CN115241891B - 110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法 - Google Patents

110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法 Download PDF

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Abstract

110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，包括如下步骤：步骤S1、实时监测，监测变压器有功功率、无功功率、低压母线电压及无功补偿装置容量情况，并判定变压器状态；步骤S2、投切判断，根据变压器状态、功率因数和无功倒送情况，判断多组投切无功补偿装置是否需要投切；步骤S3、投切逻辑分析，根据投切逻辑模型，计算需投切的分组无功补偿装置容量；步骤S4、无功补偿装置投切，根据投切逻辑分析结果，驱动相应的分组无功补偿装置进行投切。本发明具有简单实用、计算速度快的优点，可实现无功分组精细补偿，有效提高变电站功率因数合格率，降低电网网损。

Description

110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法
技术领域
本发明涉及无功补偿装置领域，尤其涉及一种基于功率因素控制策略的110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法。
背景技术
传统无功补偿设备以电容器组固定补偿为主，固定补偿投入的无功容量固定，无法实现精细补偿，易形成过补或欠补现象，导致无功补偿设备有效投入率不高。多组投切无功补偿装置克服了传统无功补偿装置容量固定、单组容量不宜过大的问题，将整组电容器细分为若干独立分组，并根据无功平衡需求实现无功分组补偿，实现电网无功功率就地平衡，降低电网损耗，提高电压合格率。
关于110kV变电站无功补偿装置投切控制方法，国内外提出了较多控制策略，总结起来有如下4类方法：(1)基于传统的九区图法；(2)基于九区图法的优化算法；(3)按电压、功率因数复合调节法；(4)人工智能调节方法。这些控制策略主要针对传统无功补偿设备的投切控制，将其简单应用于多组投切无功补偿装置时，不能发挥多组投切无功补偿装置精细补偿效果，往往造成变电站补偿过多或欠缺的现象，导致110kV变电站存在功率因素波动大、不合格率高等问题。若能针对110kV变电站多组投切无功补偿装置设计一种适用的投切控制方法，则可提高110kV变电站多组投切无功补偿装置补偿效果和使用可靠性，对于提高电网供电质量和安全性具有十分重要的工程意义。然而，此类研究的相关成果在国内外均鲜见报道。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，该方法具有简单实用、计算速度快的优点，可实现无功分组精细补偿，有效提高变电站功率因数合格率，降低电网网损。
本发明的技术方案为：包括如下步骤：
步骤S1、实时监测；监测变压器有功功率、无功功率、低压母线电压及无功补偿装置容量情况，并判定变压器高峰负荷、低谷负荷或停运状态；
步骤S2、投切判断；当变压器处于高峰负荷时，变压器高压侧功率因数小于0.95，需投入多组投切无功补偿装置。当变压器处于低谷负荷时，变压器高压侧功率因数大于0.95，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于停运状态时，多组投切无功补偿装置需全部切除；
步骤S3、投切逻辑分析；根据高峰负荷投切逻辑模型、低谷负荷投切逻辑模型和无功倒送投切逻辑模型，计算需要投切的分组无功补偿装置容量；
步骤S4、无功补偿装置投切。根据投切逻辑分析结果，驱动相应的分组无功补偿装置进行投切。
所述步骤S1中，变压器负载率高于50％时判为高峰负荷，变压器负载率低于20％时判为低谷负荷，当变压器负载率为0％且变压器低压母线电压为0kV时判为停运状态。
所述步骤S3中，高峰负荷投切逻辑模型为：
Qc≤Qc' (2)
SQ-SQc+Ud％Qc 2-2Ud％QQc＞0 (3)
式(1)(2)(3)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；Qc为高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量。
所述步骤S3中，低谷负荷投切逻辑模型为：
QB≤QB' (5)
式(4)(5)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB为低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量。
所述步骤S3中，无功倒送投切逻辑模型为：
SQ'+SQD+Ud％QD 2＞0
QD≤QD'
S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量。
所述步骤S3中，当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，首先采用无功倒送投切逻辑模型计算QD，然后采用高峰负荷/低谷负荷投切逻辑模型计算，最后得出高峰负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD-QC，低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD+QB。高峰负荷/低谷负荷投切逻辑模型计算所用变压器无功值Q、低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量QB’、高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量Qc’为：
QB'＝QD'-QD
