CN115117893A - 一种配电站低压线路的无功补偿控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电站低压线路的无功补偿控制系统及其控制方法，所述无功补偿控制系统包括测量装置、PLC控制器以及可接入低压线路的若干个无功补偿装置；其方法包括：利用测量装置采集低压线路上流经的电压信号和电流信号；利用PLC控制器根据电压信号和电流信号计算当前功率因数；利用PLC控制器在判断当前功率因数小于预设投入功率因数时，结合预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对；利用PLC控制器在判断当前功率因数大于预设切出功率因数时，结合预设切出控制策略对低压线路减少无功补偿。本发明可以使得整个无功补偿控制系统的使用寿命最大化，减少检修周期频率。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体是涉及一种配电站低压线路的无功补偿控制系统及其控制方法。
背景技术
在配电网上配置无功补偿控制系统，对于改善配电网的电能质量、提高配电网的安全稳定运行和经济运行等方面都将起到有效良好的促进作用。然而，目前我国的电能应用还存在很大的浪费，当该无功补偿控制系统内部设置有多个无功补偿装置执行投切任务时，对多个无功补偿装置之间的控制不到位，导致其中部分无功补偿装置可能发生频繁投切动作，由于任意一个无功补偿装置内部的投切开关均有限定的投切次数使用寿命，投切开关的频繁投切操作将使得自身及其连接的电容器组发生损坏，即该无功补偿装置的使用稳定性降低甚至出现短周期故障失效。另外，针对任意一个无功补偿装置内部发生电容器组故障时未有提前制定故障应对方案，无疑增加技术人员的现场检修频率。
发明内容
本发明提供一种配电站低压线路的无功补偿控制系统及其控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明实施例提供一种配电站低压线路的无功补偿控制系统，所述系统包括测量装置、PLC控制器和若干个无功补偿装置，所述测量装置通过Modbus总线与所述PLC控制器连接；
任意一个无功补偿装置包括主用电容器组、备用电容器组、主用投切开关和备用投切开关，所述主用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述主用电容器组投入或者切出低压线路，所述备用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述备用电容器组投入或者切出低压线路。
进一步地，所述PLC控制器和所述若干个无功补偿装置集成在一个控制柜内，所述控制柜应用于配电站的变压器低压侧。
另外，本发明实施例还提供一种配电站低压线路的无功补偿控制方法，应用于如上述任一项所述的配电站低压线路的无功补偿控制系统，所述方法包括：
利用测量装置采集低压线路上所流经的电压信号和电流信号；
利用PLC控制器根据电压信号和电流信号计算出当前功率因数；
利用所述PLC控制器在判断当前功率因数小于预设投入功率因数时，结合预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对；
或者，利用所述PLC控制器在判断当前功率因数大于预设切出功率因数时，结合预设切出控制策略对低压线路减少无功补偿，其中，所述预设切出功率因数大于所述预设投入功率因数。
进一步地，所述若干个无功补偿装置中的每一个无功补偿装置所提供的补偿容量是相同的。
进一步地，所述预设投入控制策略的实现过程包括：
以投入次数最少或总投入使用时间最短为选择原则，从当前未投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要投入使用的一个无功补偿装置，控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组投入低压线路中使用。
进一步地，所述预设故障排查控制策略的实现过程包括：
在该无功补偿装置投入低压线路使用时，初步判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；
若初步判断结果为否，则在该无功补偿装置运行一个既定的检测周期后，二次判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；
若二次判断结果为否，则对该无功补偿装置标记出故障报警信号，同时控制该分散补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组切出，再执行预设故障替补控制策略；
若初步判断结果为是或者二次判断结果为是，则等待对下一个投入低压线路使用的无功补偿装置进行故障排查。
进一步地，所述预设故障替补控制策略的实现过程包括：
当所述若干个无功补偿装置中存在未投入使用且未被标记故障报警信号的无功补偿装置时，继续结合所述预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合所述预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对；
当所述若干个无功补偿装置中未被标记故障报警信号的所有无功补偿装置均被投入使用时，控制当前被标记故障报警信号的该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组投入低压线路使用。
