CN108899917A - 一种电容器组与静止无功补偿器（svc）协同集成的配电网无功补偿装置 - Google Patents

一种电容器组与静止无功补偿器（svc）协同集成的配电网无功补偿装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电容器组与静止无功补偿器(SVC)协同集成的配电网无功补偿装置，包括电容器组与静止无功补偿器的容量匹配与分级方法、电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置和协调控制器等几个部分。其中电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置包括大组电容器、小组电容器和静止无功补偿器等三个组成部分。首先从规划设计的角度出发，根据电容器组与静止无功补偿器的容量匹配与分级方法确定电容器组和静止无功补偿器的容量；协调控制器根据所采集的实时数据、电容器组的投切次数限制进行分析，做出电容器组的投切决策，并协调静止无功补偿器动作。与现有的技术相比，本发明的性价比较高。

Description

一种电容器组与静止无功补偿器(SVC)协同集成的配电网无 功补偿装置
技术领域
本发明涉及一种配电网控制技术，尤其是涉及一种电容器组与静止无功补偿器(SVC)协同集成的配电网无功补偿装置。
背景技术
在配电网的运行过程中，无功功率规划问题越来越被重视，合理的无功功率补偿方式和规划是提高配电网电能质量和运行经济性的一种主要手段。由于配电网直接面临用户、分布数量非常广泛，特别是10kV和380V配电网，变电站的数量和线路的长度(公里数)都非常庞大。因此，所需要的无功补偿装置数量也是非常庞大的。
正是由于配电网所需要的无功补偿装置数量非常庞大，要求无功补偿装置的投资成本相对较低，补偿效果也要相对较好。也就是说，需要选择性价比最高的无功补偿方式。在现有的配电网无功补偿装置和方式中，最常用的是并联电容器组和有载调压变压器分接头，因为其无功补偿的性价比较高而被广泛的采用。近年来，一些新的无功补偿方式和装置也被研究和应用，包括静止无功补偿器(SVC)、SVG、STATCOM等等，相对于并联电容器组来说成本还是显得较高，在一定程度上限制了其应用的范围。
由于受到开关寿命等问题的影响，并联电容器组不能频繁被投切，一般被认为是静态的无功补偿方式；而静止无功补偿器(SVC)、SVG等无功补偿装置，因为是以半导体的导通控制为基础的，是可以频繁动作的，并且响应速度较快，被认为是动态的无功补偿装置。显而易见，动态无功补偿装置跟踪负荷的能力较强，但是价格较高；而静态无功补偿装置跟踪负荷的能力较差，但是成本较低。寻求静态和动态无功补偿装置之间的折中方案是一种不错的选择。
经过对现有技术文献的检索发现，在静态的无功补偿装置研究方面，主要是针对电容器的优化分组问题的。如文献《分组电容器容量的确定》(中国电力，1998，31(4))、《配网并联电容器的优化分组问题研究》(电气应用，2005，24(12))等文献，都是针对电容器的容量和组数进行研究的。而静态和动态无功补偿装置相结合的补偿方式相对来说研究较少。专利《配电网无功/电压的静态集中与动态分布协调控制系统》(专利号：ZL201210405655.8)针对静态和动态无功补偿问题进行了研究，但是其静态无功补偿方面研究的重点是集中优化，是以整个配电系统为研究对象的，而不是单个的无功补偿装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提出将静态无功补偿的电容器组与动态无功补偿的静止无功补偿器(SVC)有机地结合起来，利用电容器组性价比较高的特点，做好无功功率的基础平衡；在此基础上，利用静止无功补偿器跟踪负荷能力较强的特点，与电容器组相互配合，有效的解决无功补偿问题。因为采取的是小容量的静止无功补偿器，所以相对来说，投资成本较低，而整套的无功补偿装置的性价比大大提高。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电容器组与静止无功补偿器(SVC)协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，包括电容器组与静止无功补偿器的容量匹配与分级方法、电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置和协调控制器等几个部分。
