CN106026096B - 一种基于svg的配电网多级协调节能优化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，包括硬件采集控制层、通讯数据集成层、软件应用层和组态展示层。通过软硬件结合，有利于提高配电网节能综合控制，将电能质量与节能结合，通过控制、采集单元、可控设备、通讯、高级软件分析应用，建立一个监测、分析、决策、治理、评估一体化系统；有效实现了治理谐波污染，优化三相不平衡和补偿无功功率。本发明结合电容式无功补偿节能设备、SVG静态无功发生器和有源电力滤波器APF三者的优点，有效实现了治理谐波污染，优化三相不平衡和补偿无功功率；本发明采用柔性无功调节设备SVG和APF结合的方式，柔性功率输出，补偿能力精准，响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级协调节能优化控制系统，尤其涉及一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，属于智能控制领域。
背景技术
根据调研数据显示，我国电力行业节能降耗工作虽然取得进步，但与世界主要工业国家相比，供电煤耗与世界先进水平仍然相差约50克/千瓦时。也就是说，按世界先进水平计算，目前我国一年发电多耗标准煤约1亿吨。线损率比多数发达国家高2%〜2.5%，相当于一年多损耗电量450亿千瓦时，大体相当于我国中部地区一个省全年的用电量。
电网能耗主要集中在输电线路和用户需求侧，在10KV以下配电网络，特别是以0.4KV等级的配电网络中，由于大量的工农业设备广泛接入，城乡居民的生活用电逐年提升，各种电能污染设备的广泛使用，都给电网带来了大量的能耗损失，城乡配电网更是电力系统能量损耗的主体部分。另一方面，随着现代电网的发展与负荷构成的变化，电能质量问题已经引起供用电双方的高度重视：现代社会已逐渐成为以高科技技术为先导的知识经济时代,对电能质量敏感性的信息用户成为主流，对供电可靠性的要求越来越高。因此，对中低压配电网的电能质量进行综合多级协调控制，并采取措施进行节能降耗，是电网发展规划和建设的必然趋势。
目前，电网现有的设备如无功补偿方式多为电容器补偿，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用。但一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，其每天投切次数有限，且放电时间较长，频繁投切对固定电容器的使用寿命及稳定性有直接影响。在电网无功变化较大时，固定电容器无法平滑线性调节无功输出，更不满足智能电网无功实时调节和设备智能化的基本要求。在电网三相不平衡的治理措施上，现有设备采用简单的各相分补方式，效果不理想，而且不具备治理谐波污染的功能；其他类型的节能设备如SVC等，体积庞大，仍然采用是电容、电抗器等器件，设备本身损耗非常大，而且效果不是最优。综上所述，现有的传统的节能设备和措施依然以电容器补偿为主，一方面是补偿节能效果欠佳，另一方面，在面对电能质量问题(如，谐波污染，三相不平衡严重)时，现有设备的治理效果也较差。
现有的国内有关电网节能降损系统的研究仍然停留在独立的、对某区域电网的离线线损计算、无功优化控制、变压器经济运行（主要是运行方式的选择）阶段，且这些系统的技术分别由不同的单位掌握，缺乏整合。系统间信息集成程度不高，数据接口不够规范，运行人员无法掌握配电运行的实时工况，操作繁琐，工作效率低，配电调度运行管理水平仍较低。
因此，随着电网的建设和发展亟需，非常有必要研究一种新型的面向配电网的多级协调节能优化控制系统。。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，包括依次连接的硬件采集控制层、通讯数据集成层、软件应用层、组态展示层，所述硬件采集控制层包含采集单元、控制单元、可控APF和可控SVG，所述采集单元、可控APF和可控SVG分别连接在控制单元的相应端口上；所述通讯数据集成层包含配电网运行集成平台以及与其连接的数据接口，所述软件应用层包含控制器以及分别与其连接的中低压配电网AVC、谐波定位分析与控制系统、配电节能指标评估系统、电能质量协调控制系统和暂降扰动分析系统，所述组态展示层包括桌面组态展示平台和Web展示平台；
其中，硬件采集控制层，用于配电网的数据采集、设备监控和无功补偿；
通讯数据集成层，用于数据的集成整合以及数据的传输；
软件应用层，用于接受组态展示层的输入请求，并根据请求执行相应的逻辑功能；
组态展示层，用于展示从各种硬件单元到软件应用系统各个环节的状态，同时提供
