CN110768266B

CN110768266B - 用于变电站的无功补偿系统及其控制方法

Info

Publication number: CN110768266B
Application number: CN201911221140.0A
Authority: CN
Inventors: 袁俊球; 练俊文
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Changzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: Changzhou Jintan Jinneng Power Co ltd; State Grid Corp of China SGCC; Changzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: CN110768266A

Abstract

本发明提供了一种用于变电站的无功补偿系统及其控制方法。该系统包括总控端和无功补偿端，总控端包括：母线电压采集模块、母线电流采集模块、信号处理模块、主控制模块；无功补偿端包括：多个无功补偿单元、单元控制模块。本发明提供的用于变电站的无功补偿系统在无功补偿端设置有多个无功补偿单元，如此，总控端可以根据需要控制各个无功补偿单元接入电路或与电路断开，具有分级较小，安装方便，可利用空间较大，便于管理维护等诸多实用优势特点，每个无功补偿单元均包括智能开关，能够满足频繁投切需要，这就给变电站的电压质量精细化管理提供了技术保障。

Description

用于变电站的无功补偿系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电网无功补偿技术领域，具体涉及一种用于变电站的无功补偿系统及其控制方法。

背景技术

现代化社会中，电力已经成为国民生活中不可缺少的因素，与国民经济的发展以及科学技术的进步息息相关，现如今国民生活的各个方面对于电能质量要求不断提高，越来越多的新工艺被应用于电力系统中。在电力系统中无论是电力运输，还是电力消耗都不可避免地产生电抗。因此电网中，有功流动的同时会产生大量的无功损耗，这对于电力系统的安全是极大的隐患。

在变电站中无功补偿是不可或缺的组成部分，目前在变电站所应用的集中式补偿技术几十年未作大的改变，和新形势下的技术要求越来越显落后，这其中也包括用户变电所的集中补偿也存在相同的技术问题，大多数变电站的补偿装置因为技术的落后而无法正常运行，这主要原因是传统集中式补偿采用投切方式和分组等问题以及自动化程度都已落后，严重影响了电力系统的正常安全稳定运行，因此变电站集中式补偿技术亟待革新，以满足新的用电环境下的无功补偿装置的稳定运行与高效率的设备维护。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种用于变电站的无功补偿系统及其控制方法，以解决现有变电站存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种用于变电站的无功补偿控制方法，所述控制方法包括：

S1、获取母线电压采集模块采集的变电站的母线电压，以及母线电流采集模块采集的变电站的母线电流；

S2、对所述母线电压和母线电流进行处理得到处理结果；

S3、将所述处理结果与预设的标准值进行比较得到无功待补偿量；

S4、根据所述无功待补偿量生成电容投切指令；

S5、将电容投切指令发送至无功补偿端；

S6、无功补偿端根据电容投切指令控制各个无功补偿单元的智能开关的开闭；

S7、无功补偿端将指令执行完毕的信号反馈回总控端；

S8、总控端接收到反馈的信号后返回S1；

S3包括：

将预设的标准值与所述处理结果做差得到偏差量，判断所述偏差量是否在预设范围内，若是，则返回S1，否则根据所述偏差量生成所述无功待补偿量；

S4包括：

当所述偏差量为负时，将接入电路的所述无功补偿单元中补偿量最小的无功补偿单元与电路断开；

当所述偏差量为正时，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元，得到需要接入电路的无功补偿单元组合，使得所述无功补偿单元组合的实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值的绝对值小于预设差值，或者，

当所述偏差量为正时，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元，得到需要接入电路的无功补偿单元组合，使得所述无功补偿单元组合的实际无功补偿量与所述无功待补偿量的比值大于60％且小于80％。

