CN111600312A - 一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法 - Google Patents

一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法 Download PDF

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卢峰
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叶齐
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Abstract

本申请公开了一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，包括无功补偿装置检测安装点的电压有效值，利用锁相或傅里叶变换算法，检测电压相位，给出无功电流的相位参考值；无功补偿装置生成PWM信号，驱动IGBT向电网发出容性电流，用于补偿线路电感以及无功负载所造成的压降；设定目标电压值，检测无功补偿后补偿点处电压有效值，循环比较补偿后的电压并判断调整方向，直至在电压达到相对稳态时，停止调整补偿电流，以当前电流作为稳态输出。该方法将无功补偿装置并联入网，极大提高了电网的可靠性，降低供电故障的可能。有效抬升线路末端用户电压以及稳定前端电压，保证在台区额定容量内各用户均可正常用电。

Description

一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法
技术领域
本发明涉及电能质量治理领域，特别关于一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法。
背景技术
变压器内部以及低压配电线路均呈现阻感性，因此当线路流过电流时，会在变压器内部及低压配电线路上产生阻感性压降；居民使用的很多家用电器设备内部会有电机，存在较大的电感，也会产生较明显的感性无功电流。因此在一般的配电网中，配电系统通常呈现阻感性状态。
在很多农网台区中，常常由于几个用户地理位置较偏僻的原因，配电线路会延长很远接入用户，保证用户的用电。然而这种配电环境下，在用电高峰时期，极易出现末端电压偏低的现象，分支较长的末端用户由于前端线路分压较大，造成供电电压不足，末端用户用电较大时，也会对前端用户的用电造成影响。因此需要采用一种末端低电压治理方案，保证末端电压供电正常，且前端分支处于正常的工作状态下。
市面常用的低电压治理装置采用变压器串并联接入方式，并网的电压进行整流与逆变，输出一个较高幅值的交流电压，通过变压器输出一个电压叠加在末端负载前，从而提高末端分支的电压。但是串联型设备相对并联型设备而言，可靠性稍逊一筹，且该种方式抬压效果受线路电流与阻抗等特性制约。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法。本发明包括如下技术方案：
一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法将电能质量治理设备并联入网，采集末端用户的用电电压，利用无功补偿的方式，对配电线路上电感造成的压降以及感性无功负载造成的压降进行补偿，通过闭环反馈方式将用户电压抬升至目标值，将线路和负载的感性压降抵消，降低配电系统的等效感值，是配电系统中更多地呈现电阻性，减少电感的分压，实现末端低电压治理，包括以下步骤：。
步骤1：将无功补偿设备安装至低电压处，采集电网中用户电压，检测电网电压的有效值，计算三相电网电压的相位；
步骤2：无功补偿装置生成PWM信号，驱动IGBT向电网发出容性电流，用于补偿线路电感以及无功负载所造成的压降；
步骤3：设定目标电压值，检测无功补偿后补偿点处电压有效值，比较补偿后电压有效值与设定的目标电压值大小关系，判定补偿电流调整的方向；
步骤4：实时调整补偿电流大小，设定补偿电流的调整步长以及补偿后电压的波动范围，当补偿后电压在波动范围内时，停止调整补偿电流，以当前电流作为稳态输出；以此使得无功补偿装置在自身能力范围内将补偿点电压有效值提高到目标电压值。
优选地，在只需治理末端电压而不需治理前端电压时，优先将无功补偿设备安装至低压线路末端，可以最大程度发挥低电压抬升的作用，大幅提升线路末端的电压，对前端电压也有小幅提升作用，保证线路供电电压的可靠稳定；
在需要治理前端电压时，需同时对末端与前端进行电压抬升，可以避免在末端低电压治理时对前端造成的电压不平衡影响，保证整条配电线路上所有用户的可靠用电。
本发明的有益效果为：该方法将无功补偿装置并联入网，极大提高了电网的可靠性，降低供电故障的可能；通过一种多机组网的思想，保证了低电压抬升效果，减少了制约因素，有效抬升线路末端用户电压以及稳定前端电压，保证在台区额定容量内各用户均可正常用电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供的三相低压配电线路简化示意图；
图2为本发明实施例所提供的末端低电压分支的单相配电线路简化示意图；
图3为本发明实施例所提供的电流调整算法流程图；
图4为本发明实施例所提供的前端无功补偿时对不同位置电压抬升效果图；
图5为本发明实施例所提供的在末端与前端之间无功补偿时对不同位置电压抬升效果图；
图6为本发明实施例所提供的末端无功补偿时对不同位置电压抬升效果图；
