CN111969605A - 一种配电线路节能降损系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配电线路节能降损系统及方法。系统包括控制单元、电源侧、负荷侧、以及设于电源侧与负荷侧之间的主线路上的单相调压器，电源侧与负荷侧之间还设有旁路，单相调压器与电源侧之间设有保护开关，旁路上设有旁路开关，单相调压器、保护开关、旁路开关均与控制单元电连接，控制单元设有电压采集模块、电流采集模块，电压采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电压互感器，电流采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电流互感器。方法是利用系统进行精度控制。本发明能降低变压器以及线路损耗，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，解决三相电压不平衡问题，同时提升配电台区自动化监测水平。

Description

一种配电线路节能降损系统及方法

技术领域

本发明涉及配电线路降损技术领域，特别是涉及一种配电线路节能降损系统及方法。

背景技术

在电力网的组成中，10kV供电线路是连接电力网和电力用户的桥梁。线路长度在电力网中占60％以上，其线损率在电力网的总线损中占80％以上。由于电网的线损主要是变压器损耗和线路损耗，所以配电网的降损节能，也就是对电网中所有的变压器和电力线路进行优化。低压侧三相负荷平衡时，高压侧也平衡；低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在最大不平衡时，高压线路上电能损耗增加12.5％；由于煤改电和新能源利用增长速度快而配电网建设投资滞后，10kV供电线路在节能降损方面有着很大的挖掘潜力。随着配电自动化的发展，配电网绝大多数配网架空线路由辐射网方式改造为手拉手环网方式，采用开环运行、辐射状供电模式。但线路手拉手联络后，从任一变电站供电时，若线路供电半径过长，造成线路后端电压低，从而导致线损率较高。

通常情况下，目前所采用的降低线损的措施可分为两种，一种是技术降损措施，另一种是管理降损措施。技术措施降损方面，主要是采用一些常规性的技术措施，例如无功补偿、更换大容量变压器、改造成为大截面导线、缩短供电半径等，这些主要属于建设性措施。而管理措施是指不需要投资或少投资，对供电系统确定最经济合理的运行方式，以达到降低线损的目的和提高电能质量目的。一些偏远而负荷不高的地区都存在着超供电半径供电的问题，这就不可能在短时间内通过大规模的高压配网布点来解决这一现实问题，还有新能源的接入，存在电压波动，间歇性，季节性等特点，一般通过安装中压线路调压器实现节能降损和末端电压质量提升；在国内，三相调压器的使用虽然较为普遍，但是在三相不平衡的治理上，三相调压器由于采用一个同轴的有载分接开关进行调压，只能取用其中一相电压进行电压的判断和调压，故无法解决三相不平衡这个问题；例如公告为CN210577812U、公告时间为2020.05.09的中国专利-一种10kV线路双向调压器，该专利通过在三相路线上设有调压器进行调压，并设置控制器对线路进行切换降低线损，但其是同步对三相线路进行调压，不能单独对单相进行调整，不能很好地调节三相电压不平衡的问题，同时变压器自身精度不高，损耗也较高，另外控制器目前也是简单调节电压的高低，对双向调压，保护等没有系统优化和分析，没有考虑新能源的接入而产生的间歇性、季节性的电压波动，不能精细调控电压，而且电压正常时，调压器也会正常运转，消耗电能。

发明内容

本发明提供一种配电线路节能降损系统及方法，能降低变压器以及线路损耗，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，解决三相电压不平衡问题，同时提升配电台区自动化监测水平。

本发明的技术方案为：

一种配电线路节能降损系统，包括控制单元、电源侧、负荷侧、以及设于电源侧与负荷侧之间的主线路上的单相调压器，所述电源侧与所述负荷侧之间还设有旁路，所述单相调压器与所述电源侧之间设有保护开关，所述旁路上设有旁路开关，所述单相调压器、保护开关、旁路开关均与所述控制单元电连接，所述控制单元设有电压采集模块、电流采集模块，所述电压采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电压互感器，所述电流采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电流互感器。

电流互感器和电压互感器采集电流和电压后传输给控制单元，控制单元根据电流和电压的情况对保护开关和旁路开关进行控制；当电压电流正常时，闭合旁路开关，断开保护开关，利用旁路对负荷侧直接供电，不通过单相调压器的主路，减少空载损耗，从而降低电源侧的变压器损耗；同时在负荷侧电压发生波动超出正常电压范围后，断开旁路开关，闭合保护开关，通过控制单相调压器对线路进行调压，使负荷侧的电压回到正常电压范围，减少线损，该操作都可以是单相调压器操作，优于三相变压器的同时调节，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，避免出现某相电压高，某相电压低的不平衡无法调整的现象；在监测到线路负荷过大或者后端出现短路故障时，闭合旁路开关，断开保护开关，利用旁路对负荷侧直接供电，进行保护动作，可以甩开过部分过负荷或者故障线路。