优选地，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元的查找方法包括：

根据各个未接入电路的无功补偿单元的补偿量将查找步骤分为一级查找步骤、二级查找步骤、三级查找步骤，其中，

一级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元进行逐个查找；

二级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元的两两组合进行查找；

三级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元的任三个的组合进行查找；

将无功待补偿量与预设值比较确定从哪一级查找步骤开始查找。

优选地，将无功待补偿量与预设值比较确定从哪一级查找步骤开始查找的方法包括：

所述预设值包括第一预设值、第二预设值、第三预设值；

当所述无功待补偿量小于所述第一预设值时，确定从所述一级查找步骤开始查找；

当所述无功待补偿量大于或等于所述第一预设值，且小于所述第二预设值时，确定从所述二级查找步骤开始查找；

当所述无功待补偿量大于或等于所述第二预设值，且小于所述第三预设值时，确定从所述三级查找步骤开始查找；

其中，所述第一预设值为各个未接入的无功补偿单元中补偿量最大的无功补偿单元的补偿量，所述第二预设值为各个未接入的无功补偿单元中补偿量最大的两个无功补偿单元的补偿量之和，所述第三预设值为各个未接入的无功补偿单元中补偿量最大的三个无功补偿单元的补偿量之和。

优选地，当所述无功待补偿量大于或等于最大预设值时，直接控制将所有的未接入的无功补偿单元接入电路，所述最大预设值为所有的未接入的无功补偿单元的补偿量之和。

优选地，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。

优选地，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则计算得到无功补偿总量，然后根据所述无功补偿总量查找所有的无功补偿单元，得到需要接入电路的无功补偿单元总组合，使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的差值的绝对值小于预设差值，或者，使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的比值大于60％且小于80％，若未发现满足条件的无功补偿单元总组合，则选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。

本发明的第二方面提供了一种用于变电站的无功补偿系统，用于实现如上所述的无功补偿方法，所述系统包括总控端和无功补偿端，所述无功补偿端以接入电容的方式对变电站进行无功补偿，其中，

所述总控端包括：

母线电压采集模块，用于采集变电站的母线电压；

母线电流采集模块，用于采集变电站的母线电流；

信号处理模块，用于对所述母线电压采集模块采集的母线电压信号以及所述母线电流采集模块采集的母线电流信号进行处理；

主控制模块，用于将所述信号处理模块的处理结果与存储于其内的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据所述无功待补偿量生成电容投切指令，并将所述电容投切指令发送至所述无功补偿端；

所述无功补偿端包括：

多个无功补偿单元，每个所述无功补偿单元均包括智能开关，用于控制所述无功补偿单元接入电路或与电路断开；

单元控制模块，用于接收所述电容投切指令并根据所述电容投切指令执行控制所述多个无功补偿单元的智能开关的开闭的动作，并将指令执行完毕的信号反馈至所述主控制模块。

优选地，所述多个无功补偿单元中，至少有两个所述无功补偿单元具有不同的补偿量。

本发明提供的用于变电站的无功补偿系统在无功补偿端设置有多个无功补偿单元，如此，总控端可以根据需要控制各个无功补偿单元接入电路或与电路断开，具有分级较小，安装方便，可利用空间较大，便于管理维护等诸多实用优势特点，每个无功补偿单元均包括智能开关，能够满足频繁投切需要，这就给变电站的电压质量精细化管理提供了技术保障。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为本发明具体实施方式提供的用于变电站的无功补偿系统的系统框图；

图2为本发明具体实施方式提供的无功补偿单元的电路图；

图3为本发明具体实施方式提供的用于变电站的无功补偿控制方法流程图；

图4为本发明具体实施方式提供的根据无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元的查找方法流程示意图。

图中：

100、总控端；101、母线电压采集模块；102、母线电流采集模块；103、信号处理模块；104、主控制模块；

200、无功补偿端；201、无功补偿单元；202、单元控制模块。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

