CN116742651A - 一种基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统领域，且公开了一种基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其包括获取配电系统的总有功功率和当前功率因数、计算无功需求、计算补偿无功容量、补偿设备、补偿策略、监测和维护等六个方面的设计步骤。本发明提出的无功补偿策略，为一个静止无功发生器SVG的无功补偿装置和多个电容器组成的电容器组，由多个电容器组成的电容器组对配电系统进行大容量的静态无功补偿，静止无功发生器在配电系统产生波动时，对配电系统进行小容量的动态补偿，如此，通过这样的结合，可以对配电系统进行有效的无功补偿。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体为一种基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法。
背景技术
功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1，多数电力电子装置的功率因数很低，功率因数低，说明无功功率大，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。
无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗，同时使功率因数偏低、系统电压下降，无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。
关于无功补偿：
一，动态无功补偿通过静止无功补偿器（SVC）进行，即晶闸管控制电抗器+固定电容器组，并且，通常需要串联一定比例的电抗器；静止无功补偿装置能够通过调节TCR中晶闸管的触发延迟角来连续调节补偿装置的无功功率；SVC这种补偿形式目前主要在中高压配电系统中应用，对于负载容量大、谐波问题严重、冲击性负荷、负载变化率高的场合特别适用；但是SVC总体价格昂贵，与损失的有功电能相比，普及SVC进行无功补偿显得过于以大补小；
二，静态无功补偿通过静止无功发生器（SVG）进行，其通过PWM脉宽调制控制技术，使其发出无功功率，呈容性；或者吸收无功功率，呈感性；SVG由于没有大量使用电容器，而是采用桥式变流电路多电平技术或PWM技术来进行处理，所以不需要使用时对系统中的阻抗进行计算；同时，相较于SVC，SVG还有体积小、能更加快速的连续动态平滑的调节无功功率的优点；然而，SVG静态无功补偿更多考虑是对整个配电系统进行集中优化，没有在单个用户无功补偿侧进行考虑；
除了以上两种无功补偿方法，还有采用电容器组进行无功补偿的方法但是电容器无功补偿装置只在解决连续性用电、负载变化率不高的台区时具有较好的效果，如果台区供电半径过大且负载不均衡，只用电容器补偿往往出现失效情况，因此，电容器无功补偿的使用局限性较大。
发明内容
要解决的技术问题：无功补偿的局限性。
技术方案：本发明提供了一种基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其包括以下步骤：步骤一，获取配电系统的总有功功率和当前功率因数：配电系统的总有功功率和当前功率因素可以通过测量电流和电压来计算，有功功率是电流、电压和功率因数的乘积；功率因数是有功功率和视在功率之间的比值，其中，具体计算步骤为：（1），电流和电压测量：通过电流传感器或电流夹测量出配电系统的电流，通过电压传感器或电压表测量出配电系统的电压；（2），计算每个负载的有功功率：对于单相负载，有功功率的计算公式为P=VIcos(θ)，其中P是有功功率，V是电压，I是电流，θ是功率因素的角度，对于三相负载，有功功率的计算公式为P=√3VIcos(θ)；（3），计算总有功功率和功率因数：将所有负载的有功功率相加，得到配电系统的总有功功率P；而当前功率因数等于总有功功率P除以总视在功率S，关于总视在功率S：对于单相负载，总视在功率的计算公式为S=VI，其中S是总视在功率，V是电压，I是电流；对于三相负载，总视在功率的计算公式为S=√3VI；步骤二，计算无功需求：无功需求是指配电系统所需的无功功率，无功功率Q=有功功率P×tan(acos(功率因数))；步骤三，计算补偿无功容量：目标无功功率Q_target=有功功率P×tan(acos(目标功率因数))，补偿无功容量Q_comp=Q-Q_target；步骤四，补偿设备：补偿设备采用单台静止无功发生器SVG和多个电容器的组合，其中，电容器组的总补偿无功容量Q_comp1是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的整数值，用于静态补偿；静止无功发生器SVG的补偿无功容量Q_comp2是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的小数值，用于动态补偿，即Q_comp=Q_comp1+Q_comp2；步骤五，补偿策略：当配电系统负荷较为稳定时，使用电容器组进行补偿容量的提供；当配电系统负荷发生瞬时变化时，静止无功发生器SVG根据实际需求快速调整补偿容量，范围为0-Q_comp2；步骤六，监测和维护：持续监测SVG和电容器组的运行状态以及配电系统的电压和功率因数，定期对设备进行维护，确保设备在良好状态下工作。