在电容器组与静止无功补偿器(SVC)的容量匹配与分级方法中，根据配电网无功功率负荷变化的特点，将无功功率负荷分为较大变化、一般变化和波动三个等级，从而将电容器组的容量分为两组，其中一组的容量较大，一组的容量较小，分别响应无功功率负荷的较大变化和一般变化；而静止无功补偿器(SVC)的容量响应负荷的波动；
在电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置中，根据10kV线路和变电站的特点，对电容器组和静止无功补偿器进行协同，集成为一个无功补偿装置，可以布置在10kV线路或者变电站中；
在协调控制器中，根据实时的无功功率负荷变化做出决策，分别对大组电容器、小组电容器和静止无功补偿器的投切进行判断，并对开关进行控制。
所述的电容器组与静止无功补偿器(SVC)的容量匹配与分级方法，包括配电网典型无功功率负荷曲线的“光滑”处理、配电网典型无功功率负荷特性描述、配电网无功功率负荷的静态和动态分类、电容器组和静止无功补偿器的容量设置等几个部分；
典型无功功率负荷曲线的“光滑”处理，是根据典型无功功率负荷曲线上连续采取5个点的数值，然后取其平均值，作为一个“光滑”后无功功率负荷曲线上的一个点。“光滑”后负荷曲线上的点的数量是“光滑”前无功功率负荷曲线上点的数量的1/5，“光滑”后无功功率负荷曲线点与点之间的连线采取二次曲线的形式；
配电网典型无功功率负荷特性描述，是根据典型的配电网无功功率负荷特性曲线，确定无功功率负荷较大变化和一般变化的标准。首先选取“峰”和“谷”无功功率负荷，取其平均值；然后根据峰(或者谷)无功功率负荷与平均值负荷差的2/3作为无功功率负荷较大变化的评价标准；根据“峰”(或者“谷”)无功功率负荷与平均值负荷的差的1/3作为无功功率负荷一般变化的评价标准；而选取“光滑”处理前后无功功率负荷的最大差值作为无功功率负荷波动的评价标准；
配电网无功功率负荷的静态和动态分类，是将无功功率负荷的较大变化和一般变化作为静态负荷，其变化的周期分别为小时级；而将无功功率负荷的波动作为动态负荷，其变化的周期为分钟级或者秒级；
电容器组和静止无功补偿器的容量设置，是根据无功功率负荷的较大变化确定大组电容器的容量；根据无功功率负荷的一般变化确定小组电容器容量；而根据无功功率负荷的波动确定静止无功补偿器的容量；
所述的协调控制器包括数据采集单元、数据存储单元、决策分析单元和执行单元。
数据采集单元是对接入节点的无功功率、电压或者功率因素数据进行采集。根据电容器组的动作次数限制，每半小时采取5个数据点，即每6分钟采集一个数据点；针对静止无功补偿器，每分钟采集5个数据点，即每20秒采集一个数据点；
数据存储单元是存储典型日无功功率负荷曲线，包括典型工作日和节假日两种。每种典型日无功功率负荷曲线包括24点数据，即每小时1个数据点；
决策分析单元包括数据预处理模块、峰谷识别模块、电容器组投切决策模块、静止无功补偿器动作协调模块；
数据预处理模块是对所采集的数据进行预备处理，包括：
1)修补缺失数据：对于某一时刻数据采集失败的现象，采取其前后数据的平均值来进行修补；
2)极端数据剔除和处理：对于超出常规数值范围的极大或者极小数据，首先予以剔除，然后根据其前后所采集的数据平均值进行修补；
3)数据光滑处理：对于所采集的5个点的数据，采取其平均值作为最终的送入下一单元的数据；
峰谷识别模块根据数据预处理模块送入的无功功率负荷数据，按照类别(工作日或者节假日)与所储存的典型无功功率负荷曲线进行对比，判断是否为峰值负荷或者低谷负荷，一天当中的“峰”或者“谷”只有1个；