变电站在电网系统上的补偿主要作用在于补偿来自供电区的无功功率的损耗，提高母线电压，使系统电压保持一个相对稳定的区间内；这也是供电体系电能质量的重要保障环节，但用户侧负荷是不断变化的，因此所需要的无功缺口也不一样，那么无功补偿就需要做出相应的动作，用比较合理的补偿容量来应对，并且需要快速反应；这对于目前正在运行变电站补偿设备显然是不可能的，第一是开关投切次数的限制，变电站集中补偿不可能频繁投切，也就无法进行设备容量的实时调整，第二是分组容量极差较大，经常出现补偿设备不投满足不了系统对无功的需要，可投上一组就可能过补，导致系统电压过高而可能烧损设备，甚至可能出现更严重的变电站停电事故。

针对上述问题，本申请提供了一种用于变电站的无功补偿系统，如图1所示，该系统包括总控端100和无功补偿端200，无功补偿端200以接入电容的方式对变电站进行无功补偿。

总控端包括：

母线电压采集模块101，用于采集变电站的母线电压；

母线电流采集模块102，用于采集变电站的母线电流；

信号处理模块103，用于对母线电压采集模块101采集的母线电压信号以及母线电流采集模块102采集的母线电流信号进行处理；

主控制模块104，用于将信号处理模块103的处理结果与存储于其内的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据无功待补偿量生成电容投切指令，并将电容投切指令发送至无功补偿端200。

无功补偿端200包括：

多个无功补偿单元201，每个无功补偿单元201均包括智能开关，用于控制无功补偿单元201接入电路或与电路断开；

单元控制模块202，用于接收电容投切指令并根据电容投切指令执行控制多个无功补偿单元201的智能开关的开闭的动作，并将指令执行完毕的信号反馈至主控制模块104。

由于在无功补偿端200设置有多个无功补偿单元201，如此，总控端100可以根据需要控制各个无功补偿单元201接入电路或与电路断开，具有分级较小，安装方便，可利用空间较大，便于管理维护等诸多实用优势特点，每个无功补偿单元201均包括智能开关，能够满足频繁投切需要，这就给变电站的电压质量精细化管理提供了技术保障。

在一个具体的实施例中，如图2所示，无功补偿单元201内置2个回路，其中一次回路依次包括电抗器、智能开关、电流互感器、并联电容，二次回路包括检测CT行程开关和投切线圈等，其中一次回路工作原理是：无功补偿端200通电后电流首先通过电抗器进行涌流和谐波的抑制，目的是保护涌流作用下造成的装置烧损，防止电容过压运行；在智能开关联动装有状态采样触点开关以获取开关状态，可默认常闭，开关合闸后，触点常开；在智能开关引入电容前装有取样电流CT，获取该项的电流信号，以便于监控电容运行状态；其中，端子定义：HZ+和HZ-为控制开关回路；ZT和COM为开关状态；Ia、Ib、Ic和In为三相电容和单相运行电流。

多个无功补偿单元201的补偿量可以相等，如此可以使得各个无功补偿单元201之间可以互换使用，且能够简化控制过程。但是，在实际进行补偿的过程中，需要的补偿量是实时变化的，将多个无功补偿单元201的补偿量全部设置为相等得到的补偿量组合方式较少，难以满足实时变化的补偿要求，因此，优选地，在多个无功补偿单元201中，至少有两个无功补偿单元201具有不同的补偿量，例如，多个无功补偿单元201的补偿量均不相同。