技术效果：本发明提出的无功补偿策略，为一个静止无功发生器SVG的无功补偿装置和多个电容器组成的电容器组，由多个电容器组成的电容器组对配电系统进行大容量的静态无功补偿，静止无功发生器在配电系统产生波动时，对配电系统进行小容量的动态补偿，如此，通过这样的结合，可以对配电系统进行有效的无功补偿。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，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，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的总体流程示意图；
图2为本发明中总有功功率和当前功率因数计算流程示意图；
图3为本发明的具体示例补偿方法流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本具体实施方式提供的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，获取配电系统的总有功功率和当前功率因数：配电系统的总有功功率和当前功率因素可以通过测量电流和电压来计算，有功功率是电流、电压和功率因数的乘积；功率因数是有功功率和视在功率之间的比值，其中，具体计算步骤为：（1），电流和电压测量：通过电流传感器或电流夹测量出配电系统的电流，通过电压传感器或电压表测量出配电系统的电压；（2），计算每个负载的有功功率：对于单相负载，有功功率的计算公式为P=VIcos(θ)，其中P是有功功率，V是电压，I是电流，θ是功率因素的角度，对于三相负载，有功功率的计算公式为P=√3VIcos(θ)；（3），计算总有功功率和功率因数：将所有负载的有功功率相加，得到配电系统的总有功功率P；而当前功率因数等于总有功功率P除以总视在功率S；关于总视在功率S：对于单相负载，总视在功率的计算公式为S=VI，其中S是总视在功率，V是电压，I是电流；对于三相负载，总视在功率的计算公式为S=√3VI；
步骤二，计算无功需求：无功需求是指配电系统所需的无功功率，无功功率Q=有功功率P×tan(acos(功率因数))；
步骤三，计算补偿无功容量：目标无功功率Q_target=有功功率P×tan(acos(目标功率因数))，补偿无功容量Q_comp=Q-Q_target；
步骤四，补偿设备：补偿设备采用单台静止无功发生器SVG和多个电容器的组合，其中，电容器组的总补偿无功容量Q_comp1是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的整数值，用于静态补偿；静止无功发生器SVG的补偿无功容量Q_comp2是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的小数值，用于动态补偿，即Q_comp=Q_comp1+Q_comp2；
步骤五，补偿策略：当配电系统负荷较为稳定时，使用电容器组进行补偿容量的提供；当配电系统负荷发生瞬时变化时，静止无功发生器SVG根据实际需求快速调整补偿容量，范围为0-Q_comp2；在此过程中，可以对配电系统的功率因数进行优化，具体方法如下：（1），控制目标：提高配电系统的功率因素，减少无功功率；（2），系统特性分析：分析配电系统的负载特性、负载变化情况，以及测量电流和电压的数据；（3），选择控制方法：选择PID控制作为控制方法；（4），设计控制策略：设置目标功率因素：根据系统要求和优化目标，设置所需的目标功率因素；设计PID控制器：根据系统特性和控制目标，设计PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间和微分时间；设定点设定：根据测量的功率因素数据，将设置点设定为目标功率因素；控制策略规则：根据控制目标和特性，设定控制策略规则，例如在偏离目标功率因素时增加或减小控制器输出；（5），实施控制策略：配置控制器：根据设计好的PID控制器参数，配置相应的控制器；连接传感器：将电流传感器和电压传感器连接到相应的测量点，以获取实时数据；编程和调试：根据设计的控制策略规则，编程控制器，进行调试和测试；（6），优化和调整：参数调整：根据实际运行情况，调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间参数；设定点调整：根据实际测量数据，调整目标功率因素的设定点；控制策略调整：根据实际运行情况，优化控制策略规则，使其更适合系统特性和控制目标；（7），验证和测试：实际场地测试：将设计好的控制策略应用到实际的配电系统中，进行实地测试和验证；性能分析：评估控制策略的性能和效果，如功率因素的改善程度、无功功率的降低程度等；（8），优化和持续改进：继续优化：根据实际测试结果，优化控制策略的参数和规则，进一步改进功率因素的优化效果；持续改进：根据实际运行情况和反馈，持续改进控制策略，以适应系统变化和优化需求；
