CN106487015A - 一种配电网多级协调控制系统及其节能优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配电网多级协调控制系统及其节能优化方法，包括电能检测单元、控制中心、谐波滤波模快、无功补偿模块、配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台，所述电能检测单元的输出端连接控制中心的输入端，所述控制中心的输出端连接谐波滤波模快、无功补偿模块的输入端，所述控制中心分别与配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台进行信息交互，根据所需补偿的无功补偿量，投入/切出无功补偿子系统，向配电网发出无功补偿，提高功率因数，实现对配电网的动态无功快速补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级协调控制系统，尤其涉及一种配电网多级协调控制系统及其节能优化方法，属于配电网节能技术领域。
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。配电网中的谐波大致使无法投入无功补偿装置，严重时可烧坏无功补偿装置的核心器件(如补偿电容)，而且配电网中其它设备也不能正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种配电网多级协调控制系统及其节能优化方法。
一种配电网多级协调控制系统，包括电能检测单元、控制中心、谐波滤波模快、无功补偿模块、配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台，所述电能检测单元的输出端连接控制中心的输入端，所述控制中心的输出端连接谐波滤波模快、无功补偿模块的输入端，所述控制中心分别与配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台进行信息交互；
其中，电能检测单元，用于实时检测配电网的电压电流参数，进而将获取的数字电能信号上传至控制中心；
谐波滤波模快，用于滤除谐波，保证电网的运行；
无功补偿模块，用于向配电网发出无功补偿，提高功率因数；
配网节能指标评估模块，用于构建智能配电网节能减排综合评价指标模型，对智能配电网节能减排进行综合评价，分析判断评价结果并形成分析报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台；
暂降扰动分析模块，用于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，形成相应报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台。
作为本发明一种配电网多级协调控制系统的进一步优选方案，该系统包含谐波定位分析与控制模块，所述谐波定位分析与控制模块连接控制中心控制中心，所述谐波定位分析与控制模块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。
作为本发明一种配电网多级协调控制系统的进一步优选方案，包含第三接触器，所述控制中心通过第三接触器控制配网节能指标评估模块进行工作。
作为本发明一种配电网多级协调控制系统的进一步优选方案，还包含第四接触器，所述控制中心通过第四接触器控制暂降扰动分析模块进行工作。
作为本发明一种配电网多级协调控制系统的进一步优选方案，所述数字电能信号包括谐波电流 Ih、有功功率 P、无功功率 Q和功率因数 ph 信号。
一种配电网多级协调控制系统的进一步优选方案，具体包含如下步骤：
步骤1，手动合闸高压隔离开关、高压断路器，将电路中的电能信号检测单元和控制中心接入电源，控制中心开始工作；
步骤2，通过电能信号检测单元分析处理电压电流互感器采集的电流电压，进而获取数字电能信号；
步骤3，控制中心根据谐波电流 Ih 值，投入/切出谐波滤波模块；当 Ih 值大于指标Ib 值时，闭合第一接触器 KM1，投入谐波滤波模块，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供无功补偿。
作为本发明一种配电网多级协调控制系统的节能优化方法的进一步优选方案，在步骤3中，所述无功补偿的具体补偿如下：控制中心根据 P、Q 和 ph 值，计算所需补偿的无功补偿量 Qb，据此投入/切出无功补偿模块；当 ph 值不满足 Phn<0.90 要求时，闭合第二接触器KM2，投入无功补偿模块，向配电网发出无功补偿，进而提高功率因数。
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.本发明根据谐波电流值，投入/切出谐波滤波子系统，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供一定的无功补偿，可达到 20％左右的节能效果；
2.本发明根据所需补偿的无功补偿量，投入/切出无功补偿子系统，向配电网发出无功补偿，提高功率因数，实现对配电网的动态无功快速补偿；
3.本发明控制器采用智能控制策略，使谐波滤波子系统与无功补偿子系统协调地工作；
4.本发明通过控制中心与Web展示平台的双向连接，及时将相关模块生成的报表上传到Web平台，进行数据整合，且用户可以直观获取相应数据，也可以在Web上进行指令输入互动，实现简单的查询分析，从而使整个操作系统最大优化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中标号具体如下：U0-源电压，QS-高压隔离开关、QF-高压断路器，KM1-第一接触器，KM2-第二接触器，KM3-第三接触器，KM4-第四接触器。
具体实施方式
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。