进一步地，本申请还提供了一种用于变电站的无功补偿控制方法，采用上述的无功补偿系统，如图3所示，该控制方法包括：

S1、获取母线电压采集模块101采集的变电站的母线电压，以及母线电流采集模块102采集的变电站的母线电流；

S2、对所述母线电压和母线电流进行处理得到处理结果；

S4、根据所述无功待补偿量生成电容投切指令；

S5、将电容投切指令发送至无功补偿端200；

S6、无功补偿端200根据电容投切指令控制各个无功补偿单元201的智能开关的开闭；

S7、无功补偿端200将指令执行完毕的信号反馈回总控端100；

S8、总控端100接收到反馈的信号后返回S1。

其中，S1中的母线电压、母线电流的获取过程，S2中的对母线电压、母线电流处理得到处理结果的过程均与现有技术相同，在此不再赘述，现有技术中，在得到处理结果后，与标准值进行比较判断是否需要进行无功补偿，若是，则直接将无功补偿装置接入电路以进行补偿，这种方式可能会造成补偿量过大而对电网造成冲击，针对这一问题，本申请中在无功补偿端设置了多个无功补偿单元201，将处理结果与预设的标准值进行比较得到无功待补偿量，根据无功待补偿量的大小来生成电容投切指令，即根据不同的无功待补偿量生成不同的无功补偿策略，通过控制各个无功补偿单元201的智能开关的开闭来获得更加接近于无功待补偿量的实际无功补偿量，一方面可以不断的根据实际情况来对投切控制进行调整，实现闭环控制，使得无功补偿更加精准，保证电网的电压稳定性，另一方面也能够有效避免因一次补偿量过大对电网造成的冲击，从而进一步提高电网的运行可靠性。

进一步优选地，S3包括：

将预设的标准值与所述处理结果做差得到偏差量，判断所述偏差量是否在预设范围内，若是，则返回S1，否则根据所述偏差量生成所述无功待补偿量。可以理解的是，此处的偏差量为预设的标准值减去处理结果，可以为正，也可以为负，若偏差量在预设范围内，可以认为无需进行无功补偿，从而避免了频繁的投切操作。

由于偏差量可以为正也可以为负，若偏差量为正，说明预设的标准值大于处理结果，需要进行投操作，若偏差量为负，则说明预设的标准值小于处理结果，需要进行切操作，为了更好的适应电网，优选地，本申请对于偏差量为正和偏差量为负采用了不同的控制过程。

具体地，S4包括：

当所述偏差量为正时，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201，得到需要接入电路的无功补偿单元组合，使得所述无功补偿单元组合的实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值的绝对值小于预设差值。由于无功补偿单元201的数量有限，很大概率没有无功补偿单元组合能够与无功待补偿量完全相等，因此，优选地，使得无功补偿单元组合的实际无功补偿量与无功待补偿量的差值的绝对值小于预设差值即可。

其中，根据无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201的查找方法可以是按常规方式依次查找，例如，首先对各个未接入的无功补偿单元201进行逐个查找，若不存在满足条件的结果，则对各个未接入的无功补偿单元201的两两组合进行查找，以此类推。为了简化查找过程，提高查找效率，优选地，在图4所示的实施例中，根据无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201的查找方法包括：

根据各个未接入电路的无功补偿单元201的补偿量将查找步骤分为一级查找步骤、二级查找步骤、…，其中，

一级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元201进行逐个查找；

二级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元201的两两组合进行查找；

三级查找步骤为对各个未接入的无功补偿单元201的任三个的组合进行查找；

…；

具体地，将无功待补偿量与预设值比较确定从哪一级查找步骤开始查找的方法包括：

所述预设值包括第一预设值、第二预设值、第三预设值、…；

…；

其中，所述第一预设值为各个未接入的无功补偿单元201中补偿量最大的无功补偿单元201的补偿量，所述第二预设值为各个未接入的无功补偿单元201中补偿量最大的两个无功补偿单元201的补偿量之和，所述第三预设值为各个未接入的无功补偿单元201中补偿量最大的三个无功补偿单元201的补偿量之和…。

采样上述的方法，能够根据不同的无功待补偿量选择不同的查找策略，省去了某些不必要的查找步骤，从而大大提高了查找效率。

进一步地，当所述无功待补偿量大于或等于最大预设值时，直接控制将所有的未接入的无功补偿单元201接入电路，所述最大预设值为所有的未接入的无功补偿单元201的补偿量之和。即，当无功待补偿量比所有未接入的无功补偿单元201的补偿量之和均大时，无需再进行查找，直接控制将所有的未接入的无功补偿单元201接入电路即可。

