CN116526501A - 一种智能无功功率补偿监测系统、方法 - Google Patents

一种智能无功功率补偿监测系统、方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无功补偿监测技术领域，具体提供一种智能无功功率补偿监测系统、方法，所述系统包括无功功率补偿装置和与无功功率补偿装置连接的云平台；无功功率补偿装置，用于通过CT采集电流、电压信号，对电流和电压信号进行处理分析计算出投切电容器的最佳方案，根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台。无功功率补偿监测系统具系统具有自检功能，能够检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏等硬件故障，对故障做事件记录，切除电容器的工作。实现电容器投切状态及功率因数的实时监测，可以达到改善供电质量和确保电力系统的安全经济运行。

Description

一种智能无功功率补偿监测系统、方法
技术领域
本发明涉及无功补偿监测技术领域，具体涉及一种智能无功功率补偿监测系统、方法。
背景技术
随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的重要组成部分，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，不仅可维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可降低有功损耗，使电力系统能够安全经济运行。电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电损耗和人民生活用电都有直接影响。无功是影响电压质量的重要因素，电压问题本质上就是无功问题。当前，在电力系统中广泛存在着大量感性负荷，如电力变压器以及用户的用电设备等，它们在系统运行中会消耗大量的无功功率。
解决网损的一个有效途径就是进行无功补偿。无功补偿是指在配电系统中安装并联电容器等容性设备。这些设备可供给感性负荷所消耗的部分无功功率，减少无功功率在电网中的流动，从而降低线路的电能损耗并提高系统的功率因数。功率因数的提高，不仅能提高供电设备的供电能力，而且可以降低电力系统的电压损失，减少电压波动，改善电能质量，降低电能损耗，从而节省电力，提高企业的经济效益。
无功补偿几乎全部为开关投切的静态补偿方式，即在变电站并联电容器或在线路末段并联电容器进行就地补偿。但对于很多工矿企业，站内所带的负荷会经常发生很大的变化，不仅有稳定的负荷，还有很多不稳定的负荷，无功的需求也不再是仅仅是那种相对稳定的状况，一天中无功的需求量变化非常大。如何设计进行无功功率补偿监测系统是本申请要解决的技术问题。
发明内容
针对如何设计进行无功功率补偿监测系统实现自动投切来提高功率因数，降低电能损耗的问题，本发明提供一种智能无功功率补偿监测系统、方法。
第一方面，本发明技术方案提供一种智能无功功率补偿监测系统，包括无功功率补偿装置和与无功功率补偿装置连接的云平台；
无功功率补偿装置，用于通过CT采集电流、电压信号，对电流和电压信号进行处理分析计算出投切电容器的最佳方案，根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置，具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器。
本申请提供的系统在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，提高线路电压的同时，在系统故障情况下进行及时的无功调节，提高输电系统稳定性。具备了快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，使用电设备在额定电压下运行。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置根据无功缺额情况，按照滤波次数顺序投切电容器。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置，用于当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。
提高功率因数，降低供电线路损耗和电压降落。配电系统中的大部分负荷，在运行中需要大量的无功；同时，供电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。通过本申请提供的系统可以提高功率因数，降低供电线路损耗和电压降落，提高电压质量；同时减少了电费支出，节省了生产成本。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置包括采集模块，所述采集模块通过计算处理模块连接有投切控制投切模块；
采集模块，用于采集低压回路瞬间和暂态的包括过电压、电流、温度的电能质量参数并将采集的数据传输至计算处理模块；
计算处理模块，用于根据采集模块采集的数据计算有功功率、无功功率并根据计算结果分析出投切电容器的最佳方案并输出指令到控制投切模块；
控制投切模块，用于通过无触点开关控制各组电力电容器投切。
作为本发明技术方案的进一步限定，计算处理模块，还用于将计算结果进行存储，同时将三相不平衡、低压线路过载缺相、断零故障信息上传至云平台。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置并联在供电系统中，能根据电网中负载功率因数的变化控制电力电容器投切进行补偿。
无功补偿需求量计算公式如下所示：
补偿前：有功功率：
无功功率：
补偿后：有功功率不变，功率因数提升至
则补偿后视在功率为：
补偿后的无功功率为：
补偿前后的无功差值即为补偿容量，则需求的补偿容量为：
其中：S1——补偿前视在功率；P1——补偿前有功功率；
Q1——补偿前无功功率；——补偿前功率因数；
S2——补偿后视在功率；P2——补偿后有功功率；
Q2——补偿后无功功率；——补偿后功率因数。
降低了电容器合闸涌流，保证电容器安全。本发明提供的系统在调节过程中无过电压存在，有效地降低了电容器合闸涌流对系统机电容器本身的冲击，保证电容器安全，延长其使用寿命。
第二方面，本发明技术方案还提供一种智能无功功率补偿监测方法，包括如下步骤：
通过CT采集电流、电压信号；
对电流和电压信号进行处理分析；
根据处理结果判断是否需要功率补偿；
