CN107800141A - 一种配电线路无功补偿方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电线路无功补偿方法和系统。所述方法包括：获取配电线路当前时刻的电压信号；以及由FTU获取的所述配电线路当前时刻的电流信号；利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储；获取前一时刻的配电线路的历史无功功率；根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率，结合预设补偿策略核定无功补偿量，对所述配电线路进行无功补偿。本发明提供的配电线路无功补偿方法简单，切换次数少，安全可靠。

Description

一种配电线路无功补偿方法和系统

技术领域

本发明涉及智能配电网技术领域，具体涉及一种配电线路无功补偿方法和系统。

背景技术

电力设备(例如变压器、电动机)在能量转换的过程中，需要部分能量建立磁场。这部分参量仅用于建立磁场，而不用于能量转换输出，因此称为无功功率。在实际应用中，若电网的电力设备不断投切到电网中，从而引起电网发生变化，进而影响其他用电设备的工作效率。为此需要对电网的无功功率进行补偿。

现有技术中对电网中线路的无功补偿方法倾向于电压-无功补偿法。该方法根据线路电压大小及潮流确定无功补偿量，可以保证连接于该线路所有分支的潮流最优。例如有些无功补偿装置需要根据负荷分布情况，利用功率因数或者变压器的无功功率确定补偿量。这种布置无功补偿装置的方式随着负荷分布情况的不同，补偿效果不同。当负荷运行情况不固定时，该无功补偿装置不能始终保持最佳补偿效果。另外，利用功率因数确定无功补偿容量会使电容器投切次数较多，且容易发生过补偿，容易造成线路或者设备发热甚至故障。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种配电线路无功补偿方法和系统，用于解决现有无功补偿方法中电容器投切次数较多甚至会发生配电线路过补偿而造成的线路或者设备发热的问题，可以根据配电线路负荷变化快速响应，投切次数少，安全可靠。

第一方面，本发明提供了一种配电线路无功补偿方法，包括：

获取配电线路当前时刻的电压信号；以及由FTU获取的所述配电线路当前时刻的电流信号；

利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储；

获取前一时刻的配电线路的历史无功功率；

根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率，结合预设补偿策略核定无功补偿量，对所述配电线路进行无功补偿。

可选地，所述FTU通过光缆或者无线方式与所述无功补偿装置进行通信。

可选地，利用PQ分解法获取所述配电线路的当前时刻无功功率。

可选地，所述预设补偿策略包括：

当所述当前时刻无功功率为感性时，获取所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率的代数差；当所述代数差为负值时，从所述配电线路中切除N组电容器；当所述代数差为正值时，向所述配电线路中投入N组电容器；并存储所述当前无功功率；N为正整数；

当所述当前时刻无功功率为容性时，从所述配电线路中切除M组电容器；并且不存储当前时刻无功功率；M为正整数。

可选地，通过以下表达式获取向所述配电线路中投入或者切除的电容器的数量N：

式中，Q_t表示配电线路在t时刻的无功功率；Q_t表示配电线路在t-1时刻的无功功率；q_C表示每组电容器的额定容量；K为预设常数，且0<K<1；

当n为正时，N取小于n的最大正整数；当n为负时，N取大于n的绝对值的最小整数。

可选地，通过以下表达式获取向所述配电线路中切除的电容器的数量M：

M取大于m的最小正整数。

第二方面，本发明实施例提供了一种配电线路无功补偿系统，所述系统包括：FTU和无功补偿装置，所述无功补偿装置包括多组电容器、与电容器一一对应的断路器、控制器、电压传感器、第一通信模块和存储模块；

所述控制器与所述电压传感器和第一通信模块相连接，用于读取所述电压传感器采集的配电线路的电压信号，以及来自第一通信模块的、由FTU所采集的配电路线电流信号；还用于利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率，并将当前时刻无功功率存储到所述存储模块中；以及用于根据预设策略计算投入或切除配电线路的电容器的数量，并向相应的断路器发出控制信号；