电容器投切决策模块根据所采集的无功功率负荷数据、进行峰谷判断后进行电容器组的投切决策判断。如果进入峰值时段，并且电容器组并没有被投入，则投电容器组(包括大组电容器和小组电容器)；如果进入到低谷时段，并且电容器组没有被切除，则切除电容器组(包括大组电容器和小组电容器)。根据所采取的无功功率负荷数据，与典型负荷曲线的平均负荷进行对比，如果超出平均负荷1/3，则切除小组电容器；如果低于平均负荷的1/3，则投入小组电容器。大组电容器的投或者切的次数和“峰”、“谷”的数量一致，小组电容器的投切次数不超过“峰”、“谷”数量的2倍。也就是说，在“峰”和“谷”之间，小组电容器只能投或者切各1次；
静止无功补偿器的动作协调模块将大组电容器和小组电容器的动作与静止无功补偿器的动作协调起来，即设置静止补偿器的无功参考值，静止补偿器在电容器组动作的基础上进行投切动作决策。
执行单元是根据决策分析单元的结果对电容器组的投切开关进行控制，并协调静止无功补偿器的控制。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2电容器组和静止补偿器的容量匹配和分级方法示意图
图3协调控制器的功能原理图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明涉及电容器组与静止无功补偿器的容量匹配与分级方法、电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置和协调控制器等几个部分内容。分别从无功补偿装置的容量规划设计、无功补偿装置的实现以及协调控制等几个关键环节出发，对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本实施例包括一个大组电容器、小组电容器、静止无功补偿器(SVC)和协调控制器等几个部分。大组电容器和小组电容器都是通过投切开关与变电站母线或者线路相连接，静止无功补偿器(SVC)直接与变电站母线或者线路相连接。协调控制器一方面从变电站母线或者线路上测量和采集数据、做出决策判断，对电容器组(包括大组电容器和小组电容器)的投切开关实施控制，并对静止无功补偿器进行协调控制。
如图2所示，本实施例的电容器组与静止无功补偿器(SVC)的容量匹配与分级方法，是根据配电网无功功率负荷变化的特点，将无功功率负荷分为较大变化、一般变化和波动三个等级，从而将电容器组的容量分为两组，其中一组的容量较大，一组的容量较小，分别响应无功功率负荷的较大变化和一般变化；而静止无功补偿器(SVC)的容量响应负荷的波动。包括配电网典型无功功率负荷曲线的“光滑处理”、配电网典型无功功率负荷特性描述、配电网无功功率负荷的静态和动态分类、电容器组和静止无功补偿器的容量设置等几个部分。
1、其中针对典型无功功率负荷曲线的“光滑”处理，是根据典型无功功率负荷曲线上连续采取5个点的数值，然后取其平均值，作为一个“光滑”后无功功率负荷曲线上的一个点。“光滑”后负荷曲线上的点的数量是“光滑”前无功功率负荷曲线上点的数量的1/5，“光滑”后无功功率负荷曲线点与点之间的连线采取二次曲线的形式；
2、配电网典型无功功率负荷特性描述，是根据典型的配电网无功功率负荷特性曲线，确定无功功率负荷较大变化和一般变化的标准。首先选取“峰”和“谷”无功功率负荷，取其平均值；然后根据峰(或者谷)无功功率负荷与平均值负荷差的2/3作为无功功率负荷较大变化的评价标准；根据“峰”(或者“谷”)无功功率负荷与平均值负荷的差的1/3作为无功功率负荷一般变化的评价标准；而选取“光滑”处理前后无功功率负荷的最大差值作为无功功率负荷波动的评价标准；
3、配电网无功功率负荷的静态和动态分类，是将无功功率负荷的较大变化和一般变化作为静态负荷，其变化的周期分别为小时级；而将无功功率负荷的波动作为动态负荷，其变化的周期为分钟级或者秒级；
4、电容器组和静止无功补偿器的容量设置，是根据无功功率负荷的较大变化确定大组电容器的容量；根据无功功率负荷的一般变化确定小组电容器容量；而根据无功功率负荷的波动确定静止无功补偿器的容量。
如图3所示，本实施例的协调控制器包括数据采集单元、数据存储单元、决策分析单元和执行单元。