步骤六，监测和维护：持续监测SVG和电容器组的运行状态以及配电系统的电压和功率因数，定期对设备进行维护，确保设备在良好状态下工作，其具体方法为：（1），定期检查：定期对配电系统进行检查，包括检查电线、电缆、连接器、开关、断路器、保护装置等的状态和运行情况，检查是否有磨损、老化、松动或其他损坏的情况；（2），测试电气设备：使用合适的测试工具和设备，对配电系统的电气设备进行测试，包括测量电流、电压、绝缘电阻、接地电阻、回路阻抗等，这有助于检测设备的性能和运行状态；（3），监测能耗：使用能耗监测系统或电力负荷管理系统，实时监测配电系统的能耗情况，这有助于发现能耗异常、优化能源使用和识别节能机会；（4），检查电源质量：监测和检查供电质量，包括电压稳定性、频率稳定性、谐波含量等，这有助于确保电力供应的稳定和质量；（5），清洁和维护：定期进行清洁和维护工作，包括清除灰尘和污垢、检查和更换过滤器、清洁终端和接线端子等，这有助于防止设备因污染导致的故障和性能下降；（6），纠正问题和故障：及时纠正发现的问题和故障，包括修复或更换损坏的设备、调整参数或设置等，这有助于保持系统的运行稳定性和可靠性；（7），记录和分析数据：记录监测和维护的数据，包括测试结果、设备状态、维护记录等，对数据进行分析，以便发现潜在问题、改进维护策略和预测设备寿命；（8），更新和升级：根据需要，及时更新和升级配电系统的设备、软件或控制系统，这有助于提高系统的性能和可靠性，并适应新的技术和需求。
具体示例：
在一个配电系统中，总有功功率需求为800kW，当前功率因数为0.85，目标是将功率因数提高至0.98，下面是具体步骤：
1.计算无功需求：无功功率Q=有功功率P×tan(acos(功率因数))=800kW×tan(acos(0.85))Q≈495kvar，为了提高功率因数至0.98，需要补偿一定的无功功率；
2.计算补偿无功容量：目标无功功率Q_target=有功功率P×tan(acos(目标功率因数))=800kW×tan(acos(0.98))≈156kvar，补偿无功容量Q_comp=Q-Q_target≈339kvar；
3.补偿设备：根据负荷特性，我们选择一台300kvar的电容器组（分为3个100kvar的子模块）和一台40kvar的SVG进行组合无功补偿，电容器组用于静态补偿，而SVG负责动态补偿；
4.补偿策略：
工作日早上9点至晚上6点：启动3个100kvar的电容器组子模块，总补偿容量为300kvar，此时，SVG根据负荷波动动态调整补偿容量，范围为0-40kvar；
工作日晚上6点至次日早上9点以及周末：关闭1个或2个100kvar的电容器组子模块，以根据负荷变化调整静态补偿容量，同时，SVG根据负荷波动动态调整补偿容量，范围为0-40kvar。
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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，获取配电系统的总有功功率和当前功率因数：配电系统的总有功功率和当前功率因素可以通过测量电流和电压来计算，有功功率是电流、电压和功率因数的乘积；功率因数是有功功率和视在功率之间的比值；
步骤二，计算无功需求：无功需求是指配电系统所需的无功功率，无功功率Q=有功功率P×tan(acos(功率因数))；
步骤三，计算补偿无功容量：目标无功功率Q_target=有功功率P×tan(acos(目标功率因数))，补偿无功容量Q_comp=Q-Q_target；
步骤四，补偿设备：补偿设备采用单台静止无功发生器SVG和多个电容器的组合，其中，电容器组的总补偿无功容量Q_comp1是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的整数值，用于静态补偿；静止无功发生器SVG的补偿无功容量Q_comp2是上述步骤中补偿无功容量Q_comp的小数值，用于动态补偿，即Q_comp=Q_comp1+Q_comp2；
步骤五，补偿策略：当配电系统负荷较为稳定时，使用电容器组进行补偿容量的提供；当配电系统负荷发生瞬时变化时，静止无功发生器SVG根据实际需求快速调整补偿容量，范围为0-Q_comp2；
步骤六，监测和维护：持续监测SVG和电容器组的运行状态以及配电系统的电压和功率因数，定期对设备进行维护，确保设备在良好状态下工作。
2.根据权利要求1所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，配电系统的总有功功率和当前功率因数的具体计算步骤为：（1），电流和电压测量：通过电流传感器或电流夹测量出配电系统的电流，通过电压传感器或电压表测量出配电系统的电压；（2），计算每个负载的有功功率：对于单相负载，有功功率的计算公式为P=VIcos(θ)，其中P是有功功率，V是电压，I是电流，θ是功率因素的角度，对于三相负载，有功功率的计算公式为P=√3VIcos(θ)；（3），计算总有功功率和功率因数：将所有负载的有功功率相加，得到配电系统的总有功功率P；而当前功率因数等于总有功功率P除以总视在功率S。