web浏览和人机交互界面；
作为本方明一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统的进一步优选方案，所述数据接口包括SCADA接口、PMIS接口和GIS接口。
作为本方明一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统的进一步优选方案，所述软件应用层和通讯数据集成层采用C/S结构连接。
作为本方明一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统的进一步优选方案，所述可控SVG包括检测模块、控制运算模块和补偿输出模块，所述检测模块、控制运算模块和补偿输出模块均采用IGBT组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在配电网上。
作为本方明一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统的进一步优选方案，所述谐波定位分析与控制系统，采用谐波潮流法计算出谐波潮流分布，根据谐波损耗算法和谐波集肤效应进行实际的谐波损耗计算。
作为本方明一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统的进一步优选方案，所述暂降扰动分析系统的原理：通过对电压有效值的计算，根据不同电压暂降引起的暂降幅值大小、暂降结束时是否产生电压跳变、三相电压是否平衡以及是否发生电压暂升等方面情况的不同，提取相应的特征量，实现对线路故障、变压器投切和大容量感应电动机启动所引起电压暂降的分类。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明通过软硬件结合，有利于提高配电网节能综合控制，将电能质量与节能结合，通过控制、采集单元、可控设备、通讯、高级软件分析应用，建立一个监测、分析、决策、治理、评估一体化系统；
2. 本发明结合电容式无功补偿节能设备、SVG静态无功发生器和有源电力滤波器APF三者的优点，有效实现了治理谐波污染，优化三相不平衡和补偿无功功率；
3. 本发明采用柔性无功调节设备SVG和APF结合的方式，柔性功率输出，补偿能力精准，响应速度快，节能设备利用开关器件调节功率，不依赖电网阻抗，因此不会对电网系统阻抗产生影响，不存在谐波污染、过补偿或欠补偿的问题，补偿精度达95%以上。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示， 一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，其特征在于：包括依次连接的硬件采集控制层、通讯数据集成层、软件应用层、组态展示层，所述硬件采集控制层包含采集单元、控制单元、可控APF和可控SVG，所述采集单元、可控APF和可控SVG分别连接在控制单元的相应端口上；所述通讯数据集成层包含配电网运行集成平台以及与其连接的数据接口，所述软件应用层包含控制器以及分别与其连接的中低压配电网AVC、谐波定位分析与控制系统、配电节能指标评估系统、电能质量协调控制系统和暂降扰动分析系统，所述组态展示层包括桌面组态展示平台和Web展示平台；
其中，硬件采集控制层，用于配电网的数据采集、设备监控和无功补偿；
通讯数据集成层，用于数据的集成整合以及数据的传输；
软件应用层，用于接受组态展示层的输入请求，并根据请求执行相应的逻辑功能；
组态展示层，用于展示从各种硬件单元到软件应用系统各个环节的状态，同时提供
web浏览和人机交互界面；其中，数据接口包括SCADA接口、PMIS接口和GIS接口。所述软件应用层和通讯数据集成层采用C/S结构连接。所述可控SVG包括检测模块、控制运算模块和补偿输出模块，所述检测模块、控制运算模块和补偿输出模块均采用IGBT组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在配电网上。所述谐波定位分析与控制系统，采用谐波潮流法计算出谐波潮流分布，根据谐波损耗算法和谐波集肤效应进行实际的谐波损耗计算。所述暂降扰动分析系统的原理：通过对电压有效值的计算，根据不同电压暂降引起的暂降幅值大小、暂降结束时是否产生电压跳变、三相电压是否平衡以及是否发生电压暂升等方面情况的不同，提取相应的特征量，实现对线路故障、变压器投切和大容量感应电动机启动所引起电压暂降的分类。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。