1、数据采集单元是对接入节点的无功功率、电压或者功率因素数据进行采集。根据电容器组的动作次数限制，每半小时采取5个数据点，即每6分钟采集一个数据点；针对静止无功补偿器，每分钟采集5个数据点，即每20秒采集一个数据点；
2、数据存储单元是存储典型日无功功率负荷曲线，包括典型工作日和节假日两种。每种典型日无功功率负荷曲线包括24点数据，即每小时1个数据点；
3、决策分析单元包括数据预处理模块、峰谷识别模块、电容器组投切决策模块、静止无功补偿器动作协调模块；
(1)数据预处理模块是对所采集的数据进行预备处理，包括：
●修补缺失数据：对于某一时刻数据采集失败的现象，采取其前后数据的平均值来进行修补；
●极端数据剔除和处理：对于超出常规数值范围的极大或者极小数据，首先予以剔除，然后根据其前后所采集的数据平均值进行修补；
●数据光滑处理：对于所采集的5个点的数据，采取其平均值作为最终的送入下一单元的数据；
(2)峰谷识别模块根据数据预处理模块送入的无功功率负荷数据，按照类别(工作日或者节假日)与所储存的典型无功功率负荷曲线进行对比，判断是否为峰值负荷或者低谷负荷，一天当中的“峰”或者“谷”只有1个；
(3)电容器投切决策模块根据所采集的无功功率负荷数据、进行峰谷判断后进行电容器组的投切决策判断。如果进入峰值时段，并且电容器组并没有被投入，则投电容器组(包括大组电容器和小组电容器)；如果进入到低谷时段，并且电容器组没有被切除，则切除电容器组(包括大组电容器和小组电容器)。根据所采取的无功功率负荷数据，与典型负荷曲线的平均负荷进行对比，如果超出平均负荷1/3，则切除小组电容器；如果低于平均负荷的1/3，则投入小组电容器。大组电容器的投或者切的次数和“峰”、“谷”的数量一致，小组电容器的投切次数不超过“峰”、“谷”数量的2倍。也就是说，在“峰”和“谷”之间，小组电容器只能投或者切各1次；
(4)静止无功补偿器的动作协调模块将大组电容器和小组电容器的动作与静止无功补偿器的动作协调起来，即设置静止补偿器的无功参考值，静止补偿器在电容器组动作的基础上进行投切动作决策；
4、执行单元是根据决策分析单元的结果对电容器组的投切开关进行控制，并协调静止无功补偿器的控制。

Claims (9)

1.一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，包括电容器组与静止无功补偿器的容量匹配与分级方法、电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置和协调控制器等几个部分;
在电容器组与静止无功补偿器（SVC）的容量匹配与分级方法中，根据配电网无功功率负荷变化的特点，将无功功率负荷分为较大变化、一般变化和波动三个等级，从而将电容器组的容量分为两组，其中一组的容量较大，一组的容量较小，分别响应无功功率负荷的较大变化和一般变化；而静止无功补偿器（SVC）的容量响应负荷的波动；
在电容器组与静止无功补偿器协同集成的配电网无功补偿装置中，根据10kV线路和变电站的特点，对电容器组和静止无功补偿器进行协同，集成为一个无功补偿装置，可以布置在10kV线路或者变电站中；
在协调控制器中，根据实时的无功功率负荷变化做出决策，分别对大组电容器、小组电容器和静止无功补偿器的投切进行判断，并对开关进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，所述的电容器组与静止无功补偿器（SVC）的容量匹配与分级方法，包括配电网典型无功功率负荷特性描述、配电网无功功率负荷的静态和动态分类、电容器组和静止无功补偿器的容量设置等几个部分；
配电网典型无功功率负荷特性描述，是根据典型的配电网无功功率负荷特性曲线，确定无功功率负荷较大变化和一般变化的标准。
3.首先对典型无功功率负荷曲线进行“光滑”处理，再选取“峰”和“谷”无功功率负荷，取其平均值；然后根据峰（或者谷）无功功率负荷与平均值负荷差的2/3作为无功功率负荷较大变化的评价标准；根据“峰”（或者“谷”）无功功率负荷与平均值负荷的差的1/3作为无功功率负荷一般变化的评价标准；而选取“光滑”处理前后无功功率负荷的最大差值作为无功功率负荷波动的评价标准；