图7为本发明实施例所提供的末端无功补偿时对不同相别造成的电压变化趋势图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，该方法可利用并联设备，通过无功补偿的方式，有效抬升低压配电线路末端低电压，选择适合的治理点，必要时组合多种方式进行低电压治理。
下面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、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
图1为本发明实施例所提供的三相低压配电线路简化示意图，假定三相负载对称，但在某一相上引出一条很长的支路，该支路有一单相负载。在实际台区中，若存在末端低电压现象，则一定是台区处于较高负荷率的状态，且单相分支足够长。
图2为本发明实施例所提供的末端低电压分支的单相配电线路简化示意图，由于线路阻抗较大，分压严重，因此使得BC之间的电压显著低于AD之间的电压；用电负载不可避免消耗感性无功功率，在线路上产生感性无功电流，更是加剧了线路的分压。
为解决由于线路分压造成的压降，采用无功补偿方式，治理负载的无功特性，降低负载的等效感值，同时补偿线路的感性压降，使之总体接近与电阻性状态，电流调整算法如图3 所示，具体如下：
1)将无功补偿装置安装至低电压分支处，检测安装点的电压有效值，利用锁相或傅里叶变换算法，检测电压相位，给出无功电流的相位参考值；
2)无功补偿装置生成PWM信号，驱动IGBT向电网发出容性电流，用于补偿线路电感以及无功负载所造成的压降；
3)设定目标电压值，检测无功补偿后补偿点处电压有效值，比较补偿后电压有效值与设定的目标电压值大小关系，判定补偿电流调整的方向；
4)以一定的电流步长，实时调整补偿电流大小，循环检测补偿后电压有效值，判断电流调整方向并进行调整，在电压达到相对稳态时，停止调整补偿电流，以当前电流作为稳态输出。
在循环的电压检测与电压控制作用下，可以在自身的容量范围之内，将较低的电压抬升至目标电压值范围内。可以只补偿单相末端分支，也可以三相均进行补偿，应用灵活。
在实际应用中，需要保证在相同的末端电压抬升作用的条件下的无功补偿装置出力最小，或是在相同的无功补偿装置出力的前提下的电压抬升效果最明显，因此需要寻求合适的补偿点，满足上述条件。
图4、图5与图6分别为在不同位置进行无功补偿时，对线路的前、中、末端的电压抬升效果，由此可知，不论在哪里进行无功补偿，对治理点的电压抬升效果最佳，越远离治理点，电压抬升效果越差，且线路前端的电压始终高于线路末端的电压，基于上述结论，优先选择在线路末端治理的方案。
在整个配电系统中，对其中一相的末端分支进行无功补偿时，对前端电压的有效值也会产生影响，图7为B相末端补偿时，前端三相电压的变化趋势，具体原因可用矢量图进行分析。在末端治理导致严重的前端电压变化的情况时，还需要在前端进行三相稳压。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在与上述基本方案，对本领域技术人员而言，根据本发明的指导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，其特征在于，采集末端用户的用电电压，通过无功补偿的方式对配电线路上电感造成的压降以及感性无功负载造成的压降进行补偿，通过闭环反馈方式将用户电压抬升至目标值，达到末端低电压治理的效果，包括以下步骤：
步骤1：将无功补偿装置安装至低电压分支处，检测安装点的电压有效值，检测电压相位，给出无功电流的相位参考值；
步骤2：无功补偿装置生成PWM信号，驱动IGBT向电网发出容性电流，用于补偿线路电感以及无功负载所造成的压降；
步骤3：设定目标电压值，检测无功补偿后补偿点处电压有效值，比较补偿后电压有效值与设定的目标电压值大小关系，判定补偿电流调整的方向；
步骤4：实时调整补偿电流大小，设定补偿电流的调整步长以及补偿后电压的波动范围，当补偿后电压在波动范围内时，停止调整补偿电流，以当前电流作为稳态输出；
在上述两个检测环节以及两个控制环节的作用下，可以使得无功补偿装置在自身能力范围内将补偿点电压有效值提高到目标电压值。
2.根据权利要求1所述的一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，其特征在于，对于末端单相低电压分支的治理，不仅仅对该分支进行低电压治理，也需要对该分支前的三相分支进行治理，用于保证在单相电压抬升时，对其他两相用电无影响。
3.根据权利要求1所述的一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，其特征在于，对于单相低电压分支的治理，综合线路电流、补偿电流和用户的电压等因素，优先采用在低电压分支末端进行无功补偿的方案，使电压抬升效率最高。
4.根据权利要求1所述的一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，其特征在于，对于线路末端电压过低的情况，末端无功补偿无法使得电压抬升至目标值，可在分支前进行多点的无功补偿，保证末端电压抬升效果。
5.根据权利要求1所述的一种基于无功补偿的供电台区末端低电压分布式治理方法，其特征在于，对于整条线路多处电压偏低的工况，可使用分布式方案，在多点安装小容量无功补偿装置进行低电压治理，保证各个分支的电压均在正常范围内。
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