所述存储模块含有无功功率记录表，用于存储配电线路的当前时间无功功率以及无功补偿量。

可选地，所述控制器利用PQ分解方法获取配电线路的当前时刻无功功率。

第三方面，本发明实施例又提供了一种FTU，包括电压传感器、电流传感器、第二通信模块、存储模块和控制模块；

所述电压传感器用于采集配电线路的当前时刻的电压信号；

所述电流传感器用于采集所述配电线路的当前时刻的电流信号；

所述存储模块用于存储无功功率值；

所述控制模块用于接收所述电压信号和所述电流信号，并利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储至所述存储模块中；还用于获取前一时刻的配电线路的历史无功功率，然后根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率结合预设补偿策略核定无功补偿量并计算投入或者切除所述配电线路的电容器的数量，并经由所述第二通信模块将开关动作信号发送到对应的断路器。

由上述技术方案可知，本发明通过获取配电线路的电压信号与电流信号，然后根据电压信号与电流信号进行计算获取配电线路的当前时刻无功功率；然后查询预设时间段之前的历史无功功率，比较当前时刻无功功率与历史无功功率，之后结合预设补偿策略核定无功补偿量以实现对配电线路的无功补偿。本发明仅需核定配电线路的无功补偿量，无需计算配电线路的功率因数，因此方案简单。另外根据预设补偿策略进行无功补偿即可，无需对每一时刻的配电线路进行补偿，从而电容器的投切次数少，降低配电线路过补偿的概率，安全可靠。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明提供的一种配电线路无功补偿方法的流程示意图；

图2是本发明提供的预设补偿策略的流程示意图；

图3是本发明提供的一种配电线路无功补偿系统的结构示意图；

图4是本发明提供的一种配电线路无功补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种配电线路无功补偿方法，如图1所示，包括：

S1、获取配电线路当前时刻的电压信号；以及由FTU获取的所述配电线路当前时刻的电流信号；

S2、利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储；

S3、获取前一时刻的配电线路的历史无功功率；

S4、根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率，结合预设补偿策略核定无功补偿量，对所述配电线路进行无功补偿。

为体现本发明实施例提供的配电线路无功补偿方法的优越性，下面结合附图以及实施例对各步骤作详细说明。

首先，介绍S1、获取配电线路当前时刻的电压信号；以及由FTU获取的所述配电线路当前时刻的电流信号的步骤。

本发明实施例中利用FTU2(Feeder Terminal Unit，馈线终端装置)获取配电线路的当前时刻的电流信号。当然配电线路的电流也可以由电流传感器获取，或者由电流采集功能的其他装置实现，本发明不作限定。

本发明实施例中利用无功补偿装置获取配电线路的当前时刻的电压信号。当然也可以利用电压传感器或者具有电压采集功能的电路实现，本发明不作限定。

为保证持续计算的准确性，本发明实施例电压信号与电流信号需要采集同一时刻的数值。当然，采集电压信号的时刻与采集电流信号的时刻可以存在一定的偏差，只要不超过所设定的阈值，所采集的电压信号与电流信号即可使用。如果超过设定的阈值，则重新采集。

其次，介绍S2、利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储的步骤。

本发明实施例中FTU与无功补偿装置之间通信连接。例如，当FTU与无功补偿装置之间的距离较近时，可以通过光缆等有线方式连接，当然也可以采用蓝牙、红外线等近距离通信方式连接；当两者距离比较远时，可以通过例如3G、4G等无线方式连接。FTU与无功补偿装置之间通过何种通信方式连接，本发明不作限定。

无功补偿装置中设置有与FTU中相匹配的第一通信模块。该第一通信模块用于接收FTU所采集的电流信号。然后该无功补偿装置根据自身所采集的电压信号与电流信号计算配电线路的当前时刻的无功功率。

本发明实施例中无功补偿装置利用PQ分解法获取配电线路的当前时刻无功功率。当然，也可以利用有功功率与无功功率的计算公式计算得到，本发明不作限定。

再次，介绍S3、获取前一时刻的配电线路的历史无功功率的步骤。

本发明实施例中在无功补偿装置中还设置有存储器件以及无功功率记录表(图中未示出)，将所计算的当前时刻无功功率、时间、电流信号和电压信号记录到该无功功率记录表中并保存在存储器件中。