具体：提供一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，包括硬件采集控制层、通讯数据集成层、软件应用层和组态展示层。硬件采集控制层与通讯数据集成层进行通讯连接，通讯数据集成层分别于硬件采集控制层和软件应用层进行通讯连接，组态展示层与软件应用层进行通讯连接。
硬件采集控制层用于配电网的数据采集、设备监控和无功补偿，主要包括采集单元、控制单元、监测单元、可控APF和可控SVG。采集单元和监测单元用于采集配电网中设备的运行数据、电压损耗量，并监控设备的运行状态。控制单元用于对硬件设备的工作状态进行指令下达的控制。有源电力滤波器APF主要采用FFT算法，DFT算法以及三相电路瞬时无功功率理论算法，用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。
静止型动态无功补偿装置SVG是典型的电力电子设备，由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。其工作原理为由外部CT检测系统的电流信息，然后经由控制芯片分析出当前的电流信息、如PF、S、Q等；然后由控制器给出补偿的驱动信号，最后由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流。SVG采用可关断电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流。迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。作为有源形补偿装置，不仅可以跟踪冲击型负载的冲击电流，而且可以对谐波电流也进行跟踪补偿。
通讯数据集成层，用于数据的集成整合以及提供软件系统的数据接口，主要包括配电网运行集成平台和软件系统数据接口。通讯数据集成层包括对各种采集单元、监测单元、控制单元的数据集成，同时为了满足上层软件应用层的分析和控制硬件采集控制层的需要，数据集成层也为PMIS\SCADA\PMIS\GIS等系统提供数据接口，增加了系统的高度集成性，同时增加了系统的高度兼容性。该层主要完成数据采集和存取功能，是一个桥梁的作用，目的是分离业务逻辑和数据之间的耦合，它封装了对数据层的访问接口，使得系统不会依赖于具体的数据源。
软件应用层，用于接受组态展示层的输入请求，并根据请求执行相应的逻辑功能，主要包括中低压配电网AVC、谐波定位分析与控制系统、配电节能指标评估系统、电能质量协调控制系统和暂降扰动分析系统。该层接受展示层的输入请求，并根据请求执行相应的逻辑功能，并且依据事情看是否需要访问系统资源。业务逻辑层是实际处理功能逻辑的层次，负责完成对数据的计算分析评估等处理，同时该层还需要一些系统级的服务，如安全管理、事务管理、设备控制、资源管理等。
谐波定位分析与控制系统，采用谐波潮流法计算出谐波潮流分布，根据谐波损耗算法和谐波集肤效应进行实际的谐波损耗计算。暂降扰动分析系统通过对电压有效值的计算，根据不同电压暂降引起的暂降幅值大小、暂降结束时是否产生电压跳变(或对电压暂降过程中电压变化趋势进行分析比较)、三相电压是否平衡以及是否发生电压暂升等方面情况的不同，提取相应的特征量，实现对线路故障、变压器投切和大容量感应电动机启动所引起电压暂降的分类。电能质量协调控制系统与所述可控APF和所述SVG分别进行通讯连接。
组态展示层，用于展示从各种硬件单元到软件应用系统各个环节的状态，同时提供web浏览和人机交互界面，主要包括桌面组态展示平台和Web展示平台。可以展示从各种设备单元到软件应用系统各个环节的状态、包括开关、电抗、电容器状态，电压、电流等数据。展示层同时提供web浏览和人机交互界面，用户可以直接通过展示层浏览和控制系统任何硬件单元。
软件应用层和数据集成层的交互采用C/S结构，软件应用层（如对数据进行评估分析和报表定义等高级应用）采用的也是C/S结构。当图表数据、评估报表和自定义报表通过管理平台定义发布后，用户对数据的浏览查看均采用B/S方式连接到WEB服务器；并且通过WEB方式，还能实现简单的查询分析功能。整个主站系统通过兼顾两种模式的优点，在保证实时性、高可靠性、高灵活性的同时实现了免维护的瘦客户端。
节能系统的基本原理：将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
工作中，通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位，因此，整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实时较高功率因数运行。