QC'＝QE'+QD
Q为高峰或低谷负荷时变压器无功值；S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；QE’为无功倒送时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；
步骤S3中，高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和Qc在尚未投入运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较大容量值；
低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和QB在目前正在运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较小容量值；
无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和QD在目前正在运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较小容量值。
步骤S4中，每台变压器下所有多组投切无功补偿装置的单组无功补偿装置需设置投入或切除顺序优先级，最早被切除的单组无功补偿装置投入优先级最高，最早被投入的单组无功补偿装置切除优先级最高。单组无功补偿装置每次投切后，投入和切除优先级重新排序。
本发明的有益效果是：本发明提供的基于功率因素控制策略的110kV变电站多组投切无功补偿装置投切控制方法，具有简单实用、计算速度快的优点，可实现无功分组精细补偿，有效提高变电站功率因数合格率，降低电网网损。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
本发明如图1所示，本发明包括步骤S1：实时监测、步骤S2：投切判断、步骤S3、投切逻辑分析、步骤S4、无功补偿装置投切。
步骤S1、监测变压器有功功率、无功功率、低压母线电压及无功补偿装置容量情况，并判定变压器高峰负荷、低谷负荷或停运状态。变压器负载率高于50％时判为高峰负荷，变压器负载率低于20％时判为低谷负荷，当变压器负载率为0％且变压器低压母线电压为0kV时判为停运状态。
步骤S2、投切判断。当变压器处于高峰负荷时，变压器高压侧功率因数小于0.95，需投入多组投切无功补偿装置。当变压器处于低谷负荷时，变压器高压侧功率因数大于0.95，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于停运状态时，多组投切无功补偿装置需全部切除。
步骤S3、投切逻辑分析。传统无功补偿设备的投切控制策略用于多组投切无功补偿装置时，不能发挥多组投切无功补偿装置精细补偿效果，造成变电站补偿过多或欠缺的现象。为了计算需投切的分组无功补偿装置容量，需结合变压器参数、有功功率、无功功率及无功补偿装置容量情况建立高峰负荷投切逻辑模型、低谷负荷投切逻辑模型和无功倒送投切逻辑模型。
高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和Qc为目前尚未投入运行的单组无功补偿装置容量相加，优选较大容量值，高峰负荷投切逻辑模型为：
Qc≤Qc' (2)
SQ-SQc+Ud％Qc 2-2Ud％QQc＞0 (3)
式(1)(2)(3)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；Qc为高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量。
低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和QB为目前正在运行的单组无功补偿装置容量相加，优选较小容量值，低谷负荷投切逻辑模型为：
QB≤QB' (5)
式(4)(5)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB为低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量。
无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和QD为目前正在运行的单组无功补偿装置容量相加，优选较小容量值，无功倒送投切逻辑模型为：
SQ'+SQD+Ud％QD 2＞0 (6)
QD≤QD' (7)
式(6)(7)中：S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量。
变压器无功功率倒送会增加电网损耗、影响供电质量、增大安全风险，为避免变压器无功功率倒送，当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，首先采用无功倒送投切逻辑模型计算QD，然后采用高峰负荷/低谷负荷投切逻辑模型计算，最后得出高峰负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD-QC，低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD+QB。高峰负荷/低谷负荷投切逻辑模型计算所用变压器无功值Q、低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量QB’、高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量Qc’为：
QB'＝QD'-QD (9)
QC'＝QE'+QD (10)
式(8)(9)(10)中：Q为高峰或低谷负荷时变压器无功值；S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；QE’为无功倒送时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；
