CN114362200A - 一种交互式精简低压svg装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种交互式精简低压SVG装置及其实现方法，所述SVG装置包括采集控制模块、直流电容和IGBT模块，采集控制模块上集成通信接口子模块，用于与电网线路智能终端装置组网通信，实时获取电网线路电压和电流信号，进而通过控制IGBT对直流电容进行充放电，实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿。本发明将数采替换直采的方法应用到低压SVG装置内部，可降低低压SVG装置成本，简化低压SVG接入电网线路的施工和维护工作难度，提高SVG设备在线安装安全性，具有很好的应用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于低压配电网无功功率控制技术领域，涉及一种交互式精简低压SVG装置及其实现方法。
背景技术
在国家“双碳”战略的大背景下，配电网已然面临更严峻的考验。一是降低中压配电线路传输过程中产生的能量损耗及电能质量问题。当前配网在无功电能管理方面精益化不足，主要体现在配网无功补偿装置以变电站母线和配变低压侧补偿为主，形式单一、布点分散、智能化低，长线路在运行过程中未进行分段无功平衡管理。二是适应分布式电源接入规模快速增长带来的全新挑战。
前低压配电网线路无功补偿中多采用动态无功补偿装置进行自补偿或通过协调控制管理平台进行线路最优化补偿。动态无功补偿装置均采用内部集成PT/CT方式挂接线路，采集线路电压和电流，实时感知线路电压波动，进而通过控制IGBT实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿的功能。但是线路上存在智能配电终端，线路电压和电流数据已被采集，从系统角度看，线路电压和电流数据未被共享，SVG增加PT/CT硬件冗余，且施工难度大，当PT/CT故障后维护及接线难度大。
随着信息技术的不断发展，智能变电站数据采集方式已从多点采集更换为单点采集多点共享的方式，即从直采变为数采共享方式，基于上述分析，低压SVG无论从成本角度考虑还是从信息化、数字化发展角度看均需要进行创新和发展，以适应新型电力系统发展的需要。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种交互式精简低压SVG装置及其实现方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种交互式精简低压SVG装置，包括采集控制模块、直流电容和IGBT模块；
所述采集控制模块上集成通信接口子模块，用于与电网线路智能终端装置组网通信，实时获取电网线路电压和电流信号，进而通过控制IGBT对直流电容进行充放电，实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述通信接口子模块与所述智能终端装置间通信协议为采样值传输协议或组播GOOSE协议；
所述传输协议携带电网线路的电压、电流原始采样值信息；
所述电压、电流原始采样值采用浮点类型进行传输。
优选地，所述采样值的发送时间间隔根据低压SVG装置无功补偿的性能要求设置为一个采样周期或多个采样周期。
优选地，所述采集控制模块包括处理器单元、输入输出信号电路单元及IGBT通信单元，并集成通信接口子模块；
所述处理器单元具备浮点类型数据运算能力，具备输入输出接口中断触发功能；
所述输入输出信号电路单元及IGBT通信单元分别用于信号输入输出及与IGBT模块通信；
所述通信接口子模块为数字采样通信模块，包括网络接口芯片、硬件接口部件及辅助电路F1和F2；
所述网络接口芯片通过辅助电路F1与处理器单元连接，通过辅助电路F2与所述硬件接口部件连接；
所述硬件接口部件通过物理通信介质与电网线路智能终端装置的通信接口连接；
所述辅助电路F1为所述网络接口芯片与所述处理器单元之间的电阻和电容分立元器件；
所述辅助电路F2为所述网络接口芯片与所述硬件接口部件之间的耦合电感、电容和电阻分立元器件。
优选地，所述硬件接口部件为电硬件接口部件或光硬件接口部件。
优选地，所述网络接口芯片与所述处理器单元采用总线方式连接，处理器单元通过总线对网络接口芯片接收的报文进行读数据操作，对网络接口芯片需要发送的报文进行写数据操作；
所述网络接口芯片接收的报文包括所述智能终端按照发送时间间隔发送的原始采样值报文和电网定值参数经所述智能终端转发的报文；