进一步地，所述预设切出控制策略的实现过程包括：
以本次投入时间最长为选择原则，从当前已投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要切出的一个无功补偿装置，再控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组从低压线路上切出，或者控制该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组从低压线路上切出。
本发明至少具有以下有益效果：通过使用相同补偿容量的若干个无功补偿装置，在实行预设投入控制策略时根据投入次数最少原则或者总投入使用时间最短原则来选择合适的无功补偿装置投入低压线路使用，并且在实行预设切出控制策略时根据先投先切原则来选择合适的无功补偿装置切出低压线路，可以避免单个无功补偿装置的寿命消耗过快，由此使得整个无功补偿控制系统的使用寿命达到最大化。通过在任意一个无功补偿装置内部额外设置备用电容器组，在该无功补偿装置投入使用时通过实行预设故障排查控制策略根据低压线路的变化情况进行故障判断，且在验证其内部的主用电容器组发生故障时可以在必要情况下选择更换为备用电容器组投入使用，减少技术人员对整个无功补偿控制系统的检修周期频率。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例中的一种配电站低压线路的无功补偿控制系统的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的无功补偿装置的安装位置示意图；
图3是本发明实施例中的一种配电站低压线路的无功补偿控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
请参考图1，图1是本发明实施例中的一种配电站低压线路的无功补偿控制系统的结构组成示意图，所述系统包括测量装置、PLC控制器(PLC的全称为Programmable LogicController，译为可编程逻辑控制器)和若干个无功补偿装置(在图1中仅列举出一个无功补偿装置进行连接说明)；其中，所述测量装置包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器安装在配电站低压线路上并通过Modbus总线与所述PLC控制器连接以进行数据传输，所述电流传感器安装在配电站低压线路上并通过Modbus总线与所述PLC控制器连接以进行数据传输，所述PLC控制器采用型号为ST30的西门子中央处理器。
在本发明实施例中，所述PLC控制器和所述若干个无功补偿装置集成在一个控制柜内，所述控制柜应用于配电站的变压器低压侧，即任意一个无功补偿装置主要接入配电站的变压器低压侧出口处进行无功补偿，如图2所示。
在本发明实施例中，任意一个无功补偿装置包括主用电容器组、备用电容器组、主用投切开关和备用投切开关，所述主用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述主用电容器组投入或者切出低压线路，所述备用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述备用电容器组投入或者切出低压线路。
其中，通过在每一个无功补偿装置的内部增设有备用电容器组，可以在主用电容器组发生故障的情况下进行选择切换使用，减少技术人员对该无功补偿装置的检修频率和维保成本。
在本发明实施例中，考虑到后续检修更换元件时的购置便利性，所述主用投切开关和所述备用投切开关均可选择采用交流接触器或者晶闸管；其中，交流接触器的价格较低且其投切寿命达到5000次～20000次，晶闸管的价格较高但其投切寿命达到10000次～50000次，但是由于晶闸管的耐高温性能和耐腐蚀性能相对较差，在所处安装环境较差的情况下选择交流接触器的效果更佳。
在本发明实施例中，所述若干个无功补偿装置中的每一个无功补偿装置所提供的补偿容量是相同的，以简化所述PLC控制器对所述若干个无功补偿装置的投切选择过程；此外，所述若干个无功补偿装置共同提供的总补偿容量不宜过大，以避免出现在变压器空载运行时造成无功功率向低压线路倒送。
其中，所述若干个无功补偿装置共同提供的总补偿容量的确定过程为：首先，根据低压线路上在历史最大负荷月的用户用电负荷情况，计算出对应的平均功率因数以及平均有功功率；其次，根据技术人员要求该低压线路所要达到的预设功率因数，将所述平均功率因数和所述预设功率因数之间的差值绝对值与所述平均有功功率进行相乘即可得到。
基于图1所示出的所述无功补偿控制系统，图3是本发明实施例提供的一种配电站低压线路的无功补偿控制方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S100、利用测量装置采集低压线路上所流经的电压信号和电流信号。
在上述步骤S100中，通过安装在低压线路上的电压传感器可以实时采集到低压线路上所流经的电压信号，以及通过安装在低压线路上的电流传感器可以实时采集到低压线路上所流经的电流信号。
S200、利用PLC控制器根据电压信号和电流信号计算出当前功率因数。
S300、利用所述PLC控制器判断当前功率因数是否小于预设投入功率因数；若是，则执行步骤S400；若否，则执行步骤S500。
S400、利用所述PLC控制器结合预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对，再返回执行步骤S100。