若是，断计算出投切电容器的最佳方案；
根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台；
若否，执行步骤：通过CT采集电流、电压信号。
作为本发明技术方案的进一步限定，通过无触点开关控制各组电力电容器投切的步骤包括：
当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器，具体方法包括：
投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
本申请提供的系统能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。配电网中存在着大量的三相不平衡负载，同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡，也会导致电压不平衡问题的产生。通过本申请能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，提高电能质量。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：无功功率补偿监测系统具系统具有自检功能，能够检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏等硬件故障，对故障做事件记录，切除电容器的工作。
无功功率补偿监测系统同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据，并将数据并实时上传到客户端，可完成对整个低压配电线路的监测、无功补偿自动投切装置投切状况、无功功率进行监测、诊断和评价等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手可靠数据，实现电容器投切状态及功率因数的实时监测，可以达到改善供电质量和确保电力系统的安全经济运行。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
图2是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
具体实施方式
本申请提供的系统的运行改变了电容器仅靠手动投切的传统模式，实现从离线处理到实时处理，从单独控制到集中控制，避免了人工监视、手动投切的各种弊端，如响应慢、误操作、工作量大等，电压水平的合格性和稳定性得到了显著提高，整个电网的网损降到了尽量低的程度。该成果投入后系统功率因数将明显提高且保持稳定，不仅能大大提高变电站电压无功管理水平，还将减少运行人员的工作量和设备事故。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种智能无功功率补偿监测系统，包括无功功率补偿装置和与无功功率补偿装置连接的云平台；
无功功率补偿装置，用于通过CT采集电流、电压信号，对电流和电压信号进行处理分析计算出投切电容器的最佳方案，根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台。
该系统具有采集低压回路电压、电流等功能，并具备计算有功功率、无功功率等数据并实时上传功能，无功功率补偿装置，具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器。可实现电容器投切状态及功率因数的实时监测。通过系统能有效地对电力系统进行调控，能够对电力系统的各个环节进行监管，保证电力系统运作的稳定性，发出预警信号，实现系统的远程监控，从而提高整个系统的安全系数。
适用于电力系统交流频率50/60Hz、额定电压6kV及以上的供配电系统中运行的并联电容器组进行单独控制或综合控制。通过实时监测模拟量、开关量等信号，自动识别当前状态，具有投切和保护电容器功能，应用在线路远方或末端提高其供电的传输能力。
本申请提供的系统在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，提高线路电压的同时，在系统故障情况下进行及时的无功调节，提高输电系统稳定性。具备了快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，使用电设备在额定电压下运行。
实际投切的时候，无功功率补偿装置根据无功缺额情况，按照滤波次数顺序投切电容器。
进一步需要说明的是，无功功率补偿装置投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
作为本发明技术方案的进一步限定，无功功率补偿装置，用于当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。通过数据分析将三相不平衡、低压线路过载缺相、断零故障等信息上传主站系统并告警，实现智能无功补偿设备电容器组投切状态，低压开关分合状态、故障信号实时采集和上传，具备保护、测量、控制及通信等功能，可有效提高低压配电线路智能化程度，大幅降低电网的运维成本，提高电网的供电可靠性。
提高功率因数，降低供电线路损耗和电压降落。配电系统中的大部分负荷，在运行中需要大量的无功；同时，供电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。通过本申请提供的系统可以提高功率因数，降低供电线路损耗和电压降落，提高电压质量；同时减少了电费支出，节省了生产成本。
如图1所示，本发明实施例提供一种智能无功功率补偿监测系统，包括无功功率补偿装置和与无功功率补偿装置连接的云平台；
无功功率补偿装置，用于通过CT采集电流、电压信号，对电流和电压信号进行处理分析计算出投切电容器的最佳方案，根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台。
该系统具有采集低压回路电压、电流等功能，并具备计算有功功率、无功功率等数据并实时上传功能，无功功率补偿装置，具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器。可实现电容器投切状态及功率因数的实时监测。通过系统能有效地对电力系统进行调控，能够对电力系统的各个环节进行监管，保证电力系统运作的稳定性，发出预警信号，实现系统的远程监控，从而提高整个系统的安全系数。
无功功率补偿装置包括采集模块，所述采集模块通过计算处理模块连接有投切控制投切模块；
采集模块，用于采集低压回路瞬间和暂态的包括过电压、电流、温度的电能质量参数并将采集的数据传输至计算处理模块；