所述网络接口芯片需要发送的报文包括所述精简低压SVG装置的运行状态、可调无功功率裕度数据报文。
优选地，所述总线方式采用并行数据总线或串行数据总线方式；
所述并行数据总线或串行数据总线的带宽大于网络通信带宽，所述网络通信带宽是所述智能终端与所述通信接口子模块间的物理线速率。
优选地，所述硬件接口部件采用全双工通信模式；
通信速率ν满足ν＞L×f；
L为通信协议报文长度比特数，f为所述智能终端的采样频率。
优选地，所述硬件接口部件为以太网接电口部件或光纤光口部件，所述硬件接口部件的网络通信带宽不低于100Mbps。
优选地，所述物理通信介质为双绞线、多模光纤或单模光纤；
所述物理通信介质的选取根据硬件接口部件与所述智能终端装置的距离决定；
所述距离小于100米时选择双绞线作为所述物理通信介质，所述距离小于2千米且大于等于100米时选择多模光纤作为所述物理通信介质，所述距离大于等于2千米时选择单模光纤作为所述物理通信介质。
本发明还提供一种交互式精简低压SVG装置的实现方法，在传统SVG装置内部的采集控制模块上集成通信接口子模块，替换PT/CT模块实现电网线路数据的共享。
本发明还提供一种交互式精简低压SVG装置的实现方法，包括：
步骤1：将传统SVG装置内部的PT/CT模块移除；
步骤2：在采集控制模块上集成通信接口子模块，移除采集控制模块上用于电压和电流采集的模数转换模块及辅助电路；
步骤3：通信接口子模块与电网线路智能终端装置组网通信，完成电网线路数据的共享，实时获取电网线路电压、电流信号。
本申请所达到的有益效果：
本发明将数采替换直采的方法应用到低压SVG装置内部，可降低低压SVG装置成本，简化低压SVG接入电网线路的施工和维护工作难度，提高SVG设备在线安装安全性，具有很好的应用推广价值。
本发明从信息化发展及数据共享思维角度出发，将传统低压SVG装置进行方案创新，将原有集成的PT/CT模块移除，在采集控制模块上集成通信接口子模块，通过与智能终端的组网完成电网线路数据的共享，等效本地直采功能，具备更低的生产成本、更小的体积和更安全的在线施工和维护，具有很好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明一种交互式精简低压SVG装置及其实现方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1(B)所示，本发明一种交互式精简低压SVG装置，包括采集控制模块、直流电容和IGBT模块；
所述采集控制模块上集成通信接口子模块，用于与电网线路智能终端装置组网通信，实时获取电网线路电压和电流信号，进而通过控制IGBT对直流电容进行充放电，实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿。
具体实施时，所述通信接口子模块与所述智能终端装置间通信协议为采样值传输协议或组播GOOSE协议；
所述传输协议携带电网线路的电压、电流原始采样值信息；
所述电压、电流原始采样值采用浮点类型进行传输。
所述采样值的发送时间间隔根据低压SVG装置无功补偿的性能要求设置为一个采样周期或多个采样周期。
即所述采样值的发送时间间隔可以是每个采样周期发送一次，也可以是多个采样周期发送一次，所述发送时间间隔决定了低压SVG装置无功补偿的性能，所述发送时间间隔越小，所述无功补偿的速度约快，所述发送时间间隔越大，所述无功补偿的速度越慢。
所述采集控制模块包括处理器单元、输入输出信号电路单元及IGBT通信单元，并集成通信接口子模块；
所述处理器单元具备浮点类型数据运算能力，具备输入输出接口中断触发功能；
所述输入输出信号电路单元及IGBT通信单元分别用于信号输入输出及与IGBT模块通信；
所述通信接口子模块为数字采样通信模块，包括网络接口芯片、硬件接口部件及辅助电路F1和F2；
所述网络接口芯片通过辅助电路F1与处理器单元连接，通过辅助电路F2与所述硬件接口部件连接；
所述硬件接口部件通过物理通信介质与电网线路智能终端装置的通信接口连接；
所述辅助电路F1为所述网络接口芯片与所述处理器单元之间的电阻和电容分立元器件；
所述辅助电路F2为所述网络接口芯片与所述硬件接口部件之间的耦合电感、电容和电阻分立元器件。
所述硬件接口部件为电硬件接口部件或光硬件接口部件。即所述网络接口芯片可以与电硬件接口部件耦合，也可以与光硬件接口部件耦合。
具体的，所述网络接口芯片与所述处理器单元采用总线方式连接，处理器单元通过总线对网络接口芯片接收的报文进行读数据操作，对网络接口芯片需要发送的报文进行写数据操作；