3.根据权利要求2所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，关于总视在功率S：对于单相负载，总视在功率的计算公式为S=VI，其中S是总视在功率，V是电压，I是电流；对于三相负载，总视在功率的计算公式为S=√3VI。
4.根据权利要求1所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，监测和维护的具体方法为：（1），定期检查：定期对配电系统进行检查，包括检查电线、电缆、连接器、开关、断路器、保护装置等的状态和运行情况，检查是否有磨损、老化、松动或其他损坏的情况；（2），测试电气设备：使用合适的测试工具和设备，对配电系统的电气设备进行测试，包括测量电流、电压、绝缘电阻、接地电阻、回路阻抗等；（3），监测能耗：使用能耗监测系统或电力负荷管理系统，实时监测配电系统的能耗情况；（4），检查电源质量：监测和检查供电质量，包括电压稳定性、频率稳定性、谐波含量等；（5），清洁和维护：定期进行清洁和维护工作，包括清除灰尘和污垢、检查和更换过滤器、清洁终端和接线端子等；（6），纠正问题和故障：及时纠正发现的问题和故障，包括修复或更换损坏的设备、调整参数或设置等；（7），记录和分析数据：记录监测和维护的数据，包括测试结果、设备状态、维护记录等，对数据进行分析，以便发现潜在问题、改进维护策略和预测设备寿命；（8），更新和升级：根据需要，及时更新和升级配电系统的设备、软件或控制系统。
5.根据权利要求1所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，配电系统的功率因数可以进行优化，其具体步骤为：（1），控制目标：提高配电系统的功率因素，减少无功功率；（2），系统特性分析：分析配电系统的负载特性、负载变化情况，以及测量电流和电压的数据；（3），选择控制方法：选择PID控制作为控制方法；（4），设计控制策略：a，设置目标功率因素：根据系统要求和优化目标，设置所需的目标功率因素；b，设计PID控制器：根据系统特性和控制目标，设计PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间和微分时间；c，设定点设定：根据测量的功率因素数据，将设置点设定为目标功率因素；d，控制策略规则：根据控制目标和特性，设定控制策略规则，例如在偏离目标功率因素时增加或减小控制器输出。
6.根据权利要求5所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，还包括实施控制策略：a，配置控制器：根据设计好的PID控制器参数，配置相应的控制器；b，连接传感器：将电流传感器和电压传感器连接到相应的测量点，以获取实时数据；c，编程和调试：根据设计的控制策略规则，编程控制器，进行调试和测试。
7.根据权利要求5所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，还包括优化和调整：a，参数调整：根据实际运行情况，调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间参数；b，设定点调整：根据实际测量数据，调整目标功率因素的设定点；c，控制策略调整：根据实际运行情况，优化控制策略规则，使其更适合系统特性和控制目标。
8.根据权利要求5所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，还包括验证和测试：a，实际场地测试：将设计好的控制策略应用到实际的配电系统中，进行实地测试和验证；b，性能分析：评估控制策略的性能和效果，如功率因素的改善程度、无功功率的降低程度等。
9.根据权利要求5所述的基于配变融合终端的1+n分层无功补偿协调控制方法，其特征在于，还包括优化和持续改进：a，继续优化：根据实际测试结果，优化控制策略的参数和规则，进一步改进功率因素的优化效果；b，持续改进：根据实际运行情况和反馈，持续改进控制策略，以适应系统变化和优化需求。
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2023
- 2023-08-03 CN CN202310967991.XA patent/CN116742651A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117318080A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 杭州得诚电力科技股份有限公司 | Svg与电容器混合补偿的控制系统及方法 |
| CN117318080B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-22 | 杭州得诚电力科技股份有限公司 | Svg与电容器混合补偿的控制系统及方法 |
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