步骤S4、无功补偿装置投切。根据投切逻辑分析结果，驱动相应的分组无功补偿装置进行投切。单组无功补偿装置频繁投切会降低单组无功补偿装置使用寿命，为减少单组无功补偿装置频繁投切，每台变压器下所有多组投切无功补偿装置的单组无功补偿装置需设置投入或切除顺序优先级，最早被切除的单组无功补偿装置投入优先级最高，最早被投入的单组无功补偿装置切除优先级最高。单组无功补偿装置每次投切后，投入和切除优先级重新排序。
以某110kV变电站为例，具体计算步骤如下：
某变电站基本情况为：变压器台数为2台；变压器容量为2×50MVA；变电器阻抗电压百分数Ud％为17％；现每台变压器配置2台6Mvar多组投切无功补偿装置，单组无功补偿装置的容量为5×1.2Mvar。
步骤S1、实时监测
本实施例以1台变压器监测的10条数据为例进行说明，监测数据如表1所示。
表1监测数据
步骤S2、投切判断
对表1的监测数据进行投切判断，当变压器处于高峰负荷时，变压器高压侧功率因数小于0.95，需投入多组投切无功补偿装置。当变压器处于低谷负荷时，变压器高压侧功率因数大于0.95，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，需切除多组投切无功补偿装置。当变压器处于停运状态时，多组投切无功补偿装置不投切。投切判断结果如表2所示。
表2投切判断结果
步骤S3、投切逻辑分析
1)计算采集点1
采集点1负荷为高峰负荷且不存在无功功率倒送，采用高峰负荷投切逻辑模型计算，代入采集点1数据和变电站参数计算如下所示：
Qc≤10.8
50×14.26-50×Qc+17％×Qc 2-2×17％×14.26×Qc＞0
高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和Qc优选较大容量值,根据如上模型组求得拟投入单组无功补偿装置的容量和Qc＝10.8Mvar。
2)计算采集点2
采集点2无功补偿装置不投切，无需计算。
3)计算采集点3
(1)无功倒送投切逻辑模型计算
采集点3负荷为低谷负荷且存在无功功率倒送，首先采用无功倒送投切逻辑模型计算，代入采集点3数据和变电站参数计算如下所示：
-50×3.78+50×QD+17％×QD 2＞0
QD≤9.6
无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和QD优选较小容量值，根据如上模型组求得拟切除单组无功补偿装置的容量和QD＝4.8Mvar。
(2)低谷负荷投切逻辑模型计算
采用低谷负荷投切逻辑模型计算，低谷负荷投切逻辑模型计算用的变压器无功值Q、低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量QB’如下所示：
QB'＝9.6-4.8＝4.8Mvar
将Q＝1.07Mvar、QB’＝4.8Mvar代入低谷负荷投切逻辑模型计算如下所示：
QB≤4.8
低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和QB优选较小容量值，根据如上模型组求得QB＝2.4Mvar。最后得出拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD+QB＝4.8+2.4＝7.2Mvar。
4)计算采集点4
采集点4负荷为低谷负荷且不存在无功功率倒送，采用低谷负荷投切逻辑模型计算，代入采集点4数据和变电站参数计算如下所示：
QB≤2.4 (5)
低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和QB优选较小容量值,根据如上模型组求得拟切除单组无功补偿装置的容量和QB＝1.2Mvar。
5)计算采集点5
采集点5无功补偿装置不投切，无需计算。
6)计算采集点6
采集点6无功补偿装置需全部切除，无需计算。
7)计算采集点7
(1)无功倒送投切逻辑模型计算
采集点7负荷为高峰负荷且存在无功功率倒送，首先采用无功倒送投切逻辑模型计算，代入采集点7数据和变电站参数计算如下所示：
-50×2.21+50×QD+17％×QD 2＞0
QD≤4.8
无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和QD优选较小容量值，根据如上模型组求得拟投入单组无功补偿装置的容量和QD＝2.4Mvar。
(2)高峰负荷投切逻辑模型计算
采用高峰负荷投切逻辑模型计算，高峰负荷投切逻辑模型计算所用变压器无功值Q、高峰负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量QB’如下所示：
QC'＝7.2+2.4＝9.6Mvar
将Q＝0.21Mvar、QC’＝9.6Mvar代入低谷负荷投切逻辑模型计算如下所示：
Qc≤9.6
50×0.21-50×Qc+17％×Qc 2-2×17％×0.21×Qc＞0
高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和QC优选较大容量值，根据如上模型组求得QC＝0Mvar。最后得出拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD-Qc＝2.4-0＝2.4Mvar。
8)计算采集点8
采集点8无功补偿装置不投切，无需计算。
表3投切逻辑分析结果
步骤S4、无功补偿装置投切。根据投切逻辑分析结果，结合单组无功补偿装置投入和切除优先级，驱动相应的分组无功补偿装置进行投切。采集点1时投入总容量为10.8Mvar的单组无功补偿装置，采集点3时切除总容量为7.2Mvar的单组无功补偿装置，采集点4时切除总容量为1.2Mvar的单组无功补偿装置，采集点7时切除总容量为0Mvar的单组无功补偿装置(单组无功补偿装置不投切)，采集点7时切除总容量为2.4Mvar的单组无功补偿装置。