进一步，所述单相调压器设有三个，三个所述单相调压器分别对应设于电源侧与负荷侧之间连接的三相主线路。

进一步，三相主线路上的每相线路均对应设有一个所述保护开关，同时所述旁路也为三相旁路，旁路的每相线路均对应设有一个所述旁路开关。

进一步，处于同相的所述保护开关和所述旁路开关状态互斥。

进一步，位于电源侧的三相输出端与位于负荷侧的三相输入端的每相上均设有电压互感器和电流互感器。

当本发明应用于三相电路时，每相线路上分别自成一个节能降损系统，每相的线路都是一个独立的单相调压器操作，哪相线路发生异常即可进行单独调节，优于三相变压器的同时调节，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，避免出现某相电压高，某相电压低的不平衡无法调整的现象。

进一步，所述控制单元包括ARM处理器，电压互感器采集的电压信号、电流互感器采集的电流信号均传输给ARM处理器，ARM处理器根据采集得到的电压与电流对所述保护开关和所述旁路开关进行开合控制。

进一步，所述控制单元设有用于与电网后台进行通讯的无线通讯模块。

控制单元的ARM处理器将采集得到的电压和电流信号进行处理并存储，并通过无线通讯模块与配电站的后台进行通讯，使监控结果显示在屏幕上，站内人员可通过对比电源侧和负荷侧的电压、电流情况，通过无线通讯模块发生控制命令给ARM处理器，ARM处理器根据指令对保护开关和旁路开关进行控制。

进一步，所述单相调压器采用32级单相有载调压器。

进一步，所述保护开关、旁路开关均采用一体化故障隔离高压开关。

本发明还提供一种配电线路节能降损方法，包括上述的节能降损系统，利用节能降损系统进行节能降损的过程为：

电压互感器采集电源侧和负荷侧的电压传输给控制单元，电流互感器采集电源侧和负荷侧的电流传输给控制单元，控制单元根据采集得到的电压和电流对保护开关和旁路开关进行控制；

假设电源侧的输出电压为U0，输出电流为I0，负荷侧的输入电压为U1，输入电流为I1；

忽略调压器损耗，电源侧与负荷侧的功率相等，即U0I0＝U1I1；设

则

K为比例系数；

当95％U0<U1<102％U0时，即98％I0<I1<105％I0，此时为在合格的电压范围内，即正常供电状态，此时不做电压调整，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，并将单相调压器的分接开关调至中性点；

当有新能源电网的接入而产生的间歇性、季节性的电压波动时，分为以下三种情况：

当U1<95％U0时，即I1>105％I0，此时输出电压过低，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关升档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1>102％U0时，即I1<98％I0，此时输出电压过高，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关降档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1处于合格的电压范围外，且I1<80％I0或I1>120％I0时，此时为负荷过大或者出现短路故障，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，使电源侧直接对负荷侧进行供电。

本发明的有益效果为：

本发明可实时采集单相调压器前后侧电压，电流，对电压电流数据进行综合分析，分析包括电压数据否在合格电压范围内，并明确调整的范围，通过保护开关和旁路开关的状态切换实现精确的电压控制；在发生故障时，也能快速反应切换线路，减少整体线路停电带来的损失。本发明可有效调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，保持供电稳定，同时通过对每一个单相调压器进行独立控制，可解决三相电压不平衡问题，同时提升配电台区自动化监测水平。

附图说明

图1是本发明的节能降损系统示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1所示，一种配电线路节能降损系统，包括控制单元、电源侧、负荷侧、以及设于电源侧与负荷侧之间的主线路上的单相调压器，电源侧与负荷侧之间还设有旁路，单相调压器与电源侧之间设有保护开关，旁路上设有旁路开关，单相调压器、保护开关、旁路开关均与控制单元电连接，控制单元设有电压采集模块、电流采集模块(图中未示出)，电压采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电压互感器，电流采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电流互感器。

电流互感器和电压互感器采集电流和电压后传输给控制单元，控制单元根据电流和电压的情况对保护开关和旁路开关进行控制；当电压电流正常时，闭合旁路开关，断开保护开关，利用旁路对负荷侧直接供电，不通过单相调压器的主路，减少空载损耗，从而降低电源侧的变压器损耗；同时在负荷侧电压发生波动超出正常电压范围后，断开旁路开关，闭合保护开关，通过控制单相调压器对线路进行调压，使负荷侧的电压回到正常电压范围，减少线损，该操作都可以是单相调压器操作，优于三相变压器的同时调节，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，避免出现某相电压高，某相电压低的不平衡无法调整的现象；在监测到线路负荷过大或者后端出现短路故障时，闭合旁路开关，断开保护开关，利用旁路对负荷侧直接供电，进行保护动作，可以甩开过部分过负荷或者故障线路。