计算处理模块，用于根据采集模块采集的数据计算有功功率、无功功率并根据计算结果分析出投切电容器的最佳方案并输出指令到控制投切模块；
控制投切模块，用于通过无触点开关控制各组电力电容器投切。
计算处理模块，还用于将计算结果进行存储，同时将三相不平衡、低压线路过载缺相、断零故障信息上传至云平台。
无功功率补偿装置并联在供电系统中，能根据电网中负载功率因数的变化控制电力电容器投切进行补偿。
无功补偿需求量计算公式如下所示：
补偿前：有功功率：
无功功率：
补偿后：有功功率不变，功率因数提升至
则补偿后视在功率为：
补偿后的无功功率为：
补偿前后的无功差值即为补偿容量，则需求的补偿容量为：
其中：S1——补偿前视在功率；P1——补偿前有功功率；
Q1——补偿前无功功率；——补偿前功率因数；
S2——补偿后视在功率；P2——补偿后有功功率；
Q2——补偿后无功功率；——补偿后功率因数。
降低了电容器合闸涌流，保证电容器安全。本发明提供的系统在调节过程中无过电压存在，有效地降低了电容器合闸涌流对系统机电容器本身的冲击，保证电容器安全，延长其使用寿命。
如图2所示，本发明实施例还提供一种智能无功功率补偿监测方法，包括如下步骤：
步骤1:通过CT采集电流、电压信号；
步骤2：对电流和电压信号进行处理分析；
步骤3：根据处理结果判断是否需要功率补偿；
若是，执行步骤4，若否，执行步骤1；
步骤4：计算出投切电容器的最佳方案；
步骤6：根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台；
本步骤中，通过无触点开关控制各组电力电容器投切的步骤包括：
当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。
另外，无功功率补偿装置具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器，具体方法包括：
投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
本申请提供的系统能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。配电网中存在着大量的三相不平衡负载，同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡，也会导致电压不平衡问题的产生。通过本申请能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，提高电能质量。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，包括无功功率补偿装置和与无功功率补偿装置连接的云平台；
无功功率补偿装置，用于通过CT采集电流、电压信号，对电流和电压信号进行处理分析计算出投切电容器的最佳方案，根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台。
2.根据权利要求1所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，无功功率补偿装置，具体用于当根据计算结果判断为系统欠电压状态时，控制电容状态变为待投；当电压低于装置投入电压并且高于欠压值时，经过投入延时后，投入电容器；当实际进线电压大于设定的切除电压时，经过切除延时后，切除电容器。
3.根据权利要求2所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，无功功率补偿装置根据无功缺额情况，按照滤波次数顺序投切电容器。
4.根据权利要求3所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，无功功率补偿装置投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
5.根据权利要求4所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，无功功率补偿装置，用于当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。
6.根据权利要求5所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，无功功率补偿装置包括采集模块，所述采集模块通过计算处理模块连接有投切控制投切模块；
采集模块，用于采集低压回路瞬间和暂态的包括过电压、电流、温度的电能质量参数并将采集的数据传输至计算处理模块；
计算处理模块，用于根据采集模块采集的数据计算有功功率、无功功率并根据计算结果分析出投切电容器的最佳方案并输出指令到控制投切模块；
控制投切模块，用于通过无触点开关控制各组电力电容器投切。
7.根据权利要求6所述的智能无功功率补偿监测系统，其特征在于，计算处理模块，还用于将计算结果进行存储，同时将三相不平衡、低压线路过载缺相、断零故障信息上传至云平台。
8.一种智能无功功率补偿监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过CT采集电流、电压信号；
对电流和电压信号进行处理分析；
根据处理结果判断是否需要功率补偿；
若是，断计算出投切电容器的最佳方案；
根据最佳方案通过无触点开关控制各组电力电容器投切；并将处理分析后的数据上传到云平台；
若否，执行步骤：通过CT采集电流、电压信号。
9.根据权利要求8所述的智能无功功率补偿监测方法，其特征在于，通过无触点开关控制各组电力电容器投切的步骤包括：
当检测到三相线电压小于整定值，且持续时间超过一设定值时，发告警通知，进行电容投入工作；
当三相电压恢复正常后，信号复归，同时将故障时的三相电压故障值及发生日期时刻生成故障报告并将故障报告上传到云平台；
当检测出投切电路故障和电容短路故障或电容损坏硬件故障时，对故障做事件记录，进行切除电容器的工作。
10.根据权利要求9所述的智能无功功率补偿监测方法，其特征在于，该方法还包括：
投入电容组时，按照滤波次数小序号电容组先投的原则，当投入至某一序号组m时，若投入该组产生过补，则大于或等于m的序号组停止投入；
切除电容组时，按照滤波次数大序号电容组先切的原则，若切除至某一序号组n时，若切除该组产生欠补，则小于或等于n的序号组停止切除。
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