无功补偿装置可以从上述无功功率记录表中获取该配电线路的前一时刻的历史无功功率。需要说明的是，本发明实施例中FTU与无功补偿装置分别采集电压信号与电流信号是在预设的采样时间点进行的。在两个采样时间点之间(前一时刻与当前时刻之间)为预设时间段。该预设时间段可以根据需要进行调整。

最后，介绍S4、根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率，结合预设补偿策略核定无功补偿量，对所述配电线路进行无功补偿的步骤。

无功补偿装置比较当前时刻无功功率和历史无功功率，根据比较结果结合预设补偿策略核定该配电线路的无功补偿量。

参见图2，本发明实施例中预设补偿策略包括三种预设策略：

策略一：当当前时刻无功功率为感性，且与历史无功功率的代数差为正值时，即配电线路中感性负荷增大，则向配电线路中投入N组电容器。获取投入到配电线路中电容器的数量N的步骤包括：

式中，Q_t表示配电线路在t时刻的无功功率；Q_t表示配电线路在t-1时刻的无功功率；q_C表示每组电容器的额定容量；K为预设常数，且0<K<1；

此时n为正值，则N取小于n的最大正整数。并且记录该当前时刻无功功率值、时间以及投入到配电线路中的电容器。

策略二：当当前时刻无功功率为感性，且与历史无功功率的代数差为负值时，即配电线路中感性负荷减小，则向配电线路中投入N组电容器。获取从配电线路中切除电容器的数量N的步骤包括：

式中，Q_t表示配电线路在t时刻的无功功率；Q_t表示配电线路在t-1时刻的无功功率；q_C表示每组电容器的额定容量；K为预设常数，且0<K<1；

此时n为负值，则N取大于n的绝对值的最小整数。并且记录该当前时刻无功功率值、时间以及从配电线路中切除的电容器。

策略三：当所述当前时刻无功功率为容性，则从所述配电线路中切除M组电容器。获取从配电线路中切除电容器的数量M，包括：

M取大于m的最小正整数。此时记录时间以及从配电线路中切除的电容器，但是不记录该当前时刻无功功率值。

可以看出，本发明实施例中，当n为正值时且小于1时，此时无需向配电线路中投入电容器；当n为负值且绝对值小于1时，此时也无需从配电线路中切除电容器。这样可以避免频繁的投入与切除电容器，可以避免过补偿而引起配电线路过热的问题。另外，本发明的方案比较简单，可以避免复杂的计算。

第二方面，本发明实施例还提供了一种配电线路无功补偿系统，如图3所示，所述系统包括：安装在配电线路1上面的FTU2，以及与FTU2并联设置的无功补偿装置3。所述无功补偿装置3包括控制器4、多组电容器6以及与其一一对应的断路器5，还包括第一通信模块、电压传感器和存储模块(图中未示出)。

控制器4与电压传感器和第一通信模块相连接，用于接收来自电压传感器所采集的配电线路1的电压信号以及来自第一通信模块的由FTU2所采集的配电路线1的电流信号；还用于利用电流信号与电压信号获取配电线路1的当前时刻无功功率并将当前时刻无功功率存储到存储模块中；以及用于根据预设策略计算投入到配电线路1的电容器6的数量或者配电线路1切除的电容器6的数量并向相应的断路器5发出控制信号。

可以理解的是，本发明实施例还可以在FTU中设置控制模块以直接向无功补偿装置发送控制信号即可。为此，第三方面，如图4所示(相同的部分采用相同的标号表示)，本发明实施例还提供了一种FTU，包括电流传感器21、电压传感器22、控制模块23、第二通信模块24和存储模块25；

电流传感器21用于采集配电线路1的当前时刻的电流信号；

电压传感器22用于采集配电线路1的当前时刻的电压信号；

控制模块23用于接收电压信号和电流信号，并利用电流信号与电压信号获取配电线路1的当前时刻无功功率并存储至存储模块25中；还用于获取当前时刻之前预设时间段内的配电线路1的历史无功功率，然后根据当前时刻无功功率与历史无功功率结合预设补偿策略核定无功补偿量，并将无功补偿量发送给无功补偿装置以供其对配电线路进行无功补偿。