在三相线路中，单相调压器设有三个，三个单相调压器分别对应设于电源侧与负荷侧之间连接的三相主线路，三相主线路上的每相线路均对应设有一个保护开关，同时旁路也为三相旁路，旁路的每相线路均对应设有一个旁路开关，处于同相的保护开关和旁路开关状态互斥，位于电源侧的三相输出端与位于负荷侧的三相输入端的每相上均设有电压互感器和电流互感器。

当本发明应用于三相电路时，每相线路上分别自成一个节能降损系统，每相的线路都是一个独立的单相调压器操作，哪相线路发生异常即可进行单独调节，优于三相变压器的同时调节，可调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，避免出现某相电压高，某相电压低的不平衡无法调整的现象。

假设A相线路发生电压波动或故障，只需通过控制单元对A相线路上的保护开关、旁路开关和单相调压器进行控制即可，无需对其他相进行调整。

在本实施例中，控制单元包括ARM处理器，电压互感器采集的电压信号、电流互感器采集的电流信号均传输给ARM处理器，ARM处理器根据采集得到的电压与电流对保护开关和旁路开关进行开合控制，控制单元设有用于与电网后台进行通讯的无线通讯模块。控制单元的ARM处理器将采集得到的电压和电流信号进行处理并存储，并通过无线通讯模块与配电站的后台进行通讯，使监控结果显示在屏幕上，站内人员可通过对比电源侧和负荷侧的电压、电流情况，通过无线通讯模块发生控制命令给ARM处理器，ARM处理器根据指令对保护开关和旁路开关进行控制。

在本实施例中，单相调压器采用32级单相有载调压器。精密单相有载调压器的主体是一个单相自耦变压器，与32档转换开关和数据控制器配合完成32档，每档调压精度0.625％的调压功能，转换开关与一台特殊设计的电抗器连接，当转换档位时，由电抗器提供电流来抵消开关换挡产生的拉弧电流。因此开关动作对内部绝缘油不会产生任何影响，真正意义上做到设备免维护。转档开关共有8个触头，例如当分接触头在1和2时以及都在1或2触头时，都算作一档，再加上开关的正反调功能，实现32档高精度调压功能。32级单相有载调压器独特的调压分接头设计，避免调压时产生电弧，可保证两百万次操作寿命；全密封设计，防护等级高，耐候性优良，可长时间免于维护。

在本实施例中，保护开关、旁路开关均采用一体化故障隔离高压开关。保护开关和旁路开关均为一体化故障隔离高压开关，其采用低功耗的电容取能方式。一体化故障隔离高压开关是高度融合的10kV柱上开关，高度集成化，融合多种先进的电力设备构造技术、微功耗电子技术、传感技术等；同时取代传统PT的高压取能技术，取能的效率高，功率高；一体化故障隔离高压开关避免了接口、扩展性、安装调试复杂、责任划分等问题；减少电磁PT的铁磁谐振，提高设备的整体可靠性、经济性；能实现智能运维，降低巡线工作强度；可精确定位故障，快速隔离故障，减少停电；该一体化故障隔离高压开关的传感器，取电等采用电容分压式，能够降低取电功率；减少设备自身损耗。

在负荷功率不变情况下，线路的线损与电压的平方是成反比的，那么如果提高线路的电压，线损就会随着降低，也就是说占线损绝大部分的输电线路损耗也就相应降低。精确地调节电压，可有效地减小线路上的线损率，达到节能降损的目的。电网的运行电压对电网元件的空载损耗、负载损耗和电晕损耗均有影响。据简单计算，当负荷不变时，电压每提升1％，与电压平方成反比的负载损耗将减少2％。在运行电压接近额定电压，当变压器分接头位置不变时电压每提高1％，变压器的空载损耗将增加2％。载流回路的电阻损耗所占比例最大，为全部损耗的70％-75％；其次是铁芯损耗，占总损耗的20％-25％；因而，提高运行电压1％，总损耗可降低1.2％左右，适当提高电网的电压水平可以降低线损。

本发明基于上述的降损理由，提供一种配电线路节能降损方法，包括利用上述的节能降损系统，该节能降损系统进行节能降损的过程为：

电压互感器采集电源侧和负荷侧的电压传输给控制单元，电流互感器采集电源侧和负荷侧的电流传输给控制单元，控制单元根据采集得到的电压和电流对保护开关和旁路开关进行控制；