Claims (4)

1.110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、实时监测；监测变压器有功功率、无功功率、低压母线电压及无功补偿装置容量情况，并判定变压器高峰负荷、低谷负荷或停运状态；
步骤S2、投切判断；
当变压器处于高峰负荷时，变压器高压侧功率因数小于0.95，需投入多组投切无功补偿装置；
当变压器处于低谷负荷时，变压器高压侧功率因数大于0.95，需切除多组投切无功补偿装置；
当变压器处于高峰或低谷负荷时，变压器无功功率存在倒送，需切除多组投切无功补偿装置；
当变压器处于停运状态时，多组投切无功补偿装置需全部切除；
步骤S3、投切逻辑分析；根据高峰负荷投切逻辑模型、低谷负荷投切逻辑模型和无功倒送投切逻辑模型，计算需要投切的分组无功补偿装置容量；
步骤S4、无功补偿装置投切；根据投切逻辑分析结果，驱动相应的分组无功补偿装置进行投切；
步骤S3中，高峰负荷投切逻辑模型为：
Qc≤Qc' (2)
SQ-SQc+Ud％Qc 2-2Ud％QQc＞0 (3)
式(1)(2)(3)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；Qc为高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；
低谷负荷投切逻辑模型为：
QB≤QB' (5)
式(4)(5)中：S为变压器容量；P为变压器有功值；Q为变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB为低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；
无功倒送投切逻辑模型为：
SQ'+SQD+Ud％QD 2＞0 (6)
QD≤QD' (7)
式(6)(7)中：S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；
当变压器处于高峰或低谷负荷时，只要变压器无功功率存在倒送，首先采用无功倒送投切逻辑模型计算QD，然后采用高峰负荷/低谷负荷投切逻辑模型计算，最后得出高峰负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD-QC，低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和为QD+QB；
变压器无功值Q、低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量QB’、高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量Qc’为：
QB'＝QD'-QD (9)
QC'＝QE'+QD (10)
式(8)(9)(10)中：Q为变压器无功值；S为变压器容量；Q’为无功倒送时变压器无功值；QD为无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和；Ud％为变压器阻抗电压百分数；QB’为低谷负荷时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；QD’为无功倒送时已投入运行的单组无功补偿装置总容量；Qc’为高峰负荷时未投入运行的单组无功补偿装置总容量；QE’为无功倒送时未投入运行的单组无功补偿装置总容量。
2.根据权利要求1所述的110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，其特征在于：步骤S1中，变压器负载率高于50％时判为高峰负荷，变压器负载率低于20％时判为低谷负荷，当变压器负载率为0％且变压器低压母线电压为0kV时判为停运状态。
3.根据权利要求1所述的110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，其特征在于：步骤S4中，每台变压器下所有多组投切无功补偿装置的单组无功补偿装置需设置投入或切除顺序优先级，最早被切除的单组无功补偿装置投入优先级最高，最早被投入的单组无功补偿装置切除优先级最高；
单组无功补偿装置每次投切后，投入和切除优先级重新排序。
4.根据权利要求1所述的110kV变电站多组投切无功补偿装置的投切控制方法，其特征在于：步骤S3中，高峰负荷时拟投入单组无功补偿装置的容量和Qc在尚未投入运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较大容量值；
低谷负荷时拟切除单组无功补偿装置的容量和QB在目前正在运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较小容量值；
无功倒送时拟切除单组无功补偿装置的容量和QD在目前正在运行的单组无功补偿装置容量组合数之和中取值，优选符合计算条件的较小容量值。
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