在上述步骤S400中，所述预设投入控制策略仅是针对所述若干个无功补偿装置中所包含的若干个主用电容器组投入低压线路使用所提出的，相应的实现过程包括：以投入次数最少或总投入使用时间最短为选择原则，从当前未投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要投入使用的一个无功补偿装置，控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组投入低压线路中使用。
需要说明的是，所述PLC控制器在执行所述预设投入控制策略时，会优先查询每一个无功补偿装置的历史记录，获知每一个无功补偿装置的投入次数和总投入使用时间，为了确保每一个无功补偿装置的使用寿命平均化，选择采用投入次数最少的一个无功补偿装置或者总投入使用时间最短的一个无功补偿装置来投入低压线路使用，并且由于每一个无功补偿装置所提供的补偿容量是相同的，所述PLC控制器无需考虑到低压线路当前缺少的补偿容量问题。
需要说明的是，所述PLC控制器在将被选择的该无功补偿装置投入低压线路使用之前，应当满足以下前提条件：所述PLC控制器优先确认该无功补偿装置在上一次投入使用之后的切出时间距离现在已超过预设投切间隔，避免该无功补偿装置在切出后还未完全放电的情况下再次投入使用所造成的加载在其内部主用电容器组两端的电压过载，进而避免该无功补偿装置发生不必要的损坏；其中，本发明实施例将所述预设投切间隔由常见的出厂设置值30秒～60秒延长至自愈式电容器组的国标放电时间180秒。
在上述步骤S400中，所述预设故障排查控制策略是在当前无功补偿装置投入之后以及下一个无功补偿装置投入之前进行的，并且在整个执行过程中未有任意一个无功补偿装置切出，相应的实现过程包括如下：
步骤(1)、在该无功补偿装置投入低压线路使用时，初步判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；若初步判断结果为是，则执行步骤(4)；若初步判断结果为否，则执行步骤(2)；
步骤(2)、在该无功补偿装置运行一个既定的检测周期后，二次判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；若二次判断结果为是，则执行步骤(4)；若二次判断结果为否，则执行步骤(3)；
步骤(3)、对该无功补偿装置标记出故障报警信号以通知技术人员及时到场进行检修，同时控制该分散补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组切出，再执行预设故障替补控制策略；
步骤(4)、等待对下一个投入低压线路使用的无功补偿装置进行故障排查。
在本发明实施例中，所述预设故障排查控制策略的实施目的在于确保投入使用的每一个无功补偿装置处于稳定可运行状态，以使得低压线路所存在的线损问题可以得到改善；其中，采用二次故障判断的实施目的在于确定对当前投入使用的无功补偿装置所检测到的故障结果并未受到其他外因干扰，以使得针对该无功补偿装置所生成的故障报警信号更加真实可靠。
在本发明实施例中，所述预设故障替补控制策略主要分为两种情况执行，并且在第一种情况无法满足时，方可切换成第二种情况执行，分别如下：
第一种情况，当所述若干个无功补偿装置中存在未投入使用且未被标记故障报警信号的无功补偿装置时，继续按照上述步骤S400的方式执行；
第二种情况，当所述若干个无功补偿装置中未被标记故障报警信号的所有无功补偿装置均被投入使用时，控制当前经过执行所述预设故障排查控制策略之后被标记故障报警信号的该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组投入低压线路使用。
需要说明的是，在一般情况下，任意一个无功补偿装置内部的备用电容器组不会优先于主用电容器组被选择投入使用；此外，该主用电容器组和该备用电容器组不会共同投入低压线路中使用，即该备用电容器组不会在其他无功补偿装置内部的主用电容器组正式投入使用前检测到故障时作为替补投入。
需要说明的是，当被标记故障报警信号的无功补偿装置未被投入使用时，在技术人员对其进行成功检修之后，将消除该无功补偿装置所标记的故障报警信号并更新其投入次数和总投入使用时间，使得该无功补偿装置在所述PLC控制器执行下一次所述预设投入控制策略时可以被考虑到。
S500、利用所述PLC控制器判断当前功率因数是否大于预设切出功率因数；若是，则执行步骤S600；若否，则执行步骤S700。
需要说明的是，所述预设投入功率因数和所述预设切出功率因数均是由技术人员预先根据配电站低压线路上的历史用户用电负荷情况进行解析之后设定的，其中，所述预设切出功率因数大于所述预设投入功率因数。
S600、利用所述PLC控制器结合预设切出控制策略对低压线路减少无功补偿，再返回执行步骤S100。
在上述步骤S600中，所述预设切出控制策略的实现过程包括：以本次投入时间最长为选择原则，即遵循先投先切原则，从当前已投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要切出的一个无功补偿装置，此时该无功补偿装置是所述所有无功补偿装置中最先投入低压线路使用的，当该无功补偿装置未被标记故障报警信号时，控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组从低压线路上切出，当该无功补偿装置已被标记故障报警信号时，控制该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组从低压线路上切出。