假设电源侧的输出电压为U0，输出电流为I0，负荷侧的输入电压为U1，输入电流为I1；

忽略调压器损耗，电源侧与负荷侧的功率相等，即U0I0＝U1I1；设

则

K为比例系数；

当95％U0<U1<102％U0时，即98％I0<I1<105％I0，此时为在合格的电压范围内，即正常供电状态，此时不做电压调整，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，并将单相调压器的分接开关调至中性点；

当有新能源电网的接入而产生的间歇性、季节性的电压波动时，分为以下三种情况：

当U1<95％U0时，即I1>105％I0，此时输出电压过低，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关升档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1>102％U0时，即I1<98％I0，此时输出电压过高，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关降档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1处于合格的电压范围外，且I1<80％I0或I1>120％I0时，此时为负荷过大或者出现短路故障，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，使电源侧直接对负荷侧进行供电。

本发明可实时采集单相调压器前后侧电压，电流，对电压电流数据进行综合分析，分析包括电压数据否在合格电压范围内，并明确调整的范围，通过保护开关和旁路开关的状态切换实现精确的电压控制；在发生故障时，也能快速反应切换线路，减少整体线路停电带来的损失。本发明可有效调整间歇性、季节性负荷造成的电网波动等电能质量问题，保持供电稳定，同时通过对每一个单相调压器进行独立控制，可解决三相电压不平衡问题，同时提升配电台区自动化监测水平。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电线路节能降损系统，其特征在于，包括控制单元、电源侧、负荷侧、以及设于电源侧与负荷侧之间的主线路上的单相调压器，所述电源侧与所述负荷侧之间还设有旁路，所述单相调压器与所述电源侧之间设有保护开关，所述旁路上设有旁路开关，所述单相调压器、保护开关、旁路开关均与所述控制单元电连接，所述控制单元设有电压采集模块、电流采集模块，所述电压采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电压互感器，所述电流采集模块包括用于采集电源侧与负荷侧的电流互感器。

2.根据权利要求1所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，所述单相调压器设有三个，三个所述单相调压器分别对应设于电源侧与负荷侧之间连接的三相主线路。

3.根据权利要求2所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，三相主线路上的每相线路均对应设有一个所述保护开关，同时所述旁路也为三相旁路，旁路的每相线路均对应设有一个所述旁路开关。

4.根据权利要求3所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，处于同相的所述保护开关和所述旁路开关状态互斥。

5.根据权利要求2所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，位于电源侧的三相输出端与位于负荷侧的三相输入端的每相上均设有电压互感器和电流互感器。

6.根据权利要求1所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，所述控制单元包括ARM处理器，电压互感器采集的电压信号、电流互感器采集的电流信号均传输给ARM处理器，ARM处理器根据采集得到的电压与电流对所述保护开关和所述旁路开关进行开合控制。

7.根据权利要求6所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，所述控制单元设有用于与电网后台进行通讯的无线通讯模块。

8.根据权利要求1所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，所述单相调压器采用32级单相有载调压器。

9.根据权利要求1所述的一种配电线路节能降损系统，其特征在于，所述保护开关、旁路开关均采用一体化故障隔离高压开关。

10.一种配电线路节能降损方法，其特征在于，包括上述权利要求1至9任一所述的节能降损系统，利用节能降损系统进行节能降损的过程为：

电压互感器采集电源侧和负荷侧的电压传输给控制单元，电流互感器采集电源侧和负荷侧的电流传输给控制单元，控制单元根据采集得到的电压和电流对保护开关和旁路开关进行控制；

假设电源侧的输出电压为U0，输出电流为I0，负荷侧的输入电压为U1，输入电流为I1；

忽略调压器损耗，电源侧与负荷侧的功率相等，即U0I0＝U1I1；设

则

K为比例系数；

当95％U0<U1<102％U0时，即98％I0<I1<105％I0，此时为在合格的电压范围内，即正常供电状态，此时不做电压调整，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，并将单相调压器的分接开关调至中性点；

当有新能源电网的接入而产生的间歇性、季节性的电压波动时，分为以下三种情况：

当U1<95％U0时，即I1>105％I0，此时输出电压过低，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关升档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1>102％U0时，即I1<98％I0，此时输出电压过高，控制单元使保护开关闭合，旁路开关断开，并将单相调压器的分接开关降档，使U1调整至合格的电压范围内；

当U1处于合格的电压范围外，且I1<80％I0或I1>120％I0时，此时为负荷过大或者出现短路故障，控制单元使保护开关断开，旁路开关闭合，使电源侧直接对负荷侧进行供电。

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