CN115051379A - 一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法，该系统包括数据采集单元、预处理单元和补偿单元；数据采集单元用于采集配电网的电气量；预处理单元首先将所述电气量进行滤波和模数转换后，然后与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；补偿单元采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。基于该补偿系统，还提出了一种用于配电网的无功补偿方法。本发明通过电容器组对系统进行大容量的基准无功补偿，通过可调电容器进行微调无功补偿，实现更精确的完全补偿。

Description

一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法

技术领域

本发明属于配电网系统功率补偿技术领域，特别涉及一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法。

背景技术

配电网和负载的功率日益增加、波动频繁，对无功补偿方法的容量和快速性提出了更高的需求。常用的静止无功补偿方法将电容器与负载并联，电容器提供无功功率。由于补偿电容是固定的，易造成系统过补偿或欠补偿，无法满足负载无功功率变化较快的补偿需求，还会影响电能质量。

传统的无功补偿装置有晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管控制电抗器（TCR）、固定电容器+晶闸管控制电抗器（FC+TCR）及混合型（TCR+TSC）TSC 型无功补偿器是一种有级的调节，对于无功时变的负载，单独使用 TSC 无法快速跟踪负载无功变化，易造成系统过补偿或欠补偿。TCR型补偿器向系统提供感性无功功率，针对配电网或负载基本上都是感性负荷的特点，单纯的TCR无法满足应用要求，只有配合电容器才能有效地进行无功补偿。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法，采用电容器组和可调电容器协调配合对配电网系统进行无功补偿，电容器组对系统进行大容量的基准无功补偿，可调电容器进行快速精准的微调无功补偿。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于配电网的无功补偿系统，包括：数据采集单元、预处理单元和补偿单元；

所述数据采集单元用于采集配电网的电气量；

所述预处理单元首先将所述电气量进行滤波和模数转换后，然后与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

所述补偿单元采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；所述基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

进一步的，所述电气量包括三相电压和三相电流。

进一步的，预处理单元包括低通滤波器、2个多路开关、模数转换器和微处理器；

所述低通滤波器用于滤除掉采集电气量的高频噪声得到第一电压信号和第一电流信号；

第一多路开关用于从第一电压信号中选择出需要的第二电压信号；第二多路开关用于从第一电流信号中选择出需要的第二电流信号；

所述模数转换器用于将第二电压信号转换为电压数字信号，将第二电流信号转换为电流数字信号；

所述微处理器用于计算电压数字信号与预设电压标准值之间的差值，得到待补偿电压值；以及计算电流数字信号与预设电流标准值之间的差值，得到待补偿电流值。

进一步的，所述微处理器还与时钟模块相连，用于记录执行无功补偿的时间。

进一步的，所述补偿单元包括控制器、基准无功补偿模块和微调模块；

所述控制器用于获取待补偿电压值和待补偿电流值，采用模糊算法分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值大于等于电压补偿标准值，或者待补偿电流值大于等于电流补偿标准值，则首先通过基准无功补偿模块进行大容量补偿，然后再通过微调模块进行微调无功补偿；

所述基准无功补偿模块采用多路并联的电容器组，并在每个并联支路中设置电容投切开关，用于补偿电容器容量倍数的第一电压补偿值或者第一电流补偿值；

所述微调模块用于通过可调电容器补偿第二电压补偿值或者第二电流补偿值；所述第二电压补偿值=待补偿电压值-第一电压补偿值；所述第二电流补偿值=待补偿电流值-第一电流补偿值。

进一步的，控制器执行的过程还包括：获取待补偿电压值和待补偿电流值，并分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值小于电压补偿标准值，且待补偿电流值小于电流补偿标准值，则不补偿。

进一步的，所述基准无功补偿模块由多路并联的定值电容器组成，每个支路均包括依次串联的熔断器、电容投切开关和定值电容器。

进一步的，所述微调模块包括变频电压电源、互感线圈和可调电容器；所述变频电压电源通过互感线圈与可调电容器相连。

进一步的，所述可调电容器采用陶瓷可调电容器。

本发明还提出了一种用于配电网的无功补偿方法，是基于一种用于配电网的无功补偿系统实现的，包括以下步骤：

采集配电网的电气量；将电气量进行滤波和模数转换后，与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；其中基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种用于配电网的无功补偿系统和补偿方法，该系统包括数据采集单元、预处理单元和补偿单元；数据采集单元用于采集配电网的电气量；预处理单元首先将电气量进行滤波和模数转换后，然后与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；补偿单元采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。基于一种用于配电网的无功补偿系统，还提出了一种用于配电网的无功补偿方法。本发明通过采集配电网系统的各相电压电流数据，通过信号处理对电气量进行综合计算分析，得到待补偿量，然后以此为数据依据，给出合理的控制指令，最后通过电容无功补偿装置对电力系统进行无功补偿。采用电容器组和可调电容器协调配合，由多个快速熔断器，电容投切开关和电容器串联的电路并联在一起对配电网系统进行大容量的基准无功补偿，通过变频电压电源调节可调电容两端的电压进行快速精准的微调无功补偿，能够实现更精确的完全补偿。