配电网无功功率负荷的静态和动态分类，是将无功功率负荷的较大变化和一般变化作为静态负荷，其变化的周期分别为小时级；而将无功功率负荷的波动作为动态负荷，其变化的周期为分钟级或者秒级；
电容器组和静止无功补偿器的容量设置，是根据无功功率负荷的较大变化确定大组电容器的容量；根据无功功率负荷的一般变化确定小组电容器容量；而根据无功功率负荷的波动确定静止无功补偿器的容量。
4.根据权利要求2所述的一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，所述的电容器组与静止无功补偿器（SVC）的容量匹配与分级方法，其中针对典型无功功率负荷曲线的“光滑”处理，是根据典型无功功率负荷曲线上连续采取5个点的数值，然后取其平均值，作为一个“光滑”后无功功率负荷曲线上的一个点;“光滑”后负荷曲线上的点的数量是“光滑”前无功功率负荷曲线上点的数量的1/5，“光滑”后无功功率负荷曲线点与点之间的连线采取二次曲线的形式。
5.根据权利要求1所述的一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，所述的协调控制器包括数据采集单元、数据存储单元、决策分析单元和执行单元;
数据采集单元是对接入节点的无功功率、电压或者功率因素数据进行采集。
6.根据电容器组的动作次数限制，每半小时采取5个数据点，即每6分钟采集一个数据点；针对静止无功补偿器，每分钟采集5个数据点，即每20秒采集一个数据点；
数据存储单元是存储典型日无功功率负荷曲线，包括典型工作日和节假日两种;每种典型日无功功率负荷曲线包括24点数据，即每小时1个数据点；
决策分析单元包括数据预处理模块、峰谷识别模块、电容器组投切决策模块、静止无功补偿器动作协调模块；
数据预处理模块是对所采集的数据进行预备处理，包括：
1）修补缺失数据：对于某一时刻数据采集失败的现象，采取其前后数据的平均值来进行修补；
2）极端数据剔除和处理：对于超出常规数值范围的极大或者极小数据，首先予以剔除，然后根据其前后所采集的数据平均值进行修补；
3）数据“光滑”处理：对于所采集的5个点的数据，采取其平均值作为最终的送入下一单元的数据；
峰谷识别模块根据数据预处理模块送入的无功功率负荷数据，按照类别（工作日或者节假日）与所储存的典型无功功率负荷曲线进行对比，判断是否为峰值负荷或者低谷负荷；
电容器投切决策模块根据所采集的无功功率负荷数据、进行峰谷判断后进行电容器组的投切决策判断。
7.如果进入峰值时段，并且电容器组并没有被投入，则投电容器组（包括大组电容器和小组电容器）；如果进入到低谷时段，并且电容器组没有被切除，则切除电容器组（包括大组电容器和小组电容器）;根据所采取的无功功率负荷数据，与典型负荷曲线的平均负荷进行对比，如果超出平均负荷1/3，则切除小组电容器；如果低于平均负荷的1/3，则投入小组电容器；
静止无功补偿器的动作协调模块将大组电容器和小组电容器的动作与静止无功补偿器的动作协调起来，即设置静止补偿器的无功参考值，静止补偿器在电容器组动作的基础上进行投切动作决策；
执行单元是根据决策分析单元的结果对电容器组的投切开关进行控制，并协调静止无功补偿器的控制。
8.根据权利要求4所述的一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，所述的峰谷识别模块，一天当中的“峰”或者“谷”只有1个。
9.根据权利要求4所述的一种电容器组与静止无功补偿器（SVC）协同集成的配电网无功补偿装置，其特征在于，所述的电容器组投切决策模块，大组电容器的投或者切的次数和“峰”、“谷”的数量一致，小组电容器的投切次数不超过“峰”、“谷”数量的2倍;也就是说，在“峰”和“谷”之间，小组电容器只能投或者切各1次。
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