电能质量的优化控制的基本原理：以三相电路瞬时无功功率理论为基础，通过外部电流互感器，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤除电网谐波目的。此外，还可提供超前或滞后的无功电流，用于改善电网功率因数、实现动态无功补偿。电能质量优化治理，通过优化治理的效果可达95%以上。
下面举例说明本发明带来的节能功效：以400KVA配变为基准，某区域总配变容量20475438kVA计算，相当于共5×104个400kVA的变压器，其中大约10％的变压器谐波电流畸变率超过20％。则共有5000个400kVA的变压器。其谐波损耗约240W．这些400kVA的变压器平均年利用小时数为2500h。则每年因谐波造成的变压器的损耗约2500×0.24×5000=3×106(kWh)；另外还有约23.4％的变压器。其谐波电流含量在10％～20％之间。折算成400kVA变压器，其附加谐波损耗在55～239W之间。其平均值约为140W; 则这些变压器损耗值为2500×0.14×(50000×23.4％)=4.095×106(Kwh)。
通过建设本发明的配电网多级协调节能优化控制系统，可以将配变的谐波畸变统一降低到5%，那么谐波损耗降低数值为： 2500×（0.24-0.02）×5000+2500×（0.14-0.02）×(50000×23.4％)= 6260000Kwh；以每0.65元/Kwh，折合人民币406.9万元/年。
综上所述，本发明通过软硬件结合，有利于提高配电网节能综合控制，将电能质量与节能结合，通过控制、采集单元、可控设备、通讯、高级软件分析应用，建立一个监测、分析、决策、治理、评估一体化系统；本发明结合电容式无功补偿节能设备、SVG静态无功发生器和有源电力滤波器APF三者的优点，有效实现了治理谐波污染，优化三相不平衡和补偿无功功率； 本发明采用柔性无功调节设备SVG和APF结合的方式，柔性功率输出，补偿能力精准，响应速度快，节能设备利用开关器件调节功率，不依赖电网阻抗，因此不会对电网系统阻抗产生影响，不存在谐波污染、过补偿或欠补偿的问题，补偿精度达95%以上。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，其特征在于：包括依次连接的硬件采集控制层、通讯数据集成层、软件应用层、组态展示层，所述硬件采集控制层包含采集单元、控制单元、可控APF和可控SVG，所述采集单元、可控APF和可控SVG分别连接在控制单元的相应端口上；所述通讯数据集成层包含配电网运行集成平台以及与其连接的数据接口，所述软件应用层包含控制器以及分别与其连接的中低压配电网AVC、谐波定位分析与控制系统、配电节能指标评估系统、电能质量协调控制系统和暂降扰动分析系统，所述组态展示层包括桌面组态展示平台和Web展示平台；
其中，硬件采集控制层，用于配电网的数据采集、设备监控和无功补偿；
通讯数据集成层，用于数据的集成整合以及数据的传输；
软件应用层，用于接受组态展示层的输入请求，并根据请求执行相应的逻辑功能；
组态展示层，用于展示从各种硬件单元到软件应用系统各个环节的状态，同时提供web浏览和人机交互界面；
所述数据接口包括SCADA接口、PMIS接口和GIS接口；
所述可控SVG包括检测模块、控制运算模块和补偿输出模块，所述检测模块、控制运算模块和补偿输出模块均采用IGBT组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在配电网上。
2.根据权利要求1所述的一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，其特征在于：所述软件应用层和通讯数据集成层采用C/S结构连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，其特征在于：所述谐波定位分析与控制系统，采用谐波潮流法计算出谐波潮流分布，根据谐波损耗算法和谐波集肤效应进行实际的谐波损耗计算。
4.根据权利要求1所述的一种基于SVG的配电网多级协调节能优化控制系统，其特征在于：所述暂降扰动分析系统的原理：通过对电压有效值的计算，根据不同电压暂降引起的暂降幅值大小、暂降结束时是否产生电压跳变、三相电压是否平衡以及是否发生电压暂升等方面情况的不同，提取相应的特征量，实现对线路故障、变压器投切和大容量感应电动机启动所引起电压暂降的分类。
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