附图说明

如图1为本发明实施例1一种用于配电网的无功补偿系统中采集单元和预处理单元连接示意图；

如图2为本发明实施例1一种用于配电网的无功补偿系统中的补偿单元连接示意图；

如图3为本发明实施例2一种用于配电网的无功补偿方法示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

实施例1

本发明实施例1提出了一种用于配电网的无功补偿系统，数据采集单元、预处理单元和补偿单元；

数据采集单元用于采集配电网的电气量；

预处理单元首先将所述电气量进行滤波和模数转换后，然后与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

补偿单元采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；所述基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

如图1为本发明实施例1一种用于配电网的无功补偿系统中采集单元和预处理单元连接示意图。

数据采集单元用于采集配电网的电气量，其中电气量包括三相电压和三相电流。一般数据采集单元采用电压传感器或者电流传感器。

预处理单元包括低通滤波器、2个多路开关、模数转换器和微处理器；低通滤波器的输入端连接数据采集单元；低通滤波器的输出端一路通过第一多路开关连接至模数转换器的输入端；低通滤波器的输出端另外一路通过第二多路开关连接至模数转换器的输入端；模数转换器的输出端连接至微处理器的输入端。

低通滤波器用于滤除掉采集电气量的高频噪声得到第一电压信号和第一电流信号；

第一多路开关用于从第一电压信号中选择出需要的第二电压信号；第二多路开关用于从第一电流信号中选择出需要的第二电流信号；

模数转换器用于将第二电压信号转换为电压数字信号，将第二电流信号转换为电流数字信号；

微处理器用于计算电压数字信号与预设电压标准值之间的差值，得到待补偿电压值；以及计算电流数字信号与预设电流标准值之间的差值，得到待补偿电流值。

微处理器还与时钟模块和存储模块相连，用于记录执行无功补偿动作的时间，并把动作次数和动作的时间全部存储。

微处理器通过无线通信模块与补偿单元通信连接，无线通信模块采用RS-485数据通信接口使用标准103通信规约或部颁CDT通信规约和RTU实现通信，与变电站综合自动化调度终端联网，实现了遥测、遥信、遥控、遥调“四遥”功能。

如图2为本发明实施例1一种用于配电网的无功补偿系统中的补偿单元连接示意图；补偿单元包括控制器、基准无功补偿模块和微调模块；

控制器用于获取待补偿电压值和待补偿电流值，采用模糊算法分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值大于等于电压补偿标准值，或者待补偿电流值大于等于电流补偿标准值，则首先通过基准无功补偿模块进行大容量补偿，然后在通过微调模块进行微调无功补偿；

基准无功补偿模块采用多路并联的电容器组，并在每个并联支路中设置电容投切开关，用于补偿电容器容量倍数的第一电压补偿值或者第一电流补偿值；

微调模块用于通过可调电容器补偿第二电压补偿值或者第二电流补偿值；所述第二电压补偿值=待补偿电压值-第一电压补偿值；第二电流补偿值=待补偿电流值-第一电流补偿值。

控制器执行的过程还包括：获取待补偿电压值和待补偿电流值，并分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值小于电压补偿标准值，且待补偿电流值小于电流补偿标准值，则不补偿。

基准无功补偿模块采用多路并联的定值电容器组成，每个支路均包括依次串联的快速熔断器、电容投切开关和定值电容器。其中快速熔断器用于在电路起到保护作用，电容投切开关可接收电容投切信号使定值电容器快速投入使用。基准无功补偿模块可以补偿定值电容器容量倍数，比如定值电容器容量的1倍、2倍或者N倍。在基准无功补偿模块补偿之后，剩余的待补偿部分，通过微调模块进行二次补偿。剩余的待补偿部分一般小于定值电容器容量。

微调模块包括变频电压电源、互感线圈和可调电容器；变频电压电源通过互感线圈与可调电容器相连。可调电容器采用陶瓷可调电容器。可调电容可以小范围的调整电容值，就这样基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

本发明实施例1提出的一种用于配电网的无功补偿系统，通过采集配电网系统的各相电压电流数据，通过信号处理对电气量进行综合计算分析，得到待补偿量，然后以此为数据依据，给出合理的控制指令，最后通过电容无功补偿装置对电力系统进行无功补偿。采用电容器组和可调电容器协调配合，由多个快速熔断器，电容投切开关和电容器串联的电路并联在一起对配电网系统进行大容量的基准无功补偿，通过变频电压电源调节可调电容两端的电压进行快速精准的微调无功补偿，能够实现更精确的完全补偿。

实施例2

基于本发明实施例1提出的一种用于配电网的无功补偿系统，本发明实施例2还提出了一种用于配电网的无功补偿方法。具体为：

采集配电网的电气量；将电气量进行滤波和模数转换后，与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；其中基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