S700、利用所述PLC控制器保持对低压线路不执行投入或者切出的补偿动作，再返回执行步骤S100。
在本发明实施例中，通过使用相同补偿容量的若干个无功补偿装置，在实行预设投入控制策略时根据投入次数最少原则或者总投入使用时间最短原则来选择合适的无功补偿装置投入低压线路使用，并且在实行预设切出控制策略时根据先投先切原则来选择合适的无功补偿装置切出低压线路，可以避免单个无功补偿装置的寿命消耗过快，由此使得整个无功补偿控制系统的使用寿命达到最大化。通过在任意一个无功补偿装置内部额外设置备用电容器组，在该无功补偿装置投入使用时通过实行预设故障排查控制策略根据低压线路的变化情况进行故障判断，且在验证其内部的主用电容器组发生故障时可以在必要情况下选择更换为备用电容器组投入使用，减少技术人员对整个无功补偿控制系统的检修周期频率。
尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。
Claims (8)
1.一种配电站低压线路的无功补偿控制系统，其特征在于，所述系统包括测量装置、PLC控制器和若干个无功补偿装置，所述测量装置通过Modbus总线与所述PLC控制器连接；
任意一个无功补偿装置包括主用电容器组、备用电容器组、主用投切开关和备用投切开关，所述主用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述主用电容器组投入或者切出低压线路，所述备用投切开关受控于所述PLC控制器，用于将所述备用电容器组投入或者切出低压线路。
2.根据权利要求1所述的配电站低压线路的无功补偿控制系统，其特征在于，所述PLC控制器和所述若干个无功补偿装置集成在一个控制柜内，所述控制柜应用于配电站的变压器低压侧。
3.一种配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-2中任一项所述的配电站低压线路的无功补偿控制系统，所述方法包括：
利用测量装置采集低压线路上所流经的电压信号和电流信号；
利用PLC控制器根据电压信号和电流信号计算出当前功率因数；
利用所述PLC控制器在判断当前功率因数小于预设投入功率因数时，结合预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对；
或者，利用所述PLC控制器在判断当前功率因数大于预设切出功率因数时，结合预设切出控制策略对低压线路减少无功补偿，其中，所述预设切出功率因数大于所述预设投入功率因数。
4.根据权利要求3所述的配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，所述若干个无功补偿装置中的每一个无功补偿装置所提供的补偿容量是相同的。
5.根据权利要求4所述的配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，所述预设投入控制策略的实现过程包括：
以投入次数最少或总投入使用时间最短为选择原则，从当前未投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要投入使用的一个无功补偿装置，控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组投入低压线路中使用。
6.根据权利要求5所述的配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，所述预设故障排查控制策略的实现过程包括：
在该无功补偿装置投入低压线路使用时，初步判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；
若初步判断结果为否，则在该无功补偿装置运行一个既定的检测周期后，二次判断低压线路在补偿后的功率因数是否高于在补偿前的功率因数；
若二次判断结果为否，则对该无功补偿装置标记出故障报警信号，同时控制该分散补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组切出，再执行预设故障替补控制策略；
若初步判断结果为是或者二次判断结果为是，则等待对下一个投入低压线路使用的无功补偿装置进行故障排查。
7.根据权利要求6所述的配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，所述预设故障替补控制策略的实现过程包括：
当所述若干个无功补偿装置中存在未投入使用且未被标记故障报警信号的无功补偿装置时，继续结合所述预设投入控制策略对低压线路增加无功补偿，同时结合所述预设故障排查控制策略对低压线路进行补偿故障应对；
当所述若干个无功补偿装置中未被标记故障报警信号的所有无功补偿装置均被投入使用时，控制当前被标记故障报警信号的该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组投入低压线路使用。
8.根据权利要求4所述的配电站低压线路的无功补偿控制方法，其特征在于，所述预设切出控制策略的实现过程包括：
以本次投入时间最长为选择原则，从当前已投入使用的所有无功补偿装置中选择出当前需要切出的一个无功补偿装置，再控制该无功补偿装置内部的主用投切开关将对应的主用电容器组从低压线路上切出，或者控制该无功补偿装置内部的备用投切开关将对应的备用电容器组从低压线路上切出。
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