如图1所示，一种配电网多级协调控制系统，包括电能检测单元、控制中心、谐波滤波模快、无功补偿模块、配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台，所述电能检测单元的输出端连接控制中心的输入端，所述控制中心的输出端连接谐波滤波模快、无功补偿模块的输入端，所述控制中心分别与配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台进行信息交互；
其中，电能检测单元，用于实时检测配电网的电压电流参数，进而将获取的数字电能信号上传至控制中心；所述数字电能信号包括谐波电流 Ih、有功功率 P、无功功率 Q和功率因数 ph 信号。
谐波滤波模快，用于滤除谐波，保证电网的运行；
无功补偿模块，用于向配电网发出无功补偿，提高功率因数；
配网节能指标评估模块，用于构建智能配电网节能减排综合评价指标模型，对智能配电网节能减排进行综合评价，分析判断评价结果并形成分析报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台；
暂降扰动分析模块，用于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，形成相应报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台。
该系统包含谐波定位分析与控制模块，所述谐波定位分析与控制模块连接控制中心控制中心，所述谐波定位分析与控制模块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。所述控制中心通过第三接触器控制配网节能指标评估模块进行工作。还包含第四接触器，所述控制中心通过第四接触器控制暂降扰动分析模块进行工作。
一种配电网多级协调控制系统的节能优化方法，具体包含如下步骤：
步骤1，手动合闸高压隔离开关、高压断路器，将电路中的电能信号检测单元和控制中心接入电源，控制中心开始工作；
步骤2，通过电能信号检测单元分析处理电压电流互感器采集的电流电压，进而获取数字电能信号；
步骤3，控制中心根据谐波电流 Ih 值，投入/切出谐波滤波模块；当 Ih 值大于指标Ib 值时，闭合第一接触器 KM1，投入谐波滤波模块，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供无功补偿；所述无功补偿的具体补偿如下：控制中心根据 P、Q 和 ph 值，计算所需补偿的无功补偿量 Qb，据此投入/切出无功补偿模块；当 ph 值不满足 Phn<0.90 要求时，闭合第二接触器KM2，投入无功补偿模块，向配电网发出无功补偿，进而提高功率因数。
具体实施步骤如下：启动运行：手动合闸高压隔离开关QS、高压断路器QF，电路中的电能信号检测单元和控制中心接入电源，控制中心开始工作；
检测传输：电能信号检测单元分析处理电压电流互感器采集的电流电压，得到数字电能信号，该数字电能信号包括谐波电流 Ih、有功功率 P、无功功率 Q、功率因数 ph 信号，然后通过 RS485 总线送入控制中心；
谐波治理：控制中心根据谐波电流 Ih 值，投入 / 切出谐波滤波模块；当 Ih 值大于指标 Ib 值时，闭合第一接触器 KM1，投入谐波滤波模块，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供一定的无功补偿；
无功补偿：控制中心根据 P、Q 和 ph 值，计算所需补偿的无功补偿量 Qb，据此投入 /切出无功补偿模块 ；当 ph 值不满足 Phn<0.90 要求时，闭合第二接触器 KM2，投入无功补偿模块，向配电网发出无功补偿，提高功率因数；
当配电网节能优化系统出现故障或人为停车时，首先切除无功补偿模块，然后切 除谐波滤波模块，使配电网节能优化系统正常停车，实现节能的同时保证配电网中其 它设备能正常运行。
谐波滤波模块和无功补偿模块，其一端接入配电网，其另一端接地 ；控制中心通过 RS485 总线分别与电能信号检测单元、谐波滤波模块和无功补偿子系统相连接。电能信号检测单元可购买电子式电能采集模块 WB1867B35，通过分析处理电压电流互感器 检测到的配电网中的电压和电流信号，得到有功功率、无功功率、 功率因数、谐波电流等电能参数。
控制中心通过第三接触器KM3，控制配网节能指标评估模块进行工作，主要包括如下步骤：界定边界条件；构建智能配电网节能减排综合评价指标模型；对智能配电网节能减排进行综合评价；分析判断评价结果并形成分析报表；分析报表通过控制中心上传至Web展示平台。
控制中心通过第四接触器KM4，控制暂降扰动分析模块进行工作，所述暂降扰动分析模块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，形成相应报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台。
控制中心还可以连接谐波定位分析与控制模块，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。
上述各模块制作的图表数据、评估报表和自定义报表通过Web展示平台定义发布，用户对数据的浏览查看采用B/S方式连接到Web服务器。用户可以直观获取相应数据，也可以在Web上进行指令输入互动，实现简单的查询分析，从而使整个操作系统最大优化。
综上所述，本发明根据谐波电流值，投入/切出谐波滤波子系统，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供一定的无功补偿，可达到 20％左右的节能效果；本发明根据所需补偿的无功补偿量，投入/切出无功补偿子系统，向配电网发出无功补偿，提高功率因数，实现对配电网的动态无功快速补偿；本发明控制器采用智能控制策略，使谐波滤波子系统与无功补偿子系统协调地工作；本发明通过控制中心与Web展示平台的双向连接，及时将相关模块生成的报表上传到Web平台，进行数据整合，且用户可以直观获取相应数据，也可以在Web上进行指令输入互动，实现简单的查询分析，从而使整个操作系统最大优化。