如图3为本发明实施例2一种用于配电网的无功补偿方法总体流程图；

在步骤S300中，采集配电网的电气量；电气量包括三相电压和三相电流。一般数据采集单元采用电压传感器或者电流传感器。

在步骤S310中，将电气量进行滤波和模数转换。低通滤波器用于滤除掉采集电气量的高频噪声得到第一电压信号和第一电流信号；第一多路开关用于从第一电压信号中选择出需要的第二电压信号；第二多路开关用于从第一电流信号中选择出需要的第二电流信号；模数转换器用于将第二电压信号转换为电压数字信号，将第二电流信号转换为电流数字信号。

在步骤S320中，将采集的配电网电气量数字信号与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；微处理器计算电压数字信号与预设电压标准值之间的差值，得到待补偿电压值；以及计算电流数字信号与预设电流标准值之间的差值，得到待补偿电流值。

在步骤S330中，采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，执行步骤S340，否则执行步骤S350。

在步骤S340中，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；其中基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

基准无功补偿模块采用多路并联的定值电容器组成，每个支路均包括依次串联的快速熔断器、电容投切开关和定值电容器。其中快速熔断器用于在电路起到保护作用，电容投切开关可接收电容投切信号使定值电容器快速投入使用。

微调模块包括变频电压电源、互感线圈和可调电容器；变频电压电源通过互感线圈与可调电容器相连。可调电容器采用陶瓷可调电容器。可调电容可以小范围的调整电容值，就这样基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

在步骤S350中，如果待补偿电压值小于电压补偿标准值，且待补偿电流值小于电流补偿标准值，则不补偿。

本发明实施例2提出的一种用于配电网的无功补偿方法，通过采集配电网系统的各相电压电流数据，通过信号处理对电气量进行综合计算分析，得到待补偿量，然后以此为数据依据，给出合理的控制指令，最后通过电容无功补偿装置对电力系统进行无功补偿。采用电容器组和可调电容器协调配合，由多个快速熔断器，电容投切开关和电容器串联的电路并联在一起对配电网系统进行大容量的基准无功补偿，通过变频电压电源调节可调电容两端的电压进行快速精准的微调无功补偿，能够实现更精确的完全补偿。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，包括：数据采集单元、预处理单元和补偿单元；

所述数据采集单元用于采集配电网的电气量；

所述预处理单元首先将所述电气量进行滤波和模数转换后，然后与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

所述补偿单元采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；所述基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

2.根据权利要求1所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述电气量包括三相电压和三相电流。

3.根据权利要求2所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，预处理单元包括低通滤波器、2个多路开关、模数转换器和微处理器；

所述低通滤波器用于滤除掉采集电气量的高频噪声得到第一电压信号和第一电流信号；

第一多路开关用于从第一电压信号中选择出需要的第二电压信号；第二多路开关用于从第一电流信号中选择出需要的第二电流信号；

所述模数转换器用于将第二电压信号转换为电压数字信号，将第二电流信号转换为电流数字信号；

所述微处理器用于计算电压数字信号与预设电压标准值之间的差值，得到待补偿电压值；以及计算电流数字信号与预设电流标准值之间的差值，得到待补偿电流值。

4.根据权利要求3所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述微处理器还与时钟模块相连，用于记录执行无功补偿的时间。

5.根据权利要求4所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述补偿单元包括控制器、基准无功补偿模块和微调模块；

所述控制器用于获取待补偿电压值和待补偿电流值，采用模糊算法分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值大于等于电压补偿标准值，或者待补偿电流值大于等于电流补偿标准值，则首先通过基准无功补偿模块进行大容量补偿，然后再通过微调模块进行微调无功补偿；

所述基准无功补偿模块采用多路并联的电容器组，并在每个并联支路中设置电容投切开关，用于补偿电容器容量倍数的第一电压补偿值或者第一电流补偿值；

所述微调模块用于通过可调电容器补偿第二电压补偿值或者第二电流补偿值；所述第二电压补偿值=待补偿电压值-第一电压补偿值；所述第二电流补偿值=待补偿电流值-第一电流补偿值。

6.根据权利要求5所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，控制器执行的过程还包括：获取待补偿电压值和待补偿电流值，并分别与电压补偿标准值和电流补偿标准值对比；如果待补偿电压值小于电压补偿标准值，且待补偿电流值小于电流补偿标准值，则不补偿。

7.根据权利要求5所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述基准无功补偿模块由多路并联的定值电容器组成，每个支路均包括依次串联的熔断器、电容投切开关和定值电容器。

8.根据权利要求5所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述微调模块包括变频电压电源、互感线圈和可调电容器；所述变频电压电源通过互感线圈与可调电容器相连。

9.根据权利要求8所述的一种用于配电网的无功补偿系统，其特征在于，所述可调电容器采用陶瓷可调电容器。

10.一种用于配电网的无功补偿方法，是基于权利要求1至9任意一项所述的一种用于配电网的无功补偿系统实现的，其特征在于，包括以下步骤：

采集配电网的电气量；将电气量进行滤波和模数转换后，与预设的电气量标准值进行对比得到待补偿量；

采用模糊算法将待补偿量与标准补偿量进行对比，如果待补偿量大于等于标准补偿量，首先通过电容器组进行基准无功补偿，然后再通过可调电容器进行微调无功补偿；其中基准无功补偿的值和微调无功补偿的值之和为待补偿量。

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