所述网络接口芯片接收的报文包括所述智能终端按照发送时间间隔发送的原始采样值报文和电网定值参数经所述智能终端转发的报文；
所述网络接口芯片需要发送的报文包括所述精简低压SVG装置的运行状态、可调无功功率裕度数据报文。
所述总线方式采用并行数据总线或串行数据总线方式；
所述并行数据总线或串行数据总线的带宽均大于网络通信带宽，，所述网络通信带宽是所述智能终端与所述通信接口子模块间的物理线速率，从而避免网络数据阻塞在网口接口芯片的内存中。
具体的，所述硬件接口部件采用全双工通信模式；
通信速率ν满足ν＞L×f；
L为通信协议报文长度比特数，f为智能终端的采样频率；
其通信协议为采样值报文协议，传输内容包含电网线路电压和电流信号的原始采样值。
所述硬件接口部件为以太网接电口部件或光纤光口部件，所述硬件接口部件的网络通信带宽不低于100Mbps。
所述硬件接口部件与所述智能终端装置连接的物理通信介质可以是双绞线、多模光纤或单模光纤；
所述物理通信介质的选取根据硬件接口部件与所述智能终端装置的距离决定。
优选地，所述距离小于100米时选择双绞线作为所述物理通信介质，所述距离小于2千米且大于等于100米时选择多模光纤作为所述物理通信介质，所述距离大于等于2千米时选择单模光纤作为所述物理通信介质。
传统SVG装置内部，采集控制模块包括处理器单元，数模转换模块及辅助电路、输入输出信号电路单元、IGBT通信模块；
可以对传统SVG装置内部的采集控制模块电路原理进行重新设计，其中处理器单元、输入输出信号电路单元及IGBT通信模块保留，删除模数转换模块及辅助电路，增加数采通信模块(即通信接口子模块)，实现本发明的交互式精简低压SVG装置。
即本发明的一种交互式精简低压SVG装置的实现方法，在传统SVG装置内部的采集控制模块上集成通信接口子模块，替换PT/CT模块实现电网线路数据的共享，具体包括：
步骤1：将传统SVG装置内部的PT/CT模块移除，传统SVG装置结构如图1(A)所示；
步骤2：在采集控制模块上集成通信接口子模块，移除采集控制模块上用于电压和电流采集的模数转换模块及辅助电路；
此时，装置的采集功能未改变，仍然具备实时采集电网线路电压和电流信号的功能，但体积得到了精简，相比带PT/CT的SVG装置体积更小；
而移除采集控制模块上用于电压和电流采集的模数转换模块及辅助电路，可进一步降低设备成本，即集成通信接口子模块后，原有采集控制模块上的电压和电流采集芯片AD不在需要，可以移除，通信接口子模块相比AD芯片及PT/CT元器件成本更低，从而降低设备成本。
步骤3：通信接口子模块与电网线路智能终端装置组网通信，完成电网线路数据的共享，直接实时获取电网线路电压、电流信号，实现传统SVG装置内部的PT/CT模块的替代功能。
所述模数转换模块及辅助电路是采集PT/CT模块感应的所述电网线路的电压值、电流值；本发明采用通信传输协议从所述智能终端获取所述电网电路的电压值、电流值，所以所述删除模数转换模块及辅助电路后对所述采集控制模块的功能没有影响。
所述PT/CT模块是与所述电网线路连接的部件，在新建的设计方案中不再设计所述PT/CT模块，在已建的方案中可以拆卸PT/CT模块，所述拆卸可以在所述电网线路检修时拆卸可以避免带电操作，提高运维工作的安全性。
通过控制IGBT对直流电容进行充放电，实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿的手段是现阶段已实现的技术，传统SVG装置控制IGBT对直流电容进行充放电的参考量是通过所述AD模块及所述PT/CT模块从所述电网线路感应的电压量和电流量计算出来的，属于就地参考量，所述SVG装置只能完成对所述就地参考量的策略响应，本发明可以完成对所述就地参考量的策略响应，同时还可以接收所述智能终端装置下发的远方策略响应，本发明具有比传统SVG装置更多的功能。所述就地参考量可以是所述电网线路电压值、无功功率值或功率因数值；所述就地参考量的策略的响应包括离线设定的一种工作模式，所述远方策略响应是在线设定的一种工作模式。
本发明将数采替换直采的方法应用到低压SVG装置内部，可降低低压SVG装置成本，简化低压SVG接入电网线路的施工和维护工作难度，提高SVG设备在线安装安全性，具有很好的应用推广价值。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种交互式精简低压SVG装置，包括采集控制模块、直流电容和IGBT模块，其特征在于：