进一步地，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则需要牺牲一部分补偿量，或者更改投切策略。在一个实施例中，若经查找，为发现满足条件的无功补偿单元组合，则选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。这样虽然会使得实际无功补偿量与无功待补偿量的差值较大，但相较于现有的一次补偿而言对电网的冲击会更小。

在另一个实施例中，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则计算得到无功补偿总量，然后根据所述无功补偿总量查找所有的无功补偿单元201，得到需要接入电路的无功补偿单元总组合，使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的差值的绝对值小于预设差值。即，若在未接入电路的无功补偿单元201中不能找到满足条件的组合时，可以将接入电路的无功补偿单元201也加入到查找行列，对所有的无功补偿单元201做重新的组合以使其满足无功补偿总量，这样的话需要在控制未接入电路的无功补偿单元201接入电路的同时，还要控制接入电路的无功补偿单元201与电路断开。当然，可以理解的是，采用这种方式也可能会存在无法找到满足条件的组合的情况，这种情况下可以退一步返回前述的方式进行查找，即选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。

考虑到直接一次性补偿可能会造成补偿精度低的问题，进一步优选地，当所述偏差量为正时，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元201，得到需要接入电路的无功补偿单元组合，使得所述无功补偿单元组合的实际无功补偿量与所述无功待补偿量的比值大于60％且小于80％。即，在进行无功补偿时，采用逐级补偿的方式，这样能够进一步提高补偿精度。

类似地，在查找未发现满足条件的无功补偿单元组合而更改投切策略时，也可以是使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的比值大于60％且小于80％。

而当所述偏差量为负时，将接入电路的所述无功补偿单元201中补偿量最小的无功补偿单元201与电路断开。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

S2、对所述母线电压和母线电流进行处理得到处理结果；

S4、根据所述无功待补偿量生成电容投切指令；

S5、将电容投切指令发送至无功补偿端；

S7、无功补偿端将指令执行完毕的信号反馈回总控端；

S8、总控端接收到反馈的信号后返回S1；

S3包括：

S4包括：

2.根据权利要求1所述的用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，根据所述无功待补偿量查找未接入电路的无功补偿单元的查找方法包括：

3.根据权利要求2所述的用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，将无功待补偿量与预设值比较确定从哪一级查找步骤开始查找的方法包括：

所述预设值包括第一预设值、第二预设值、第三预设值；

4.根据权利要求3所述的用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，当所述无功待补偿量大于或等于最大预设值时，直接控制将所有的未接入的无功补偿单元接入电路，所述最大预设值为所有的未接入的无功补偿单元的补偿量之和。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于变电站的无功补偿控制方法，其特征在于，若经查找，未发现满足条件的无功补偿单元组合，则计算得到无功补偿总量，然后根据所述无功补偿总量查找所有的无功补偿单元，得到需要接入电路的无功补偿单元总组合，使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的差值的绝对值小于预设差值，或者，使得所述无功补偿单元总组合的实际无功补偿量与所述无功补偿总量的比值大于60％且小于80％，若未发现满足条件的无功补偿单元总组合，则选择实际无功补偿量与所述无功待补偿量的差值最小的无功补偿单元组合接入电路。

7.一种用于变电站的无功补偿系统，其特征在于，用于实现如权利要求1至6任一项所述的无功补偿控制方法，所述系统包括总控端和无功补偿端，所述无功补偿端以接入电容的方式对变电站进行无功补偿，其中，

所述总控端包括：

母线电压采集模块，用于采集变电站的母线电压；

母线电流采集模块，用于采集变电站的母线电流；

所述无功补偿端包括：

8.根据权利要求7所述的用于变电站的无功补偿系统，其特征在于，所述多个无功补偿单元中，至少有两个所述无功补偿单元具有不同的补偿量。