需要说明的是，本发明实施例中FTU将核定的无功补偿量发送给无功补偿装置3，由无功补偿装置3按照预设补偿策略向配电线路1中投切相应数量的电容器6。当然，FTU也可以直接计算出需要投切电容器6的数量，然后将该数量以及控制信号(投入或者切除)由控制模块23发送给控制器4。之后由控制器4完成电容6的投切工作，从而实现对配电线路1的无功补偿。

需要说明的是，在本发明中术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种配电线路无功补偿方法，其特征在于，包括：

获取配电线路当前时刻的电压信号；以及由FTU获取的所述配电线路当前时刻的电流信号；

利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储；

获取前一时刻的配电线路的历史无功功率；

根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率，结合预设补偿策略核定无功补偿量，对所述配电线路进行无功补偿。

2.根据权利要求1所述的配电线路无功补偿方法，其特征在于，所述FTU通过光缆或者无线方式与所述无功补偿装置进行通信。

3.根据权利要求1所述的配电线路无功补偿方法，其特征在于，利用PQ分解法获取所述配电线路的当前时刻无功功率。

4.根据权利要求1所述的配电线路无功补偿方法，其特征在于，所述预设补偿策略包括：

当所述当前时刻无功功率为感性时，获取所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率的代数差；当所述代数差为负值时，从所述配电线路中切除N组电容器；当所述代数差为正值时，向所述配电线路中投入N组电容器；并存储所述当前无功功率；N为正整数；

当所述当前时刻无功功率为容性时，从所述配电线路中切除M组电容器；并且不存储当前时刻无功功率；M为正整数。

5.根据权利要求3所述的配电线路无功补偿方法，其特征在于，通过以下表达式获取向所述配电线路中投入或者切除的电容器的数量N：

<mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>K</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>q</mi> <mi>C</mi> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中，Q_t表示配电线路在t时刻的无功功率；Q_t表示配电线路在t-1时刻的无功功率；q_C表示每组电容器的额定容量；K为预设常数，且0<K<1；

当n为正时，N取小于n的最大正整数；当n为负时，N取大于n的绝对值的最小整数。

6.根据权利要求3所述的配电线路无功补偿方法，其特征在于，通过以下表达式获取向所述配电线路中切除的电容器的数量M：

<mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>q</mi> <mi>C</mi> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

M取大于m的最小正整数。

7.一种配电线路无功补偿系统，其特征在于，所述系统包括：FTU和无功补偿装置，所述无功补偿装置包括多组电容器、与电容器一一对应的断路器、控制器、电压传感器、第一通信模块和存储模块；

所述控制器与所述电压传感器和第一通信模块相连接，用于读取所述电压传感器采集的配电线路的电压信号，以及来自第一通信模块的、由FTU所采集的配电路线电流信号；还用于利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率，并将当前时刻无功功率存储到所述存储模块中；以及用于根据预设策略计算投入或切除配电线路的电容器的数量，并向相应的断路器发出控制信号；

所述存储模块含有无功功率记录表，用于存储配电线路的当前时间无功功率以及无功补偿量。

8.根据权利要求7所述的配电线路无功补偿系统，其特征在于，所述控制器利用PQ分解方法获取配电线路的当前时刻无功功率。

9.一种FTU，其特征在于，包括电压传感器、电流传感器、第二通信模块、存储模块和控制模块；

所述电压传感器用于采集配电线路的当前时刻的电压信号；

所述电流传感器用于采集所述配电线路的当前时刻的电流信号；

所述存储模块用于存储无功功率值；

所述控制模块用于接收所述电压信号和所述电流信号，并利用所述电流信号与所述电压信号获取所述配电线路的当前时刻无功功率并存储至所述存储模块中；还用于获取前一时刻的配电线路的历史无功功率，然后根据所述当前时刻无功功率与所述历史无功功率结合预设补偿策略核定无功补偿量并计算投入或者切除所述配电线路的电容器的数量，并经由所述第二通信模块将开关动作信号发送到对应的断路器。