过所述EPON连接所述配电子站，所述配电子站通过由光纤和分光器组成的通信线路连接所述终端设备，所述通信线路是双链型，所述分光器安放在每个所述终端设备的信息接入点上，实现全网自愈保护；

其中，所述电流互感器、电压互感器接入所述配电网的三相电路，通过所述电压互感器和电流互感器对电网的电压和电流进行实时数据采集，由电压互感器和电流互感器经过所述信号调理电路将电压和电流信号转换成幅值低的电压和电流信号，输入所述AD转换电路完成采样,所述主控器件通过测量所述AD转换电路输出脉冲信号的两个上升沿的时间间隔,来确定所述配电网的信号周期，保证采样的同时性；所述主控器件经过抽样、分析和优化计算，生成投切控制命令，I/O口输出的信号再进行光耦耦合装置，将操作命令传送给所述电容器投切控制装置进行投切操作，所述数据存储装置存储计算分析程序；所述电源开关输出端连接所述主控器件的复位引脚，用于在出现死机的情况下，手动复位；

所述电容器投切控制装置包括两个电容器组、一组跌落式熔断器组、一组避雷器组，其中，所述配电网的三相电路引出分别接入所述跌落式熔断器组中的跌落式熔断器，所述两个电容器组和避雷器组并联接入所述跌落式熔断器组的输出端，其中每组电容器组包括三个电阻、三个电容以及三个高压接触器，所述电容器采用单星形布线方式，所述主控器件控制所述高压接触器进行投切,避免采用电力电子设备投切引入谐波；

所述高级应用工作站包括数据库存储模块、线损管理模块、操作系统模块，其中所述数据库存储模块存储由表达线损信息的维度表和事实表，其中所述维度表包括时间维度表、管理责任人维度表、拓扑维度表、损失原因维度表、降损方法维度表、计算方法维度表；

2.根据权利要求1所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：所述文件模块由用户管理子模块、角色管理子模块、权限管理子模块三个子模块组成；

所述角色管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限，对系统角色进行色查询、增加、修改和删除；

3.根据权利要求1所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：

所述系统设置模块由字典管理子模块、变电站管理子模块、线路参数子模块、变压器参数子模块和线损计算设置子模块五个子模块组成；

所述字典管理子模块对本系统中的各种基本参数进行维护；

所述变电站管理子模块对全局配电网内所有变电站的包括名称，简称、电压等级在内的基本数据进行维护；

所述线路参数子模块用于完成裸导线、电缆、架空线的电阻率参数设置，以备电量法和容量法计算；

所述变压器参数子模块用于包括存储变压器的型号、容量对应的短路损耗、空载损耗和额定电流在内的参数，以备计算线损时需要；

所述线损计算设置子模块用于计算线损的各种参数设置，确定线损计算方法，计算电量法、容量法时用到的功率因数以及负荷曲线特征系数。

4.根据权利要求1所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：

所述设备查询模块由综合查询子模块、变压器查询子模块、变压器查询图表子模块、塔杆查询子模块和塔杆查询图表子模块五个子模块组成；

所述综合查询子模块用于完成对于包括配电网、变电站、线路、变压器、开关、电容器在内的参数查询；

所述变压器查询子模块用于完成配电网内所有变压器的数据查询；

所述变压器查询图表子模块用于完成配电网内所有变压器按变电站的数据统计图表；

所述塔杆查询子模块用于完成配电网内所有杆塔的数据查询；

5.根据权利要求1所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：

所述线损处理模块由备份初始化子模块、表底录入子模块和线路线损计算子模块三个子模块组成；

所述备份初始化子模块用于在每月线路关口表进行抄表前进行初始化，确定本月各关口表的起码，更新到数据库中，并确定本月的关口表供电量计算日期；

所述表底录入子模块录入全局所有线路的关口表的有功及无功表底；

6.根据权利要求1所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：

所述统计分析模块主要由用户电量查询子模块、线损查询子模块、线损分析子模块、线路理论损失电量报表查询子模块和线路功率因数月报表子模块五个子模块组成；

所述用户电量查询子模块按线路查询、导出已经导入系统中的用户电量；

所述线损查询子模块按线路查询全局所有线路的实际、理论线损值以及所涉及的所有数值，可以查询已经计算出的各个线路各个月的理论线损，并分析线损的组成及其所占比重；

所述线损分析子模块查询绘制某一条线路各月的线损值曲线图或列表，可以用图表的形式直观地显示线损随季度和时间的变化所呈现出的变化；或者，查询绘制某一月各条线路的线损值曲线图或列表，用图表的形式直观地显示各条线路在同一季度或者同一月中的线损变化情况，进行各个线路之间线损的比较；

所述线路理论损失电量报表查询子模块查询全局所有线路的理论损失电量以及所涉及的所有数值；

7.根据权利要求5所述的具有无功补偿功能的10kV低压智能配电网系统，其特征在于：

其中，所述线路线损计算子模块的线损计算过程如下：

步骤1，计算变压器损耗，

步骤1.1，计算各变压器的形状系数，

k_{i} = \frac{\sqrt{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{i}^{2} d t}}{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{i} d t},

步骤1.2，计算各变压器的损耗电量，

W_{i} = (P_{k i} \times {[\frac{I_{a v i} \times k_{i} \times U}{S_{i}}]}^{2} + P_{o i}) \times T,

式中，W_i为第i台变压器的损耗电量，P_ki为第i台变压器的负载损耗，P_oi为第i台变压器的空载损耗，I_avi为第i台变压器的月平均电流，U为运行电压，S_i为第i台变压器的额定容量，

步骤1.3，计算变压器总损耗电量，

W_{T} = Σ_{i = 1}^{n} W_{i};

其中，n为变压器的总台数，

步骤2，计算线路损耗，

步骤2.1，计算各分段线路上的形状系数，

k_{j} = \frac{\sqrt{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{j}^{2} d t}}{\frac{1}{T} {&Integral;}_{0}^{T} p_{j} d t},

步骤2.2，计算第j段线路的月平均电流，

I_{a v j} = \frac{Σ_{j j = 1}^{m_{j}} (W_{p j j} + W_{q j j})}{Σ_{i i = 1}^{n} (W_{p i i} + W_{q i i})} \times \frac{\sqrt{\frac{(W_{p}^{2} + W_{q}^{2})}{3}}}{T \times U},

步骤2.3，计算各分段线路上的损耗电量，

W_{j} = k_{j}^{2} \times I_{a v j} \times R_{j} \times T,

其中，W_j为第j段线路的月损耗电量，R_j为第j段线路的电阻，

步骤2.4，计算线路总损耗电量，

W_{L} = Σ_{j = 1}^{n} W_{j};

其中，W_L为线路总损耗电量，

步骤3，计算配电网总损耗电量，

W＝W_L+W_T，

其中，W为配电网总损耗电量。