所述采集控制模块上集成通信接口子模块，用于与电网线路智能终端装置组网通信，实时获取电网线路电压和电流信号，进而通过控制IGBT对直流电容进行充放电，实现无功电流的释放和吸收完成电压补偿。
2.根据权利要求1所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述通信接口子模块与所述智能终端装置间通信协议为采样值传输协议或组播GOOSE协议；
所述传输协议携带电网线路的电压、电流原始采样值信息；
所述电压、电流原始采样值采用浮点类型进行传输。
3.根据权利要求2所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述采样值的发送时间间隔根据低压SVG装置无功补偿的性能要求设置为一个采样周期或多个采样周期。
4.根据权利要求1所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述采集控制模块包括处理器单元、输入输出信号电路单元及IGBT通信单元，并集成通信接口子模块；
所述处理器单元具备浮点类型数据运算能力，具备输入输出接口中断触发功能；
所述输入输出信号电路单元及IGBT通信单元分别用于信号输入输出及与IGBT模块通信；
所述通信接口子模块为数字采样通信模块，包括网络接口芯片、硬件接口部件及辅助电路F1和F2；
所述网络接口芯片通过辅助电路F1与处理器单元连接，通过辅助电路F2与所述硬件接口部件连接；
所述硬件接口部件通过物理通信介质与电网线路智能终端装置的通信接口连接；
所述辅助电路F1为所述网络接口芯片与所述处理器单元之间的电阻和电容分立元器件；
所述辅助电路F2为所述网络接口芯片与所述硬件接口部件之间的耦合电感、电容和电阻分立元器件。
5.根据权利要求4所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述硬件接口部件为电硬件接口部件或光硬件接口部件。
6.根据权利要求4所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述网络接口芯片与所述处理器单元采用总线方式连接，处理器单元通过总线对网络接口芯片接收的报文进行读数据操作，对网络接口芯片需要发送的报文进行写数据操作；
所述网络接口芯片接收的报文包括所述智能终端按照发送时间间隔发送的原始采样值报文和电网定值参数经所述智能终端转发的报文；
所述网络接口芯片需要发送的报文包括所述精简低压SVG装置的运行状态、可调无功功率裕度数据报文。
7.根据权利要求6所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述总线方式采用并行数据总线或串行数据总线方式；
所述并行数据总线或串行数据总线的带宽大于网络通信带宽，所述网络通信带宽是所述智能终端与所述通信接口子模块间的物理线速率。
8.根据权利要求4所述的一种交互式精简低压SVG装置实现方法，其特征在于：
所述硬件接口部件采用全双工通信模式；
通信速率ν满足ν＞L×f；
L为通信协议报文长度比特数，f为所述智能终端的采样频率。
9.根据权利要求4所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述硬件接口部件为以太网接电口部件或光纤光口部件，所述硬件接口部件的网络通信带宽不低于100Mbps。
10.根据权利要求4所述的一种交互式精简低压SVG装置，其特征在于：
所述物理通信介质为双绞线、多模光纤或单模光纤；
所述物理通信介质的选取根据硬件接口部件与所述智能终端装置的距离决定；
所述距离小于100米时选择双绞线作为所述物理通信介质，所述距离小于2千米且大于等于100米时选择多模光纤作为所述物理通信介质，所述距离大于等于2千米时选择单模光纤作为所述物理通信介质。
11.一种权利要求1-10任意一项所述的交互式精简低压SVG装置的实现方法，其特征在于：
在传统SVG装置内部的采集控制模块上集成通信接口子模块，替换PT/CT模块实现电网线路数据的共享。
12.一种权利要求1-10任意一项所述的交互式精简低压SVG装置的实现方法，其特征在于：
所述方法包括：
步骤1：将传统SVG装置内部的PT/CT模块移除；
步骤2：在采集控制模块上集成通信接口子模块，移除采集控制模块上用于电压和电流采集的模数转换模块及辅助电路；
步骤3：通信接口子模块与电网线路智能终端装置组网通信，完成电网线路数据的共享，实时获取电网线路电压、电流信号。
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