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 (7)
1.一种配电网多级协调控制系统，其特征在于，包括电能检测单元、控制中心、谐波滤波模快、无功补偿模块、配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台，所述电能检测单元的输出端连接控制中心的输入端，所述控制中心的输出端连接谐波滤波模快、无功补偿模块的输入端，所述控制中心分别与配网节能指标评估模块、暂降扰动分析模块和Web展示平台进行信息交互；
其中，电能检测单元，用于实时检测配电网的电压电流参数，进而将获取的数字电能信号上传至控制中心；
谐波滤波模快，用于滤除谐波，保证电网的运行；
无功补偿模块，用于向配电网发出无功补偿，提高功率因数；
配网节能指标评估模块，用于构建智能配电网节能减排综合评价指标模型，对智能配电网节能减排进行综合评价，分析判断评价结果并形成分析报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台；
暂降扰动分析模块，用于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，形成相应报表，并通过控制中心上传至所述Web展示平台。
2.根据权利要求1所述的一种配电网多级协调控制系统，其特征在于，该系统包含谐波定位分析与控制模块，所述谐波定位分析与控制模块连接控制中心控制中心，所述谐波定位分析与控制模块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。
3.根据权利要求1所述的一种配电网多级协调控制系统，其特征在于，包含第三接触器，所述控制中心通过第三接触器控制配网节能指标评估模块进行工作。
4.根据权利要求1所述的一种配电网多级协调控制系统，其特征在于，还包含第四接触器，所述控制中心通过第四接触器控制暂降扰动分析模块进行工作。
5.根据权利要求1所述的一种配电网多级协调控制系统，其特征在于：所述数字电能信号包括谐波电流 Ih、有功功率 P、无功功率 Q和功率因数 ph 信号。
6.基于权利要求1所述的一种配电网多级协调控制系统的节能优化方法，其特征在于：具体包含如下步骤：
步骤1，手动合闸高压隔离开关、高压断路器，将电路中的电能信号检测单元和控制中心接入电源，控制中心开始工作；
步骤2，通过电能信号检测单元分析处理电压电流互感器采集的电流电压，进而获取数字电能信号；
步骤3，控制中心根据谐波电流 Ih 值，投入/切出谐波滤波模块；当 Ih 值大于指标Ib 值时，闭合第一接触器 KM1，投入谐波滤波模块，滤除谐波，保证电网稳定地运行，并提供无功补偿。
7.根据权利要求5或6所述的一种配电网多级协调控制系统的节能优化方法，其特征在于：在步骤3中，所述无功补偿的具体补偿如下：控制中心根据 P、Q 和 ph 值，计算所需补偿的无功补偿量 Qb，据此投入/切出无功补偿模块；当 ph 值不满足 Phn<0.90 要求时，闭合第二接触器KM2，投入无功补偿模块，向配电网发出无功补偿，进而提高功率因数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Fan Inventor after: Wu Hu Inventor after: Sun Yandong Inventor after: Huang Mingjie Inventor after: Jin Fei Inventor after: Yang Yuxin Inventor after: Ma Chunsheng Inventor after: Wang Chaoming Inventor after: Niu Weiran Inventor after: Liang Huiyuan Inventor after: Wang Huaguang Inventor after: Ma Jiansheng Inventor after: Lin Sai Inventor after: Cao Huaming Inventor after: Sun Guangtao Inventor after: Xu Jian Inventor before: Ma Chunsheng Inventor before: Wang Chaoming |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170310 Address after: 261000 Weicheng, Shandong, Dongfeng District, No. West Street, No. 425 Applicant after: State Grid Shandong Electric Power Company Weifang Power Supply Company Applicant after: STATE GRID SHANDONG ENERGY-SAVING SERVICE CO., LTD. Applicant after: Nanjing Soft Core Technology Co., Ltd. Address before: 210000 Jiangsu Province, Yuhuatai District, software Avenue, blue chip Valley A, building 3, floor, floor, building 106 Applicant before: Nanjing Soft Core Technology Co., Ltd. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170308 |